การตกผลึกแลคโตสด้วยอัลตราซาวนด์
ในกระบวนการผลิตผลิตภัณฑ์นมหลายกระบวนการ มีเวย์ปริมาณมาก – ซึ่งเรียกอีกอย่างว่าเพอร์มีเอตของน้ำนม – เกิดขึ้นเป็นผลพลอยได้ ของเหลวทิ้งนี้มีแลคโตสสูง แต่การกำจัดมีทั้งค่าใช้จ่ายสูงและสร้างภาระต่อสิ่งแวดล้อม การใช้อัลตราซาวนด์เพื่อกู้คืนแลคโตสสามารถลดปริมาณของเสียได้อย่างมาก โดยเปลี่ยนของเหลวทิ้งที่เป็นปัญหาให้กลายเป็นทรัพยากรที่มีคุณค่า การใช้อัลตราซาวนด์ช่วยให้การตกผลึกเกิดขึ้นได้อย่างรวดเร็วและมีประสิทธิภาพ โดยให้ผลึกแลคโตสที่สม่ำเสมอในปริมาณมากและเหมาะสำหรับการใช้งานเชิงพาณิชย์
การผลิตแลคโตส
แลคโตสผลิตจากสารละลายแลคโตสเข้มข้น (ที่ได้จากเวย์) ต้องทำให้สารแขวนลอยแลคโตสเข้มข้นเย็นลงจนถึงอุณหภูมิต่ำเพื่อให้ผลึกตกตะกอน หลังจากขั้นตอนการตกตะกอน ผลึกแลคโตสจะถูกแยกด้วยการปั่นเหวี่ยง จากนั้นจึงทำให้ผลึกแห้งเป็นผง
ขั้นตอนการตกผลึกแลคโตส:
- การทำให้เข้มข้น
- การเกิดนิวเคลียส
- การเติบโตของผลึก
- การเก็บผลึก/ การล้าง
การปรับปรุงการตกผลึกแลคโตสด้วยการใช้อัลตราซาวนด์
อัลตราซาวนด์เป็นที่รู้จักกันดีว่ามีผลเชิงบวกต่อกระบวนการตกผลึกและการตกตะกอน (การตกผลึกด้วยอัลตราซาวนด์) การใช้อัลตราซาวนด์ยังช่วยปรับปรุงการก่อตัวและการเติบโตของผลึกแลคโตสด้วย
การตกผลึกแลคโตสด้วยอัลตราซาวนด์ช่วยให้ได้ผลผลิตผลึกแลคโตสสูงสุดในเวลาน้อยที่สุด
เครื่องปฏิกรณ์แก้วอัลตราโซนิกสำหรับการใช้อัลตราซาวนด์ในสายการผลิต
การเติบโตของผลึกที่ดีมีความสำคัญต่อการเก็บและล้างผลึกแลคโตสอย่างมีประสิทธิภาพ (การสกัดและการทำให้บริสุทธิ์) การใช้อัลตราซาวนด์ทำให้แลคโตสเกิดภาวะอิ่มตัวยิ่งยวดและเริ่มต้นการเกิดนิวเคลียสปฐมภูมิของผลึกแลคโตส นอกจากนี้ การใช้อัลตราซาวนด์อย่างต่อเนื่องยังส่งเสริมการเกิดนิวเคลียสทุติยภูมิ ซึ่งทำให้ได้การกระจายขนาดผลึกที่เล็ก (CSD)
การตกผลึกแลคโตสด้วยอัลตราซาวนด์: แลคโตสที่ตกผลึกภายใต้สภาวะต่าง ๆ: พลังงานอัลตราซาวนด์ที่ป้อนเข้า การเติมคาร์ราจีแนนหรือเวย์ (WPC) มีอิทธิพลต่อขนาดผลึกแลคโตส
การศึกษาและภาพ: ©Sanchez-García et al., 2018.
ประโยชน์ของอัลตราซาวนด์:
- ผลผลิตสูงสุด
- ระยะเวลาดำเนินกระบวนการสั้นมาก
- ขนาดผลึกสม่ำเสมอ
- ขนาดผลึกที่ควบคุมได้
- รูปร่างผลึกสม่ำเสมอ
จากการศึกษาความเป็นไปได้สู่การผลิตในสายการผลิต: การตกผลึกแลคโตสด้วยอัลตราซาวนด์
อ่านเพิ่มเติมเกี่ยวกับการขยายขนาดการตกผลึกแลคโตสด้วยอัลตราซาวนด์จากระดับตั้งโต๊ะสู่การผลิตระดับอุตสาหกรรม!
