Laktozani oqimda kristallash – laboratoriyadan sanoatgacha

Ultratovush yordamida kristallash uzluksiz oqim sharoitida qattiq modda hosil boʻlishini kuchaytirishning samarali usulidir. Quyida Hielscher UP200St-TD-FlowCell ultratovush bilan ishlov berish kamerasidan foydalanib, laktoza/suv/izopropanol uch komponentli tizimidan laktozani oqimda kristallashga qaratilgan tadqiqotni taqdim etamiz. Ultratovushni qoʻllash tizim barqarorligi, kristall morfologiyasi va ishlash davomiyligining uzluksizligini sezilarli darajada yaxshiladi. Bu yerda optimallashtirilgan tajriba protokoli, asosiy samaradorlik natijalari va sanoat miqyosiga oʻtish yoʻli bilan tanishishingiz mumkin.

Jarayonni jadallashtirish: ultratovush bilan ishlov berish orqali laktozani kristallash

Kristallash farmatsevtika va oziq-ovqat sanoatida tozalash hamda zarrachalar xususiyatlarini maqsadli shakllantirish uchun zarurdir. Biroq anʼanaviy davriy jarayonlarda, ayniqsa miqyosni kattalashtirish paytida, natijalarni takroran olish imkoniyati cheklangan boʻlib, yuzalarda choʻkindi toʻplanishi muammosi yuzaga keladi. Ultratovush sharoitida uzluksiz kristallash kristallanish markazlarining hosil boʻlish tezligini oshirish, oʻlchamlar taqsimotini yaxshilash va choʻkindi toʻplanishi bilan bogʻliq muammolarni kamaytirish orqali jozibador muqobil usulni taklif etadi.

Zettl va hamkasblari (2020) oʻz tadqiqotida uzluksiz kristallash konfiguratsiyasida Hielscher UP200St-TD-FlowCell qurilmasining ishlashdagi afzalliklarini oʻrganish uchun model gidrofil tizimdan – suv/izopropanol aralashmasidagi laktoza monogidratidan – foydalanadilar.

Materiallar va usullar – stol usti qurilmasida laktozani ultratovush yordamida kristallash

Materiallar

• Eritiladigan modda: α-laktoza monogidrati
• Erituvchilar tizimi: laktozaning oʻta toʻyingan holatini taʼminlash uchun optimallashtirilgan uch komponentli faza nisbatidagi deionlangan suv va izopropanol
• Ultratovush bilan ishlov berish qurilmasi: oqim oʻtkaziladigan ultratovush bilan ishlov berish hujayrasi (TD-FlowCell) bilan jihozlangan UP200St-TD

Uskuna konfiguratsiyasi
UP200St-TD-FlowCell yopiq konturli uzluksiz kristallash tizimiga oʻrnatildi. Peristaltik nasos oʻta toʻyingan laktoza eritmasini ultratovush bilan ishlov berish kamerasi orqali aylantirdi; bu kamerada ultratovush tizimga energiya uzatadi. Oqimdagi harorat nazorati uzoq muddatli ishlash davomida termik barqarorlikni taʼminladi.

Uzluksiz rejimda laktozani ultratovush yordamida kristallash
(Tadqiqot va tasvir: ©Zettl et al., 2020)

Laktozaning eruvchanligi
Glyukoza va galaktozadan tashkil topgan disaxarid boʻlmish laktozaning xona haroratidagi (odatda 20–25 °C deb belgilangan) suvda toʻyinish konsentratsiyasi 25°C da taxminan 18,9 wt% ni tashkil etadi.
Laktozaning eruvchanligi harorat oshishi bilan ortadi, biroq bu oʻsish chiziqli emas. 50°C da u taxminan 31 wt% gacha koʻtariladi, 70°C da esa taxminan 45 wt% ni tashkil etadi.

Laktozani uzluksiz kristallash protokoli

Maqsad: uzluksiz ultratovush bilan ishlov berish sharoitida tizimda choʻkindi toʻplanishini minimallashtirish va ishlash davomiyligini maksimallashtirish.

Bosqichma-bosqich protokol:

1. Taʼminlovchi eritmani tayyorlash
   • Toʻyingan eritma olish uchun α-laktoza monogidratini 50°C da deionlangan suvda eriting.
   • Suvli laktoza suspenziyasi uchun har 1000 g suvga 233 g a-laktoza qoʻshing
   • Modda toʻliq eriguncha aralashmani aralashtiring.
   • Shundan soʻng toʻyingan eritma olish uchun eritmani 25°C gacha soviting.
2. Tizimni sozlash
   • Oqim konturini taʼminlovchi eritma bilan toʻldiring.
   • Hajmiy oqim tezligini 60 mL/min ga oʻrnating (ultratovush kamerasida ~30 soniya boʻlish vaqti uchun optimal).
   • Taʼminlovchi suspenziya va antierituvchi ikkita kiritish porti orqali ultratovushli oqim hujayrasining jarayon kamerasiga yuboriladi.
   • 15 wt % laktoza suspenziyasining oqim tezligini 27g/ min ga oʻrnating. Oldindan sovitilgan izopropanolni (12°C) 27g/min tezlikda qoʻshib, choʻkishni yuzaga keltiring; natijada umumiy massaviy oqim tezligi 54g/min boʻladi. (54g/min massaviy oqim tezligi 60 mL/min hajmiy oqim tezligiga mos keladi)
   • 100% amplitudada ultratovush bilan ishlov berishni boshlang. Ish haroratini 25–30°C oraligʻida saqlang.
3. Kristallash bosqichi
   • Uzluksiz ultratovush bilan ishlov berishni toʻxtatmasdan davom ettiring. Hielscher ultratovush bilan ishlov berish qurilmalari 24/7 ishlash uchun ishlab chiqilgan.
   • Har 60 daqiqada oqimning keyingi qismidagi filtr modulidan kristallangan laktozani yigʻib oling.
4. Jarayondan keyingi tavsiflash
   • Kristall morfologiyasini SEM yordamida tahlil qiling.
   • Lazer difraksiyasi yordamida kristall oʻlchamlari taqsimotini miqdoriy baholang (D50 maqsadli qiymati: 80–100 µm).
   • HPLC yordamida tozalikni aniqlang (laktoza monogidrati >98%).

