Ultrasonik Laktoz Kristalizasyonu

Birçok süt ürünü işleme prosesinde, yan ürün olarak büyük hacimlerde peynir altı suyu – süt permeatı olarak da adlandırılır – oluşur. Bu atık akış laktoz açısından zengindir, ancak bertarafı hem maliyetlidir hem de çevreye yük getirir. Laktozu geri kazanmak için ultrason uygulandığında, atık hacmi önemli ölçüde azaltılabilir ve sorunlu bir atık akış değerli bir kaynağa dönüştürülebilir. Ultrasonikasyon, hızlı ve verimli kristalizasyonu kolaylaştırarak ticari kullanıma uygun, tekdüze laktoz kristallerinin yüksek miktarda elde edilmesini sağlar.

Laktoz Üretimi

Laktoz, konsantre bir laktoz çözeltisinden (peynir altı suyundan elde edilen) üretilir. Kristallerin çökelmesi için konsantre laktoz bulamacının düşük bir sıcaklığa soğutulması gerekir. Çökeltme adımından sonra laktoz kristalleri santrifüjleme yoluyla ayrılır. Ardından kristaller kurutularak toz haline getirilir.
Laktoz Kristalizasyonunun Adımları:

Konsantrasyon
Çekirdeklenme
Kristal büyümesi
Toplama/ yıkama

Sonikasyon ile İyileştirilmiş Laktoz Kristalizasyonu

Ultrason, kristalizasyon ve çöktürme prosesleri (sonokristalizasyon) üzerindeki olumlu etkisiyle iyi bilinir. Sonikasyon, laktoz kristallerinin oluşumunu ve büyümesini de iyileştirir.
Laktozun sonokristalizasyonu, minimum sürede maksimum laktoz kristali veriminin elde edilmesine yardımcı olur.

Dispersiyon, çözündürme ve çöktürme/kristalizasyon için ultrasonik akış hücresi

Hat içi sonikasyon için ultrasonik cam reaktör

Laktozun verimli bir şekilde toplanması ve yıkanması (ekstraksiyon ve saflaştırma) için iyi bir kristal büyümesi büyük önem taşır. Sonikasyon, laktozun aşırı doygunluğa ulaşmasına neden olur ve laktoz kristallerinin birincil çekirdeklenmesini başlatır. Ayrıca sürekli sonikasyon, küçük bir kristal boyutu dağılımı (CSD) sağlayan ikincil çekirdeklenmeye katkıda bulunur.

Ultrasonik olarak kristalize edilmiş laktoz: Ultrasonik laktoz kristalizasyonu, karragenan veya peynir altı suyu (WPC) ilavesinden etkilenebilir.

Ultrasonik laktoz kristalizasyonu: Farklı koşullar altında kristalize edilmiş laktoz: ultrasonik enerji girdisi, eklenen karragenan veya peynir altı suyu (WPC), laktoz kristallerinin boyutunu etkiler
çalışma ve görsel: ©Sanchez-García et al., 2018.

Ultrasonun Avantajları:

maksimum verim
çok kısa proses süresi
tekdüze kristal boyutu
kontrol edilebilir kristal boyutu
tekdüze kristal şekli

Fizibiliteden Hat İçi Üretime: Laktozun Sonokristalizasyonu
Ultrasonik laktoz kristalizasyonunun tezgâh üstü ölçekten endüstriyel üretime ölçeklendirilmesi hakkında daha fazla bilgi edinin!

Atık Akıştan Laktoza

Büyük ölçekli süt ürünü üretimi nedeniyle peynir altı suyu, sıklıkla atık akış olarak değerlendirilen bir yan üründür. Sıvı peynir altı suyunun bertarafı, yüksek biyolojik oksijen ihtiyacı (BOD) ve su içeriği nedeniyle maliyetlidir. Laktoz peynir altı suyundan geri kazanıldığında, atık ürün laktoz tozu üretmek için bir sonraki işleme adımında kullanılır. Laktozun geri kazanılması, peynir altı suyunun BOD değerini %80’den fazla azaltarak yan ürünü faydalı ve çevreye daha duyarlı hale getirir. Ultrason destekli bir kristalizasyon prosesi, kristal büyümesini, verimi ve kaliteyi iyileştirir.
Laktoz, gıda ve ilaç endüstrisinde bileşen olarak, laktitol üretiminde ham madde olarak veya biyolojik olarak parçalanabilir polyesterlerin mikrobiyal üretiminde temel malzeme olarak yaygın biçimde kullanılır.

