METHOD OF PRESERVATION (SUBLIMATION DRYING) OF LIQUID AND PASTE-LIKE BIOPREPARATIONS
СПОСОБ КОНСЕРВИРОВАНИЯ (СУБЛИМАЦИОННОЙ СУШКИ) ЖИДКИХ И ПАСТООБРАЗНЫХ БИОПРЕПАРАТОВ

Изобретение относится к способам сублимационного консервирования жидких и пастообразных биопрепаратов и может быть использовано в пищевой, фармацевтической, медицинской и химической отраслях промышленности.
Известен способ лиофильной сушки биопрепарата путем введения в раствор биопрепарата перед сушкой защитной среды для создания преимущественно аморфно-кристаллической структуры при последующем замораживании. Это приводит к повышению уровня сохранности биологической активности препарата [Авторское свидетельство №2111426, F26 b5/06].
Недостатком такого способа является то, что необходим дополнительный рентгенографический или термографический анализ для подбора вещества - наполнителя (смеси компонентов) с требуемой температурой замерзания в составе жидкой фазы биопрепарата. Кроме того, возможно неравномерное перемешивание вещества - наполнителя, что можно визуально не обнаружить. И наконец, не всегда разрешено внесение дополнительных компонентов в состав исходного биопрепарата.
Ранее предложен способ сублимационной сушки, включающий замораживание кусков продукта и погружение их в жидкую теплопередающую среду. Погружение кусков продукта в жидкую теплопередающую среду осуществляют перед замораживанием на глубину 3/10-8/10 от высоты кусков. В качестве жидкой теплопередающей среды используют говяжий жир или кровь убойных животных [Авторское свидетельство №1015877, А23 b4/037].
Недостатком такого способа является то, что продукт в процессе сушки контактирует с замороженной теплопроводящей жидкостью, нарушается состав на границе контакта и теплофизические характеристики, в том числе и в самих замороженных теплопроводящих жидкостях. Дополнительным отрицательным фактором являются возникающие при этом проблемы санитарной безопасности.
Наиболее близким по достигаемому результату к предлагаемому способу является способ сублимационной сушки биологических материалов в противне, днище которого с внутренней стороны емкости выполнено с рисками, имеющими в поперечном сечении клинообразную форму и высоту [Авторское свидетельство №1832890, F26B 5/06].
Предлагаемый способ также имеет ряд недостатков. Во-первых, данное техническое решение не предназначено для замораживания препаратов в фасованном виде (ампулы, флаконы, емкости и т.д.), так как повышение площади поверхности контактирования и смачивания с помощью нанесения рисок клинообразной формы возможно только при непосредственном контакте замораживаемых жидких и пастообразных материалов с внутренней поверхностью металлического противня. Во-вторых, при сушке в емкостях, наличие разреженной среды в зазорах клинообразных рисок представляет собой большое термическое сопротивление процессу передачи тепла от противня к препарату, что соответственно удлиняет процесс сушки. Кроме того, замораживание сплошных слоев жидких материалов в металлических емкостях приводит к вспучиванию в центре слоя по причине расширения в ходе замораживания. Локальное увеличение толщины высушиваемого замороженного слоя приводит к неравномерности процесса по времени.
Задача предлагаемого изобретения направлена на разработку способа консервирования биопрепаратов, позволяющего:
- интенсифицировать процесс как замораживания, так и сушки, посредством создания благоприятных условий передачи теплоты преимущественно по вертикальным кристаллам льда, обладающих высокой теплопроводностью;
- улучшить качество высушенных объектов (полной и быстрой способностью смачивания, высокой степенью регидратации, исключением недосушенных зон - "линз") за счет образования вертикально-ориентированных каналов в толще объекта сушки биопрепарата в результате сублимации влаги из разветвленных вертикально-ориентированных кристаллов льда и образования крупных каналов-пустот.
Указанная задача решается в предложенном способе сублимационного консервирования жидких и пастообразных биопрепаратов, в котором согласно изобретению теплоотвод при замораживании биообъектов в стеклянных емкостях протекает преимущественно от дна противня, заполненного жидкой низкотемпературной средой, что приводит к образованию преимущественно вертикально-ориентированных кристаллов льда, чем достигается интенсивный теплоподвод в зону сублимации при сублимационной сушке и, в конечном счете, обеспечивается высокая степень регидратации обезвоженного биоматериала за счет образования развитой капиллярно-пористой структуры.
Новым в способе сублимационного консервирования жидких и пастообразных биопрепаратов является то, что предварительно заготовленные емкости с биопрепаратом помещают в среду с низкой температурой замораживания на противне, с учетом того, что толщина слоя низкотемпературной среды в противне должна как минимум вдвое превышать толщину замораживаемого биопрепарата в емкости. Это является основным условием аккумулирования достаточного количества холода низкотемпературной жидкостью для последующего замораживания (см. чертеж, где 1 - противень, 2 - низкотемпературная среда, 3 - емкость с биообъектом). Кроме того, регулирование условий замораживания осуществляется посредством варьирования концентрации низкотемпературной среды. В качестве низкотемпературной среды предусматривается использование водно-солевых растворов с различной концентрацией соли.
