การตกผลึกแบบอินไลน์แลคโตส – จากห้องปฏิบัติการสู่อุตสาหกรรม
การตกผลึกด้วยอัลตราโซนิกเป็นเทคนิคที่มีประสิทธิภาพในการเพิ่มการก่อตัวของแข็งภายใต้สภาวะการไหลอย่างต่อเนื่อง ด้านล่างนี้เราขอนําเสนอการศึกษาที่มุ่งเน้นไปที่การตกผลึกแบบอินไลน์ของแลคโตสจากระบบไตรภาคแลคโตส / น้ํา / ไอโซโพรพานอลโดยใช้ห้อง sonication Hielscher UP200St-TD-FlowCell การประยุกต์ใช้อัลตราซาวนด์ทําให้เกิดการปรับปรุงอย่างมีนัยสําคัญในด้านความเสถียรของระบบสัณฐานวิทยาของผลึกและความต่อเนื่องของรันไทม์ ที่นี่ คุณจะพบโปรโตคอลการทดลองที่ปรับให้เหมาะสม ผลลัพธ์ด้านประสิทธิภาพที่สําคัญ และเส้นทางสู่การขยายขนาดทางอุตสาหกรรม
กระบวนการเข้มข้น: การตกผลึกแลคโตสโดยใช้ Sonication
การตกผลึกเป็นสิ่งจําเป็นในอุตสาหกรรมยาและอาหารสําหรับการทําให้บริสุทธิ์และวิศวกรรมอนุภาค อย่างไรก็ตาม กระบวนการแบทช์แบบดั้งเดิมประสบกับข้อจํากัดในการทําซ้ําและการเปรอะเปื้อน โดยเฉพาะอย่างยิ่งในระหว่างการขยายขนาด การตกผลึกอย่างต่อเนื่องภายใต้สภาวะอัลตราโซนิกเป็นทางเลือกที่น่าสนใจโดยการเพิ่มอัตราการเกิดนิวเคลียสปรับปรุงการกระจายขนาดและบรรเทาความท้าทายที่เกี่ยวข้องกับการเปรอะเปื้อน
ในการศึกษาของพวกเขา Zettl และเพื่อนร่วมงาน (2020) ใช้แบบจําลองระบบที่ชอบน้ํา — แลคโตสโมโนไฮเดรตในส่วนผสมของน้ํา/ไอโซโพรพานอล — เพื่อตรวจสอบประโยชน์ในการดําเนินงานของ Hielscher UP200St-TD-FlowCell ในรูปแบบการตกผลึกอย่างต่อเนื่อง
UP200St_TD
วัสดุและวิธีการ – การตกผลึกแลคโตสอัลตราโซนิกบนโต๊ะ
วัสดุ
- สารละลาย: α-แลคโตสโมโนไฮเดรต
- ระบบตัวทําละลาย: น้ําปราศจากไอออนและไอโซโพรพานอลในอัตราส่วนเฟสไตรภาคที่ปรับให้เหมาะสมสําหรับความอิ่มตัวของแลคโตส
- เครื่องสะท้อนเสียง: UP200St-TD พร้อมกับเซลล์ sonication แบบไหลผ่าน (TD-FlowCell)
การกําหนดค่าอุปกรณ์
UP200St-TD-FlowCell ได้รับการกําหนดค่าในวงจรการตกผลึกแบบต่อเนื่องแบบวงปิด ปั๊มบีบตัวหมุนเวียนสารละลายแลคโตสอิ่มตัวยิ่งผ่านห้อง sonication ซึ่งอัลตราซาวนด์จะถูกให้พลังงานในระบบ การควบคุมอุณหภูมิแบบอินไลน์ช่วยให้มั่นใจได้ถึงเสถียรภาพทางความร้อนระหว่างการทํางานเป็นเวลานาน
การตกผลึกแลคโตสอัลตราโซนิกในโหมดต่อเนื่อง
(การศึกษาและภาพ: ©Zettl et al., 2020)
ความสามารถในการละลายของแลคโตส
ความเข้มข้นของความอิ่มตัวของแลคโตส ซึ่งเป็นไดแซ็กคาไรด์ที่ประกอบด้วยกลูโคสและกาแลคโตส ในน้ําที่อุณหภูมิห้อง (โดยทั่วไปหมายถึง 20–25 °C) อยู่ที่ประมาณ 18.9 wt% ที่ 25°C
ความสามารถในการละลายของแลคโตสเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิ แต่ไม่เป็นเส้นตรง ที่ 50°C จะเพิ่มขึ้นเป็นประมาณ 31 wt% และที่ 70°C จะอยู่ที่ประมาณ 45 wt%
โปรโตคอลสําหรับการตกผลึกแลคโตสอย่างต่อเนื่อง
วัตถุประสงค์: ลดการเปรอะเปื้อนของระบบและเพิ่มรันไทม์สูงสุดภายใต้การ sonication อย่างต่อเนื่อง
โปรโตคอลทีละขั้นตอน:
- การเตรียมสารละลายอาหารสัตว์
