Budúcnosť sušenia mrazom
Sušenie mrazom (lyofilizácia) sa používa priemyselne už desaťročia na zachovanie potravín a biologických materiálov, ale tradičné mraziace sušičky zásobníka sú pomalé a náročné na pracovnú silu. Nový proces "Aktívne sušenie mrazom" sľubuje odstránenie týchto nevýhod.
Budúcnosť sušenia mrazom
História sušenia mrazom siaha až k starovekým Inkovcom, ktorí zachovali zemiaky a inú zeleninu jednoducho tým, že ich vystavili vzduchu. Nízke zimné teploty premenili vodu v jedle na ľad, ktorý sa potom vyparil vo veľmi suchom horskom vzduchu. V 30-tych rokoch minulého roku bolo priemyselné sušenie mrazom vyvinuté ako spôsob zachovania nadbytočnej kávy v krajinách, ako je Brazília. V tomto čase bolo založené Nescafé a ďalšie slávne značky a instantná káva je teraz najznámejším lyofilizovaným produktom. Počas druhej svetovej vojny sa sušenie mrazom používalo aj na vojnové zdravotnícke potreby, ako je penicilín a krvná plazma. V nasledujúcich desaťročiach sa používanie sušenia mrazom rozšírilo do takej miery, že dnes sa táto technológia používa pri výrobe približne 400 rôznych potravín a mnohých farmaceutických výrobkov.
Problémy s tradičnou metódou
Od roku 1930 závisí priemyselné sušenie mrazom od jedného typu zariadenia: sušiča mrazu typu zásobníka. V zásobníku lyofilizovaného sušiča sa materiál, ktorý sa má sušiť, umiestni na otvorené tácky a podošva na policiach vybavených chladiacimi a vykurovacími systémami. Zásobníky sú usporiadané v komore, ktorá je pripojená k vákuovej pumpe.
Po prvé, materiál je zmrazený pri atmosférickom tlaku znížením teploty políc. Sušiaca komora sa potom evakuuje na tlak typicky v rozsahu 0,01- 1 mbar. Jemné teplo aplikované na police spôsobuje odparovanie ľadu vo výrobku bez prechodu kvapalnej fázy (sublimácie). Hlboké vákuum umožňuje, aby sa to uskutočnilo pri teplote -20 °C alebo dokonca nižšej. Ak je to potrebné, napríklad ak sa používajú organické rozpúšťadlá, rozpúšťadlo sa z výfukového plynu vákuového čerpadla extrakciou extrahovuje nízkoteplotným kondenzátorom.
Napriek úspešnej prevádzke počas mnohých desaťročí majú sušičky na zmrazenie zásobníkov tri významné nevýhody. Po prvé, nakladanie a vykladanie je náročné na prácu, najmä preto, že veľké jednotky môžu obsahovať niekoľko stoviek zásobníkov. Po druhé, lyofilizovaný koláč odstránený z podnosov často vyžaduje mletie, aby sa premenil na voľne tečúci granulovaný výrobok. Po tretie, tvorba "kože" sušeného produktu na povrchu tácky bráni prechodu pary, takže táto metóda lyofilizovaného sušenia je veľmi pomalá.
Udržujte výrobok v pohybe
Spoločnosť Hosokawa Micron B.V. vyvinula rýchlejší a menej náročný proces zmrazovania, ktorý môže produkovať voľne tečúce prášky z jednej procesnej nádoby. Nový proces, známy ako technológia aktívneho sušenia mrazom, využíva nepretržitý pohyb na zlepšenie prenosu hmoty, a tým aj skrátenie času spracovania, pričom zároveň eliminuje potrebu prenosu produktu do a zo sušiarní a následných zariadení na zmenšenie veľkosti.
Pri aktívnom sušení mrazom sa výrobok najprv zmrazí v špeciálne navrhnutej sušiarní vybavenej miešadlom. Bez ohľadu na to, či materiál, ktorý sa má vysušiť, začína ako kvapalina, zrnitá tuhá látka alebo pasta, nútený pohyb vo vnútri sušiaca nádoby zabezpečuje, že zamrzne vo forme voľne tečúcich pevných granúl. Veľkosť a tvar týchto granúl je možné upraviť zmenou geometrie sušiacej komory a rýchlosti miešačky.
Akonáhle je výrobok úplne zmrazený, aplikuje sa vákuum a začína sublimácia. Teplo aplikované na plášť nádoby je účinne distribuované cez výrobok vďaka pohybu miešačky. Pôvodne hrubé granuly sa postupne zmenšujú, keď sa ľadová štruktúra spájajúca zmrazený materiál vymrští, čo prináša voľný prášok pozostávajúci zo suchých častíc.
Keď rozpúšťadlo zmizne, teplota produktu začne stúpať, až nakoniec sa rovná teplote plášťa. To znamená koniec procesu sušenia, v ktorom sa všetok materiál premenil na jemný, voľne tečúci prášok. Po uvoľnení vákua sa komora otvorí a práškový výrobok sa môže vypustiť pomocou miešačky.
Široké použitie
Hlavné aplikácie aktívneho sušenia mrazom sú vo farmaceutickom priemysle, ako sú antibiotiká a elektrolyty. Medzi ďalšie produkty, ktoré sa zvyčajne vyrábajú zmrazením, patria bielkoviny, hormóny, vírusy, vakcíny, baktérie, kvasinky, krvné sérum, lipozómy a transplantačné materiály, ako je kolagénová špongia. Pre všetky tieto materiály je sušenie mrazom populárne, pretože zachováva štruktúru produktu, vyžaduje len nízke teploty a poskytuje konečný produkt, s ktorý sa ľahko manipuluje.
Ďalším rýchlo rastúcim trhom pre aktívne sušenie mrazom vo väčšom meradle sú materiály, najmä pre nanomateriály. Dynamické zmrazovanie sušenia nanomateriálov vyrábaných mokrými procesmi pomáha suspendovaným časticiam zostať oddelené počas zmrazovania, ako aj sušenia. Ako sublimácia postupuje, častice sa od seba oddeľuje, ale nepretržitý pohyb materiálu indukuje tvorbu slabých aglomerátov. Výrobok sa skladá z voľne viazaných jednotlivých častíc, ktoré tvoria jemný súdržný prášok.
Objemy šarže active Freeze Dryer sa môžu pohybovať od niekoľkých litrov pre laboratórnu prácu a maloobjemovú výrobu až po aplikácie hromadného sušenia zahŕňajúce stovky litrov. Bez ohľadu na veľkosť sú výhody tohto nového procesu zrejmé: rýchle sušenie, jednoduchá manipulácia s výrobkami a jedinečná kvalita výroby. Za posledných pár rokov Hosokawa Micron vykonal veľké množstvo testov pre kostýmy v rôznych oblastiach použitia. Testované materiály siahajú od bežných liečiv až po hmyz, nanomateriály, baktérie, byliny s vysokou hodnotou a ďalšie sofistikované zložky potravín. Budúcnosť môže dokonca vidieť nepretržitú verziu procesu, čím sa vytvoria ešte vyššie kapacity pre daný objem zariadenia.