จากของเหลวทิ้งสู่แลคโตส
เนื่องจากการผลิตผลิตภัณฑ์นมมีปริมาณมาก เวย์จึงมักเป็นผลพลอยได้ที่ถูกจัดการในฐานะของเหลวทิ้ง การกำจัดเวย์เหลวมีค่าใช้จ่ายสูงเนื่องจากมีค่าความต้องการออกซิเจนทางชีวภาพ (BOD) และปริมาณน้ำสูง เมื่อกู้คืนแลคโตสจากเวย์แล้ว ผลิตภัณฑ์ของเสียจะถูกนำไปใช้ในขั้นตอนการแปรรูปต่อเพื่อผลิตผงแลคโตส การกู้คืนแลคโตสลดค่า BOD ของเวย์ได้มากกว่า 80% ทำให้ผลพลอยได้นี้มีประโยชน์และเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมมากขึ้น กระบวนการตกผลึกที่ใช้อัลตราซาวนด์ช่วยปรับปรุงการเติบโตของผลึก ผลผลิต และคุณภาพ
แลคโตสใช้กันอย่างแพร่หลายเป็นส่วนผสมในอุตสาหกรรมอาหารและยา เป็นวัตถุดิบสำหรับการผลิตแลคทิทอล หรือเป็นวัสดุตั้งต้นสำหรับการผลิตพอลิเอสเทอร์ที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพโดยจุลินทรีย์
UIP2000hdT เครื่องอัลตราโซนิกกำลังสูง 2000 วัตต์ พร้อมเซลล์การไหลสำหรับการตกผลึกในสายการผลิตระดับอุตสาหกรรม
อุปกรณ์อัลตราโซนิก
Hielscher Ultrasonics นำเสนออุปกรณ์อัลตราโซนิกสำหรับกระบวนการตกผลึกด้วยอัลตราซาวนด์ – ทั้งสำหรับการใช้อัลตราซาวนด์แบบแบตช์หรือการแปรรูปในสายการผลิตด้วยเครื่องปฏิกรณ์อัลตราโซนิก เครื่องอัลตราโซนิกของ Hielscher ทุกรุ่นออกแบบให้ทำงานได้อย่างต่อเนื่อง (24hrs/ 7d/ 365d) เพื่อให้ใช้งานอุปกรณ์ได้อย่างเต็มที่สูงสุด อุปกรณ์อัลตราโซนิกระดับอุตสาหกรรมที่มีกำลังตั้งแต่ 0.5kW ไปจนถึง 16kW ต่อเครื่องเหมาะสำหรับการแปรรูปสารแขวนลอยอิ่มตัวยิ่งยวดปริมาณมากในเชิงพาณิชย์
การแปรรูปแลคโตสเกรดอาหาร
เครื่องอัลตราโซนิกของ Hielscher มีประสิทธิภาพสูงในการส่งเสริมและควบคุมการตกผลึกแลคโตสจากสารละลายอิ่มตัวยิ่งยวด ด้วยการใช้คาวิเทชันจากอัลตราซาวนด์ที่เข้มข้น ระบบเหล่านี้เพิ่มอัตราการเกิดนิวเคลียส ลดระยะเวลาเหนี่ยวนำ และช่วยให้เกิดผลึกที่สม่ำเสมอและมีรูปทรงชัดเจน ส่งผลให้จลนพลศาสตร์ของการตกผลึกเร็วขึ้น และควบคุมขนาดกับสัณฐานวิทยาของผลึกได้ดีขึ้น เครื่องอัลตราโซนิกของ Hielscher เหมาะอย่างยิ่งสำหรับทั้งกระบวนการแบบแบตช์และกระบวนการต่อเนื่องในสายการผลิต โดยนำเสนอโซลูชันที่ขยายขนาดได้ตั้งแต่การวิจัยและพัฒนาจนถึงการผลิตระดับอุตสาหกรรม การออกแบบทางวิศวกรรมจากเยอรมนีที่แข็งแกร่งและความเข้ากันได้กับมาตรฐานเกรดยาทำให้เครื่องเหล่านี้เหมาะเป็นพิเศษสำหรับการใช้งานที่มีข้อกำหนดสูงในการทำแลคโตสให้บริสุทธิ์ การพัฒนาสูตร และการแปรรูป