- ละลาย α-แลคโตสโมโนไฮเดรตในน้ําปราศจากไอออนที่อุณหภูมิ 50°C เพื่อให้ได้สารละลายอิ่มตัว
- สําหรับสารแขวนลอยแลคโตสในน้ํา ให้เติม a-lactose 233 กรัมต่อน้ํา 1,000 กรัม
- ผัดส่วนผสมจนวัสดุละลายหมด
- หลังจากนั้นปล่อยให้สารละลายเย็นลงถึง 25°C เพื่อให้ได้สารละลายอิ่มตัว
- การติดตั้งระบบ
- เตรียมวงจรการไหลด้วยสารละลายฟีด
- ตั้งค่าอัตราการไหลเป็น 60 มล./นาที (เหมาะสมที่สุดสําหรับเวลาพัก ~30 วินาทีในห้องอัลตราโซนิก)
- สารแขวนลอยฟีดและสารต้านตัวทําละลายจะถูกป้อนผ่านพอร์ตป้อนสองพอร์ตเข้าไปในห้องกระบวนการของเซลล์การไหลอัลตราโซนิก
- ตั้งค่าอัตราการไหล 27g/ นาทีของสารแขวนลอยแลคโตส 15 wt % กระตุ้นการตกตะกอนโดยการเติมไอโซโพรพานอลที่เย็นไว้ล่วงหน้า 27 กรัม/นาที (12°C) ส่งผลให้อัตราการไหลของมวลรวมอยู่ที่ 54 กรัม/นาที (อัตราการไหลของมวล 54 กรัม/นาทีสอดคล้องกับอัตราการไหลของปริมาตรถึง 60 มล./นาที)
- เริ่ม sonication ที่แอมพลิจูด 100% รักษาอุณหภูมิในการทํางานระหว่าง 25–30°C
- ขั้นตอนการตกผลึก
- รักษา sonication อย่างต่อเนื่องโดยไม่หยุดชะงัก เครื่องสะท้อนเสียง Hielscher สร้างขึ้นสําหรับการทํางานตลอด 24 ชั่วโมงทุกวัน
- รวบรวมแลคโตสที่ตกผลึกจากโมดูลตัวกรองปลายน้ําทุกๆ 60 นาที
- การกําหนดลักษณะหลังกระบวนการ
- วิเคราะห์สัณฐานวิทยาของผลึกผ่าน SEM
- หาปริมาณการกระจายขนาดผลึกโดยใช้การเลี้ยวเบนด้วยเลเซอร์ (เป้าหมาย D50: 80–100 μm)
- Determine purity via HPLC (lactose monohydrate >98%).
องค์ประกอบของสารแขวนลอยแลคโตสที่มีเศษส่วนมวลของแข็งแขวนลอยในฟีด (w s,f), เศษส่วนมวลของแข็งแขวนลอยในผลิตภัณฑ์ (w s,p), เศษส่วนมวลของแข็งที่ละลายในผลิตภัณฑ์ (w d,p), เศษส่วนมวลของน้ําในผลิตภัณฑ์ (w H2O,p), เศษส่วนมวลไอโซโพรพานอลในผลิตภัณฑ์ (w IA,p) และเศษส่วนมวลเอทานอลในผลิตภัณฑ์ (w EtOH, p) ใช้ในการศึกษาโดย Zettl et al., 2020
ผลลัพธ์และประโยชน์ของการตกผลึกแลคโตสอัลตราโซนิก
- การบรรเทาการรวมตัวกัน:
อัลตราโซนิกแบบอินไลน์ยับยั้งการรวมตัวของผลึกได้อย่างมีประสิทธิภาพให้ผลึกแลคโตสปริซึมที่แยกออกจากกันอย่างดี - การลดโฟม:
โดยเฉพาะอย่างยิ่ง อัลตราซาวนด์ช่วยลดการก่อตัวของโฟมบนพื้นผิว ซึ่งเป็นปัญหาทั่วไปในการตกผลึกของตัวทําละลายที่เกี่ยวข้องกับแอลกอฮอล์ ซึ่งจะช่วยเพิ่มปริมาณงานเชิงปริมาตร - การป้องกันการอุดตัน:
ไม่พบการเปรอะเปื้อนหรือการอุดตันระหว่างการทํางานเป็นเวลานาน ซึ่งยืนยันบทบาทของโพรงอากาศอะคูสติกในการรักษาพื้นผิวที่สะอาดและป้องกันการสะสมของแข็งภายในโฟลว์เซลล์ - รันไทม์ต่อเนื่อง:
กระบวนการนี้สามารถรักษาการทํางานได้อย่างต่อเนื่อง โดยคุณภาพคริสตัลยังคงสม่ําเสมอในทุกช่วงเวลา
การตกผลึกแลคโตสอัลตราโซนิก: แลคโตสตกผลึกภายใต้สภาวะที่แตกต่างกัน: อินพุตพลังงานอัลตราโซนิกการเพิ่มคาราจีแนนหรือเวย์ (WPC) มีอิทธิพลต่อขนาดผลึกแลคโตส
การศึกษาและรูปภาพ: © Sanchez-García et al., 2018.
