Ультразвукова кристалізація лактози

У багатьох молочних процесах великі обсяги сироватки, яку також називають молочним пермеатом, утворюються як побічний продукт. Ці стоки багаті на лактозу, але їх утилізація є як дорогою, так і екологічно обтяжливою. Застосовуючи ультразвук для відновлення лактози, можна значно скоротити обсяг відходів, перетворивши проблемні стоки в цінний ресурс. Ультразвук сприяє швидкій та ефективній кристалізації, отримуючи велику кількість однорідних кристалів лактози, придатних для комерційного використання.

Виробництво лактози

Лактозу виробляють з концентрованого розчину лактози (отриманої з молочної сироватки). Концентровану лактозну суспензію необхідно охолодити до низької температури для осадження кристалів. Після етапу осадження кристали лактози відокремлюються центрифугуванням. Після цього кристали висушують до порошкоподібного стану.
Етапи кристалізації лактози:

Концентрації
Зародження
Зростання кристалів
Збирання врожаю/ миття

Покращена кристалізація лактози шляхом ультразвукового дослідження

Ультразвук відомий своїм позитивним впливом на процеси кристалізації та осадження (соно-кристалізація). Ультразвукова хвороба також покращує утворення та ріст кристалів лактози.
Сонокристалізація лактози допомагає отримати максимальний вихід кристалів лактози за мінімальний час.

Ультразвукова проточна комірка для диспергування, розчинення та осадження/кристалізації

Реактор з ультразвукового скла для вбудованого ультразвуку

Хороший ріст кристалів є значним для забезпечення ефективного збору та вимивання лактози (екстракція) & очищення). Ультразвукова хвороба викликає перенасичення лактозою і ініціює первинне зародження кристалів лактози. Крім того, безперервна ультразвукова хвороба сприяє вторинному зародженню, що забезпечує розподіл малого розміру кристалів (CSD).

Ультразвуково кристалізована лактоза: на ультразвукову кристалізацію лактози може впливати додавання карагінану або сироватки (WPC).

Ультразвукова кристалізація лактози: лактоза кристалізується в різних умовах: ультразвукове введення енергії, додавання карагінану або сироватки (WPC) впливає на розмір кристалів лактози
Дослідження та зображення: ©Санчес-Гарсія та ін., 2018.

Переваги УЗД:

Максимальна врожайність
дуже короткий час процесу
рівномірний розмір кристалів
Контрольований розмір кристала
рівномірна форма кристалів

Від техніко-економічного обґрунтування до потокового виробництва: сонокристалізація лактози
Дізнайтеся більше про масштабування ультразвукової кристалізації лактози від настільного до промислового виробництва!

Від стічних вод до лактози

У зв'язку з великим молочним виробництвом сироватка часто є побічним продуктом, який обробляється як відпрацьовані стоки. Утилізація рідкої сироватки є економічно витратною через високу біологічну потребу в кисні (БПК) і вміст води. Коли лактоза відновлюється з сироватки, відпрацьований продукт використовується на етапі постобробки для виробництва порошку лактози. Відновлення лактози знижує БПК сироватки більш ніж на 80%, що робить побічний продукт корисним і більш екологічним. Процес кристалізації за допомогою ультразвуку покращує ріст кристалів, вихід і якість.
Лактоза широко використовується як інгредієнт у харчовій та фармацевтичній промисловості, як сировина для виробництва лактитолу або як базовий матеріал для мікробного виробництва біорозкладаних поліефірів.

UIP2000hdt - це потужний сонікатор потужністю 2000 Вт з проточною камерою для промислової кристалізації лактози з високою пропускною здатністю.

UIP2000hdT, потужний звуковий апарат потужністю 2000 Вт з проточною коміркою для промислової вбудованої кристалізації

Ультразвукове обладнання

Hielscher Ultrasonics пропонує ультразвукове обладнання для процесів сонокристалізації – або для пакетного ультразвукового випромінювання, або для потокової обробки в ультразвуковому реакторі. Всі звукоізолятори Hielscher розроблені для безперервної роботи (24 години / 7d / 365d), що забезпечує максимальне використання обладнання. Промислові ультразвукові апарати від 0,5 кВт до 16 кВт на одиницю підходять для комерційної переробки великих обсягів перенасичених суспензій.

Переробка харчової лактози

Ультразвукові апарати Hielscher дуже ефективні для стимулювання та контролю кристалізації лактози з перенасичених розчинів. Застосовуючи інтенсивну ультразвукову кавітацію, ці системи підвищують швидкість зародження, скорочують час індукції та дозволяють формувати однорідні, добре визначені кристали. Це призводить до швидшої кінетики кристалізації та кращого контролю за розміром і морфологією кристалів. Ідеально підходять як для пакетних, так і для безперервних потокових процесів, ультразвукові апарати Hielscher пропонують масштабовані рішення від R&Д до промислового виробництва. Їхня надійна німецька інженерія та сумісність із фармацевтичними стандартами роблять їх особливо придатними для вимогливих застосувань у очищенні, рецептурі та обробці лактози.
Ультразвукові апарати Hielscher підходять для харчового та фармацевтичного виробництва, дотримуючись стандартів cGMP. Ультразвукові прилади Hielscher випускаються з фурнітурою санітарного класу, що забезпечує повну відповідність стандартам гігієнічної обробки. Ультразвукові сонотроди (також відомі як зонди або ріжки) і проточні реактори розроблені з обтічною геометрією, що легко чиститься, що сприяє ефективному обслуговуванню та мінімізує час простою. Примітно, що ультразвукова кавітація сама по собі діє як механізм clean-in-place (CIP), підтримуючи внутрішнє очищення поверхні під час роботи. Для асептичних середовищ всі сонотроди та реактори повністю автоклавуються. Завдяки компактній площі системи Hielscher легко інтегруються або модернізуються в існуючі виробничі лінії, що робить їх ідеальними для модернізації фармацевтичних установок і установок харчової кристалізації.
Зв'яжіться з нами сьогодні, щоб отримати більше інформації! Hielscher Ultrasonics пропонує різноманітні стандартизовані, а також індивідуальні рішення для ультразвукової молочної та харчової промисловості!

