79767490-laktoza

Laktoza, rafinisanalaktoza i proizvodi hidrolize

InstitutInstitut zaza tehnologijutehnologiju polj.polj.--prehpreh. . proizvodaproizvoda

Laktoza, rafinisana laktoza i proizvodi hidrolize


Teorijske osnove proizvodnje

� Ona se izoluje odnosno proizvodi iz surutke (koncentrirana surutka)ili deproteinizirane surutke, a u novije vrijeme i ultrafiltrat surutke. Odvajanje malih iona se vrši elektrodijalizom ili ionskom izmjenom.

� Laktoza se izdvaja jednostavnim postupkom koncentrisanja, kristalizacije i odvajanja od��. I�� laktoze sli�ni su onima u industriji še�era, za saharozu iz še�erne repe.

� Važna je kristalizacija – brzina kristalizacije zavisi od: ukupne dostupne površine kristala, �isto�e rastvora, stepena prezasi�enja, temperature, viskoziteta, intenziteta mehani�kog tretmana i drugih faktora, kao i me�uzavisnosti navedenih.

� Proces treba voditi tako da se hla�enjem koncentrisani rastvor laktozedovede u nestabilnu zonu, �ime se izaziva relativno brza i kvantitativna kristalizacija, sa dobijanjem kristala takve raspodjele veli�ine da se mogu lako odvojiti centrifugiranjem. Laktoza dobijena iz surutke ili UF permeata surutke može da bude u obliku αααα-laktoza hidrata ili ββββ-anhidrida ili njihovoj smjesi.

Laktoza, rafinisanalaktoza i proizvodi hidrolize


Tehnološki proces proizvodnje

Kristalizacija i odvajanje laktoze iz surutke

Kristalizacija i odvajanje laktozeiz deproteinizirane surutke

(prethodno se uklone proteini pomo�u UF tretmana ili koagulacijom).

� U oba slu�aja se može proizvesti sirova ili rafinisana laktoza



Tehnološki proces

� Proces proizvodnje se sastoji iz slijede�ih koraka:

PakovanjeMljevenjeSušenjeOdvajanje kristala IIOdvajanje kristala IKristalizacijaUparavanje



Tehnološki proces

� Proizvodnja iz deproteinizirane surutke, odnosno permeata surutke razlikuje se po tome što je ranije, prije uparavanja, izvršeno odvajanje proteina, i u procesu postoji samo jedna operacija odvajanja kristala

� Bolja je deproteinizirana od obi�ne surutke jer proteini ometaju kristalizaciju i separiranje kristala te snižavaju stepen uparavanja

� I sadržaj mineralnih materija može da se smanji opisanim metodama ionske izmjene ili elektrodijalize, što doprinosi boljem prenosu toplote u evaporatorima (sporije se stvaraju naslage) i obezbje�uje bolji prinos proizvoda za 10% (ne ometa se kristalizacija laktoze kristalizacijom soli).


Tehnološki proces




Tehnološki proces� UPARAVANJE

� U cilju prethodnog koncentrisanja surutke vrši se uparavanje. Izvodi se isklju�ivo u višestepenim vakuum upariva�ima, ili uz prethodno koncentrisanje hiperfiltracijom, pri �emu krajnji stepen koncentrisanjazavisi od prisustva proteina. Ukoliko se laktoza proizvodi iz surutke koja sadrži protein, uparavanje se izvodi do 60-65% SM (prinos do 65%), dok kod proizvodnje laktoze iz deproteinizirane surutke sadržaj SM koncentrata može da bude do 70% (prinos i do 75%), sa stepenomkoncentrisanja raste prinos. Prinos laktoze iz UF surutke može da bude 83-92%.



