การตกผลึกแลคโตสอัลตราโซนิก
ในกระบวนการผลิตนมจํานวนมาก จะเกิดเวย์ปริมาณมาก หรือที่เรียกว่าการซึมผ่านของนม เป็นผลพลอยได้ น้ําทิ้งนี้อุดมไปด้วยแลคโตส แต่การกําจัดนั้นมีราคาแพงและเป็นภาระต่อสิ่งแวดล้อม ด้วยการใช้อัลตราซาวนด์เพื่อกู้คืนแลคโตสปริมาณของเสียสามารถลดลงได้อย่างมีนัยสําคัญเปลี่ยนน้ําทิ้งที่มีปัญหาให้เป็นทรัพยากรที่มีค่า อัลตราโซนิกช่วยให้ตกผลึกได้อย่างรวดเร็วและมีประสิทธิภาพทําให้ผลึกแลคโตสสม่ําเสมอในปริมาณสูงเหมาะสําหรับใช้ในเชิงพาณิชย์
การผลิตแลคโตส
แลคโตสผลิตจากสารละลายแลคโตสเข้มข้น (ได้มาจากเวย์) สารละลายแลคโตสเข้มข้นต้องเย็นลงที่อุณหภูมิต่ําเพื่อตกตะกอนผลึก หลังจากขั้นตอนการตกตะกอนผลึกแลคโตสจะถูกแยกออกจากกันโดยการหมุนเหวี่ยง หลังจากนั้นผลึกจะถูกทําให้แห้งเป็นผง
ขั้นตอนของการตกผลึกแลคโตส:
- สมาธิ
- นิวเคลียส
- การเจริญเติบโตของคริสตัล
- การเก็บเกี่ยว / ซักผ้า
ปรับปรุงการตกผลึกแลคโตสโดย Sonication
อัลตราซาวนด์เป็นที่รู้จักกันดีในด้านผลกระทบเชิงบวกต่อกระบวนการตกผลึกและการตกตะกอน (sono-crystallization) Sonication ช่วยเพิ่มการก่อตัวและการเจริญเติบโตของผลึกแลคโตสด้วย
การตกผลึกของแลคโตสแบบโซโนช่วยให้ได้ผลผลิตสูงสุดของผลึกแลคโตสในเวลาที่น้อยที่สุด
เครื่องปฏิกรณ์แก้วอัลตราโซนิกสําหรับ sonication แบบอินไลน์
การเจริญเติบโตของผลึกที่ดีมีความสําคัญเพื่อให้แน่ใจว่าการเก็บเกี่ยวและการล้างแลคโตสมีประสิทธิภาพ (การสกัด & การทําให้บริสุทธิ์) Sonication ทําให้เกิดความอิ่มตัวของแลคโตสและเริ่มต้นนิวเคลียสหลักของผลึกแลคโตส นอกจากนี้การ sonication อย่างต่อเนื่องมีส่วนช่วยในการเกิดนิวเคลียสทุติยภูมิซึ่งช่วยให้มั่นใจได้ว่าการกระจายขนาดผลึกขนาดเล็ก (CSD)
การตกผลึกแลคโตสอัลตราโซนิก: แลคโตสตกผลึกภายใต้สภาวะที่แตกต่างกัน: อินพุตพลังงานอัลตราโซนิกการเพิ่มคาราจีแนนหรือเวย์ (WPC) มีอิทธิพลต่อขนาดผลึกแลคโตส
การศึกษาและรูปภาพ: ©Sanchez-García et al., 2018.
ประโยชน์ของอัลตราซาวนด์:
- ผลผลิตสูงสุด
- เวลาดําเนินการสั้นมาก
- ขนาดคริสตัลสม่ําเสมอ
- ขนาดคริสตัลที่ควบคุมได้
- รูปร่างคริสตัลสม่ําเสมอ
จากความเป็นไปได้สู่การผลิตแบบอินไลน์: การตกผลึกของแลคโตส
อ่านเพิ่มเติมเกี่ยวกับการขยายขนาดการตกผลึกแลคโตสอัลตราโซนิกจากแบบตั้งโต๊ะไปจนถึงการผลิตทางอุตสาหกรรม!
