Laktoz Hat İçi Kristalizasyon – Laboratuvardan Endüstriye

Ultrasonik destekli kristalizasyon, sürekli akış koşulları altında katı oluşumunu arttırmak için etkili bir tekniktir. Aşağıda, Hielscher UP200St-TD-FlowCell sonikasyon odasını kullanarak, bir laktoz / su / izopropanol üçlü sistemden laktozun satır içi kristalizasyonuna odaklanan bir çalışma sunuyoruz. Ultrason uygulaması, sistem kararlılığında, kristal morfolojisinde ve çalışma süresi sürekliliğinde önemli gelişmeler sağladı. Burada, optimize edilmiş deneysel protokolü, temel performans sonuçlarını ve endüstriyel ölçek büyütmeye giden yolu bulabilirsiniz.

Proses Yoğunlaştırma: Sonikasyon kullanarak Laktoz Kristalizasyonu

Kristalizasyon, ilaç ve gıda endüstrilerinde saflaştırma ve parçacık mühendisliği için gereklidir. Bununla birlikte, geleneksel parti bazlı prosesler, özellikle ölçek büyütme sırasında tekrarlanabilirlik ve kirlenme açısından sınırlamalardan muzdariptir. Ultrasonik koşullar altında sürekli kristalleşme, çekirdeklenme oranlarını artırarak, boyut dağılımını iyileştirerek ve kirlenme ile ilgili zorlukları azaltarak zorlayıcı bir alternatif sunar.

Zettl ve meslektaşları (2020) çalışmalarında, sürekli kristalleşme konfigürasyonunda Hielscher UP200St-TD-FlowCell'in operasyonel faydalarını araştırmak için bir model hidrofilik sistem - su/izopropanol karışımında laktoz monohidrat - kullanırlar.

Gereç ve Yöntem – Tezgah Üstü Ultrasonik Laktoz Kristalizasyonu

Malzeme

• Çözünen: α-Laktoz monohidrat
• Çözücü sistemi: Laktoz aşırı doygunluğu için optimize edilmiş üçlü faz oranında deiyonize su ve izopropanol
• Sonikatör: UP200St-TD, akış sonikasyon hücresi (TD-FlowCell) ile donatılmıştır

Ekipman Yapılandırması
UP200St-TD-FlowCell, kapalı döngü sürekli kristalizasyon devresinde yapılandırılmıştır. Peristaltik bir pompa, aşırı doymuş laktoz çözeltisini, ultrasonun sisteme enerji verildiği sonikasyon odası boyunca dolaştırdı. Hat içi sıcaklık kontrolü, uzun süreli çalışma sırasında termal stabilite sağladı.

Sürekli modda ultrasonik laktoz kristalizasyonu
(Çalışma ve görsel: ©Zettl ve ark., 2020)

Laktoz Çözünürlüğü
Glikoz ve galaktozdan oluşan bir disakkarit olan laktozun oda sıcaklığında (genellikle 20-25 °C olarak tanımlanır) sudaki doyma konsantrasyonu 25°C'de ağırlıkça yaklaşık ,9'dur.
Laktoz çözünürlüğü sıcaklıkla artar, ancak doğrusal olarak değildir. 50°C'de ağırlıkça yaklaşık 1'e yükselir ve 70°C'de ağırlıkça yaklaşık E'tir.

Sürekli Laktoz Kristalizasyonu için Protokol

Amaç: Sistem kirlenmesini en aza indirin ve sürekli sonikasyon altında çalışma süresini en üst düzeye çıkarın.

Adım Adım Protokol:

1. Yem çözeltisinin hazırlanması
   • Doymuş bir çözelti elde etmek için α-laktoz monohidratı deiyonize suda 50°C'de çözün.
   • Sulu laktoz süspansiyonu için 1000 g suya 233 g a-laktoz ekleyin
   • Malzeme tamamen eriyene kadar karışımı karıştırın.
   • Daha sonra, doymuş bir çözelti elde etmek için çözeltiyi 25°C'ye kadar soğumaya bırakın.
2. Sistem Kurulumu
   • Akış devresini besleme çözeltisi ile doldurun.
   • Akış hızını 60 mL/dk'ya ayarlayın (ultrasonik haznede ~ 30 saniyelik kalma süresi için idealdir).
   • Besleme süspansiyonu ve antisolvent, iki besleme portu aracılığıyla ultrasonik akış hücresinin işlem odasına beslenir.
   • Ağırlıkça ' laktoz süspansiyonunun 15g / dak akış hızını ayarlayın. 27 g / dak önceden soğutulmuş izopropanol (12 ° C) ekleyerek çökelmeyi indükleyin, bu da 54 g / dak'lık bir toplam kütle akış hızı ile sonuçlanır (54 g / dak'lık kütle akış hızı, 60 mL / dak'ya kadar bir hacim akış hızına karşılık gelir)
   • % 100 genlikte sonikasyonu başlatın. Çalışma sıcaklığını 25–30°C arasında tutun.
3. Kristalleşme Aşaması
   • Kesintisiz sürekli sonikasyonu sürdürün. Hielscher sonicators 7/24 çalışma için üretilmiştir.
   • Her 60 dakikada bir aşağı akış filtre modülünden kristalize laktoz toplayın.
4. İşlem Sonrası Karakterizasyon
   • SEM ile kristal morfolojisini analiz edin.
   • Lazer kırınımı kullanarak kristal boyutu dağılımını ölçün (D50 hedefi: 80–100 μm).
   • Determine purity via HPLC (lactose monohydrate >98%).

