Kết tinh nội tuyến Lactose – từ phòng thí nghiệm đến ngành công nghiệp
Kết tinh có sự hỗ trợ của siêu âm là một kỹ thuật hiệu quả để tăng cường sự hình thành chất rắn trong điều kiện dòng chảy liên tục. Dưới đây chúng tôi giới thiệu cho bạn một nghiên cứu tập trung vào quá trình kết tinh nội tuyến của lactose từ hệ thống bậc ba lactose / nước / isopropanol, sử dụng buồng siêu âm Hielscher UP200St-TD-FlowCell. Việc áp dụng siêu âm đã mang lại những cải tiến đáng kể về độ ổn định của hệ thống, hình thái tinh thể và tính liên tục của thời gian chạy. Tại đây, bạn có thể tìm thấy giao thức thử nghiệm được tối ưu hóa, kết quả hiệu suất chính và lộ trình mở rộng quy mô công nghiệp.
Tăng cường quy trình: Kết tinh lactose bằng cách sử dụng Sonication
Kết tinh là điều cần thiết trong ngành dược phẩm và thực phẩm để tinh chế và kỹ thuật hạt. Tuy nhiên, các quy trình hàng loạt truyền thống bị hạn chế về khả năng tái tạo và bám bẩn, đặc biệt là trong quá trình mở rộng quy mô. Kết tinh liên tục trong điều kiện siêu âm cung cấp một giải pháp thay thế hấp dẫn bằng cách tăng tốc độ tạo mầm, cải thiện phân bố kích thước và giảm thiểu các thách thức liên quan đến bám bẩn.
Trong nghiên cứu của mình, Zettl và các đồng nghiệp (2020) sử dụng một hệ thống ưa nước mô hình - lactose monohydrate trong hỗn hợp nước / isopropanol - để điều tra lợi ích hoạt động của Hielscher UP200St-TD-FlowCell trong cấu hình kết tinh liên tục.
UP200St_TD
Vật liệu và phương pháp – Kết tinh Lactose siêu âm trên Bench-top
Vật liệu
- Chất lồi: α-Lactose monohydrate
- Hệ thống dung môi: Nước khử ion và isopropanol theo tỷ lệ pha bậc ba được tối ưu hóa cho quá bão hòa lactose
- Máy siêu âm: UP200St-TD được trang bị tế bào siêu âm dòng chảy (TD-FlowCell)
Cấu hình thiết bị
UP200St-TD-FlowCell được cấu hình trong một mạch kết tinh liên tục vòng kín. Một máy bơm nhu động lưu thông dung dịch lactose siêu bão hòa qua buồng siêu âm, nơi siêu âm được truyền năng lượng vào hệ thống. Kiểm soát nhiệt độ nội tuyến đảm bảo ổn định nhiệt trong quá trình hoạt động kéo dài.
Kết tinh lactose siêu âm ở chế độ liên tục
(Nghiên cứu và hình ảnh: ©Zettl và cộng sự, 2020)
Độ hòa tan lactose
Nồng độ bão hòa của lactose, là một disaccharide bao gồm glucose và galactose, trong nước ở nhiệt độ phòng (thường được định nghĩa là 20–25 °C) là khoảng 18,9% trọng lượng ở 25°C.
Độ hòa tan của lactose tăng theo nhiệt độ, nhưng không theo tuyến tính. Ở 50 ° C, nó tăng lên khoảng 31% trọng lượng và ở 70 ° C, nó là khoảng 45 trọng lượng%.
Giao thức kết tinh lactose liên tục
Mục tiêu: Giảm thiểu sự bám bẩn của hệ thống và tối đa hóa thời gian chạy dưới quá trình siêu âm liên tục.
Giao thức từng bước:
- Chuẩn bị dung dịch thức ăn chăn nuôi
- Hòa tan monohydrat α-lactose trong nước khử ion ở 50 ° C để thu được dung dịch bão hòa.
- Đối với hỗn dịch lactose trong nước, thêm 233 g a-lactose trên 1000 g nước
- Khuấy hỗn hợp cho đến khi nguyên liệu hòa tan hoàn toàn.
- Sau đó, để dung dịch nguội xuống 25 ° C để thu được dung dịch bão hòa.
- Thiết lập hệ thống
- Mồi mạch dòng chảy với dung dịch cấp liệu.
- Đặt tốc độ dòng chảy thành 60 mL / phút (tối ưu cho thời gian lưu trú ~ 30 giây trong buồng siêu âm).
- Huyền phù cấp liệu và chất chống dung môi được đưa qua hai cổng cấp liệu vào buồng xử lý của tế bào dòng siêu âm.