จากของเสียสู่แลคโตส
เนื่องจากการผลิตนมจํานวนมากเวย์จึงมักเป็นผลพลอยได้ที่ถือว่าเป็นของเสีย การกําจัดเวย์เหลวมีค่าใช้จ่ายสูงเนื่องจากความต้องการออกซิเจนทางชีวภาพ (BOD) และปริมาณน้ําสูง เมื่อแลคโตสถูกนํากลับมาใช้ใหม่จากเวย์ ของเสียจะถูกนําไปใช้ในขั้นตอนหลังการประมวลผลเพื่อผลิตผงแลคโตส การฟื้นตัวของแลคโตสช่วยลด BOD ของเวย์ได้มากกว่า 80% ทําให้ผลพลอยได้มีประโยชน์และเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมมากขึ้น กระบวนการตกผลึกด้วยอัลตราโซนิกช่วยปรับปรุงการเจริญเติบโตของผลึกผลผลิตและคุณภาพ
แลคโตสถูกนํามาใช้กันอย่างแพร่หลายเป็นส่วนผสมในอุตสาหกรรมอาหารและยาเป็นวัตถุดิบในการผลิตแลคติทอลหรือเป็นวัสดุพื้นฐานสําหรับการผลิตจุลินทรีย์ของโพลีเอสเตอร์ที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพ
UIP2000hdT เครื่องสะท้อนเสียงทรงพลัง 2000 วัตต์ พร้อมโฟลว์เซลล์สําหรับการตกผลึกแบบอินไลน์ในอุตสาหกรรม
อุปกรณ์อัลตราโซนิก
Hielscher Ultrasonics นําเสนออุปกรณ์อัลตราโซนิกสําหรับกระบวนการตกผลึกโซโน – ไม่ว่าจะเป็นแบทช์ sonication หรือสําหรับการประมวลผลแบบอินไลน์ในเครื่องปฏิกรณ์อัลตราโซนิก เครื่องสะท้อนเสียง Hielscher ทั้งหมดได้รับการออกแบบให้ทํางานอย่างต่อเนื่อง (24 ชั่วโมง / 7 วัน / 365 วัน) เพื่อให้มั่นใจว่าการใช้อุปกรณ์สูงสุด อุปกรณ์อัลตราโซนิกอุตสาหกรรมตั้งแต่ 0.5kW ถึง 16kW ต่อหน่วยเหมาะสําหรับการแปรรูปเชิงพาณิชย์ของสารแขวนลอยที่อิ่มตัวยิ่งยวดในปริมาณมาก
การแปรรูปแลคโตสเกรดอาหาร
เครื่องสะท้อนเสียง Hielscher มีประสิทธิภาพสูงในการส่งเสริมและควบคุมการตกผลึกของแลคโตสจากสารละลายอิ่มตัวยิ่งยวด ด้วยการใช้โพรงอากาศอัลตราโซนิกที่เข้มข้นระบบเหล่านี้ช่วยเพิ่มอัตราการเกิดนิวเคลียสลดเวลาการเหนี่ยวนําและช่วยให้สามารถก่อตัวของผลึกที่สม่ําเสมอและกําหนดไว้อย่างดี ส่งผลให้จลนพลศาสตร์การตกผลึกเร็วขึ้นและควบคุมขนาดผลึกและสัณฐานวิทยาได้ดีขึ้น เหมาะอย่างยิ่งสําหรับกระบวนการแบบอินไลน์ทั้งแบบแบทช์และแบบต่อเนื่อง Hielscher sonicators นําเสนอโซลูชั่นที่ปรับขนาดได้จาก R&D เพื่อการผลิตทางอุตสาหกรรม วิศวกรรมเยอรมันที่แข็งแกร่งและความเข้ากันได้กับมาตรฐานเกรดเภสัชกรรมทําให้เหมาะอย่างยิ่งสําหรับการใช้งานที่มีความต้องการในการทําให้บริสุทธิ์
