Вакуумная сушка лекарственных препаратов

Лиофильная сушка: история, принцип, цена

Лиофильная сушка (лиофилизация, криодессикация) – это процесс дегидратации, обычно используемый для того, чтобы сохранить скоропортящийся материал или сделать его более удобным для транспортировки. Лиофилизация биологических продуктов (белков, вакцин, микроорганизмов) направлена ​​на сохранение их физической и биологической целостности после хранения в течение нескольких месяцев или даже лет. Процесс лиофилизации основан на замораживании материала с последующим уменьшением внешнего давления, что позволяет воде переходить из твердого состояния напрямую в газообразное.

Процесс сублимационной сушки был изобретен в 1906 году Жаком-Арсье д’Арссовалем (который всю жизнь занимался электрофизиологией) и его ассистентом Фредериком Бордасом в лаборатории биофизики университета Collège de France в Париже. В 1911 году Дауни Харрис и Шекл, работавшие в лаборатории физиологии Сент-Луисского университета, разработали метод сублимационной сушки для сохранения вируса бешенства (The Journal of Infectious Diseases, Volume 8, Issue 1, 3 January 1911, P. 47–49). Эта работа в конечном итоге привела к разработке первой вакцины от бешенства.

Современная лиофилизация была разработана во время Второй мировой войны. Особо актуальной в этот период была задача доставить сыворотку крови для помощи раненым из США в Европу. Но из-за отсутствия надлежащего охлаждения во время транспортировки большая часть сыворотки портилась еще до того, как попадала в госпитали. Процесс сублимационной сушки был разработан как коммерческий метод, который позволил сделать сыворотку химически стабильной и жизнеспособной без необходимости ее охлаждения. Вскоре после этого криодессикация была применена к пенициллину, и была признана важной методикой сохранения биологических веществ. С этого времени лиофилизацию используют в качестве метода консервации или обработки для широкого спектра веществ. Это обработка пищевых продуктов, фарм. препаратов, наборов для диагностики заболеваний; восстановление документов, поврежденных водой; подготовка осадка речного дна для углеводородного анализа; производство флаконов с покрытием из серы и другое.

Процесс лиофилизации подразделяют на четыре этапа:·

Источник

Технология получения сухих заквасок

ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ СУХИХ БАКТЕРИАЛЬНЫХ ЗАКВАСОК

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ СУХИХ ФОРМ ПРОБИОТИЧЕСКИХ ПРЕПАРАТОВ

См. также:

В условиях возрастающей интенсификации техногенного воздействия цивилизации происходят значительные микроэкологические нарушения в человеческом организме, имеющие серьёзные последствия, как для отдельных индивидуумов, так и для общества в целом. Решение этого вопроса уходит в сторону широкого потребления биологически активных добавок – нутрицетиков. Пребиотики – обладают пищевой ценностью и являются по своей сути природными ингредиентами пищи (витамины и их предшественники), полиненасыщенные жирные кислоты, отдельные минеральные вещества и микроэлементы ( железо, кальций, селен, цинк, йод, фтор), незаменимые аминокислоты, некоторые моно- и дисахариды, пищевые волокна (целлюлоза, пектин, гемицеллюлоза и др.).

Наряду с пребиотиками широкое распространение получили «пробиотические продукты» − живые микроорганизмы или ферментированые ими продукты, которые оказывают благотворный эффект на здоровье человека, за счёт нормализации его микробной экосистемы.

Промышленной формой выпуска пребиотиков и пробиотиков являются:

В последние годы большое внимание исследователей привлекают пропионовокислые бактерии (ПКБ), отличительной особенностью которых является широкий синтез витамина В12 и высокие иммуногенные и антимутагенные свойства. В связи с этим является актуальным создание препаратов – пробиотиков и пребиотиков на основе ПКБ и его симбиозов с разными видами молочнокислых бактерий (МКБ), для выявления их способности к накоплению биомассы бактерий и витамина В12.