เครื่องอัลตราโซนิกของ Hielscher เหมาะสำหรับการผลิตเกรดอาหารและเกรดยาที่เป็นไปตามมาตรฐาน cGMP เครื่องอัลตราโซนิกของ Hielscher มีรุ่นที่ติดตั้งข้อต่อเกรดสุขอนามัย เพื่อให้เป็นไปตามมาตรฐานการแปรรูปที่ถูกสุขลักษณะอย่างครบถ้วน โซโนโทรดอัลตราโซนิก (เรียกอีกอย่างว่าโพรบหรือฮอร์น) และเครื่องปฏิกรณ์แบบไหลผ่านได้รับการออกแบบให้มีรูปทรงที่เอื้อต่อการไหลและทำความสะอาดได้ง่าย ช่วยให้บำรุงรักษาได้อย่างมีประสิทธิภาพและลดเวลาหยุดทำงานให้เหลือน้อยที่สุด โดยเฉพาะอย่างยิ่ง คาวิเทชันจากอัลตราซาวนด์เองทำหน้าที่เป็นกลไกการทำความสะอาดในระบบ (CIP) ซึ่งช่วยทำความสะอาดพื้นผิวภายในระหว่างการทำงาน สำหรับสภาพแวดล้อมปลอดเชื้อ โซโนโทรดและเครื่องปฏิกรณ์ทั้งหมดสามารถฆ่าเชื้อด้วยหม้อนึ่งความดันได้ทั้งชิ้น ด้วยพื้นที่ติดตั้งที่กะทัดรัด ระบบของ Hielscher จึงผสานเข้ากับหรือดัดแปลงติดตั้งในสายการผลิตที่มีอยู่ได้อย่างง่ายดาย – ทำให้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการยกระดับโรงงานตกผลึกเกรดยาและเกรดอาหาร
ติดต่อเราวันนี้เพื่อรับข้อมูลเพิ่มเติม! Hielscher Ultrasonics นำเสนอโซลูชันหลากหลายทั้งแบบมาตรฐานและแบบปรับแต่งเฉพาะสำหรับการแปรรูปผลิตภัณฑ์นมและอาหารด้วยอัลตราซาวนด์!
เครื่องอัลตราโซนิก UIP6000hdT พร้อมเซลล์การไหลที่สามารถเพิ่มความดันได้ แจ็กเก็ตให้ความร้อน/ หล่อเย็นช่วยให้ใช้อัลตราซาวนด์ได้ที่อุณหภูมิสูงขึ้นหรือต่ำลง
เกี่ยวกับการตกผลึกด้วยอัลตราซาวนด์
เมื่อใช้อัลตราซาวนด์กำลังสูงเพื่อเหนี่ยวนำและปรับปรุงกระบวนการตกผลึก กระบวนการนี้เรียกว่าการตกผลึกด้วยอัลตราซาวนด์ การตกผลึกด้วยอัลตราซาวนด์อาศัยการใช้ “คลื่นเสียงเพื่อเหนี่ยวนำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงทางเคมีกายภาพในวัสดุ การประยุกต์ใช้อัลตราซาวนด์กำลังสูงที่พบได้ทั่วไปบางประการ ได้แก่ การใช้เพื่อเหนี่ยวนำปฏิกิริยาเคมี (โซโนเคมี) และเพื่อส่งเสริมการตกผลึก (การตกผลึกด้วยอัลตราซาวนด์) เทคนิคเหล่านี้ได้รับความสนใจจากหลายอุตสาหกรรม รวมถึงอุตสาหกรรมยา เคมี และอาหาร เนื่องจากข้อได้เปรียบที่เทคนิคเหล่านี้มอบให้ เทคนิคอัลตราซาวนด์มีความคุ้มค่าทางเศรษฐกิจและผสานเข้ากับการดำเนินงานทางอุตสาหกรรมได้ค่อนข้างง่าย เทคนิคเหล่านี้สามารถใช้เพื่อปรับปรุงทั้งความสามารถในการทำซ้ำและผลผลิตของการผลิต โดยเป็นเทคนิคที่ไม่ใช้ความร้อนและสะอาดต่อสิ่งแวดล้อม”. [Martini 2013, 4]
การเกิดนิวเคลียสและการเติบโตของผลึก
การตกผลึกหมายถึงกระบวนการก่อตัวที่ผลึกของแข็งตกตะกอนจากสารละลายอิ่มตัวยิ่งยวด สารหลอมเหลว หรือก๊าซ
กระบวนการตกผลึกประกอบด้วยสองขั้นตอนหลัก ได้แก่ การเกิดนิวเคลียสและการเติบโตของผลึก
