Лиофильная сушка что это
Лиофилизация микробиологических препаратов
Лиофилизация (сублимация) широко применяется в ветеринарной, медицинской, биологической практике и пищевой промышленности для длительного сохранения бактерий, вирусов, грибов, диагностических и лечебных биопрепаратов, животных и растительных тканей, продуктов. При лиофилизации вода из объектов удаляется без нарушения нативной структуры белков; в препаратах резко замедляются или прекращаются биохимические реакции, в результате чего они становятся более устойчивыми к факторам внешнего воздействия и сохраняют первоначальные свойства в течение длительного периода хранения.
Препараты, высушенные методом лиофильной сушки, обладают хорошей растворимостью и при добавлении к ним воды или физиологического раствора легко переводятся в исходное нативное состояние.
Ампулы или флаконы быстро укупоривают, чтобы избежать увлажнения препарата при хранении. Ампулы запаивают, предварительно создавая в них вакуум или заполняя их инертным газом. Флаконы заполняют газом или сухим воздухом, закрывают резиновыми пробками с алюминиевыми колпачками. Время лиофилизации на биологических предприятиях регулируют и регистрируют с помощью автоматических приборов. Качество лиофильной сушки оценивается по следующим основным показателям:
В процессе лиофилизации вирулентных штаммов микроорганизмов, живых вакцин и диагностикумов возможна контаминация сушильных аппаратов, поэтому их необходимо периодически дезинфицировать парами формальдегида, спиртом и другими средствами.
Сублимационная сушка лиофилизатор
Одним из интересных физических свойств сушки продуктов является процесс, называемый «сублимацией», позволяющий сохранять все полезные свойства продуктов. Большинство людей, не понимают, что происходит, видя сублимацию в действии, но это уникальное «изменение фаз», при которых вода переходит с состояния льда в пар.
Процесс сублимационной сушки или вымораживание производит превосходные продукты, которые сохраняют свою пищевую ценность.
Основные состояния материи
Сначала немного терминологии по физике. Все вокруг нас состоит из крошечных частиц и находится в пяти состояниях вещества: твердых телах, жидкостях, газах, плазме и конденсатах. Забудьте о последних двух, потому что они выходят далеко за рамки сушки вымораживанием — мы сосредоточимся на первых трех. Вы, вероятно, знакомы со всевозможными твердыми веществами, жидкостями и газами, поэтому давайте перейдем к фазовым изменениям. Изменение фазы — это когда материя из привычного стандартного для нее состояния переходит в другое состояние.
Например, превращение воды в лед является примером замерзания. Это кажется довольно простым, верно? Другими фазовыми изменениями являются испарение, конденсация, плавление, сублимация и осаждение. Единственные два, с которыми вы, вероятно, не знакомы, это сублимация и отложение.
Сублимация — это фазовое изменение, при котором твердое вещество превращается непосредственно в газ, не переходя в жидкость.
Осаждение — обратное сублимации состояние, прямое изменение фазы от газа до твердого тела. Осаждение редко встречается в природной среде, но производство сухого льда непосредственно из углекислого газа является распространенным примером. Обратный процесс, когда сухой лед испаряется непосредственно в углекислый газ, является наиболее известным примером сублимации.
Сублимация в сублимационной сушке
Теперь познакомьтесь с еще одним примером сублимации: сублимационная сушка!
Одним из менее известных качеств воды является то, что она не существует в виде жидкости в присутствии вакуума. В вакууме лед «сублимирует» непосредственно из твердого состояния в пар при комнатной температуре без таяния. Этот процесс чрезвычайно полезен при сушке вымораживанием, потому что он позволяет сушить замороженные продукты непосредственно путем испарения всей воды без ее расплавления. Это также позволяет избежать общей проблемы с плавлением замороженных фруктов и овощей — разрушения клеточной структуры в жидкий продукт. Представим обычную разморозку клубники, после которой она превращается в жидкую кашицеобразную массу.
Сублимационная сушка пропускает фазу плавления и удаляет замороженную воду из замороженных продуктов в газообразной форме, оставляя после себя идеально консервированные продукты.