Данные препараты являются перспективными, их производство является актуальным. Поэтому ниже приведем небольшое исследование по наработке опыта получения данных препаратов.

Целью проекта является:

1. Отработка технологии и условий культивирования ПКБ с накоплением максимального количества биомассы бактерий и витамина В12;

2. Разработка технологии и аппаратурного оформления обезвоживания полученной живой формы и получение ее в сухом виде, методом распылительной сушки.

Для достижения цели поставлены следующие задачи:

• оптимизировать состав питательной среды и условий культивирования для накопления биомассы и витамина В12 пробиотическими бактериями;
• использование различных видов симбиоза ПКБ с МКБ, для выявления их способности к накоплению биомассы и витамина В12;
• изучить органолептические и физико – химические показатели жидкой закваски;
• провести сравнительный анализ продукта, полученного разными способами обезвоживания;
• изучить условия проведения обезвоживания заквасок распылительной сушкой;
• подобрать защитные среды для заквасок в условиях распылительной сушки;
• рассмотреть влияние условий введения защитных сред на качество получаемой сухой закваски;
• получение пробиотических продуктов, в частности кисломолочных, на основе полученных заквасок и анализ их качества.

Проведенная работа подходит к одному из направлений развития науки и техники. Индекс приоритетного направления: 4 – Технология живых систем. Индекс критической технологии: 4.5 Химический и биологический синтез лекарственных и пищевых продуктов.

В соответствии с поставленными задачами был составлен план проведения работ:

• поиск оптимальной питательной среды, с определением компонентного состава;
• отработка условий проведения процесса культивирования, с целью максимального накопления биомассы бактерий и витамина В12;
• изучение влияние добавок интенсифицирующих развитие и накопление витамина В12.

Достоинством сухих препаратов следует считать:

• увеличение срока хранения;
• повышенная стабильность при хранении;
• меньшая чувствительность к перепадам температур.

К недостаткам сухих препаратов относится:

• снижение жизнеспособности микроорганизмов;
• использование дорогих защитных сред при обезвоживании;
• использование дополнительного оборудования для проведения процесса обезвоживания.

СУБЛИМАЦИОННАЯ СУШКА (о ней в конце страницы). В промышленности преобладающее распространение для получения сухих заквасок и БАДов получили сублимационные сушилки . При сублимационной сушке обезвоживание продукта происходит в процессе его заморозки в условиях разряженной атмосферы. При этом удаление влаги из замороженного продукта происходит при низких температурах.

Такой способ обезвоживания обладает рядом достоинств:

• сушка термолабильных препаратов;
• образование развитой поверхности сухого продукта;

и рядом недостатков:

• затраты значительного количества тепла;
• высокая себестоимость получения единицы продукта;
• вероятная порча продукта при оттаивании;
• дорогостоящее оборудование процесса.

РАСПЫЛИТЕЛЬНАЯ СУШКА. Альтернативным методом обезвоживания является распылительная сушка, проводимая в токе горячего сушильного агента, в результате тонкого диспергирования образуется развитая поверхность контакта, что способствует кратковременному нахождению продукта в контакте горячим воздухом. Распылительную сушку не используют как способ обезвоживания веществ содержащих живые микроорганизмы.

Достоинства расплительной сушки:

• возможность высушивания непосредственно из раствора;
• развитая поверхность диспергирования капель;
• интенсивный тепло- и массобмен;
• кратковременность сушки в закрученном потоке теплоагента;
• максимальная температура частиц в зоне высоких температур не превышает температуры мокрого термометра;
• возможность сушки термолабильных продуктов.

Недостатки распылительной сушки:

• снижение жизнеспособности бактерий;
• большой удельный расход сушильного агента.

КОММЕРЦИАЛИЗАЦИЯ. Основной задачей коммерциализации данного проекта является создание сухих пробиотических заквасок и БАД на основе ПКБ и его симбиозов с МКБ.

Основными объектами коммерциализации являются:

− поливитаминные комплексы;
− БАД;
− сухие закваски обогащенные витамином В12.