Запитайте більше інформації

Будь ласка, скористайтеся формою нижче, щоб отримати додаткову інформацію про ультразвукові апарати для кристалізації лактози, деталі застосування та ціни. Ми будемо раді обговорити з Вами Вашу переробку лактози і запропонувати Вам кращу ультразвукову систему, яка задовольнить всі Ваші потреби!

Адреса електронної пошти (обов'язково)

Контактний телефон

Інтерес

Промисловий ультразвуковий апарат зондового типу UIP6000hdT (ультразвукова потужність 6 кВт, ультразвукова частота 20 кГц) з реактором з проточною коміркою для безперервної ультразвукової обробки перенасичених розчинів для кристалізації та осадження з високою пропускною здатністю.

Ультразвуковий апарат UIP6000HDT з проточною камерою під тиском. Сорочка з підігрівом / охолодженням дозволяє проводити ультразвук при підвищених або знижених температурах.

Пов'язані теми

Про сонокристалізацію

Коли силовий ультразвук застосовується для індукції та покращення процесів кристалізації, це відомо як сонокристалізація. Сонокристалізація заснована на застосуванні “акустичні хвилі для індукції фізико-хімічних змін в матеріалі. Деякі поширені застосування енергетичного ультразвуку включають його використання для індукції хімічних реакцій (сонохімія) та для сприяння кристалізації (сонокристалізації). Ці методи привернули увагу кількох галузей, включаючи фармацевтичну, хімічну та харчову промисловість, враховуючи переваги, які вони пропонують. Ультразвукові методи економічно вигідні і відносно легко впроваджуються в промислову експлуатацію. Ці методи можуть бути використані для поліпшення як відтворюваності, так і виходу продукції; Вони не термічні та екологічно чисті”. [Мартіні 2013, 4]

Зародження і ріст кристалів

Кристалізація визначається як процес утворення, коли тверді кристали випадають в осад з пересиченого розчину, розплаву або газу.
Процес кристалізації складається з двох основних стадій: зародження і росту кристалів.
Під час зародження розчинені в розчині молекули починають утворювати кластери, які повинні бути досить великими, щоб бути стабільними в умовах експлуатації. Таке стійке скупчення утворює ядро. Після досягнення критичного розміру для формування стабільного ядра починається етап росту кристалів.
У фазі росту кристалів утворені ядра стають більшими, оскільки до кластера обмежується більша кількість молекул. Процес росту залежить від сорту насиченості та інших параметрів, таких як рівномірне перемішування, температура і т.д.
Класична теорія кристалізації ґрунтується на термодинамічній концепції про те, що ізольована система є абсолютно стійкою, коли її ентропія незмінна.

Факти про лактозу

Лактоза (молочний цукор) - це дисахарид, побудований з глюкози і галактози, з'єднаних глікозидним зв'язком β(1→4).
Через наявність хірального вуглецю лактоза може виникати у вигляді наступних 2 типів ізомерів: α- або β-лактози. Лактоза найчастіше зустрічається у вигляді гідратованих кристалів моногідрату α-лактози. Інший поліморф, безводний β-лактоза, зустрічається рідше і кристалізується при температурі вище 93,5 ° C. α- і β-аномери мають дуже різні властивості. Поліморфи можна відрізнити за питомим обертанням (+89 °C і +35 °C для α- і β-лактози відповідно) і розчинністю (70 і 500 г/л (при 20 °C) для α- і β-лактози відповідно). [McSweeney та ін., 2009]
Він є основним вуглеводом молока і міститься в концентрації 2-8 мас.%. Лактоза не має смаку і має низьку солодкість. Лактоза діє як редукуючий цукор і сприяє реакції Майяра і Штекера. Таким чином, лактоза використовується для посилення кольору та смаку харчових продуктів, таких як хлібобулочні вироби, випічка та кондитерські вироби.
Лактоза є широко використовуваною харчовою добавкою, яка функціонує як носій, наповнювач, стабілізатор і розріджувач таблеток у харчових і фармацевтичних продуктах.
α-лактоза є найчистішою формою, яка використовується для фармацевтичних препаратів.
Лактоза є важливим інгредієнтом, коли йдеться про смак, аромат і реакції підрум'янювання.
Формула: С₁₂H₂₂O₁₁
Ідентифікатор IUPAC: β-D-галактопіранозил-(1→4)-D-глюкоза
Молярна маса: 342,3 г/моль
Температура плавлення: 202,8°C
Щільність: 1,53 г/см³
Класифікація: FODMAP
Розчинний у: воді, етанолі

Література / Список літератури

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.

Високоефективна ультразвукова техніка! Асортимент продукції Hielscher охоплює повний спектр від компактного лабораторного ультразвукового апарату до повністю промислових ультразвукових систем.

Hielscher Ultrasonics виробляє високоефективні ультразвукові гомогенізатори з Лабораторії до промислові розміри.