UIP2000hdt sonikatörü, laktozun yüksek işleme kapasitesiyle endüstriyel kristalizasyonu için akış hücresine sahip, 2000 watt gücünde bir sonikatördür.

2000 watt gücündeki UIP2000hdT sonikatörü, endüstriyel hat içi kristalizasyon için akış hücresine sahiptir

Ultrasonik Ekipman

Hielscher Ultrasonics, sonokristalizasyon prosesleri için ultrasonik ekipman sunar – kesikli sonikasyon veya ultrasonik bir reaktörde hat içi işleme için. Tüm Hielscher sonikatörleri, maksimum ekipman kullanımını sağlayacak şekilde sürekli çalışmak üzere (24 saat/ 7 gün/ 365 gün) tasarlanmıştır. Ünite başına 0,5kW ile 16kW’a kadar güç sunan endüstriyel ultrasonik cihazlar, büyük hacimlerdeki aşırı doygun süspansiyonların ticari ölçekte işlenmesi için uygundur.

Gıda Sınıfı Laktoz İşleme

Hielscher sonikatörleri, aşırı doygun çözeltilerden laktoz kristalizasyonunu teşvik etmek ve kontrol etmek için son derece etkilidir. Bu sistemler, yoğun ultrasonik kavitasyon uygulayarak çekirdeklenme hızlarını artırır, indüksiyon sürelerini azaltır ve tekdüze, iyi tanımlanmış kristallerin oluşmasını sağlar. Bu, daha hızlı kristalizasyon kinetiği ve kristal boyutu ile morfolojisi üzerinde daha iyi kontrol sağlar. Hem kesikli hem de sürekli hat içi prosesler için ideal olan Hielscher sonikatörleri, Ar-Ge’den endüstriyel üretime kadar ölçeklenebilir çözümler sunar. Sağlam Alman mühendisliği ve farmasötik sınıf standartlarla uyumlulukları, bu cihazları laktozun saflaştırılması, formülasyonu ve işlenmesindeki zorlu uygulamalar için özellikle uygun hale getirir.
Hielscher sonikatörleri, cGMP standartlarına uygun gıda ve farmasötik sınıf üretim için uygundur. Hielscher sonikatörleri, hijyenik işleme standartlarına tam uyum sağlayan hijyenik sınıf bağlantı elemanlarıyla sunulur. Ultrasonik sonotrotlar (prob veya horn olarak da adlandırılır) ve akışlı reaktörler, verimli bakımı kolaylaştıran ve duruş sürelerini en aza indiren, akışa uygun ve kolay temizlenebilir geometrilerle tasarlanmıştır. Özellikle ultrasonik kavitasyonun kendisi, çalışma sırasında iç yüzey temizliğini destekleyen bir yerinde temizleme (CIP) mekanizması olarak işlev görür. Aseptik ortamlar için tüm sonotrotlar ve reaktörler tamamen otoklavlanabilir. Kompakt yerleşim alanları sayesinde Hielscher sistemleri, mevcut üretim hatlarına kolayca entegre edilebilir veya sonradan uyarlanabilir – bu da onları farmasötik ve gıda sınıfı kristalizasyon tesislerinin geliştirilmesi için ideal hale getirir.
Daha fazla bilgi almak için bugün bizimle iletişime geçin! Hielscher Ultrasonics, süt ürünleri ve gıdaların ultrasonik işlenmesi için çeşitli standartlaştırılmış ve özelleştirilmiş çözümler sunar!

Aşırı doygun çözeltilerin kristalizasyon ve çöktürme amacıyla yüksek işleme kapasitesiyle sürekli ultrasonik işlenmesi için akış hücresi reaktörüne sahip endüstriyel prob tipi UIP6000hdT sonikatörü (6kW ultrason gücü, 20kHz ultrasonik frekans).

UIP6000hdT sonikatörü basınçlandırılabilir bir akış hücresine sahiptir. Bir ısıtma/ soğutma ceketi, yükseltilmiş veya düşürülmüş sıcaklıklarda sonikasyon yapılmasını sağlar.

