Azot lichid – o șansă pentru mediu în cazul liofilizării
Liofilizarea este adesea metoda preferată atunci când este necesară uscarea delicată a proteinelor și vaccinurilor. Aproape toate fructele pot fi liofilizate. De preferință, se utilizează azot lichid ca agent frigorific pentru a proteja clima și a reduce potențialul de încălzire globală (GWP agent frigorific).
Bazele liofilizării
În cazul liofilizării, apa este eliminată din produs prin sublimare sau, alternativ, se utilizează un alt solvent înghețat. Apoi, moleculele de apă încă legate sunt eliminate prin difuzie și desorbție.
Liofilizarea este denumită și sublimare. În cazul unei liofilizări bine controlate, temperatura produsului este menținută constantă la un nivel scăzut pe durata întregului proces. Astfel se previn modificările structurale ale matricei produsului uscat, care ar putea avea un efect negativ asupra aspectului și proprietăților acestuia.
Un proces de liofilizare constă în mai multe etape: mai întâi se pregătește proba. Formularea sub formă de soluție sau suspensie este transferată în ambalajul corespunzător (flacoane, sticle, tăvi, vrac). Apoi, liofilizatorul este încărcat cu probe. Congelarea are loc la presiunea atmosferică. Uscarea primară (sublimarea apei) are loc sub vid. Uscarea secundară (difuzie și desorbție) are loc, de asemenea, sub vid. Dacă este necesar, este necesară introducerea unui gaz inert și închiderea sub vid parțial. Apoi, produsul poate fi scos. În cazul unei liofilizări reușite, beneficiați de:
- Durată de valabilitate mai lungă
- Uscare delicată
- Conținut acceptabil de ingrediente activabile
- Reconstituire rapidă și completă
- Aspect plăcut
- Proces ecologic
În cazul unei instalații de liofilizare bine reglate, procesul este reproductibil în mod fiabil la parametrii definiți (temperatură, presiune și durată de uscare). Componentele principale ale unui liofilizator sunt sistemul de răcire, sistemul de vid, sistemul de control, camera de produs și condensatorul. Sistemul de răcire răcește condensatorul (de gheață) din interiorul liofilizatorului. De asemenea, poate fi utilizat pentru răcirea suprafețelor de depozitare, pentru a îngheța produsul. Pompa de vid este conectată la condensator.
Împreună cu parteneri de piață cu experiență îndelungată, Air Liquide vă oferă un serviciu fiabil pentru a realiza o liofilizare ecologică.
Ce se întâmplă în timpul sublimării apei?
Sublimarea apei se referă la trecerea directă a unei substanțe din faza solidă în faza gazoasă, ocolind faza lichidă. Înțelegerea fundamentelor fizice ale sublimării este esențială pentru aplicarea cu succes a liofilizării. Pentru ca sublimarea să aibă loc, sunt necesare presiuni scăzute. Pentru o tranziție de fază este necesară energie. În cazul liofilizării, aceasta este introdusă în sistemul înghețat sub formă de căldură. Sublimarea în liofilizare se desfășoară după cum urmează:
- Congelare – Produsul este congelat complet.
- Vid – Apoi se aplică un vid profund, care este cu mult sub punctul triplu al apei.
- Uscare – Prin creșterea temperaturii se introduce energie termică, ceea ce duce la sublimarea gheții.
Avantajele liofilizării cu azot lichid
În instalațiile de liofilizare, Air Liquide utilizează azot lichid ca agent frigorific. Azotul lichid este o alternativă ecologică la răcirea convențională cu hidrofluorcarburi (HFC). Această formă de răcire permite protejarea climei. În cazul liofilizării cu azot, toate cerințele GMP sunt respectate în mod sigur. Proteinele, culturile, fructele etc. sunt mai întâi congelate în mod controlat. Apoi, acestea sunt lăsate să se usuce în mod delicat. Avantajul acestui proces este rapiditatea uscării. Temperatura condensatorului poate fi reglată individual și continuu de la -50 °C la -100 °C.
Protejarea climei cu azotul ca agent frigorific: un proces ecologic
Azotul lichid utilizat în liofilizare este produs într-un mod ecologic în instalații de separare a aerului, deoarece aerul aspirat este filtrat și încălzit la aproximativ 130 °C prin compresie. Înainte de lichefiere și rectificare, aerul este eliberat de apă, dioxid de carbon și hidrocarburi prin site moleculare și înghețare la aproximativ -180 °C. Azotul lichid în sine are o temperatură de fierbere de -195,79 °C (la 1,013 bar).
