Kết tinh siêu âm Lactose
Trong nhiều quy trình sữa, một lượng lớn whey - còn được gọi là sữa thấm - được tạo ra như một sản phẩm phụ. Nước thải này rất giàu lactose, nhưng việc xử lý nó vừa tốn kém vừa gây gánh nặng cho môi trường. Bằng cách siêu âm để thu hồi lactose, khối lượng chất thải có thể được giảm đáng kể, biến nước thải có vấn đề thành một nguồn tài nguyên quý giá. Siêu âm tạo điều kiện kết tinh nhanh chóng và hiệu quả, tạo ra một lượng lớn các tinh thể lactose đồng nhất phù hợp để sử dụng cho mục đích thương mại.
Sản xuất lactose
Lactose được sản xuất từ dung dịch lactose đậm đặc (thu được từ whey). Bùn lactose đậm đặc phải được làm lạnh đến nhiệt độ thấp để kết tủa tinh thể. Sau bước kết tủa, các tinh thể lactose được tách ra bằng cách ly tâm. Sau đó, các tinh thể được làm khô thành bột.
Các bước kết tinh lactose:
- Nồng độ
- Tạo mầm
- Sự phát triển tinh thể
- Thu hoạch / giặt
Cải thiện kết tinh lactose bằng cách siêu âm
Siêu âm nổi tiếng với tác động tích cực đến quá trình kết tinh và kết tủa (kết tinh sono). Sonication cũng cải thiện sự hình thành và phát triển của các tinh thể lactose.
Kết tinh sono của lactose giúp đạt được năng suất tối đa của các tinh thể lactose trong thời gian tối thiểu.
Lò phản ứng thủy tinh siêu âm để siêu âm nội tuyến
Sự phát triển tinh thể tốt là đáng kể để đảm bảo thu hoạch và rửa lactose hiệu quả (chiết xuất & thanh lọc). Sonication gây ra quá bão hòa lactose và bắt đầu quá trình tạo mầm chính của các tinh thể lactose. Hơn nữa, quá trình siêu âm liên tục góp phần tạo mầm thứ cấp, đảm bảo sự phân tán kích thước tinh thể nhỏ (CSD).
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.
Lợi ích của siêu âm:
- Năng suất tối đa
- Thời gian xử lý rất ngắn
- Kích thước tinh thể đồng nhất
- Kích thước tinh thể có thể điều khiển
- hình dạng tinh thể đồng nhất
Từ tính khả thi đến sản xuất nội tuyến: Kết tinh sono của lactose
Đọc thêm về việc mở rộng quy mô kết tinh lactose siêu âm từ sản xuất để bàn đến sản xuất công nghiệp!
Từ nước thải đến lactose
Do sản lượng sữa lớn, váng sữa thường là sản phẩm phụ được xử lý như nước thải. Việc xử lý váng sữa lỏng tốn nhiều chi phí do nhu cầu oxy sinh học (BOD) và hàm lượng nước cao. Khi lactose được thu hồi từ váng sữa, chất thải được sử dụng trong bước hậu xử lý để sản xuất bột lactose. Việc thu hồi lactose làm giảm BOD của whey hơn 80%, làm cho sản phẩm phụ hữu ích và thân thiện với môi trường hơn. Một quá trình kết tinh siêu âm hỗ trợ cải thiện sự tăng trưởng tinh thể, năng suất và chất lượng.
Lactose được sử dụng rộng rãi làm thành phần trong ngành công nghiệp thực phẩm và dược phẩm, làm nguyên liệu thô để sản xuất lactitol hoặc làm nguyên liệu cơ bản để sản xuất vi sinh vật polyester phân hủy sinh học.