เครื่องอัลตราโซนิก UIP6000hdT ด้วยโฟลว์เซลล์แรงดัน แจ็คเก็ตทําความร้อน / ระบายความร้อนช่วยให้สามารถ sonicate ที่อุณหภูมิสูงหรือต่ําลง
การขยายขนาดของการตกผลึกแลคโตสอัลตราโซนิก
เครื่องสะท้อนเสียงแบบอินไลน์ของ Hielscher ซึ่งได้รับการออกแบบทางวิศวกรรมในเยอรมนีตามมาตรฐานอุตสาหกรรมสูงสุดนําเสนอโซลูชันที่มีประสิทธิภาพสําหรับการตกผลึกอย่างต่อเนื่องของแลคโตสและของแข็งอื่น ๆ จากสารละลายอิ่มตัวยิ่งยวด ระบบเหล่านี้ออกแบบมาสําหรับการใช้งานระดับเภสัชกรรม รองรับการควบคุมนิวเคลียสและการเจริญเติบโตของผลึกได้อย่างแม่นยํา เพื่อให้มั่นใจได้ถึงการกระจายขนาดอนุภาคที่ทําซ้ําได้และความสม่ําเสมอของกระบวนการ ด้วยความสามารถในการปรับขนาดเชิงเส้นจากห้องปฏิบัติการไปจนถึงขนาดการผลิตเครื่องปฏิกรณ์อัลตราโซนิก Hielscher ช่วยให้สามารถถ่ายโอนกระบวนการได้อย่างราบรื่นลดเวลาและต้นทุนในการพัฒนา ควบคู่ไปกับการให้คําปรึกษาด้านเทคนิคที่ครอบคลุมเครื่องโซนิคเตอร์เหล่านี้ให้โซลูชันที่ปรับให้เหมาะกับการรวมเข้ากับเวิร์กโฟลว์การตกผลึกที่สอดคล้องกับ cGMP ได้อย่างง่ายดายทําให้เหมาะสําหรับอุตสาหกรรมยาเทคโนโลยีชีวภาพและอาหาร
ตารางด้านล่างให้ข้อบ่งชี้ถึงความสามารถในการประมวลผลโดยประมาณของเครื่องอัลตราโซนิกของเรา:
| ปริมาณแบทช์ | อัตราการไหล | อุปกรณ์ที่แนะนํา |
|---|---|---|
| 10 ถึง 50 มล. | 10 ถึง 300 มล. / นาที | UP200St_TD |
| 1 ถึง 500 มล. | 10 ถึง 200 มล. / นาที | UP100H |
| 10 ถึง 2000 มล. | 20 ถึง 400 มล. / นาที | UP200 ฮิต, UP400ST |
| 0.1 ถึง 20L | 0.2 ถึง 4L / นาที | UIP2000hdt |
| 10 ถึง 100L | 2 ถึง 10L / นาที | UIP4000hdT |
| 15 ถึง 150L | 3 ถึง 15 ลิตร / นาที | UIP6000hdT |
| ไม่ | 10 ถึง 100L / นาที | UIP16000hdT |
| ไม่ | ขนาด ใหญ่ | คลัสเตอร์ของ UIP16000hdT |
การออกแบบ การผลิต และการให้คําปรึกษา – คุณภาพ ผลิตในประเทศเยอรมนี
เครื่องอัลตราโซนิก Hielscher เป็นที่รู้จักกันดีในด้านคุณภาพและมาตรฐานการออกแบบสูงสุด ความทนทานและใช้งานง่ายช่วยให้สามารถรวมเครื่องอัลตราโซนิกของเราเข้ากับโรงงานอุตสาหกรรมได้อย่างราบรื่น สภาพที่ขรุขระและสภาพแวดล้อมที่ต้องการสามารถจัดการได้ง่ายโดยเครื่องอัลตราโซนิกของ Hielscher
Hielscher Ultrasonics เป็น บริษัท ที่ได้รับการรับรองมาตรฐาน ISO และให้ความสําคัญเป็นพิเศษกับเครื่องอัลตราโซนิกประสิทธิภาพสูงที่มีเทคโนโลยีล้ําสมัยและเป็นมิตรกับผู้ใช้ แน่นอนว่าเครื่องอัลตราโซนิกของ Hielscher เป็นไปตามมาตรฐาน CE และตรงตามข้อกําหนดของ UL, CSA และ RoHs
UIP2000hdT เครื่องสะท้อนเสียงทรงพลัง 2000 วัตต์ พร้อมโฟลว์เซลล์สําหรับการตกผลึกแบบอินไลน์ในอุตสาหกรรม
วรรณกรรม / อ้างอิง
- 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.