Bazele producției de azot lichid, inclusiv pentru liofilizare
Lichidarea aerului
Aerul este mai întâi purificat de vapori de apă, praf și CO2. Un compresor comprimă apoi aerul la o presiune de 200 bari. Ulterior, aerul este detensionat printr-o supapă de reglare sau o turbină. În prima etapă, temperatura acestuia scade cu aproximativ 45 K, până la aproximativ -25 °C. Acest aer răcit este redirecționat către compresor printr-un schimbător de căldură cu curent contracurent. Astfel, aerul servește la răcirea altor cantități de aer comprimat înainte de relaxarea acestora. Prin acest proces, aerul este răcit treptat până la o temperatură atât de scăzută încât, la 20 bari, are loc lichefierea.
Într-un recipient deschis la presiune atmosferică, aerul lichid atinge o temperatură de aproximativ -190 °C = 83 K. Prin fierberea aerului lichid, temperatura sa scăzută este menținută și căldura sa de evaporare este extrasă. Cantitatea de aer care fierbe este reglată, deoarece căldura furnizată prin conducție sau radiație este în echilibru cu căldura de evaporare consumată. În funcție de dimensiunea și izolația recipientului, aerul lichid poate fi păstrat astfel de la câteva ore până la mai multe zile. Cu toate acestea, aerul lichid nu trebuie păstrat în niciun caz în recipiente închise, deoarece presiunea internă crescândă din cauza încălzirii treptate ar putea provoca explozia acestora.
Fracționarea aerului lichefiat
Aerul lichid poate fi separat în componentele sale prin fracționare: se utilizează punctele de fierbere diferite ale componentelor individuale ale aerului. Cu toate acestea, punctele de fierbere ale oxigenului și azotului sunt foarte apropiate. Prin urmare, se utilizează o coloană de rectificare: aerul lichid curge în jos peste mai multe etaje de rectificare, în contracurent cu gazul ascendent. Acesta absoarbe oxigenul din gaz și eliberează azot. Pentru a proteja clima, la rectificare nu se utilizează agenți frigorifici GWP nocivi pentru mediu.
Atunci când se utilizează azot lichid pentru liofilizare, se poate renunța la utilizarea hidrocarburilor fluorurate toxice ca agenți frigorifici.
Liofilizați singur – uscați rapid și comod la domiciliu
Cu ajutorul instalațiilor Air Liquide și al livrării fiabile de azot, puteți deshidrata prin congelare fără probleme acasă sau în laborator. Pentru deshidratarea prin congelare în vid sunt disponibile aparate de laborator de mici dimensiuni.
Un exemplu tipic este un uscător cu un tub de racordare pentru sticle sau baloane (uscător cu sită). În acest caz, produsul este de obicei congelat în afara instalației. În cazul uscătoarelor cu suprafață de depozitare, produsul este plasat în tăvi sau flacoane pe suprafețele de depozitare. O altă clasificare obișnuită este în funcție de dimensiune (capacitate) și aplicație – adică aparate de laborator pentru cercetare și dezvoltare, instalații pilot pentru dezvoltarea proceselor, scale-up și instalații de producție. Adesea, instalațiile pilot sunt utilizate nu numai pentru scale-up și dezvoltarea proceselor, ci și pentru lucrări de dezvoltare a formulelor și abordări la scară mică.
Utilizarea azotului lichid în liofilizare deschide noi posibilități de utilizare și pe piața inovatoare a biofarmaceuticii. În timp ce alți agenți frigorifici convenționali GWP ating limitele lor la înghețarea proteinelor (liofilizarea proteinelor) sub temperaturi de cristalizare de -40 °C, azotul lichid este ideal. În plus, azotul lichid nu poluează mediul, deoarece nu se utilizează agent frigorific (GWP), protejând astfel clima. Un alt avantaj al azotului îl reprezintă posibilitățile suplimentare de utilizare. De exemplu, acesta poate fi utilizat ca gaz inert pentru menținerea unei atmosfere controlate. Aceste aplicații și altele îmbunătățesc rentabilitatea liofilizării.
Acest lucru v-ar putea interesa
Cu Eco Origin, Air Liquide evită toate emisiile de CO2 în producția/fabricarea gazelor tehnice – întreaga necesitate energetică este acoperită de surse de energie regenerabile.