Tehnološki proces� KRISTALIZACIJA

� Nakon uparavanja iz koncentrisanog prezasi�enog i toplog rastvora koji dolazi iz upariva�a izaziva se kristalizacija laktoze. To je kompleksan proces u kome dolazi do difuzije molekula laktoze na površinu kristala s jedne i, istovremeno, osloba�anja i prenosa toplote kristalizacije sa kristala na te�nost, sa druge strane. Kristalizacija se inicira spontano zbog prezasi�enosti rastvora što je rje�i slu�aj ili se dodaju nukleusi za izazivanje kristalizacije. Cilj je da se dobije veliki broj kristala približno jednake veli�ine što osigurava dobro odvajanje melase i da kristali budu dovoljno veliki (u prosjeku 0,2 mm) kako bi se uspješno izvršilo njihovo izdvajanje.

� Hla�enje treba pažljivo kontrolisati zbog stvaranja izomera; proces treba voditi tako da do kristalizacije ne do�e u upariva�koj stanici i cjevovodima kraistalizatora; nukleusi kristalizacije se dodaju masi uo�i ulaska u kristalizator ili u samom kristalizatoru.



Tehnološki proces� KRISTALIZACIJA

� Kristalizatori su zatvoreni tankovi sa dvostrukim zidovima, kosim dnom, i sporom mješalicom sa struga�em na dnu. Izmešu�� dovodi voda za hla�enje, a specijalno konstruisana mješalica održava masu u stalnom pokretu, �ime se spre�ava taloženje i sljepljivanje kristala. Kristalizacija može da se završi za oko 30 sati pri �emu se masa ohladi na 18oC. Pri kra�em vremenu kristalizacije kristali su mali i nepravilni, a pri produženom vremenu kristalizacije (nekoliko dana) koncentrisana�� , postaje vrlo viskozna. Zbog��30oC može izvesti brzo,� �� , a��15-20oC vrši postepeno.



Tehnološki proces



Tehnološki proces proizvodnje laktoze



Tehnološki proces

� ODVAJANJE KRISTALA

� Sirova kristalna laktoza, αααα-laktoza monohidrat, odvaja se od melase pomo�u kontinuiranih centrifuga ili dekantera. U oba slu�aja koriste se dva ure�aja u nizu. U prvom se kristali odvajaju od melase, a u drugom ispiraju svježom vodom. Istovremeno sa odvajanjem kristala laktoze vrši se i njihovo ispiranje odvo�enjem vode u centrifugu 2, odnosno u dekanter 2. Obzirom da voda poslije ispiranja sadrži rastvorenu laktozu, a u pogledu sadržaja drugih komponenti �istija je od melase vra�a se u proces. Melasa (38-48% SM i to: laktoza 30%, proteini i soli) može tako�eda se vra�a u proces ali poslije razrje�enja svježom surutkom ili vodom od ispiranja do koncentracije SM od oko 15%. Drugi na�in iskorištenja melase je njeno sušenje, pri �emu se dobija delaktozirana surutka u prahu. Sirovi še�er dobiven na ovaj na�in ima 10-14% vlage i oko 99% laktoze u SM.



Dekanter centrifuga



Tehnološki proces� SUŠENJE, MLJEVENJE, PROSIJAVANJE I PAKOVANJE

� Ukoliko dobivena laktoza��rafinisanje suši se u vibracionoj sušnici na oko 70oC ne višoj od 93oC do sadržaja vlage od 0,1-0,5%. Vrijeme sušenja ne smije da bude suviše kratko jer može do�i doobrazovanja tankog sloja amorfne laktoze na površini αααα-hidratnih kristala što u toku skladištenja izaziva zgrudnjavanje proizvoda. Ostale operacije (mljevenje, prosijavanje i pakovanje) sli�ne su kao i kod obranog mlijeka u prahu.

