Cristalização da Lactose

A cristalização da lactose é uma prática industrial para separar a lactose das soluções de soro de leite por meio de cristalização controlada. A lactose, um componente importante do leite e do soro de leite, é utilizada em produtos alimentícios, lácteos e farmacêuticos. A indústria de laticínios produz grandes quantidades de lactose, mas uma parcela significativa dela não é recuperada no processo e é desperdiçada. O desperdício de lactose representa uma perda econômica e impõe uma ameaça ao meio ambiente. Para recuperar esse subproduto da indústria de queijos derivado do soro de leite, a cristalização por resfriamento em escala industrial é uma prática em voga. No entanto, o processo de cristalização está longe de ser otimizado.

A qualidade e o rendimento do produto dependem fortemente do tamanho das partículas, e o processo de cristalização da lactose é complicado pela variabilidade sazonal na qualidade do leite, pela presença de impurezas minerais e pela lenta cinética de crescimento dos cristais — o que historicamente exige longos tempos de batelada. A maioria dos processos industriais de cristalização da lactose produz cristais relativamente pequenos, resultando em uma separação a jusante de baixa eficiência e baixa taxa de recuperação.

O processo de cristalização da lactose requer a identificação de mecanismos que influenciam o resultado:

• Nucleação (e nucleação secundária)
• Crescimento
• Separação de óleo
• Aglomeração
• Quebra
• Química do polimorfismo

Obter uma compreensão básica do processo é o primeiro passo para otimizar o processo de cristalização da lactose. Etapas importantes, como a medição da curva de solubilidade e o estudo da largura da zona metaestável, fornecem uma compreensão fundamental da termodinâmica da cristalização.

Uma caixa de ferramentas abrangente de engenharia de partículas inclui um reator que reproduz condições em escalas maiores, bem como ferramentas baseadas em sondas que são inseridas diretamente no processo para fornecer compreensão imediata e em tempo real do impacto dos parâmetros de processo sobre o processo de cristalização da lactose.

Os parâmetros do processo e os mecanismos das partículas são registrados e monitorados automaticamente e podem ser vinculados a um resultado de análise offline de tamanho de partícula. O software integra todas essas informações de forma contínua, permitindo que os cientistas se concentrem exclusivamente em usar dados de alta qualidade para tomar excelentes decisões baseadas em evidências.

• EasyViewer é uma ferramenta de imagem baseada em sonda, com análise de imagens, que captura imagens de alta resolução e calcula distribuições de tamanho de cristais, partículas e gotículas tal como elas existem naturalmente no processo.
• ParticleTrack acompanha in situ a variação do tamanho e da contagem de cristais. Ao compreender as mudanças nas partículas em tempo real, os cientistas podem detectar rapidamente mecanismos de cristalização desejados e indesejados, garantir a consistência entre lotes e otimizar a produtividade nas etapas subsequentes e a qualidade do produto.
• Reatores químicos automatizados substituem os tradicionais balões de fundo redondo e reatores de laboratório encamisados. Essas ferramentas fornecem controle preciso e automatizado de uma faixa ampliada de condições de processo e registram parâmetros para análise, repetição de experimentos e requisitos regulatórios.

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• Siddique, H., Brown, C. J., Houson, I., & Florence, A. J. (2015). Estabelecimento de um processo contínuo de sonocristalização da lactose em um cristalizador oscilatório com chicanas. 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). Aplicação de um modelo empírico de FBRM para estimar distribuições de tamanho de cristais na cristalização em batelada. Crystal Growth & Design, 14(2), 607–616. https://doi.org/10.1021/cg401484d
• Wong, S. Y., & Hartel, R. W. (2014). Cristalização no refino da lactose — uma revisão. Journal of Food Science, 79(3), R257–R272. https://doi.org/10.1111/1750-3841.12349
• Chollangi, A., & Hossain, M. M. (2007). Separação de proteínas e lactose de efluentes de laticínios. Chemical Engineering and Processing: Process Intensification, 46(5), 398–404. https://doi.org/10.1016/j.cep.2006.05.022
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