В сублимационном оборудовании этот процесс обеспечивается с помощью специально сконструированных камер, которые создают вакуумную среду, вызывающую фазовое изменение воды со льда на пар, оставляя после себя идеально высушенные, совершенно неповрежденные кусочки фруктов или овощей. Требуется много навыков и опыта, чтобы совершенно выполнять процесс сублимационной сушки в вакуумной камере. Чтобы все было правильно, и избежать пригорания или иного разрушения пищи следует в точности соблюдать настройки для конкретного вида продуктов. Конечный результат стоит усилий — идеально высушенные фрукты и овощи, с превосходной формой, цветом, вкусом, сохранением витаминов и длительным сроком хранения порадуют вас в любое время года.
Где необходима сублимационная сушка
Основной отраслью применения сублимационной сушки в настоящее время являются производственные процессы для изготовления лекарств, заквасок, экстрактов лекарственных растений, ферментов и других продуктов, где необходимо сохранить все полезные свойства в течение длительного времени. Сохранение лактобактерий, микроорганизмов и биопрепаратов с наивысшим качеством достигается с помощью лиофилизации.
Особенно важно в фармацевтических препаратах то, что из-за минимального содержания влаги в готовом продукте (только до 5%) его можно хранить в течение длительного времени даже при температуре до 25 градусов, что очень важно для лекарств.
В пищевой промышленности продукты, высушенные этим способом, не только сохраняют все полезные вещества, но также способны сохраняться в течение очень длительного времени (до 5 лет), не теряя аромат и вкус даже при изменяющейся температуре в пределах ± 50 ° C. Даже усадка продукта во время сушки минимальна, из-за чего при добавлении воды легко восстановить структуру продуктов, которые приобретают пористую структуру во время сублимации.
Этапы лиофильной/сублимационной сушки
Весь процесс сублимационной сушки делится на три поочередных этапа:
Этап 1. Подготовка продуктов.
Продукт подготавливают к сублимации: промывают, очищают, дезинфицируют и нарезают. Далее кусочки выгружают на специальный лоток и помещают в сушильную камеру.
Этап 2. Замораживание.
На данном этапе в камере создается вакуумная среда, и продукт охлаждается до температуры затвердевания. Чем качественнее будет заморозка (учитывается скорость и глубина промораживания), тем более мелкими получатся кристаллики льда в продуктах, и тем быстрее они после этого преобразуются в пар.
Этап 3. Сублимирование.
На данной стадии происходит медленное нагревание замороженной продукции до точки перехода твёрдой жидкость в состояние пара. После удаления воды высушенную продукцию нужно поместить в герметичную упаковку минимум на двадцать часов.
Именно от точности температур нагрева зависит качество сублимации. Поэтому в сублимационном оборудовании обязательно должны использоваться надежные нагреватели. «ТЕХНОНАГРЕВ» производит плоские ТЭНы разных параметров для всех вариантов сублиматоров.
У нас вы можете купить плоский ТЭН для сублиматора стандартной сборки или заказать нагреватель с индивидуальными параметрами под конкретные требования. Доставка осуществляется по всем регионам России.
Как работает лиофильная сушка
Одним из способов сушки пищевых продуктов является лиофильная или так называемая сублимационная сушка. В чем же заключается сущность этого процесса? Имеем некоторый образец ткани, замораживаем его до очень низких температур (-50°С…-70°С), производим обезвоживание за счет возгонки жидкости из твердого состояния (лед) сразу в пар, избегая фазы воды, это обеспечивается только в условиях вакуума.
Как работает лиофильная сушка? Прежде чем рассматривать подробнее этот процесс, нужно уточнить, что сублимационная (лиофильная) сушка — это очень трудоёмко и обходится очень дорого. Но его применение для сушки мясной продукции, овощей и прочих пищевых продуктов имеет место быть.
Чтобы провести лиофильную сушку, потребуется сложное оборудование и соблюдение нескольких условий. Нужно правильно подобрать уровень вакуума, необходимо провести заморозку продуктов для определенной температуры, на процесс сублимационной сушки будет влиять и размер и форма продукции, рассчитать то, как долго должен происходить процесс сушки.
Обозначения к схеме:
1. Сублиматор.
2. Десублиматор.
3. Циркуляционный насос.
4. Компрессор.
5. Испаритель.
6. Дроссельный вентиль.
7. Вакуум-насос.
8. Конденсатор.
Рассмотрим процесс работы лиофильной сушки на схеме.