� PROIZVODNJA LAKTOZE UZ PRETHODNO UKLANJANJE PROTEINA SURUTKE

� Razlikuje se po operaciji izdvajanja proteina na po�etku procesa (UF, koagulacija ubrizgavanjem pare uz dodatak kiseline); proteini se odvajaju centrifugom ili filtracijom, a deproteinizirana surutka se uparava



Proizvodnja rafinisane laktoze

� Naj�eš�e u pogonu za proizvodnju sirove laktoze postoji i proizvodnja rafinisane, hemijski �iste laktoze, koja se koristi u industriji lijekova (laktoza 99,6% min, proteini 0,0%). Proces je u prvom dijelu isti do izdvajanja i ispiranja kristala laktoze. Zatim slijedi rafinacija, koja se sastoji iz rastvaranja laktoze, tretmana visokom temperaturom, uz dodavanje hemikalija��dejstvom, filtriranja, uparavanja, kristalizacije i odvajanja kristala. Zatim je postupak isti kao i kod sirove laktoze.

� RAFINACIJA

� Izvodi se sa ciljem uklanjanja boje, proteina (ukoliko nisu ranije odvojeni) i soli. Sirova laktoza se rastvori u tanku od ner�aju�eg �elika sa snažnom mješalicom tako da se dobije 30% rastvor (ili 50-60%). Radi boljeg rastvaranja rastvor se zagrijena temperaturu klju�anja (105oC).




� RAFINACIJA

� U tank se dodaje 1% aktivnog uglja (ra�unato na SM laktoze) koji adsorbuje boju i djelimi�no otklanja ne�isto�e; kiselina (HCl) kojom se podešava kiselost na 0,09% ra�unato kao mlije�na kiselina i doprinosi djelovanju aktivnog uglja, rastvaranju soli i uklanjanju proteina (ukoliko nije ranije bio UF), sredstvo koje olakšava filtriranje npr. 0,1% kiselgura(ra�unato na SM laktoze) i sredstvo za bijeljenje npr. Na-bisulfit oko 0,22%. Pošto je sadržaj tanka za rafinaciju zagrijan blizu t klju�anja, neutrališe se alkalnim (kre�nim) rastvorom do pH 5,4-5,8 (do titracione kiselosti od 0,05% ra�unato kao mlije�na kiselina) i podvrgava intenzivnom klju�anju nekoliko minuta, pri �emu dolazi do flokulacije proteina, taloženja uglja i nerastvorenih soli. Filtriranjem se odstranjuje sediment i dobiva proziran rastvor laktoze. Bistra te�nost se uparava u vakuumu u prisustvu manje koli�ine Na-bisulfita do koncentracije SM od 65-70%.



Proizvodnja rafinisane laktoze� RAFINACIJA

� Zatim se vrši kristalizacija laktoze iz dobivenog sirupa, uz dodavanje nukleusa za kristalizaciju. U cilju spre�avanja nastanka ve�eg broja kristala razne veli�ine, laktoza koja se dodaje kao jezgro kristalizacije se prethodno ovlaži do sadržaja vlage od 10%. Kristalna masa laktoze se naj�eš�e centrifugama odvaja, uz ispiranje vodom. Efluent iz ove faze može da se koristi za ispiranje sirove laktoze, ili da se vrati u evaporatorkako bi se izdvojila rezidualna laktoza. Tako je iskorištenje laktoze u procesu rafinacije prakti�no 100%. Za dobijanje kvalitetne, hemijski �iste laktoze, veoma je važno da kristali budu dobro isprani.




� SUŠENJE, MLJEVENJE, PROSIJAVANJE I PAKOVANJE

� Vrši se na isti na�in kao i kod sirove s tim da t sušenja može da bude viša, do 150oC jer nema prisutnih ne�isto�a. Parametri procesa, posebno sušenja, uti�u na formu i osobine gotovog proizvoda – laktoze. Ako se npr. laktozni sirup bez kristalizacije suši dobija se amorfni prah – laktoznostaklo.

� Poslije sušenja, laktoza se melje u mlinu �eki�aru, prosijava kroz sito pre�nika pora od 100, miješa i pakuje u hermeti�ki zatvorene vre�e, otporne na vlagu.