İlgili Konular

Sonokristalizasyon Hakkında

Kristalizasyon proseslerini başlatmak ve iyileştirmek için güç ultrasonu uygulandığında, bu işlem sonokristalizasyon olarak adlandırılır. Sonokristalizasyon, “malzemede fizikokimyasal değişiklikler oluşturmak için akustik dalgaların uygulanmasına dayanır. Güç ultrasonunun yaygın uygulamalarından bazıları, kimyasal reaksiyonları başlatmak (sonokimya) ve kristalizasyonu teşvik etmek (sonokristalizasyon) için kullanılmasını içerir. Bu teknikler, sundukları avantaj nedeniyle ilaç, kimya ve gıda endüstrileri dahil olmak üzere çeşitli endüstrilerin ilgisini çekmiştir. Ultrason teknikleri ekonomik açıdan uygulanabilirdir ve endüstriyel işletmeye dahil edilmeleri nispeten kolaydır. Bu teknikler, üretimin hem tekrarlanabilirliğini hem de verimini iyileştirmek için kullanılabilir; termal değildirler ve çevre açısından temizdirler”. [Martini 2013, 4]

Çekirdeklenme ve Kristal Büyümesi

Kristalizasyon, katı kristallerin aşırı doygun bir çözeltiden, eriyikten veya gazdan çökeldiği oluşum prosesi olarak tanımlanır.
Kristalizasyon prosesi iki ana aşamadan oluşur: çekirdeklenme ve kristal büyümesi.
Çekirdeklenme sırasında, çözeltide çözünmüş moleküller kümeler oluşturmaya başlar; bu kümelerin çalışma koşulları altında kararlı olabilmeleri için yeterince büyük olmaları gerekir. Böyle kararlı bir küme bir çekirdek oluşturur. Kararlı bir çekirdek oluşturmak için kritik boyuta ulaşıldıktan sonra kristal büyümesi aşaması başlar.
Kristal büyümesi aşamasında, kümeye daha fazla molekül bağlandıkça oluşan çekirdekler büyür. Büyüme prosesi, doygunluk derecesine ve homojen karıştırma, sıcaklık vb. diğer parametrelere bağlıdır.
Klasik kristalizasyon teorisi, izole bir sistemin entropisi değişmediğinde mutlak biçimde kararlı olduğu şeklindeki termodinamik anlayışa dayanır.

Laktoz Hakkında Bilgiler

Laktoz (süt şekeri), β(1→4) glikozidik bağıyla birbirine bağlanan glikoz ve galaktozdan oluşan bir disakkarittir.
Kiral bir karbonun varlığı nedeniyle laktoz, şu 2 izomer tipinde bulunabilir: α- veya β-laktoz. Laktoz en sık hidratlanmış α-laktoz monohidrat kristali olarak bulunur. Diğer polimorf olan susuz β-laktoz daha az yaygındır ve 93,5°C’nin üzerinde kristalize olur. α- ve β-anomerler çok farklı özelliklere sahiptir. Polimorflar, özgül optik dönme (α- ve β-laktoz için sırasıyla +89°C ve +35°C) ve çözünürlük (α- ve β-laktoz için sırasıyla 70 ve 500g/L (20°C’de)) ile ayırt edilebilir. [McSweeney et al. 2009]
Sütün başlıca karbonhidratıdır ve 2–8 wt% konsantrasyonlarında bulunur. Laktoz tatsızdır ve tatlılığı düşüktür. Laktoz, indirgen şeker olarak işlev görür ve Maillard ve Stecker reaksiyonlarını teşvik eder. Bu nedenle laktoz, unlu mamuller, hamur işleri ve şekerlemeler gibi gıda ürünlerinin rengini ve lezzetini geliştirmek için kullanılır.
Laktoz, gıda ve farmasötik ürünlerde taşıyıcı, dolgu maddesi, stabilizatör ve tablet seyrelticisi olarak işlev gören, yaygın kullanılan bir gıda katkı maddesidir.
α-laktoz, farmasötik ürünlerde kullanılan en saf formdur.
Laktoz, lezzet, aroma ve esmerleşme reaksiyonları açısından önemli bir bileşendir.
Formül: C₁₂H₂₂O₁₁
IUPAC Kimliği: β-D-galaktopiranozil-(1→4)-D-glikoz
Molar kütle: 342,3 g/mol
Erime noktası: 202,8°C
Yoğunluk: 1,53 g/cm³
Sınıflandırma: FODMAP
Çözündüğü maddeler: su, etanol

Literatür / Kaynaklar

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.

Yüksek performanslı ultrasonik teknoloji! Hielscher ürün yelpazesi, kompakt laboratuvar sonikatöründen tezgâh üstü ünitelere ve tamamen endüstriyel ultrasonik sistemlere kadar tüm aralığı kapsar.

Hielscher Ultrasonics, yüksek performanslı ultrasonik homojenizatörleri laboratuvar ölçeğinden başlayarak endüstriyel ölçeğe kadar üretir.