เครื่องอัลตราโซนิก Hielscher เหมาะสําหรับการผลิตเกรดอาหารและยาที่สอดคล้องกับมาตรฐาน cGMP เครื่องสะท้อนเสียงของ Hielscher มีให้เลือกใช้กับอุปกรณ์เกรดสุขาภิบาลเพื่อให้มั่นใจว่าเป็นไปตามมาตรฐานการประมวลผลที่ถูกสุขอนามัยอย่างเต็มที่ โซโนโทรดอัลตราโซนิก (เรียกอีกอย่างว่าโพรบหรือแตร) และเครื่องปฏิกรณ์แบบไหลผ่านได้รับการออกแบบด้วยรูปทรงเรขาคณิตที่คล่องตัวและทําความสะอาดง่ายอํานวยความสะดวกในการบํารุงรักษาที่มีประสิทธิภาพและลดเวลาหยุดทํางาน โดยเฉพาะอย่างยิ่งโพรงอากาศอัลตราโซนิกทําหน้าที่เป็นกลไกการทําความสะอาดในสถานที่ (CIP) ซึ่งรองรับการทําความสะอาดพื้นผิวภายในระหว่างการทํางาน สําหรับสภาพแวดล้อมปลอดเชื้อ sonotrodes และเครื่องปฏิกรณ์ทั้งหมดสามารถนึ่งฆ่าเชื้อได้อย่างสมบูรณ์ ด้วยพื้นที่ขนาดกะทัดรัด ระบบ Hielscher จึงสามารถรวมหรือติดตั้งเพิ่มเติมเข้ากับสายการผลิตที่มีอยู่ได้อย่างง่ายดาย
ติดต่อเราวันนี้เพื่อรับข้อมูลเพิ่มเติม! Hielscher Ultrasonics นําเสนอโซลูชั่นที่ได้มาตรฐานและปรับแต่งได้หลากหลายสําหรับการแปรรูปนมอัลตราโซนิกและอาหาร!
เครื่องอัลตราโซนิก UIP6000hdT ด้วยโฟลว์เซลล์แรงดัน แจ็คเก็ตทําความร้อน / ระบายความร้อนช่วยให้สามารถ sonicate ที่อุณหภูมิสูงหรือต่ําลง
เกี่ยวกับ Sonocrystallization
เมื่อใช้อัลตราซาวนด์พลังงานเพื่อกระตุ้นและปรับปรุงกระบวนการตกผลึกจะเรียกว่าการตกผลึกแบบโซโน Sonocrystallization ขึ้นอยู่กับการประยุกต์ใช้ “คลื่นเสียงเพื่อกระตุ้นการเปลี่ยนแปลงทางเคมีกายภาพในวัสดุ การใช้งานทั่วไปของอัลตราซาวนด์พลังงาน ได้แก่ การใช้เพื่อกระตุ้นปฏิกิริยาเคมี (โซโนเคมี) และเพื่อส่งเสริมการตกผลึก (โซโนคลาสติเซชัน) เทคนิคเหล่านี้ได้รับความสนใจจากหลายอุตสาหกรรม รวมถึงอุตสาหกรรมยา เคมี และอาหาร เนื่องจากข้อได้เปรียบที่มีให้ เทคนิคอัลตราซาวนด์มีศักยภาพทางเศรษฐกิจและค่อนข้างง่ายที่จะรวมเข้ากับการดําเนินงานในอุตสาหกรรม เทคนิคเหล่านี้สามารถใช้เพื่อปรับปรุงทั้งความสามารถในการทําซ้ําและผลผลิต ไม่ระบายความร้อนและเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม”. [มาร์ตินี่ 2013, 4]
นิวเคลียสและการเจริญเติบโตของผลึก
การตกผลึกถูกกําหนดเป็นกระบวนการก่อตัวซึ่งผลึกของแข็งตกตะกอนจากสารละลายละลายหรือก๊าซที่อิ่มตัวมากเกินไป
กระบวนการตกผลึกประกอบด้วยสองขั้นตอนหลัก: นิวเคลียสและการเจริญเติบโตของผลึก