Принцип работы компрессорной холодильной установки. Теплоноситель с низкой температурой, который находится в состоянии газа, при помощи компрессора 4 удаляется из испарителя 5, он поступает в конденсатор 8. Там происходит процесс взаимодействия стенок змеевика, которые охлаждаются подводимой к нему водой, и пара. Это приводит к конденсации последнего. Затем конденсированный пар проходит через дроссельный винт 6, при выходе из которого происходит процесс испарения.
Продукты, которые подверглись лиофильной сушке, сохраняют свои органолептические свойства, хорошо растворяются, очень мало весят и имеют большой срок годности. В них сохраняются все витамины, белки при этом практически не денатурируют, а значит, сохраняется пищевая ценность. Такой продукцией можно пользоваться, например, будучи в туристическом походе.
Лабораторные лиофильные сушилки: виды, применение и описание
Лиофильная сушка — процесс, который в настоящее время широко используется в промышленности. Это и лиофильная сушка в фармацевтической производстве, и сублимация растворителя из замороженных гелей, суспензий, растворов и биологических объектов и многие другие процессы.
Лиофильная сушка: принцип
Принцип работы лиофильной сушки — это сублимация, или возгонка. Сублимация — это прямой переход какого-то вещества из твёрдого состояния в газообразное, притом, переход этот осуществляется сразу, минуя жидкое состояние. В процессе возгонки изменяется удельный объём веществ и поглощается энергия. Возгонка — это фазовый переход первого рода. Обратный процесс возгонки десублимация.
Возгонка лежит в основе лиофильной сушки в фармацевтической производстве. Она, например, проводится для элементарного йода — этот элемент при нормальных условиях жидкой фазы не имеет: его черные кристаллы сразу сублимируются в газообразный молекулярный йод.
Устройство самой простой лабораторной лиофильной сушки основано на том, что очищаемый элемент конденсируется из газовой фазы на «пальце» — холодильнике, который охлаждается водой. Итак, необходимы следующие условия: вход холодной воды и выход холодной воды, вакуум/газ линия, внешний нагрев, сырой материал, сублимационная камера и сублимируемый продукт.
Лиофильная сушилка лабораторная и применение сублимации в лабораториях различного профиля
Лиофильная сушка, назначение которой — процесс удаления, например, растворителя из замороженных суспензий, растворов, гелей или биологических объектов основана на сублимации затвердевшего растворителя (либо льда) минуя образование макроколичеств жидкой фазы.
При возгонке сначала производится заморозка исходного тела, а затем оно помещается либо в вакуумную, либо заполненную инертными газами камеру. Процесс возгонки, если говорить о нем как о физическом процессе, продолжается до тех пор, пока концентрация водяных паров внутри камеры не достигнет нормального уровня для данной температуры, избыточные водяные пары постоянно откачиваются. Возгонка широко применяется в химической промышленности, например, на производствах взрывоопасных или же взрывчатых веществ, которые получаются осаждением из водных растворов.
Оборудование для лиофильной сушки используется и в пищевой промышленности: сублимированный кофе производится, например, из замороженного кофейного экстракта путем обезвоживание его вакуумом. Фрукты, прошедшие сублимирование весят в разы меньше, а при последующем насыщении водой восстанавливаются. Важно, что сублимированные продукты ( для их получения используется лиофильная сушилка для пищевой промышленности) значительно превосходят сушёные по своей пищевой ценности, ведь возгонке поддаётся исключительно вода, при термическом же испарении из продукта исчезают полезные пищевые вещества. Как при высушивании фруктов работает лиофильная сушилка? Принцип работы, обеспечивающий сохранность пищевых веществ, предельно прост: перед сушкой продуктов используется быстрое замораживание (температура колеблется от −100 до −190 °C), это приводит к образованию мельчайших кристаллов, которые не разрушают клеточные мембраны. Несмотря на то, что лиофильная сушка это достаточно трудоемко и дорого, ее применение для сушки мясопродуктов, овощей и некоторых других пищевых продуктов вполне оправданно. Для этого в России чаще всего используется промышленная лиофильная сушка российского производства для пищевых продуктов. Которую, кстати, вы можете приобрести на нашем сайте.
Для лиофильной сушки лекарственных препаратов также часто используется лиофильная сушилка производства России. Дело, конечно, не только в патриотизме. Прежде всего, отечественные приборы обходятся намного дешевле. По качеству зачастую превосходят многие импортные. При этом в случае необходимости к ним легче найти комплектующие.