- Gielen, B.; Jordens, J.; Thomassen, L.C.J.; Braeken, L.; Van Gerven, T. (2027): Agglomeration Control during Ultrasonic Crystallization of an Active Pharmaceutical Ingredient. Crystals 2017, 7, 40.
- 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.
คําถามที่พบบ่อย
แลคโตสคืออะไร?
แลคโตสเป็นไดแซ็กคาไรด์ที่ประกอบด้วยกลูโคสและกาแลคโตสอย่างละหนึ่งโมเลกุล เป็นคาร์โบไฮเดรตหลักในนมและผลิตภัณฑ์จากนม ในทางเคมีมีอยู่ในรูปแบบ α และ β-anomeric โดย α-lactose monohydrate เป็นรูปแบบผลึกที่โดดเด่นภายใต้สภาวะแวดล้อม
แลคโตสใช้ทําอะไร?
แลคโตสใช้กันอย่างแพร่หลายเป็นส่วนผสมที่ใช้งานได้ในอุตสาหกรรมยา อาหาร และเทคโนโลยีชีวภาพ ในเภสัชกรรมส่วนใหญ่ทําหน้าที่เป็นสารเติมหรือสารเพิ่มปริมาณในรูปแบบยาแข็งในช่องปาก นอกจากนี้ยังเป็นสารตั้งต้นในกระบวนการหมักและเป็นสารให้ความหวานในสูตรอาหาร
การตกผลึกแลคโตสคืออะไร?
การตกผลึกแลคโตสหมายถึงกระบวนการเปลี่ยนแลคโตสที่ละลายน้ําจากสารละลายอิ่มตัวยิ่งยวดเป็นผลึกที่เป็นของแข็ง สิ่งนี้เกิดขึ้นจากนิวเคลียสและการเจริญเติบโตของผลึกที่ตามมา ซึ่งได้รับอิทธิพลจากอุณหภูมิ ความเข้มข้น ค่า pH และองค์ประกอบของตัวทําละลาย การตกผลึกที่ควบคุมได้เป็นสิ่งสําคัญสําหรับการผลิตแลคโตสที่มีขนาดอนุภาคที่กําหนดและความบริสุทธิ์แบบพหุมอร์ฟิก
4 ขั้นตอนของการตกผลึกคืออะไร?
ในระหว่างการตกผลึกสามารถสังเกตการก่อตัวของผลึกได้ 4 ขั้นตอน:
- ความอิ่มตัวยิ่งยวด: การสร้างแรงขับเคลื่อนทางอุณหพลศาสตร์โดยความสามารถในการละลายเกิน
- นิวเคลียส: การก่อตัวของนิวเคลียสเฟสแข็งเริ่มต้นจากสารละลาย
- การเจริญเติบโตของคริสตัล: การสะสมของโมเลกุลตัวถูกละลายลงบนนิวเคลียสเพื่อสร้างผลึกขนาดใหญ่ขึ้น
- การรวมตัวกันหรือการทําให้สุก: กระบวนการทุติยภูมิที่ผลึกรวมตัวหรือละลายและเติบโตใหม่ส่งผลต่อการกระจายขนาดสุดท้าย
อ่านที่นี่ว่าการ sonication มีอิทธิพลต่อกระบวนการตกผลึกอย่างไร!
สารเพิ่มปริมาณคืออะไร?
สารเพิ่มปริมาณเป็นสารเฉื่อยที่คิดควบคู่ไปกับสารออกฤทธิ์ทางเภสัชกรรม (API) ในผลิตภัณฑ์ยา ช่วยเพิ่มความสามารถในการผลิต ความเสถียร การดูดซึม หรือการยอมรับของผู้ป่วย โดยไม่กระทําผลในการรักษา สารเพิ่มปริมาณทั่วไป ได้แก่ สารเจือจาง สารยึดเกาะ สารสลายตัว และสารหล่อลื่น แลคโตสเป็นหนึ่งในสารเจือจางที่ใช้บ่อยที่สุด
Hielscher Ultrasonics ผลิตโฮโมจีไนเซอร์อัลตราโซนิกประสิทธิภาพสูงจาก ห้องทดลอง ถึง ขนาดอุตสาหกรรม