ระหว่างการเกิดนิวเคลียส โมเลกุลที่ละลายอยู่ในสารละลายเริ่มรวมตัวเป็นกลุ่ม ซึ่งต้องมีขนาดใหญ่พอที่จะคงความเสถียรภายใต้สภาวะการทำงาน กลุ่มโมเลกุลที่เสถียรเช่นนี้ก่อตัวเป็นนิวเคลียส เมื่อมีขนาดถึงขนาดวิกฤตที่จะก่อตัวเป็นนิวเคลียสที่เสถียร ขั้นตอนการเติบโตของผลึกจึงเริ่มขึ้น
ในระยะการเติบโตของผลึก นิวเคลียสที่เกิดขึ้นมีขนาดใหญ่ขึ้นเมื่อมีโมเลกุลมาจับกับกลุ่มมากขึ้น กระบวนการเติบโตขึ้นอยู่กับระดับความอิ่มตัวและพารามิเตอร์อื่น ๆ เช่น การผสมอย่างสม่ำเสมอ อุณหภูมิ เป็นต้น
ทฤษฎีการตกผลึกแบบคลาสสิกอาศัยแนวคิดทางอุณหพลศาสตร์ที่ว่าระบบโดดเดี่ยวมีความเสถียรอย่างสมบูรณ์เมื่อเอนโทรปีของระบบไม่เปลี่ยนแปลง
ข้อมูลเกี่ยวกับแลคโตส
แลคโตส (น้ำตาลนม) เป็นไดแซ็กคาไรด์ที่ประกอบด้วยกลูโคสและกาแลคโตสเชื่อมกันด้วยพันธะไกลโคซิดิก β(1→4)
เนื่องจากมีคาร์บอนไครัล แลคโตสจึงสามารถอยู่ในรูปของไอโซเมอร์ 2 ชนิดต่อไปนี้: α-lactose หรือ β-lactose แลคโตสพบได้บ่อยที่สุดในรูปผลึก α-lactose monohydrate ที่มีน้ำอยู่ในผลึก อีกรูปแบบพหุสัณฐานหนึ่งคือ β-lactose ที่ปราศจากน้ำ ซึ่งพบได้น้อยกว่าและตกผลึกที่อุณหภูมิสูงกว่า 93.5°C แอนอเมอร์ α และ β มีสมบัติแตกต่างกันมาก รูปแบบพหุสัณฐานเหล่านี้สามารถแยกแยะได้จากค่าการหมุนจำเพาะ (+89°C และ +35°C สำหรับ α-lactose และ β-lactose ตามลำดับ) และความสามารถในการละลาย (70 และ 500g/L (ที่ 20°C) สำหรับ α-lactose และ β-lactose ตามลำดับ) [McSweeney et al. 2009]
แลคโตสเป็นคาร์โบไฮเดรตหลักของน้ำนมและพบที่ความเข้มข้น 2–8 wt% แลคโตสไม่มีรสชาติและมีความหวานต่ำ แลคโตสทำหน้าที่เป็นน้ำตาลรีดิวซ์และส่งเสริมปฏิกิริยา Maillard และ Stecker จึงใช้แลคโตสเพื่อเพิ่มสีและรสชาติของผลิตภัณฑ์อาหาร เช่น ผลิตภัณฑ์เบเกอรี ขนมอบ และขนมหวาน
แลคโตสเป็นวัตถุเจือปนอาหารที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย โดยทำหน้าที่เป็นสารพา สารเพิ่มปริมาณ สารทำให้คงตัว และสารเจือจางสำหรับยาเม็ดในผลิตภัณฑ์อาหารและยา
α-lactose เป็นรูปแบบที่บริสุทธิ์ที่สุด ซึ่งใช้สำหรับผลิตภัณฑ์ยา
แลคโตสเป็นส่วนผสมสำคัญในด้านรสชาติ กลิ่นหอม และปฏิกิริยาการเกิดสีน้ำตาล
สูตร: C12H22O11
รหัส IUPAC: β-D-galactopyranosyl-(1→4)-D-glucose
มวลโมลาร์: 342.3 g/mol
จุดหลอมเหลว: 202.8°C
ความหนาแน่น: 1.53 g/cm3
การจัดประเภท: FODMAP
ละลายได้ใน: น้ำ เอทานอล
เอกสารวิชาการ / เอกสารอ้างอิง
- 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.
Hielscher Ultrasonics ผลิตเครื่องโฮโมจีไนเซอร์อัลตราโซนิกสมรรถนะสูงตั้งแต่ระดับ ห้องปฏิบัติการ ไปจนถึง ระดับอุตสาหกรรม.