Лиофильная сушка лекарственных препаратов проводится на специальной лиофильной сушилке для фармацевтических производств. При таком типе обработки лекарственного сырья можно достичь практически 100% сохранения полезных свойств.
Как правильно выбрать оборудование для лиофильной сушки
На самом деле не так уж и сложно это сделать. Просто производитель должен быть надежным, а продавец компетентным и честным, заботящимся о своей репутации. Наша компания работает только с лучшими производителями, все наши товары сертифицированы. Поэтому если вам нужна качественная лиофильная сушилка из России или из другой страны, то вы можете купить ее у нас, притом, по отличной цене.
Компания Beckman Coulter Life Sciences представляет автоматизированную рабочую станцию для подготовки библиотек высокопроизводительного секвенирования нового поколения (NGS) Biomek NGeniuS.
Одним из критически важных моментов в процессе разработки сортера CytoFLEX SRT явилось внимание к конструкции для обеспечения надежности и расширения пользовательских возможностей.
Система для автоматического выделения и очистки нуклеиновых кислот EMnetik 24 и прилагаемые к ней комплекты для очистки EMnetik PCR Cleanup Kit и EMnetik Plasmid Purification Kit используют технологию на основе магнитных шариков в стационарном устройстве.
Микробиореактор BioLector XT идеально подходит для культивирования микроорганизмов, грибов и водорослей с оценкой в реальном времени биомассы, рН, растворенного кислорода и флуоресценции для аэробов и анаэробов.
Микробиологическая и биотехнологическая лаборатории требуют тщательного и полного оснащения. Для обеспечения высокой эффективности работы оборудование, выбираемое вами, должно быть максимально качественным и надежным.
Лиофильная сушка что это
Под лиофильной сушкой (ее еще могут называть сублимационной сушкой) подразумевают технологию высушивания, которая позволяет льду испаряться, минуя обычно наступающую после вымораживания жидкую фазу. Сублимационная сушка – щадящий метод, позволяющий продукту сохранить свои изначальные свойства и не нарушающий структуру белков.
Физические основы лиофилизации/сублимации
Под сублимацией в физическом понимании этого термина подразумевают процесс перехода вещества из твердого состояния в иную, газообразную форму. Сублимация подчинена общим законам испарения. Такой вариант сушки, позволяет наилучшим образом сберечь полезные свойства продуктов и других микробиологических веществ в процессе высушивания. В последние 15-20 лет этот метод стал использоваться особенно активно.
Достоинства лиофильной сушки
Не нарушается нативная (изначальная) структура белков. В процессе лиофилизации вода испаряется, минуя жидкое состояние. Достигается это следующим образом: на первом этапе, путем замораживания удаляется свободная вода, а выпаривание связанной воды происходит с помощью вакуумной сушки.
В веществах, подвергшихся лиофилизации, затормаживаются либо полностью прекращаются все биохимические процессы, клетки входят как бы в состояние анабиоза. Таким образом, биологический или медицинский препарат долгое время сохраняет свои первоначальные свойства, появляется дополнительная устойчивость к факторам внешнего воздействия.
Восстановление изначальных свойств препарата после увлажнения. При контакте с водой либо физраствором они моментально переводятся в исходную нативную форму.
Повышенная растворимость препаратов после сублимации.
Как происходит процесс сублимационной сушки: этапы и особенности процесса замораживания
Процедура высушивания происходит в несколько последовательных этапов. Правильная лиофилизация достигается путем соблюдения правил каждого этапа.
Этап замораживания
Самый важный этап лиофилизации, от которого зависит итоговое качество препарата. Чем быстрее и глубже происходит замораживание продукта, тем меньше кристаллов льда успевает образоваться в веществе. Следовательно, они будут быстрее испарятся на этапе высушивания и этот процесс будет более щадящим.
Система охлаждения лиофильной сушилки
Замораживание необходимо для того, чтобы сохранить все свойства препарата и способствовать сохранению жизнеспособности микроорганизмов – свободная вода удаляется, минуя жидкое состояние, при этом не разрушается структура белка. На этом этапе лиофильной сушки применяют разнообразные защитные среды (то есть стабилизаторы). Ими может выступать сыворотка крови животных, альбумин, обезжиренное молоко, а также желатин, желатоз, глутамат натрия, сахароза. В качестве стабилизатора может использоваться как одно из указанных выше веществ, так и их комбинация.