UIP2000hdT, một sonicator mạnh mẽ 2000 watt với tế bào dòng chảy để kết tinh nội tuyến công nghiệp
thiết bị siêu âm
Hielscher Ultrasonics cung cấp thiết bị siêu âm cho các quá trình kết tinh sono – hoặc để siêu âm hàng loạt hoặc để xử lý nội tuyến trong lò phản ứng siêu âm. Tất cả các máy siêu âm Hielscher được thiết kế để chạy liên tục (24 giờ / 7 ngày / 365 ngày) đảm bảo sử dụng thiết bị tối đa. Các thiết bị siêu âm công nghiệp từ 0,5kW đến 16kW mỗi đơn vị thích hợp để xử lý thương mại khối lượng lớn huyền phù siêu bão hòa.
Chế biến lactose cấp thực phẩm
Máy siêu âm Hielscher có hiệu quả cao trong việc thúc đẩy và kiểm soát quá trình kết tinh lactose từ các dung dịch siêu bão hòa. Bằng cách áp dụng xâm thực siêu âm cường độ cao, các hệ thống này tăng cường tốc độ tạo mầm, giảm thời gian cảm ứng và cho phép hình thành các tinh thể đồng nhất, được xác định rõ ràng. Điều này dẫn đến động học kết tinh nhanh hơn và cải thiện khả năng kiểm soát kích thước và hình thái tinh thể. Lý tưởng cho cả quy trình nội tuyến hàng loạt và liên tục, máy siêu âm Hielscher cung cấp các giải pháp có thể mở rộng từ R&D vào sản xuất công nghiệp. Kỹ thuật mạnh mẽ của Đức và khả năng tương thích với các tiêu chuẩn cấp dược phẩm khiến chúng đặc biệt phù hợp cho các ứng dụng đòi hỏi khắt khe trong quá trình tinh chế, pha chế và chế biến lactose.
Máy siêu âm Hielscher phù hợp cho sản xuất cấp thực phẩm và dược phẩm tuân thủ các tiêu chuẩn cGMP. Máy siêu âm Hielscher có sẵn với các phụ kiện cấp vệ sinh, đảm bảo tuân thủ đầy đủ các tiêu chuẩn xử lý hợp vệ sinh. Các sonotrodes siêu âm (còn được gọi là đầu dò hoặc còi) và lò phản ứng dòng chảy được thiết kế với hình dạng hợp lý, dễ làm sạch, tạo điều kiện bảo trì hiệu quả và giảm thiểu thời gian chết. Đáng chú ý, bản thân xâm thực siêu âm hoạt động như một cơ chế làm sạch tại chỗ (CIP), hỗ trợ làm sạch bề mặt bên trong trong quá trình hoạt động. Đối với môi trường vô trùng, tất cả các sonotrodes và lò phản ứng đều có thể hấp tiệt trùng hoàn toàn. Nhờ diện tích nhỏ gọn, các hệ thống Hielscher có thể dễ dàng tích hợp hoặc trang bị thêm vào các dây chuyền sản xuất hiện có — khiến chúng trở nên lý tưởng để nâng cấp các cơ sở kết tinh cấp dược phẩm và thực phẩm.
Liên hệ với chúng tôi ngay hôm nay để biết thêm thông tin! Hielscher Ultrasonics cung cấp các giải pháp tiêu chuẩn cũng như tùy chỉnh khác nhau để chế biến sữa và thực phẩm siêu âm!
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.
Giới thiệu về Sonocrystallization
Khi siêu âm công suất được áp dụng để tạo ra và cải thiện quá trình kết tinh, nó được gọi là kết tinh siêu âm. Sonocrystallization dựa trên ứng dụng của “sóng âm để gây ra những thay đổi hóa lý trong vật liệu. Một số ứng dụng phổ biến của siêu âm công suất bao gồm việc sử dụng nó để tạo ra các phản ứng hóa học (sonochemistry) và thúc đẩy quá trình kết tinh (sonocrystallization). Những kỹ thuật này đã nhận được sự chú ý của một số ngành công nghiệp bao gồm dược phẩm, hóa chất và công nghiệp thực phẩm với lợi thế mà chúng mang lại. Kỹ thuật siêu âm khả thi về mặt kinh tế và tương đối dễ kết hợp vào hoạt động công nghiệp. Các kỹ thuật này có thể được sử dụng để cải thiện cả khả năng tái tạo và năng suất sản xuất; Chúng không nhiệt và sạch sẽ với môi trường”. [Martini 2013, 4]
Tạo mầm và tăng trưởng tinh thể
Quá trình kết tinh được xác định là quá trình hình thành, trong đó các tinh thể rắn kết tủa từ dung dịch quá bão hòa, nóng chảy hoặc khí.