Последующее проведение стадии замораживания объекта сушки в условиях низкотемпературной среды обеспечивает отвод теплоты главным образом от дна емкости, тем самым стимулируя рост кристаллов льда, преимущественно вертикально ориентированных, что приводит к формированию преимущественно вертикальных кристаллов льда, обладающих относительно большой теплопроводностью. Это обстоятельство обеспечивает интенсификацию, собственно, процесса сублимационной сушки - тепловой поток передается в зону сублимации по кристаллам льда. Сохранение развитой капиллярно-пористой структуры в высушенном биопрепарате позволяет достичь при регидратации равномерное и полное обводнение, что например, принципиально важно для фармпрепаратов.
При изменении массовой доли соли в растворе низкотемпературной среды температура замораживания ее либо понижается, либо повышается, что позволяет подобрать необходимую температуру низкотемпературной среды для управления температурой замораживания конкретного биопрепарата. При правильном подборе концентрации при последующем замораживании образуются кристаллы льда, направленные вертикально, что улучшает подвод теплоты в зону сублимации и обуславливает формирование сквозной капиллярно-пористой структуры в слое высушенного сублимацией биопрепарата.
Согласно изобретению способ реализуется следующим образом:
В противень с низкотемпературной средой помещают емкости с плоским дном (флаконы, ампулы и др.), заполненные жидким или пастообразным биообъектом, при этом толщина слоя низкотемпературной среды должна не менее чем в два раза превышать толщину слоя замораживаемого биопрепарата в емкости.
Далее происходит процесс замораживания биопрепарата. На следующей стадии емкости с замороженным биопрепаратом подвергаются вакуумной сублимационной сушке до конечной влажности 2±0,5%.
Общее время, включая стадию подготовки низкотемпературной среды, замораживания, сушки не превышает 30 часов.
Изобретение иллюстрируется следующими примерами.
Пример 1.
2
Предварительно готовят образцы №1, 2, 3 биопрепарата: для этого 100 г селезенки КРС измельчают на куттере, заливают 1 л физ. раствора, перемешивают, оставляя в холодильнике на 24 ч, после чего фильтруют через марлю. Далее в противень из нержавеющей стали, с водным раствором CaCl концентрацией 23,8%, помещают подготовленные стеклянные емкости с образцами №1 слоем 15 мм. Замораживают биопрепарат 5 часов с температурой среды минус 25°С до необходимой температуры. Параллельно замораживают образцы №2. Готовые замороженные образцы №1, 2 переносят в камеру сублимационной установки ЛС-1000 для последующей сушки в мягких условиях при рабочем давлении 10-12 Па, температуре десублиматора минус 34-36°С в течение 16,5-18 ч. Конечная температура материала 32-34°С.
Оценочные показатели сведены в таблице 1.
Пример 2.
2
Осуществляют аналогично примеру 1, в качестве среды используют водный раствор CaCl концентрацией 20,9% (образец №3).
Оценочные показатели сведены в таблице 1.
2
Вывод: согласно полученным данным выявлено, что применение замораживания биопрепаратов в низкотемпературной среде позволяет сократить время замораживания и последующей сушки, причем высушенный образец обладает высокими качественными характеристиками, отвечающими требованиям к сублимационным продуктам (быстро растворяется для введения инъекций), кроме того, использование в качестве низкотемпературной среды водно-соляного раствора CaCl концентрацией 23,8% более рационально, чем концентрацией 20,9%.
Пример 3.
2
В противень из нержавеющей стали с водным раствором CaCl концентрацией 20,9% помещают стерильные подготовленные чашки Петри с образцом №4 питательной среды С199 слоем 10 мм и помещают в морозильную камеру на 5 часов при температуре минус 18°С. Параллельно замораживают в морозильной камере образец №6 питательной среды С199, расфасованные в чашки Петри без предварительной подготовки. Готовые образцы переносят в камеру сублимационной установки ЛС-1000 для последующей сушки при рабочем давлении 10-12 Па, температуре десублиматора минус 34-36°С в течение 15-24 ч. Конечная температура материала 36-38°С. Оценочные показатели представлены в таблице 2.
2
Пример 4. осуществляют аналогично примеру 3 с использованием водного раствора CaCl концентрацией 24,7% (образец №6). Оценочные показатели представлены в таблице 2.
2
Вывод. Качественные показатели высушенных образцов №4 и №6 среды С199 высокие, соответствующие сублимационному обезвоживанию, в случае использования низкотемпературной среды водно-соляного раствора CaCl с концентрацией 24,7% более рационально, чем с концентрацией 20,9%. Образец №5 содержит большое количество влаги, требует дополнительной обработки.
Проанализировав полученные результаты, установлено, что предлагаемый способ позволяет сократить длительность сублимационной сушки на 10-15%, а также получить биоматериал с высокой регидратирующей способностью за счет формирования развитой капиллярно-пористой структуры в обезвоженном образце.