Кристаллизация лактозы

Кристаллизация лактозы — это промышленная практика отделения лактозы от сывороточных растворов с помощью контролируемой кристаллизации. Лактоза, основной компонент молока и сыворотки, используется в пищевых, молочных и фармацевтических продуктах. Молочная промышленность производит большое количество лактозы, но значительная ее часть не восстанавливается в процессе и выбрасывается. Отходы лактозы – это экономические потери и угроза для окружающей среды. Для восстановления этого побочного продукта сырной промышленности, полученного из молочной сыворотки, модной практикой является массовая кристаллизация с охлаждением в промышленных масштабах. Тем не менее, процесс кристаллизации далек от оптимизации.

Качество и выход продукта в значительной степени зависят от размера частиц, а процесс кристаллизации лактозы осложняется сезонной изменчивостью качества молока, присутствием минеральных примесей и медленной кинетикой роста кристаллов, что исторически требует длительного времени замеса. В большинстве случаев в процессе промышленной кристаллизации лактозы образуются относительно небольшие кристаллы, что приводит к последующему разделению с низкой эффективностью и низким коэффициентом восстановления.

Процесс кристаллизации лактозы требует выявления механизмов, влияющих на результат:

• Зародышеобразование (и вторичное зарождение)
• Рост
• Смазывание
• Агломерация
• Поломка
• Химия полиморфизма

Получение базового понимания процесса является первым шагом в оптимизации процесса кристаллизации лактозы. Важные этапы, такие как измерение кривой растворимости и исследование ширины метастабильной зоны, обеспечивают фундаментальное понимание термодинамики кристаллизации.

Комплексный набор инструментов для инженерии частиц включает в себя реактор, который имитирует условия в больших масштабах, а также инструменты на основе зондов, которые вставляются непосредственно в процесс, чтобы обеспечить немедленное понимание влияния параметров процесса на процесс кристаллизации лактозы в режиме реального времени.

Параметры процесса и механизмы обработки частиц записываются и контролируются автоматически и могут быть связаны с результатом анализа размера частиц в автономном режиме. Программное обеспечение органично связывает всю эту информацию воедино, позволяя ученым сосредоточиться исключительно на использовании высококачественных данных для принятия превосходных решений, основанных на фактических данных.

• EasyViewer — это инструмент для обработки изображений на основе зондов с анализом изображений, который позволяет получать изображения с высоким разрешением и вычислять распределение кристаллов, частиц и капель по размерам в том виде, в котором они существуют в процессе.
• Трек частиц Отслеживает на месте изменение размера и количества кристаллов. Понимая изменения в частицах в режиме реального времени, ученые могут быстро обнаруживать желаемые и нежелательные механизмы кристаллизации, обеспечивать согласованность от партии к партии, а также оптимизировать производительность и качество продукции.
• Автоматизированные химические реакторы приходят на смену традиционным колбам с круглым дном и лабораторным реакторам с рубашкой. Эти инструменты обеспечивают точное и автоматизированное управление расширенным диапазоном технологических условий и регистрацию параметров для анализа, повторных экспериментов и выполнения нормативных требований.

• Пандаланени, К., и Амамчарла, Д. (2016). Измерение отражения сфокусированного луча как инструмент для мониторинга процесса кристаллизации лактозы in situ. Journal of Dairy Science, 99(7), 5244–5253. https://doi.org/10.3168/jds.2015-10643
• Сиддик, Х., Браун, К. Дж., Хьюсон, И., и Флоренс, А. Д. (2015). Создание непрерывного процесса сонокристаллизации лактозы в колебательном кристаллизаторе с перегородкой. Исследование и разработка органических процессов, 19(12), 1871–1881. https://doi.org/10.1021/acs.oprd.5b00127
• Ли, Х., Каваджири, Ю., Гровер, М. А., и Руссо, Р. В. (2014). Применение эмпирической модели FBRM для оценки распределения кристаллов по размерам при периодической кристаллизации. Crystal Growth & Design, 14(2), 607–616. https://doi.org/10.1021/cg401484d
• Вонг, С. Й., и Хартель, Р. В. (2014). Кристаллизация при рафинировании лактозы - обзор А. Журнал пищевых наук, 79 (3), R257–R272. https://doi.org/10.1111/1750-3841.12349
• Чолланги, А., и Хоссейн, М. М. (2007). Отделение белков и лактозы от сточных вод молочных продуктов. Химическая инженерия и переработка: интенсификация процессов, 46(5), 398–404. https://doi.org/10.1016/j.cep.2006.05.022
• Гензле, М. Г., Хаазе, Г., и Елен,. (2008). Лактоза: кристаллизация, гидролиз и производные с добавленной стоимостью. Международный молочный журнал, 18(7), 685–694. https://doi.org/10.1016/j.idairyj.2008.03.003