Лиофильные сушилки

Метод лиофильной сушки

Лиофильная сушка продуктов (также ее называют  сублимационной, от англ. freeze drying или lyophilization) как метод сушки, предполагает заморозку продуктов и последующее испарение образованного льда под вакуумом. Технически это процесс перегонки воды из состава продукта в пар напрямую изо льда, минуя жидкую фазу. 

Лиофилизация позволяет получать сухой продукт без потери его структурной целостности и биологической активности за счет отсутствия этапа нагревания. Это обеспечивает сохранение максимального числа первоначальных свойств продукта (структуры, вкуса, запаха, состава и пр.) и его длительное хранение. Кроме того высушенные сублимационным способом образцы при увлажнении водой или физраствором восстанавливают свои первоначальные свойства. В высушенном состоянии продукты малочувствительны к температурным колебаниям.
 

Преимущества лиофильной сушки

За счет ряда неоспоримых преимуществ лиофильная сушка продуктов нашла широкое применение в решении как промышленных, так лабораторных задач. 

• Не происходит нарушения структуры белка исходного продукта. Вода испаряется из продукта, минуя жидкое агрегатное состояние – свободная вода замораживается, а затем выпаривается с помощью вакуума. 
• В продуктах после сублимационной сушки либо полностью прекращаются, либо существенно замедляются все биохимические процессы, клетки вещества входят в своеобразное состояние анабиоза. Это позволяет широко применять лиофилизацию в биологических и медицинских отраслях.
• После увлажнения высушенного продукта его изначальные свойства полностью восстанавливаются. 
• После лиофилизации полученные продукты и препараты отличаются повышенной растворимостью.
• Хранение сухого материала обходится дешевле, чем хранение раствора.
  
• Если лиофилизированное вещество запечатано во избежание повторного поглощения влаги, его можно хранить при комнатной температуре без охлаждения и защитить от порчи в течение многих лет.

Применение лиофильных сублимационных сушилок

Метод лиофильной сушки оптимально подходит для бережного высушивания термочувствительных и легкоразрушаемых материалов, применяемых в медицине, фармацевтике, химических, биологических, нефтехимических и других производствах. Сублимационная сушка применима и эффективна во многих отраслях промышленности:

• В сфере микробиологической промышленности и биотехнологий – производство биологических продуктов, к которым предъявляются требования стерильности, чистоты (отсутствия примесей и микроорганизмов), высокой степени жизнеспособности (живые вакцины, корпускулярные вакцины, другие биологические и биохимические продукты), консервации продуктов с их исходными свойствами на длительный срок (бактерии, вирусы и пр). Сублимация сдерживает процесс инактивации ферментов, что напрямую влияет на сохранение жизнеспособности клеток
• В фармацевтической промышленности – производство инъекций, антибиотиков, гормональных и ферментных препаратов, препаратов для центральной нервной системы, витаминов и пр. Исходные продукты отличаются высокой термолабильностью и легким окислением, в связи с чем для их высушивания не подходят традиционные методы.
• В пищевой промышленности – производство сублимированных пищевых продуктов (высушенные овощи и фрукты, мясная продукция, быстрорастворимый кофе и пр).
• В медицинских разработках, в частности в хирургии – производство специальных препаратов для проведения операций: гомокости, гомососудов и пр.

Технология сушки с использованием лиофильной вакуумной сушильной камеры:

Процедура лиофильной (сублимационной) сушки осуществляется в несколько последовательных этапов. Для достижения целей лиофилизации необходимо точно соблюдать параметры каждого этапа.

Первый этап – заморозка исходного продукта

На этом этапе исходный материал замораживается до низкой температуры и помещается в рабочую камеру, которая соединена с конденсором. Значение температуры в конденсоре всегда ниже, чем в камере для лиофилизации. В предлагаемых нами моделях лиофильных сушилок температура конденсора - 55°C - 65°C.

Заморозка имеет значительное влияние на качество получаемого продукта и на время, требующееся для сушки. Чем быстрее и глубже замораживается продукт, тем меньшие по размеру кристаллы льда образуются в продукте, и тем быстрее они будут испаряться на следующих этапах обработки.

В лиофильной сушке благодаря глубокому замораживанию сохраняются жизнеспособность и свойства исходных веществ. Для стабилизации на этапе заморозки часто применяются специальные защитные среды, такие как желатин, альбумин, глутамат натрия и пр. решения, отвечающие производственным задачам. К примеру, в случаях с производством микробиологических препаратов необходимо создать специальную среду, комбинирующую коллоидные вещества с кристаллоидными. При производстве тканевых медицинских препаратов нельзя использовать никакие специальные среды, здесь достижение цели осуществляется сменой режима заморозки – повышается скорость замораживания для исключения формирования крупных кристаллов льда. 

Второй этап – удаление льда под вакуумом

Здесь происходит непосредственное удаление льда или кристаллов растворителя из замороженного раствора в условиях высокого вакуума. Процесс осуществляется до тех пор, пока концентрация паров не достигнет значений нормы при данной температуре. Лиофилизация обеспечивает удаление из продукта только свободной воды, связанную воду удаляют нагреванием образца и увеличением тем самым разрежения.

Поскольку удаление влаги из объектов сушки происходит при отрицательных температурах, а их досушивание осуществляется также при щадящем температурном режиме, то данный метод можно рекомендовать для бережного высушивания термочувствительных и склонных к разрушению при нагреве материалов (биологических растворов и тканей, белков, вакцин и т.д.).

Насколько качественно проведена лиофильная сушка можно судить по ряду ключевых показателей:

• скорость растворения вещества – не должна превышать 1-2 минут;
• исходная вязкость продукта после его растворения должна соответствовать заданным нормам;
• остаточная влажность не должна превышать 1-3%;
• в некоторых случаях должна сохраняться требуемая pH-среда продукта.

Схема лиофильной сушильной установки:

Сушилки, поставляемые компанией «Мида» включают рабочую камеру (сублиматор), конденсатор, вакуумный насос и контроллер с сенсорным экраном, обеспечивающий простоту управления.