- Đặt tốc độ dòng chảy 27g / phút của hỗn dịch lactose 15 wt% Tạo kết tủa bằng cách thêm 27g / phút isopropanol làm mát trước (12 ° C), dẫn đến tổng tốc độ dòng chảy khối lượng là 54g / phút. (Tốc độ dòng chảy khối lượng 54g / phút tương ứng với tốc độ dòng thể tích là 60 mL / phút)
- Bắt đầu siêu âm ở biên độ 100%. Duy trì nhiệt độ hoạt động trong khoảng 25–30 ° C.
- Giai đoạn kết tinh
- Duy trì siêu âm liên tục mà không bị gián đoạn. Máy siêu âm Hielscher được chế tạo để hoạt động 24/7.
- Thu thập lactose kết tinh từ mô-đun bộ lọc hạ lưu sau mỗi 60 phút.
- Mô tả đặc điểm sau quá trình
- Phân tích hình thái tinh thể qua SEM.
- Định lượng sự phân bố kích thước tinh thể bằng cách sử dụng nhiễu xạ laser (mục tiêu D50: 80–100 μm).
- Determine purity via HPLC (lactose monohydrate >98%).
Thành phần của hỗn dịch lactose với phần khối lượng rắn lơ lửng trong thức ăn (w s, f), Phần khối lượng rắn lơ lửng trong sản phẩm (w s, p), Phần khối lượng rắn hòa tan trong sản phẩm (w d, p), Phần khối lượng nước trong sản phẩm (w H2O, p), Phần khối lượng Isopropanol trong sản phẩm (w IA, p) và Phần khối lượng etanol trong sản phẩm (w EtOH, p) được sử dụng trong nghiên cứu của Zettl et al., 2020.
Kết quả và lợi ích của quá trình kết tinh lactose siêu âm
- Giảm thiểu sự kết tụ:
Siêu âm nội tuyến ngăn chặn hiệu quả sự kết tụ tinh thể, tạo ra các tinh thể lactose lăng trụ được tách rời. - Giảm bọt:
Đáng chú ý, siêu âm làm giảm sự hình thành bọt bề mặt - một vấn đề phổ biến trong quá trình kết tinh chống dung môi liên quan đến rượu - do đó cải thiện thông lượng thể tích. - Phòng chống tắc nghẽn:
Không có hiện tượng bám bẩn hoặc tắc nghẽn nào được quan sát thấy trong quá trình hoạt động kéo dài, xác nhận vai trò của xâm thực âm thanh trong việc duy trì bề mặt sạch sẽ và ngăn chặn sự lắng đọng rắn trong cảm biến dòng chảy. - Thời gian chạy liên tục:
Quá trình này có thể duy trì hoạt động liên tục, với chất lượng tinh thể vẫn nhất quán giữa các thời điểm.
Kết tinh lactose siêu âm: Lactose kết tinh trong các điều kiện khác nhau: đầu vào năng lượng siêu âm, thêm carrageenan hoặc whey (WPC) ảnh hưởng đến kích thước tinh thể lactose
nghiên cứu và hình ảnh: © Sanchez-García và cộng sự, 2018.
Siêu âm UIP6000hdT với tế bào dòng chảy điều áp. Một chiếc áo khoác sưởi ấm / làm mát cho phép sonicate ở nhiệt độ cao hoặc hạ thấp.
Mở rộng quy mô kết tinh Lactose siêu âm
Máy siêu âm nội tuyến Hielscher, được thiết kế tại Đức theo tiêu chuẩn công nghiệp cao nhất, cung cấp một giải pháp mạnh mẽ để kết tinh liên tục lactose và các chất rắn khác từ các dung dịch siêu bão hòa. Được thiết kế cho các ứng dụng cấp dược phẩm, các hệ thống này hỗ trợ kiểm soát chính xác quá trình tạo mầm và tăng trưởng tinh thể, đảm bảo phân bố kích thước hạt có thể tái tạo và tính nhất quán của quy trình. Với khả năng mở rộng tuyến tính từ phòng thí nghiệm đến quy mô sản xuất, lò phản ứng siêu âm Hielscher cho phép chuyển quy trình liền mạch, giảm thiểu thời gian và chi phí phát triển. Cùng với tư vấn kỹ thuật toàn diện, các máy siêu âm này cung cấp các giải pháp phù hợp dễ dàng tích hợp vào quy trình kết tinh tuân thủ cGMP — khiến chúng trở nên lý tưởng cho các ngành dược phẩm, công nghệ sinh học và thực phẩm.