Quá trình kết tinh bao gồm hai giai đoạn chính: tạo mầm và phát triển tinh thể.
Trong quá trình tạo mầm, các phân tử hòa tan trong dung dịch bắt đầu tạo thành các cụm, phải đủ lớn để ổn định trong điều kiện hoạt động. Một cụm ổn định như vậy tạo thành một hạt nhân. Sau khi đạt đến kích thước tới hạn để tạo thành một hạt nhân ổn định, giai đoạn phát triển tinh thể bắt đầu.
Trong giai đoạn phát triển tinh thể, các hạt nhân được hình thành trở nên lớn hơn khi nhiều phân tử được giới hạn với cụm. Quá trình tăng trưởng phụ thuộc vào cấp độ bão hòa và các thông số khác như trộn đều, nhiệt độ, v.v.
Lý thuyết kết tinh cổ điển dựa trên quan niệm nhiệt động lực học rằng một hệ thống cô lập là tuyệt đối ổn định khi entropy của nó là bất biến.
Sự thật về Lactose
Lactose (đường sữa) là một disaccharide được xây dựng từ glucose và galactose được kết nối bằng liên kết glycosidic β (1→4).
Do sự hiện diện của cacbon chiral, lactose có thể xuất hiện dưới dạng 2 loại đồng phân sau: α- hoặc β-lactose. Lactose thường được tìm thấy dưới dạng tinh thể monohydrat α-lactose ngậm nước. Đa hình khác, β-lactose khan, ít phổ biến hơn và nó kết tinh trên 93,5 °C. Các anomer α và β có các đặc tính rất khác nhau. Các đa hình có thể được phân biệt bằng vòng quay riêng (lần lượt là (+89°C và +35°C đối với α và β-lactose) và độ hòa tan (lần lượt là 70 và 500g/L (ở 20°C) đối với α và β-lactose). [McSweeney và cộng sự. 2009]
Nó là carbohydrate chính của sữa và được tìm thấy ở nồng độ 2-8 wt%. Lactose không hương vị và có độ ngọt thấp. Lactose hoạt động như một chất khử đường và thúc đẩy các phản ứng Maillard và Stecker. Qua đó, lactose được sử dụng để tăng cường màu sắc và hương vị của các sản phẩm thực phẩm như các sản phẩm bánh, bánh ngọt và bánh kẹo.
Lactose là một chất phụ gia thực phẩm được sử dụng rộng rãi có chức năng như chất mang, chất độn, chất ổn định và chất pha loãng viên nén trong các sản phẩm thực phẩm và dược phẩm.
α-lactose là dạng tinh khiết nhất, được sử dụng cho các sản phẩm dược phẩm.
Lactose là một thành phần quan trọng khi nói đến hương vị, mùi thơm và phản ứng chuyển màu nâu.
Công thức: C12H22O11
Mã IUPAC: β-D-galactopyranosyl-(1→4)-D-glucose
Khối lượng mol: 342,3 g / mol
Điểm nóng chảy: 202,8 °C
Mật độ: 1,53 g / cm3
Phân loại: FODMAP
Hòa tan trong: nước, etanol
Văn học / Tài liệu tham khảo
- 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.
Hielscher Ultrasonics sản xuất homogenizers siêu âm hiệu suất cao từ phòng thí nghiệm đến quy mô công nghiệp.