Die Laktosekristallisation ist ein industrielles Verfahren zur Abtrennung von Laktose aus Molkenlösungen durch kontrollierte Kristallisation. Laktose, ein Hauptbestandteil von Milch und Molke, wird in Lebensmitteln, Molkerei- und Pharmaprodukten verwendet. Die Molkereiindustrie produziert große Mengen an Laktose, aber ein erheblicher Teil davon wird nicht aus dem Prozess zurückgewonnen und geht verloren. Die Verschwendung von Laktose ist ein wirtschaftlicher Verlust und stellt eine Bedrohung für die Umwelt dar. Um dieses Nebenprodukt der Käseindustrie, das aus der Milchmolke gewonnen wird, wiederzugewinnen, ist die massive industrielle Waage-Kristallisation eine gängige Praxis. Allerdings ist der kristallisation prozess noch lange nicht optimiert.
Was ist Laktosekristallisation?
Herausforderungen bei der Laktosekristallisation
Produktqualität und Ausbeute hängen in hohem Maße von der Partikelgröße ab, und der Laktosekristallisationsprozess wird durch die saisonalen Schwankungen der Milchqualität, das Vorhandensein von mineralischen Verunreinigungen und die langsame Kinetik des Kristallwachstums erschwert - was historisch gesehen lange Batch-Zeiten erfordert. Bei den meisten industriellen kristallisation prozessen werden relativ kleine Kristalle produziert, was zu einer nachgelagerten Abtrennung mit geringer Effizienz und niedrigem Gewinnungsgrad führt.
Mechanismen der Laktosekristallisation
Der Prozess der Kristallisation von Laktose erfordert die Identifizierung der Mechanismen, die das Ergebnis beeinflussen:
- Keimbildung (und sekundäre Keimbildung)
- Wachstum
- Ausölung
- Agglomeration
- Zerbrechen
- Polymorphismus Chemie
Den Prozess der kristallisation von Laktose verstehen
Der erste Schritt zur Optimierung des kristallisation prozesses von Laktose ist ein grundlegendes Verständnis des Prozesses zu erlangen. Wichtige Schritte, wie die Messung der Löslichkeitskurve und die Untersuchung der Breite der metastabilen Zone, liefern ein grundlegendes Verständnis der Thermodynamik der Kristallisation.
Technologie für die Laktosekristallisation
Eine umfassende Toolbox für das Partikel-Engineering umfasst einen Reaktor, der die Bedingungen in größeren Waagen nachahmt, sowie sondenbasierte Tools, die direkt in den Prozess eingesetzt werden, um ein unmittelbares und Echtzeit-Verständnis der Auswirkungen von Prozessparametern auf den Prozess der Laktosekristallisation zu ermöglichen.
Prozessparameter und Partikelmechanismen werden automatisch aufgezeichnet und überwacht und können mit den Ergebnissen einer Offline-Partikelgrößenanalyse verknüpft werden. Die Software verknüpft all diese Informationen nahtlos miteinander, so dass sich die Wissenschaftler ausschließlich auf die Verwendung hochwertiger Daten konzentrieren können, um hervorragende, evidenzbasierte Entscheidungen zu treffen.
- EasyViewer ist ein sondenbasiertes Imaging-Tool mit Bildanalyse. Es nimmt hochauflösende Bilder auf und berechnet Kristall-, Partikel- und Tröpfchengrößenverteilungen, wie sie im Prozess natürlich vorkommen.
- ParticleTrack verfolgt in-situ die Veränderung der Kristallgröße und -anzahl. Durch das Verstehen von Veränderungen der Partikel in Echtzeit können Wissenschaftler erwünschte und unerwünschte Kristallisationsmechanismen schnell erkennen, die Konsistenz von Charge zu Charge sicherstellen und den nachgeschalteten Durchsatz und die Produktqualität optimieren.
- Automatisierte chemische Reaktoren ersetzen die traditionellen Rundkolben und doppelmantelreaktoren im Labor. Diese Geräte ermöglichen eine präzise und automatisierte Kontrolle einer erweiterten Palette von Prozessbedingungen und zeichnen Parameter für Analysen, Wiederholungsexperimente und gesetzliche Anforderungen auf.
Laktose-Kristallisation in Publikationen
Im Folgenden finden Sie eine Auswahl aktueller Veröffentlichungen zum Thema Laktosekristallisation.
- Pandalaneni, K., & Amamcharla, J. (2016). Focused beam reflectance measurement as a tool for in situ monitoring of the lactose crystallisation process. Journal of Dairy Science, 99(7), 5244-5253. https://doi.org/10.3168/jemandes2015-10643
- Siddique, H., Brown, C. J., Houson, I., & Florence, A. J. (2015). Establishment of a Continuous Sonocrystallisation 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., & Rousseau, R. W. (2014). Anwendung eines empirischen FBRM-Modells zur Schätzung der Kristallgrößenverteilungen bei der batch kristallisation. Crystal Growth & Design, 14(2), 607-616. https://doi.org/10.1021/cg401484d
- Wong, S. Y., & Hartel, R. W. (2014). Crystallisation in Lactose Refining-A Review. Journal of Food Science, 79(3), R257-R272. https://doi.org/10.1111/1750-3841.12349
- Chollangi, A., & Hossain, M. M. (2007). Abtrennung von Proteinen und Laktose aus Molkereiabwässern. 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., & Jelen, P. (2008). Lactose: Kristallisation, Hydrolyse und wertsteigernde Derivate. International Dairy Journal, 18(7), 685-694. https://doi.org/10.1016/j.idairyj.2008.03.003
Applikationen
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