Bảng dưới đây cung cấp cho bạn một dấu hiệu về khả năng xử lý gần đúng của ultrasonicators của chúng tôi:
| Khối lượng hàng loạt | Tốc độ dòng chảy | Thiết bị được đề xuất |
|---|---|---|
| 10 đến 50mL | 10 đến 300mL / phút | UP200St_TD |
| 1 đến 500mL | 10 đến 200ml / phút | UP100H |
| 10 đến 2000mL | 20 đến 400ml / phút | UP200Ht, UP400ST |
| 0.1 đến 20L | 0.2 đến 4L / phút | UIP2000hdT |
| 10 đến 100L | 2 đến 10L / phút | UIP4000hdt |
| 15 đến 150L | 3 đến 15L / phút | UIP6000hdT |
| N.A. | 10 đến 100L / phút | UIP16000hdT |
| N.A. | Lớn | Cụm UIP16000hdT |
Thiết kế, sản xuất và tư vấn – Chất lượng Sản xuất tại Đức
Hielscher ultrasonicators nổi tiếng với chất lượng cao nhất và tiêu chuẩn thiết kế của họ. Mạnh mẽ và hoạt động dễ dàng cho phép tích hợp trơn tru của ultrasonicators của chúng tôi vào các cơ sở công nghiệp. Điều kiện khắc nghiệt và môi trường đòi hỏi dễ dàng được xử lý bởi Hielscher ultrasonicators.
Hielscher Ultrasonics là một công ty được chứng nhận ISO và đặc biệt nhấn mạnh vào ultrasonicators hiệu suất cao có công nghệ tiên tiến và thân thiện với người dùng. Tất nhiên, Hielscher ultrasonicators là CE tuân thủ và đáp ứng các yêu cầu của UL, CSA và RoHs.
UIP2000hdT, một sonicator mạnh mẽ 2000 watt với tế bào dòng chảy để kết tinh nội tuyến công nghiệp
Văn học / Tài liệu tham khảo
- 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.
- Gielen, B.; Jordens, J.; Thomassen, L.C.J.; Braeken, L.; Van Gerven, T. (2027): Agglomeration Control during Ultrasonic Crystallization of an Active Pharmaceutical Ingredient. Crystals 2017, 7, 40.
- 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.
Các câu hỏi thường gặp
Lactose là gì?
Lactose là một disaccharide bao gồm một phân tử glucose và galactose. Nó là carbohydrate chính trong sữa và các sản phẩm từ sữa. Về mặt hóa học, nó tồn tại ở dạng α và β-anomeric, với α-lactose monohydrate là dạng tinh thể chiếm ưu thế trong điều kiện môi trường xung quanh.
Lactose được sử dụng để làm gì?
Lactose được sử dụng rộng rãi như một thành phần chức năng trong ngành dược phẩm, thực phẩm và công nghệ sinh học. Trong dược phẩm, nó chủ yếu đóng vai trò như một chất độn hoặc tá dược trong các dạng bào chế rắn đường uống. Nó cũng là chất nền trong quá trình lên men và là chất làm ngọt trong các công thức thực phẩm.
Kết tinh Lactose là gì?
Kết tinh lactose đề cập đến quá trình chuyển đổi lactose hòa tan từ dung dịch siêu bão hòa thành các tinh thể rắn. Điều này xảy ra thông qua quá trình tạo mầm và sự phát triển tinh thể sau đó, bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ, nồng độ, độ pH và thành phần dung môi. Sự kết tinh có kiểm soát là điều cần thiết để sản xuất lactose với kích thước hạt xác định và độ tinh khiết đa hình.
4 bước kết tinh là gì?
Trong quá trình kết tinh, có thể quan sát thấy 4 giai đoạn hình thành tinh thể:
- Siêu bão hòa: Tạo ra động lực nhiệt động lực học bằng cách vượt quá độ hòa tan.
- Tạo mầm: Sự hình thành các hạt nhân pha rắn ban đầu từ dung dịch.
- Tăng trưởng tinh thể: Sự bồi tụ của các phân tử chất tan lên hạt nhân để tạo thành các tinh thể lớn hơn.
- Sự kết tụ hoặc chín: Các quá trình thứ cấp trong đó các tinh thể kết tụ hoặc hòa tan và phát triển lại, ảnh hưởng đến sự phân bố kích thước cuối cùng.
Đọc ở đây cách siêu âm ảnh hưởng đến quá trình kết tinh!
Tá dược là gì?
Tá dược là một chất trơ được pha chế cùng với hoạt chất dược phẩm (API) trong các sản phẩm thuốc. Nó tăng cường khả năng sản xuất, độ ổn định, sinh khả dụng hoặc khả năng chấp nhận của bệnh nhân mà không phát huy tác dụng điều trị. Các tá dược phổ biến bao gồm chất pha loãng, chất kết dính, chất phân hủy và chất bôi trơn — lactose là một trong những chất pha loãng được sử dụng thường xuyên nhất.
Hielscher Ultrasonics sản xuất homogenizers siêu âm hiệu suất cao từ phòng thí nghiệm đến quy mô công nghiệp.