Laktoz Süspansiyonlarının Beslemede Askıda Katı Kütle Fraksiyonu ile Bileşimi (w s,f), Üründe Askıda Katı Kütle Fraksiyonu (w s,p), Üründe Çözünmüş Katı Kütle Fraksiyonu (w d,p), Üründe Su Kütle Fraksiyonu (w H2O,p), Üründe İzopropanol Kütle Fraksiyonu (w IA,p) ve Üründe Etanol Kütle Fraksiyonu (w EtOH, p) Zettl ve ark., 2020 tarafından yapılan çalışmada kullanılmıştır.

Ultrasonik Laktoz Kristalizasyonunun Sonuçları ve Faydaları

• Aglomerasyon Azaltma:
  Inline ultrasonication, iyi ayrılmış, prizmatik laktoz kristalleri veren kristal aglomerasyonunu etkili bir şekilde bastırdı.
• Köpük Azaltma:
  Özellikle, ultrason, alkolleri içeren antisolvent kristalizasyonlarında yaygın bir sorun olan yüzey köpüğü oluşumunu azalttı ve böylece hacimsel verimi iyileştirdi.
• Tıkanma Önleme:
  Uzun süreli çalışma sırasında herhangi bir kirlenme veya tıkanma gözlenmedi, bu da akustik kavitasyonun temiz yüzeylerin korunmasında ve akış hücresi içinde katı birikmesinin önlenmesindeki rolünü doğruladı.
• Sürekli Çalışma Zamanı:
  Süreç, kristal kalitesi zaman noktalarında tutarlı kalarak sürekli olarak çalışabilir.

Ultrasonik laktoz kristalizasyonu: Farklı koşullar altında kristalize edilen laktoz: ultrasonik enerji girişi, eklenen İrlanda yosunu veya peynir altı suyu (WPC) laktoz kristal boyutunu etkiler
çalışma ve resim: © Sanchez-García ve diğerleri, 2018.

Ultrasonik Laktoz Kristalizasyonunun Ölçeklendirilmesi

Almanya'da en yüksek endüstriyel standartlara göre tasarlanan Hielscher satır içi sonikatörler, aşırı doymuş çözeltilerden laktoz ve diğer katıların sürekli kristalizasyonu için sağlam bir çözüm sunar. İlaç sınıfı uygulamalar için tasarlanan bu sistemler, çekirdeklenme ve kristal büyümesi üzerinde hassas kontrolü destekleyerek tekrarlanabilir partikül boyutu dağılımları ve proses tutarlılığı sağlar. Laboratuvardan üretim ölçeğine doğrusal ölçeklenebilirlik ile Hielscher ultrasonik reaktörler, geliştirme süresini ve maliyetini en aza indirerek sorunsuz süreç transferi sağlar. Kapsamlı teknik danışmanlıkla birleştiğinde, bu sonikatörler, cGMP uyumlu kristalizasyon iş akışlarına kolayca entegre olan özel çözümler sunar ve bu da onları ilaç, biyoteknoloji ve gıda endüstrileri için ideal hale getirir.

Aşağıdaki tablo size ultrasonicators'ımızın yaklaşık işleme kapasitesinin bir göstergesini verir:

Tasarım, İmalat ve Danışmanlık – Almanya'da Üretilen Kalite

Hielscher ultrasonicators en yüksek kalite ve tasarım standartları için iyi bilinir. Sağlamlık ve kolay kullanım, ultrasonicators'ımızın endüstriyel tesislere sorunsuz bir şekilde entegre edilmesini sağlar. Zorlu koşullar ve zorlu ortamlar Hielscher ultrasonicators tarafından kolayca ele alınır.

Hielscher Ultrasonics, ISO sertifikalı bir şirkettir ve en son teknoloji ve kullanıcı dostu özelliklere sahip yüksek performanslı ultrasonicators'a özel önem vermektedir. Tabii ki, Hielscher ultrasonicators CE uyumludur ve UL, CSA ve RoHs gereksinimlerini karşılar.