� Po postupku za proizvodnju mlijeka u prahu sa instant osobinama, proizvodi se i aglomerirani prah laktoze, koji se koristi kao punioc u tabletiranju lijekova.




� KONTROLA PROCESA I KVALITET LAKTOZE I RAFINISANE LAKTOZE

� Na me�unarodnom tržištu danas postoji nekoliko komercijalnih vrsta laktoze: tehni�ka, sa 90-92% laktoze, sirova, sa 95-99% laktoze, laktoza za prehrambenu industriju, sa 98-99% laktoze (i odgovaraju�im mikrobiološkim kvalitetom) i laktoza za farmaceutsku industriju, sa 99,5-99,9% laktoze (i odgovaraju�im mikrobiološkim kvalitetom). Naj�eš�e su u primjeni posljednje dvije.

� Laktoza je bijeli kristalni prah, u vodi rastvorljiv, bez mirisa i ne suviše slatkog okusa.

� Osnovni kriterij kvaliteta preparata laktoze je stepen njegove �isto�e. U proizvodnji nerafinisane laktoze dobija se proizvod ve�eg stepena �isto�e alo se kao sirovina koristi deproteinizirana surutka (UF, “Centry Whey”)



Proizvodnja laktoze� KONTROLA PROCESA I KVALITET LAKTOZE I RAFINISANE LAKTOZE

0,04 – 0,030,060,40,4Kiselost (kaomlije�nakiselina)

0,001 – 0,010,10,10,2Mast

0,03 – 0,090,20,40,45Mineralne materije

0,01 – 0,050,10,81,0Proteini

0,1 – 0,50,50,30,35Voda

99,4 – 99,8599,094,098,0Laktoza

Za farm. ind.Za preh. ind.SirovaTehni�ka

LaktozaKomponenta (%)




� PRIMJENA LAKTOZE I RAFINISANE LAKTOZE

� Naj�eš�a upotrijebljavati je u farmaceutskoj i prehrambenoj industriji. U prehrambenoj industriji se koristi: za proizvodnju humanizovanog mlijeka (humano mlijeko ima ve�i sadržaj laktoze od kravljeg) i dje�ije hrane, u proizvodnji modifikovanih i rekonstituisanih mlije�nih proizvoda, za spre�avanje zgrudnjavanja proizvoda u prahu, kod slatkiša popravlja konzistenciju i trajnost, u pekarskim proizvodima povoljno djeluje, sempomenutih osobina, i na aromu, izgled i sposobnost za prženje, zatim služi kao nosa� isparljivih aroma, kao skuplja� neželjenih aroma, kao zasla�iva� u proizvodima gdje treba ista�i okus samog proizvoda, u proizvodnji �ipsa, sosova, preliva za salate, pudinga i dr.

� Prednosti primjene u prehrambenoj industriji su: mala slast, poja�ava karakteristi�an okus proizvoda, nije podložna fermentaciji, stabilizira proteine, tamnjenje usljed Maillard-ove reakcije (negdje poželjno, kanditorska industrija).




� PRIMJENA LAKTOZE I RAFINISANE LAKTOZE

� Laktoza ne dovodi do zubnih naslaga, stimuliše asimilaciju kalcijuma i peristaltiku crijeva, a smanjuje nagomilavanje u jetri i zato je veoma pogodna za dijabeti�are. U industriji proizvodnje lijekova koristi se rafinisana laktoza kao punioc i interni nosa� za tablete. Manjeg je obima primjena laktoze u mikrobiologiji, u proizvodnji zubnih pasta, ogledala i drugih proizvoda.

� U pojedinim zemljama veliki dio surutke se prera�uje u laktozu. Dalje primjene su: laktoza hidrolizirana enzimom, kiselinom (laktozni sirup), fermentisana laktoza (SCP, jedno�elijski proteini ili alkohol), laktitol�(stabilniji i sla�i od laktoze). Hidrolizom se dobiva kvalitetan zasla�iva� sa primjenom u dijetalnoj ishrani (intolerancija), u proizvodnji sladoleda, dezerata, džema, vo�nih napitaka, pekarskih i kanditorskih proizvoda itd.



