Инлине кристализација лактозе – од лабораторије до индустрије

Кристализација уз помоћ ултразвука је ефикасна техника за побољшање формирања чврсте материје у условима континуираног протока. У наставку вам представљамо студију која се фокусира на инлине кристализацију лактозе из тернарног система лактоза/вода/изопропанол, користећи Хиелсцхер УП200Ст-ТД-ФловЦелл сонификациону комору. Примена ултразвука је донела значајна побољшања у стабилности система, морфологији кристала и континуитету рада. Овде можете пронаћи оптимизовани експериментални протокол, кључне резултате перформанси и пут до индустријског повећања.

Интензивирање процеса: кристализација лактозе коришћењем ултразвука

Кристализација је неопходна у фармацеутској и прехрамбеној индустрији за пречишћавање и инжењеринг честица. Међутим, традиционални серијски процеси пате од ограничења у поновљивости и загађивања, посебно током повећања. Континуирана кристализација под ултразвучним условима нуди убедљиву алтернативу повећањем брзине нуклеације, побољшањем дистрибуције величине и ублажавањем изазова везаних за онечишћење.

У својој студији, Зеттл и колеге (2020) користе модел хидрофилног система — лактоза монохидрат у мешавини воде/изопропанола — да истраже оперативне предности Хиелсцхер УП200Ст-ТД-ФловЦелл у конфигурацији континуиране кристализације.

Материјали и методе – Ултразвучна кристализација лактозе на столу

Материјали

• Раствор: α-лактоза монохидрат
• Систем растварача: Дејонизована вода и изопропанол у трофазном односу оптимизованом за презасићење лактозом
• Соникатор: УП200Ст-ТД опремљен проточном сонификационом ћелијом (ТД-ФловЦелл)

Конфигурација опреме
УП200Ст-ТД-ФловЦелл је конфигурисан у затвореном кругу континуиране кристализације. Перисталтичка пумпа је циркулисала презасићени раствор лактозе кроз комору за соникацију, где се ултразвуку преноси енергија у систем. Инлине контрола температуре обезбедила је термичку стабилност током дужег рада.

Ултразвучна кристализација лактозе у континуираном режиму
(Студија и слика: ©Зеттл ет ал., 2020)

Растворљивост лактозе
Концентрација засићења лактозе, која је дисахарид састављен од глукозе и галактозе, у води на собној температури (обично дефинисана као 20-25 °Ц) је приближно. 18,9 теж% на 25°Ц.
Растворљивост лактозе расте са температуром, али не линеарно. На 50°Ц расте на прибл. 31 теж%, а на 70°Ц је прибл. 45 теж%.

Протокол за континуалну кристализацију лактозе

Циљ: Минимизирати загађивање система и максимизирати време рада под континуираном соникацијом.

Протокол корак по корак:

1. Припрема раствора за храну
   • Растворити α-лактозу монохидрат у дејонизованој води на 50°Ц да би се добио засићени раствор.
   • За водену суспензију лактозе додајте 233 г а-лактозе на 1000 г воде
   • Мешајте смешу док се материјал потпуно не раствори.
   • Затим оставите да се раствор охлади на 25°Ц како би се добио засићени раствор.
2. Подешавање система
   • Напуните круг протока раствором за напајање.
   • Подесите брзину протока на 60 мЛ/мин (оптимално за време боравка од ~30 секунди у ултразвучној комори).
   • Доводна суспензија и антирастварач се доводе преко два улаза за напајање у процесну комору ултразвучне проточне ћелије.
   • Подесите брзину протока од 27 г/мин 15 теж% суспензије лактозе. Индукујте таложење додавањем 27г/мин претходно охлађеног изопропанола (12°Ц), што резултира укупним масеним протоком од 54г/мин. (Масени проток од 54 г/мин одговара запреминском протоку од 60 мЛ/мин)
   • Покрените соникацију при 100% амплитуде. Одржавајте радну температуру између 25-30°Ц.
3. Фаза кристализације
   • Одржавајте континуирану соникацију без прекида. Хиелсцхер соникатори су направљени за рад 24 сата дневно.
   • Сакупите кристализовану лактозу из модула филтера који се налази у наставку сваких 60 минута.
4. Карактеризација након процеса
   • Анализирајте морфологију кристала путем СЕМ.
   • Квантификујте дистрибуцију величине кристала помоћу ласерске дифракције (Д50 циљ: 80–100 µм).
   • Determine purity via HPLC (lactose monohydrate >98%).

Састав суспензије лактозе са суспендованим чврстим масеним уделом у храни (вс,ф), масеним уделом суспендоване чврсте супстанце у производу (вс,п), раствореним чврстим масеним уделом у производу (вд,п), масеним уделом воде у производу (в Х2О,п), масеним уделом изопропанола у производу (в ИАол,п Маса производа) ЕтОХ,п) коришћен у студији Зеттл ет ал., 2020.

Резултати и предности ултразвучне кристализације лактозе

• Ублажавање агломерације:
  Инлине ултразвучна обрада ефикасно је потиснула агломерацију кристала, дајући добро одвојене, призматичне кристале лактозе.
• Смањење пене:
  Посебно, ултразвук је смањио формирање површинске пене - уобичајен проблем у кристализацијама антирастварача које укључују алкохоле - чиме је побољшан волуметријски проток.
• Превенција зачепљења:
  Током дужег рада није примећено загађивање или зачепљење, што потврђује улогу акустичне кавитације у одржавању чистих површина и спречавању таложења чврстих материја унутар проточне ћелије.
• Континуирано време рада:
  Процес се може одржавати у непрекидном раду, при чему квалитет кристала остаје доследан током временских тачака.

Ултразвучна кристализација лактозе: Лактоза кристализована под различитим условима: ултразвучни унос енергије, додатак карагенана или сурутке (ВПЦ) утиче на величину кристала лактозе
студија и слика: © Санцхез-Гарциа ет ал., 2018.

Повећање ултразвучне кристализације лактозе

Хиелсцхер инлине соникатори, пројектовани у Немачкој према највишим индустријским стандардима, нуде робусно решење за континуирану кристализацију лактозе и других чврстих материја из презасићених раствора. Дизајнирани за фармацеутске апликације, ови системи подржавају прецизну контролу над нуклеацијом и растом кристала, обезбеђујући поновљиву дистрибуцију величине честица и конзистентност процеса. Уз линеарну скалабилност од лабораторије до производне скале, Хиелсцхер ултразвучни реактори омогућавају беспрекоран пренос процеса, минимизирајући време и трошкове развоја. Заједно са свеобухватним техничким саветовањем, ови соникатори обезбеђују прилагођена решења која се лако интегришу у процесе кристализације усклађене са цГМП - што их чини идеалним за фармацеутску, биотехнолошку и прехрамбену индустрију.

Табела у наставку даје вам индикацију приближних капацитета обраде наших ултразвучних апарата:

Дизајн, производња и консалтинг – Квалитет Маде ин Германи

Хиелсцхер ултрасоникатори су познати по свом највишем квалитету и стандардима дизајна. Робусност и једноставан рад омогућавају несметану интеграцију наших ултразвучних апарата у индустријске објекте. Хиелсцхер ултрасоникатори се лако носе са тешким условима и захтевним окружењима.

Хиелсцхер Ултрасоницс је ИСО сертификована компанија и ставља посебан нагласак на ултрасоникаторе високих перформанси са најсавременијом технологијом и једноставношћу за коришћење. Наравно, Хиелсцхер ултрасоникатори су усаглашени са ЦЕ и испуњавају захтеве УЛ, ЦСА и РоХ.