Ultraljud laktoskristallisation

I många mejeriprocesser genereras stora volymer vassle – även kallad mjölkpermeat – som en biprodukt. Detta avloppsvatten är rikt på laktos, men dess bortskaffande är både kostsamt och miljöbelastande. Genom att använda ultraljud för att återvinna laktosen kan avfallsvolymen minskas avsevärt, vilket förvandlar ett problematiskt avloppsvatten till en värdefull resurs. Ultraljud underlättar snabb och effektiv kristallisering, vilket ger en hög mängd enhetliga laktoskristaller som är lämpliga för kommersiellt bruk.

Tillverkning av laktos

Laktos framställs av en koncentrerad lösning av laktos (erhållen från vassle). Den koncentrerade laktosuppslamningen måste kylas till en låg temperatur för att fälla ut kristaller. Efter utfällningssteget separeras laktoskristallerna genom centrifugering. Efteråt torkas kristallerna till ett pulver.
Steg för laktoskristallisering:

koncentration
kärnbildning
Tillväxt av kristaller
Skörd/tvätt

Förbättrad laktoskristallisation genom ultraljudsbehandling

Ultraljud är välkänt för sin positiva inverkan på kristallisations- och utfällningsprocesser (sonokristallisation). Ultraljudsbehandling förbättrar bildandet och tillväxten av laktoskristaller också.
Sono-kristallisering av laktos hjälper till att få maximalt utbyte av laktoskristaller på minimal tid.

Ultraljudsflödescell för dispergering, upplösning och utfällning/kristallisation

Ultraljud glas reaktor för inline ultraljudsbehandling

En god kristalltillväxt är betydande för att säkerställa en effektiv skörd och tvättning av laktosen (extraktion) & rening). Ultraljudsbehandling orsakar en övermättnad av laktos och initierar den primära kärnbildningen av laktoskristaller. Dessutom bidrar kontinuerlig ultraljudsbehandling till en sekundär kärnbildning, vilket säkerställer ar distibution av liten kristallstorlek (CSD).

Ultraljudskristalliserad laktos: Ultraljudskristallisering av laktos kan påverkas av tillsats av karragenan eller vassle (WPC).

Ultraljud laktoskristallisering: Laktos kristalliserad under olika förhållanden: ultraljud energitillförsel, tillsatt karragenan eller vassle (WPC) påverkar laktoskristallstorleken
studie och bild: ©Sanchez-García et al., 2018.

Fördelar med ultraljud:

Maximal avkastning
mycket kort processtid
Enhetlig kristallstorlek
Kontrollerbar kristallstorlek
Enhetlig kristallform

Från genomförbarhet till inline-produktion: Sono-kristallisation av laktos
Läs mer om uppskalning av ultraljudskristallisering av laktos från bänkskiva till industriell produktion!

Från avloppsvatten till laktos

På grund av den stora mejeriproduktionen är vassle ofta en biprodukt som behandlas som avloppsvatten. Bortskaffandet av flytande vassle är kostnadsintensivt på grund av dess höga biologiska syreförbrukning (BOD) och vattenhalt. När laktosen återvinns från vasslen används avfallsprodukten i ett efterbehandlingssteg för att producera laktospulver. Laktosåtervinningen minskar vasslehalten med mer än 80 %, vilket gör biprodukten användbar och mer miljövänlig. En ultraljudsassisterad kristallisationsprocess förbättrar kristalltillväxten, utbytet och kvaliteten.
Laktos används i stor utsträckning som ingrediens inom livsmedels- och läkemedelsindustrin, som råvara för produktion av laktitol eller som basmaterial för mikrobiell produktion av biologiskt nedbrytbara polyestrar.

UIP2000hdt är en 2000 watt kraftfull sonikator med flödescell för industriell kristallisation av laktos vid hög genomströmning.

UIP2000hdT, en 2000 watt kraftfull sonikator med flödescell för industriell inline-kristallisation

Ultraljudsutrustning

Hielscher Ultrasonics erbjuder ultraljudsutrustning för sono-kristallisationsprocesser – Antingen för batch-ultraljudsbehandling eller för inline-bearbetning i en ultraljudsreaktor. Alla Hielscher sonikatorer är utformade för att köras kontinuerligt (24 timmar / 7d / 365d) för att säkerställa maximalt utnyttjande av utrustningen. Industriella ultraljudsenheter från 0,5 kW upp till 16 kW per enhet är lämpliga för kommersiell bearbetning av stora volymer övermättade suspensioner.