Этап сушки веществ в сушильной камере
Разные биофабрики, биокомбинаты и институты применяют разные камерные вакуумные аппараты. Последние могут отличаться друг от друга. Существуют сушилки, в которых предварительное замораживание веществ происходит именно в сублиматоре. Результатом таких сублимационных процессов является удаление свободной воды с поверхности замороженного материала и его переход из твердого состояния в сухое. Так получают пористую массу, объем которой практически не изменяется по сравнению с первоначальным. Досушивают объект обычно в той же камере. Для этого выставляют температуру выше 0 градусов по Цельсию. Таким образом, из препарата удаляется связанная вода. Как только лиофильная сушка будет окончена – вакуумный насос отключается и в камеру подается азот либо сухой воздух по средствам фильтра.
Далее ампулы либо флаконы оперативно укупоривают, чтобы препарат не насытился влагой (это может отрицательно сказаться на его хранении).
Затем ампулы запаивают, но предварительно создавая в них вакуум или заполняя инертным газом.
Длительность процесса лиофилизации регулируется с помощью автоматического оборудование. Качество лиофильной сушки можно оценить по таким ключевым показателям, как скорость растворения препарата (она не должна превосходить 1-2 минут), остаточная влажность (она не должна превышать 1-3%), исходная вязкость препарата после его растворения (она, также, должна соответствовать определенным нормам). В определенные нормы должна вписываться и рН-среда вещества.
Промышленная сублимационная сушка: оборудование
По той причине, что метод лиофильной сушки сегодня стал активно применяться на практике – возрос интерес к оборудованию для сублимационной сушки.
Оборудование этого типа – полочная сублимационная сушилка, которую монтируют в стерильных помещениях при производстве медицинских препаратов – ветеринарных или фармацевтических.
Обычно у сушилки много полок, общая вместительность которых позволяет помещать аппарат несколько тысяч флаконов определенного объема.
Схема работы сублимационной сушилки
Оборудование включает конденсатор лиофильной сушки, компрессоры (работают в каскадном режиме), вакуумный насос, систему мониторинга, которую обеспечивает промышленный контроллер с сенсорным экраном.
Применение лиофилизации в разных областях: в сфере биотехнологии, фармацевтики, медицины, пищевой промышленности
Следует сказать, что лиофилизация применяется в разных сферах: данный процесс актуален как для фармацевтической индустрии, так и в области ветеринарии, а также на биологической практике. К сведению, пищевая промышленность – еще одна область, где лиофильная сушка используется достаточно часто.
В фармацевтической и ветеринарной промышленности используется сублимационная сушка лекарственных препаратов. Процесс актуален для термолабильных и легко окисляющихся веществ (такой сушке подвергаются часто гормональные препараты, витамины, антибиотики, ферментные препараты, вакцины, препараты крови и сыворотки).
Сублимационная сушка продуктов часто применяется и в области пищевой промышленности. Подвергают лиофилизации мясопродукты и такие виды мяса, как баранина, свинина, курятина. Сублимируют и некоторые молочные продукты, овощи, различные фрукты и ягоды. К сведению, быстрорастворимый кофе и чай также подвергают сублимационной сушке.
Актуальна лиофильная сушка и в области биотехнологий. Она пригодна для живых микроорганизмов, ряда ферментов и иных термолабильных продуктов. Лиофилизация тормозит процесс инактивации ферментов, в результате чего хорошо сохраняется жизнеспособность клеток.
Подводим итоги
Лиофильная сушка – это значимое научное достижение, которое стало активно применяться на практике сравнительно недавно. Процесс сублимационной сушки позволяет в конечном итоге продуктам сохранять практически все органолептические, физико-химические показатели. По степени перевариваемости и усвояемости продукты, подвергавшиеся лиофильной сушке, мало в чем отличаются от исходных продуктов. Аналогично ведут себя и микробиологические фармацевтические и ветеринарные препараты, которые после лиофильной сушки сохраняют структурную целостность. Кроме того, у вещества повышается устойчивость к факторам внешнего воздействия, а первоначальные свойства сохраняются на протяжении длительного периода времени.