Zettl et al., 2020 tadqiqotida ishlatilgan laktoza suspenziyalarining tarkibi: taʼminlovchi oqimdagi muallaq qattiq moddaning massa ulushi (w s,f), mahsulotdagi muallaq qattiq moddaning massa ulushi (w s,p), mahsulotdagi erigan qattiq moddaning massa ulushi (w d,p), mahsulotdagi suvning massa ulushi (w H2O,p), mahsulotdagi izopropanolning massa ulushi (w IA,p) va mahsulotdagi etanolning massa ulushi (w EtOH,p).

Laktozani ultratovush yordamida kristallash natijalari va afzalliklari

• Aglomeratsiyani kamaytirish:
  Oqimda ultratovush bilan ishlov berish kristall aglomeratsiyasini samarali bostirib, bir-biridan yaxshi ajralgan, prizmasimon laktoza kristallarini hosil qildi.
• Koʻpikni kamaytirish:
  Ayniqsa, ultratovush yuzada koʻpik hosil boʻlishini – spirtlar ishtirokidagi antierituvchi bilan kristallashda keng tarqalgan muammoni – kamaytirdi va shu orqali hajmiy ishlov berish unumdorligini oshirdi.
• Tiqilib qolishning oldini olish:
  Uzoq muddatli ishlash davomida yuzalarda choʻkindi toʻplanishi yoki tiqilib qolish kuzatilmadi; bu akustik kavitatsiyaning yuzalarni toza saqlash va oqim hujayrasi ichida qattiq modda choʻkishining oldini olishdagi rolini tasdiqlaydi.
• Uzluksiz ishlash davomiyligi:
  Jarayonni uzluksiz ishlash rejimida davom ettirish mumkin, bunda kristall sifati turli vaqt nuqtalarida bir xil saqlanadi.

Laktozani ultratovush yordamida kristallash: turli sharoitlarda kristallangan laktoza: kiritilgan ultratovush energiyasi, qoʻshilgan karraginan yoki sut zardobi (WPC) laktoza kristallari oʻlchamiga taʼsir qiladi
tadqiqot va rasm: © Sanchez-García et al., 2018.

Laktozani ultratovush yordamida kristallash miqyosini kattalashtirish

Germaniyada eng yuqori sanoat standartlari asosida ishlab chiqilgan Hielscher oqimda ultratovush bilan ishlov berish qurilmalari oʻta toʻyingan eritmalardan laktoza va boshqa qattiq moddalarni uzluksiz kristallash uchun mustahkam yechimni taklif etadi. Farmatsevtik sifat talablariga mos qoʻllanishlar uchun moʻljallangan ushbu tizimlar kristallanish markazlarining hosil boʻlishi va kristall oʻsishini aniq boshqarishni qoʻllab-quvvatlab, zarracha oʻlchamlari taqsimotini takroran olish va jarayonning bir xilligini taʼminlaydi. Laboratoriya miqyosidan ishlab chiqarish miqyosigacha chiziqli kengaytirish imkoniyati tufayli Hielscher ultratovush reaktorlari jarayonni muammosiz koʻchirishga imkon beradi va ishlab chiqish vaqtini hamda xarajatini minimallashtiradi. Keng qamrovli texnik maslahat xizmatlari bilan birgalikda ushbu ultratovush bilan ishlov berish qurilmalari cGMP talablariga muvofiq kristallash ish jarayonlariga oson qoʻshiladigan, ehtiyojlarga moslashtirilgan yechimlarni taqdim etadi – shu sababli ular farmatsevtika, biotexnologiya va oziq-ovqat sanoati uchun ideal hisoblanadi.

Quyidagi jadval ultratovush bilan ishlov berish qurilmalarimizning taxminiy ishlov berish quvvati haqida tasavvur beradi:

Loyihalash, ishlab chiqarish va maslahat xizmatlari – Germaniyada yaratilgan sifat

Hielscher ultratovush bilan ishlov berish qurilmalari eng yuqori sifat va loyihalash standartlari bilan mashhur. Mustahkamlik va oson boshqarish ultratovush bilan ishlov berish qurilmalarimizni sanoat obyektlariga muammosiz qoʻshish imkonini beradi. Hielscher ultratovush bilan ishlov berish qurilmalari ogʻir sharoitlar va yuqori talablar qoʻyiladigan muhitlarda oson ishlaydi.

Hielscher Ultrasonics ISO sertifikatiga ega kompaniya boʻlib, eng zamonaviy texnologiya va foydalanish qulayligini oʻzida mujassam etgan yuqori unumdorlikdagi ultratovush bilan ishlov berish qurilmalariga alohida eʼtibor qaratadi. Albatta, Hielscher ultratovush bilan ishlov berish qurilmalari CE talablariga muvofiq boʻlib, UL, CSA va RoHs talablariga javob beradi.