Laktosbearbetning av livsmedelskvalitet

Hielscher sonikatorer är mycket effektiva för att främja och kontrollera laktoskristallisation från övermättade lösningar. Genom att tillämpa intensiv ultraljudskavitation förbättrar dessa system kärnbildningshastigheter, minskar induktionstiderna och möjliggör bildandet av enhetliga, väldefinierade kristaller. Detta resulterar i snabbare kristallisationskinetik och förbättrad kontroll över kristallstorlek och morfologi. Hielscher ultraljudsapparater är idealiska för både batch- och kontinuerliga inline-processer och erbjuder skalbara lösningar från R&D till industriell produktion. Deras robusta tyska teknik och kompatibilitet med farmaceutiska standarder gör dem särskilt väl lämpade för krävande applikationer inom laktosrening, formulering och bearbetning.
Hielscher ultraljudsapparater är lämpliga för produktion av livsmedels- och läkemedelskvalitet som uppfyller cGMP-standarderna. Hielscher sonikatorer finns med kopplingar av sanitetskvalitet, vilket säkerställer full överensstämmelse med hygieniska bearbetningsstandarder. Ultraljudssonotroderna (även kallade sonder eller horn) och genomströmningsreaktorer är utformade med strömlinjeformade, lätta att rengöra geometrier, vilket underlättar effektivt underhåll och minimerar driftstopp. Noterbart är att ultraljudskavitation i sig fungerar som en clean-in-place (CIP) mekanism, som stöder rengöring av inre ytor under drift. För aseptiska miljöer är alla sonotroder och reaktorer helt autoklaverbara. Tack vare sitt kompakta fotavtryck är Hielscher-systemen lätta att integrera eller eftermontera i befintliga produktionslinjer, vilket gör dem idealiska för uppgraderingar i farmaceutiska och livsmedelsklassade kristallisationsanläggningar.
Kontakta oss idag för att få mer information! Hielscher Ultrasonics erbjuder olika standardiserade samt skräddarsydda lösningar för ultraljud, mejeri och livsmedelsbearbetning!

Be om mer information

Använd formuläret nedan för att begära ytterligare information om ultraljudsbehandling för laktoskristallisering, applikationsinformation och priser. Vi diskuterar gärna din laktosbehandling med dig och erbjuder dig det bästa ultraljudssystemet som uppfyller alla dina behov!

Namn

Företag

E-postadress (obligatoriskt)

Telefonnummer

Adress

Stad, delstat, postnummer

Land

Ränta

Observera våra integritetspolicy.

Jag godkänner integritetspolicyn

Industriell sond-typ ultraljudsapparat UIP6000hdT (6kW ultraljudseffekt, 20kHz ultraljudsfrekvens) med flödescellsreaktor för kontinuerlig ultraljudsbehandling av övermättade lösningar för kristallisation och utfällning vid hög genomströmning.

Ultraljudsapparat UIP6000hdT med trycksatt flödescell. En värme-/ kylmantel gör det möjligt att sonikera vid förhöjda eller sänkta temperaturer.

Relaterade ämnen

Om sonokristallisation

När kraftultraljud appliceras för att inducera och förbättra kristallisationsprocesser, är det känt som sonokristallisation. Sonokristallisation är baserad på tillämpningen av “akustiska vågor för att inducera fysikalisk-kemiska förändringar i materialet. Några vanliga tillämpningar av kraftultraljud inkluderar dess användning för att inducera kemiska reaktioner (sonokemi) och för att främja kristallisation (sonokristallisation). Dessa tekniker har uppmärksammats av flera branscher, inklusive läkemedels-, kemi- och livsmedelsindustrin med tanke på den fördel de erbjuder. Ultraljudstekniker är ekonomiskt lönsamma och relativt lätta att införliva i industriell drift. Dessa tekniker kan användas för att förbättra både reproducerbarheten och avkastningen i produktionen. De är icke-termiska och miljömässigt rena”. [Martini 2013, 4]

Kärnbildning och kristalltillväxt

Kristallisation bestäms som bildningsprocessen, där fasta kristaller fälls ut från en övermättad lösning, smälta eller gas.
Kristallisationsprocessen består av två huvudsteg: kärnbildningen och kristalltillväxten.
Under kärnbildningen börjar de upplösta molekylerna i lösningen att bilda kluster, som måste vara tillräckligt stora för att vara stabila under driftsförhållandena. En sådan stabil kluster bildar en kärna. Efter att ha nått den kritiska storleken för att bilda en stabil kärna börjar kristalltillväxtstadiet.
I fasen av kristalltillväxt blir de bildade kärnorna större eftersom fler molekyler är bundna till klustret. Tillväxtprocessen beror på mättnadsgraden och andra parametrar som enhetlig blandning, temperatur etc.
Den klassiska kristallisationsteorin bygger på den termodynamiska uppfattningen att ett isolerat system är absolut stabilt när dess entropi är oföränderlig.