ในระหว่างการเกิดนิวเคลียสโมเลกุลที่ละลายในสารละลายจะเริ่มก่อตัวเป็นกระจุกซึ่งต้องมีขนาดใหญ่พอที่จะมีความเสถียรภายใต้สภาวะการทํางาน กระจุกที่มั่นคงดังกล่าวก่อตัวเป็นนิวเคลียส หลังจากถึงขนาดวิกฤตเพื่อสร้างนิวเคลียสที่เสถียรขั้นตอนของการเจริญเติบโตของผลึกจะเริ่มขึ้น
ในระยะของการเจริญเติบโตของผลึกนิวเคลียสที่เกิดขึ้นจะมีขนาดใหญ่ขึ้นเมื่อโมเลกุลถูกผูกไว้กับคลัสเตอร์มากขึ้น กระบวนการเติบโตขึ้นอยู่กับระดับความอิ่มตัวและพารามิเตอร์อื่น ๆ เช่นการผสมสม่ําเสมออุณหภูมิ ฯลฯ
ทฤษฎีการตกผลึกแบบคลาสสิกขึ้นอยู่กับแนวคิดทางอุณหพลศาสตร์ที่ว่าระบบที่แยกได้มีความเสถียรอย่างยิ่งเมื่อเอนโทรปีไม่เปลี่ยนแปลง
ข้อเท็จจริงเกี่ยวกับแลคโตส
แลคโตส (น้ําตาลนม) เป็นไดแซ็กคาไรด์ที่สร้างขึ้นจากกลูโคสและกาแลคโตสที่เชื่อมต่อกันด้วยพันธะไกลโคซิดิก β(1→4)
เนื่องจากมีคาร์บอนไครัล แลคโตสจึงสามารถเกิดขึ้นได้ในรูปของไอโซเมอร์ 2 ประเภทต่อไปนี้: α- หรือ β-แลคโตส แลคโตสมักพบในผลึกโมโนไฮเดรต α-แลคโตส โพลีมอร์ฟอื่น ๆ ซึ่งเป็น β-แลคโตสปราศจากน้ํา พบได้น้อยกว่าและตกผลึกสูงกว่า 93.5°C α และ β อะโนเมอร์มีคุณสมบัติแตกต่างกันมาก โพลีมอร์ฟสามารถแยกแยะได้จากการหมุนจําเพาะ (+89°C และ +35°C สําหรับ α- และ β-แลคโตส ตามลําดับ) และความสามารถในการละลาย (70 และ 500g/L (ที่ 20°C) สําหรับ α- และ β-แลคโตส ตามลําดับ) [McSweeney และคณะ 2009]
เป็นคาร์โบไฮเดรตหลักของนมและพบที่ความเข้มข้น 2-8 wt% แลคโตสไม่มีรสชาติและมีความหวานต่ํา แลคโตสทําหน้าที่เป็นน้ําตาลลดและส่งเสริมปฏิกิริยา Maillard และ Stecker ด้วยเหตุนี้ แลคโตสจึงถูกนํามาใช้เพื่อเพิ่มสีและรสชาติของผลิตภัณฑ์อาหาร เช่น ผลิตภัณฑ์เบเกอรี่ ขนมอบ และขนม
แลคโตสเป็นวัตถุเจือปนอาหารที่ใช้กันอย่างแพร่หลายซึ่งทําหน้าที่เป็นพาหะ ฟิลเลอร์ สารทําให้คงตัว และสารเจือจางเม็ดในผลิตภัณฑ์อาหารและยา
α-แลคโตสเป็นรูปแบบที่บริสุทธิ์ที่สุดซึ่งใช้สําหรับผลิตภัณฑ์ยา
แลคโตสเป็นส่วนประกอบที่สําคัญเมื่อพูดถึงรสชาติ กลิ่นหอม และปฏิกิริยาสีน้ําตาล
สูตร: C12H22O11
รหัส IUPAC: β-D-galactopyranosyl-(1→4)-D-glucose
มวลโมลาร์: 342.3 กรัม/โมล
จุดหลอมเหลว: 202.8 °C
ความหนาแน่น: 1.53 g / cm3
การจัดหมวดหมู่: FODMAP
ละลายได้ใน: น้ําเอทานอล
วรรณกรรม / อ้างอิง
- 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 ผลิตโฮโมจีไนเซอร์อัลตราโซนิกประสิทธิภาพสูงจาก ห้องทดลอง ถึง ขนาดอุตสาหกรรม