Cristallisation du lactose

La cristallisation du lactose est une pratique industrielle qui consiste à séparer le lactose des solutions de lactosérum par le biais d'une cristallisation contrôlée. Le lactose, un composant majeur du lait et du lactosérum, est utilisé dans les produits alimentaires, laitiers et pharmaceutiques. L'industrie laitière produit de grandes quantités de lactose, mais une part importante de celui-ci n'a pas été récupérée au cours du processus et est gaspillée. Le gaspillage du lactose constitue une perte économique et une menace pour l'environnement. Pour récupérer ce sous-produit de l'industrie fromagère dérivé du lactosérum, la cristallisation par refroidissement à l'échelle industrielle massive est une pratique à la mode. Cependant, le procédé de cristallisation est loin d'être optimisé.

La qualité et le rendement du produit dépendent fortement de la taille des particules et le procédé de cristallisation du lactose est compliqué par la variabilité saisonnière de la qualité du lait, la présence d'impuretés minérales et la lenteur de la cinétique de croissance des cristaux - ce qui nécessite historiquement de longues durées de traitement en lots. La majorité des procédés de cristallisation industriels du lactose produisent des cristaux relativement petits, ce qui se traduit par un traitement en aval peu efficace et un faible taux de récupération.

Le procédé de cristallisation du lactose nécessite d'identifier les mécanismes qui influencent le résultat :

• Nucléation (et nucléation secondaire)
• la croissance
• L'huilage
• Agglomération
• Rupture
• Chimie du polymorphisme

L'acquisition d'une compréhension de base du procédé est la première étape de l'optimisation du procédé de cristallisation du lactose. Des étapes importantes, telles que la mesure de la courbe de solubilité et l'étude de la largeur de la zone méta-stable, permettent d'acquérir une compréhension fondamentale de la thermodynamique de la cristallisation.

Une boîte à outils complète pour l'ingénierie des particules comprend un réacteur qui reproduit les conditions à des balances plus grandes, ainsi que des outils basés sur des sondes qui sont insérés directement dans le procédé pour fournir une compréhension immédiate et en temps réel de l'impact des paramètres du procédé sur le processus de cristallisation du lactose.

Les paramètres du procédé et les mécanismes des particules sont enregistrés et contrôlés automatiquement et peuvent être liés à un résultat d'analyse de la taille des particules hors ligne. Le logiciel relie toutes ces informations de manière transparente, ce qui permet aux scientifiques de se concentrer exclusivement sur l'utilisation de données de haute qualité pour prendre d'excellentes décisions fondées sur des preuves.

• EasyViewer est un outil d'imagerie basé sur une sonde avec analyse d'images. Il capture des images à haute résolution et calcule les distributions de taille des particules, des cristallisations et des gouttelettes telles qu'elles existent naturellement dans le procédé.
• ParticleTrack suit in situ le changement de taille des cristallisations et leur nombre. En comprenant les modifications des particules en temps réel, les scientifiques peuvent rapidement détecter les mécanismes de cristallisation souhaités et non souhaités, assurer la cohérence d'un lot à l'autre et optimiser le débit en aval et la qualité du produit.
• Les réacteurs chimiques automatisés remplacent les flacons à fond rond et les réacteurs double enveloppe traditionnels. Ces outils permettent un contrôle précis et automatisé d'une gamme élargie de conditions de processus et enregistrent les paramètres à des fins d'analyse, d'expériences répétées et d'exigences réglementaires.

• Pandalaneni, K. et Amamcharla, J. (2016). Focused beam reflectance measurement as a tool for in situ monitoring of the lactose crystallization process " , Journal of Dairy Science, 99(7), 5244-5253. https://doi.org/10.3168/jds.2015-10643.
• Siddique, H., Brown, C. J., Houson, I. et Florence, A. J. (2015). Establishment of a Continuous Sonocrystallization Process for Lactose in an Oscillatory Baffled Crystallizer, Organic Process Research & Development, 19(12), 1871-1881. https://doi.org/10.1021/acs.oprd.5b00127.
• Li, H., Kawajiri, Y., Grover, M. A. et Rousseau, R. W. (2014). Application d'un modèle empirique FBRM pour estimer les distributions de taille de cristaux dans la cristallisation de lots. Crystal Growth & Design, 14(2), 607-616. https://doi.org/10.1021/cg401484d
• Wong, S. Y. et Hartel, R. W. (2014). Crystallization in Lactose Refining-A Review ", Journal of Food Science, 79(3), R257-R272. https://doi.org/10.1111/1750-3841.12349
• Chollangi, A. et Hossain, M. M. (2007). Separation of proteins and lactose from dairy wastewater, Chemical Engineering and Processing : Process Intensification, 46(5), 398-404. https://doi.org/10.1016/j.cep.2006.05.022
• Gänzle, M. G., Haase, G. et Jelen, P. (2008). Lactose : Crystallization, hydrolysis and value-added derivatives, International Dairy Journal, 18(7), 685-694. https://doi.org/10.1016/j.idairyj.2008.03.003