Закваска и БАД обладают рядом достоинств, которые обуславливают конкурентные преимущества данной разработки:

• сырьем является сыворотка, которая является побочным продуктом производства в молочной промышленности, обладающая низкой себестоимостью;
• основой питательной среды является молочная сыворотка содержащая необходимый набор питательных элементов, в связи с этим минимизируется количество добавляемых ростовых компонентов;
• в состав заквасок входит высокое содержание витамина В12, а так же другие витамины;
• сухая закваска содержит большое количество жизнеспособных микроорганизмов.

Планируемое практическое назначение пробиотических заквасок обогащенных витамином В12 и БАД включает в себя:

− производство кисломолочной продукции;
− производство напитков функционального назначения;
− применение в производстве хлебобулочных изделий;
− использование в качестве препаратов прямого внесения;
− приготовление сыров.

ИССЛЕДОВАНИЕ. На первом этапе работы проводилась оптимизация состава ростовых компонентов питательной среды для культивирования Propionibacterium freudenreichii. Установлено, что пропионовокислые бактерии и бифидобактерии относятся к актиномицетной группе микроорганизмов. Так для количественного учета этих бактерий применяются идентичные среды, в следствии чего, для накопления биомассы пропионовокислых бактерий, была взята фоновая среда на основе сыворотки с добавлением ростовых компонентов дрожжевого автолизата и гидролизованного молока с последующей оптимизацией.

Пропионовокислые бактерии являются активными продуцентами витамина В12. Следует отметить, что синтез витамина зависит от условий культивирования. Известно, что для лучшего синтеза витамина В12, является наличие в питательной среде ионов Со 2+ . Так же в некоторых литературных источниках указано, что ионы Со 2+ могут являться предшественниками витамина В12. Однако в естественных питательных средах, содержание кобальта минимально, поэтому в фоновую питательную среду мы так же добавляли ионы Co 2+ , которые влияют на выход биомассы и синтез витамина В12.

Рисунок 1 – Динамика накопление витамина В12 бактериями Propionibacterium freudenreichii

Из рисунка 1 видно, что оптимальной фоновой питательной средой на данном этапе для накопления биомассы Рr. freudenreichii является среда следующего химического состава: ТС + 5 % дрожжевого автолизата + 5 % гидролизованного молока + CoCl2 (20 мг/л), поскольку позволяет бактериям накапливать значительное количество витамина В12, в количестве 15,4 мкг/мл.

Определение количества витамин В12 осуществлялось спектрофотометрическим методом, а биомассу методом взвешивания. Поскольку, важным фактором для культивирования бактерий, является температура, поэтому на следующем этапе, мы рассматривали влияние температур в диапазоне от 27 до 31 °С на исследуемые бактерии Propionibacterium freudenreichii.

Рисунок 2 – Динамика накопление витамина В12 бактериями Propionibacterium freudenreichii при разных температурах культивирования

Из рисунка 2 видно, что лучшим температурным режимом культивирования для Propionibacterium freudenreichii является 30°С, при котором происходит значительноенакопление витамина В12 − 22,911 мкг/мл.

Отработку режимов сушки проводили на контрольной среде. В качестве контроля взята фоновая среда с максимальным накопление витамина В12 и биомассы.

Обезвоживание проводили методом распылительной сушки. Полученные данные представлены в таблице 1.

Таблица 1 – Показатели сухих и жидкой заквасок

Источник

Вакуумная сушка лекарственных препаратов

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 замораживания происходит в морозильных камерах при температуре от -40 до -60 градусов Цельсия или в самой камере сублиматора .

Этап сушки веществ в сушильной камере

Когда процедура замораживания окончена, замороженный материал, который находится либо в ампулах, либо во флаконах, перемещают в сушильную камеру – сублиматор. Внутри создается глубокий вакуум и удерживается температура в — 40 или -90 градусов Цельсия. На этом этапе температура всегда должна быть ниже, чем на этапе замораживания!

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.

Заключительный этап — упаковка высушенных веществ

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.

Источник