Hidroliza laktoze

� Laktoza može biti hidrolizirana vezanjem vode ili enzimatski- enzim ββββ-galaktozidaza pripada grupi hidrolaza. Ona se cijepa na galaktozu i glukozu.



Hidroliza laktoze

� Laktoza nije slatka kao drugi še�eri. Hidrolizom laktoze se stoga pove�ava slatko�a. Hidroliza laktozekod mlije�nih proizvoda omogu�ava njihovo konzumiranje od strane ljudi koji imaju intoleranciju na laktozu. Tako�e, neke mane, kao pjeskovita struktura kod sladoleda (kristalizacija laktoze) se prakti�no eliminiraju hidrolizom laktoze.



Hidroliza laktoze, enzimatska

� Za hidrolizu laktoze predtretman u smislu demineralizacije nije neophodan ali poboljšava okus kona�nog proizvoda. Dobiva se sirup sa sadržajem SM od 70-75% i on može biti korišten kao zasla�iva� u pekarskoj industriji i u proizvodnji sladoleda.

� Tokom proizvodnje, enzim se inaktivira toplotnim tretmanom ili podešavanjem pH. Ne može se ponovo koristiti. Umjesto upotrebe slobodnih enzima sada postoji mogu�nost da se on veže za razli�ite tipove u vodi rastvorljivih i nerastvorljivih nosa�a. Ovakvi sistemi sa imobiliziranim enzimima mogu biti korišteni za kontinuiranu hidrolizu laktoze. Enzim, koji je skup, se ne troši i može biti korišten za hidrolizu velikih koli�ina laktoze.



Hidroliza laktoze, enzimatska

� Postrojenje za enzimatsku hidrolizu laktoze kod surutke



Hidroliza laktoze, kiselinom

� Laktoza tako�e može biti hidrolizirana dejstvom kiseline u kombinaciji sa toplotnim tretmanom ili prolaskom kroz kationske izmjenjiva�e u formi hidrogena pri visokim temperaturama, oko 100oC. Željeni stepen��se odre�uje izborom pH, temperature i vremena zadržavanja. Pošto se mogu pojaviti sme�a obojenja tokom hidrolize surutke, preporu�uje se dodatak aktivnog uglja.



Hemijske reakcije

� Utvr�eno je da NPN proizvodi mogu biti korišteni kao djelimi�na zamjena za prirodne proteine kod preživara pošto odre�eni mikroorganizmi u buragu preživara�� . Me�utim, u nastojanju da se postigne balans azota i energije u ishrani, urea i amonijak moraju biti pretvoreni u pogodnije forme koje polako osloba�aju azot u buragu za poboljšanu sintezu proteina. Laktozil urea i amonijum laktat su dva takva proizvoda koji se dobivaju iz surutke.

� LAKTOZIL UREA, Postupak proizvodnje: Nakon odvajanja surutka se koncentrira do 75% SM tipi�no u dva koraka. Nakon dodatka uree i jestive sumporne kiseline surutkin koncentrat se drži 20 sati na 70oC u duplikatorukoji ima mješalicu. Pod ovim uslovima urea reaguje sa laktozom i stvara se laktozil urea. Nakon završetka reakcije proizvod se hladi i transpotuje u fabriku za proizvodnju koncentrata sto�ne hrane (briketi npr.) ili direktno farmerima.



Hemijske reakcije

� AMONIJUM LAKTAT, Postupak proizvodnje: Tehnika uklju�uje fermentaciju laktoze kod surutke u mlije�nu kiselinu i održavanje pHpomo�u amonijaka što rezultira stvaranjem amonijum laktata. Nakon koncentracije do 61,5% SM proizvod je spreman za upotrebu.

HVALA NA PAŽNJI!!


79767490-laktoza

Documents