Fakta om Laktos

Laktos (mjölksocker) är en disackarid byggd av glukos och galaktos förbundna med en β(1→4) glykosidbindning.
På grund av närvaron av ett kiralt kol kan laktos förekomma i form av följande 2 isomertyper: α- eller β-laktos. Laktos finns oftast som hydratiserad α-laktosmonohydratkristall. Den andra polymorfen, vattenfri β-laktos, är mindre vanlig och den kristalliserar över 93,5 °C. α- och β-anomererna har mycket olika egenskaper. Polymorferna kan särskiljas genom den specifika rotationen (+89 °C och +35 °C för α- respektive β-laktos) och lösligheten (70 och 500 g/L (vid 20 °C) för α- respektive β-laktos). [McSweeney et al. 2009]
Det är den viktigaste kolhydraten i mjölk och finns i koncentrationer på 2-8 viktprocent. Laktos är smaklöst och har en låg sötma. Laktos fungerar som ett reducerande socker och främjar Maillard- och Stecker-reaktionerna. Därmed används laktos för att förbättra färg och smak på livsmedelsprodukter som bageriprodukter, bakverk och konfektyr.
Laktos är en allmänt använd livsmedelstillsats som fungerar som bärare, fyllmedel, stabilisator och tablettspädningsmedel i livsmedels- och läkemedelsprodukter.
α-laktos är den renaste formen som används för farmaceutiska produkter.
Laktos är en viktig ingrediens när det kommer till smak, arom och bryningsreaktioner.
Formel: C₁₂H₂₂O₁₁
IUPAC-ID: β-D-galaktopyranosyl-(1→4)-D-glukos
Molmassa: 342,3 g/mol
Smältpunkt: 202,8 °C
Densitet: 1,53 g/cm³
Klassificering: FODMAP
Löslig i: vatten, etanol

Litteratur / Referenser

Deora, N.S.; Misra, N.N.; Deswal, A.; Mishra, H.N.; Cullen, P.J.; Tiwari, B.K. (2013): Ultrasound for Improved Crystallisation in Food Processing. Food Engineering Reviews 5/1, 2013. 36-44.
Dincer, T.D.; Zisu, B.; Vallet, C.G.M.R.; Jayasena, V.; Palmer, M.; Weeks, M. (2014): Sonocrystallisation of lactose in an aqueous system. International Dairy Journal 35. 2014. 43-48.
Zettl, M., Kreimer, M., Aigner, I., Mannschott, T., van der Wel, P., Khinast, J., Krumme, M. (2020): Runtime Maximization of Continuous Precipitation in an Ultrasonic Process Chamber. Organic Process Research & Development, 24(4), 2020. 508–519.
Kougoulos E, Marziano I, Miller PR. (2010): Lactose particle engineering: influence of ultrasound and anti-solvent on crystal habit and particle size. J Cryst Growth 312(23):3509–20.
Yanira I. Sánchez-García, Karen S. García-Vega, Martha Y. Leal-Ramos, Ivan Salmeron, Néstor Gutiérrez-Méndez (2018): Ultrasound-assisted crystallization of lactose in the presence of whey proteins and κ-carrageenan. Ultrasonics Sonochemistry, Volume 42, 2018. 714-722.
Patel, S.R.; Murthy, Z.V.P. (2011): Effect of process parameters on crystal size and morphology of lactose in ultrasound-assisted crystallization. Crystal Research Technology 46/3. 2011. 243-248.

Högpresterande ultraljud! Hielschers produktsortiment täcker hela spektrumet från den kompakta laboratorieultraljudsapparaten över stationära enheter till fullindustriella ultraljudssystem.

Hielscher Ultrasonics tillverkar högpresterande ultraljudshomogenisatorer från labb till industriell storlek.