СПОСОБ СОРБЦИОННО-ВАКУУМНОГО ВЫСУШИВАНИЯ ЖИДКИХ ТЕРМОЛАБИЛЬНЫХ БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ МАТЕРИАЛОВ
METHOD OF SORPTION-VACUUM DRYING OF LIQUID THERMOLABILE BIOLOGICALLY ACTIVE MATERIALS

Изобретение относится к области сушки различных веществ, в частности к высушиванию жидких термолабильных биологически активных материалов (далее по тексту - БМ), качество которых определяется достижением требуемого значения показателя остаточной массы при высушивании и сохранением специфической активности биологического агента, и может быть использовано в пищевой, медицинской, микробиологической, химической и родственных отраслях промышленности для производства многокомпонентных сухих препаратов.
Известен способ комбинированного обезвоживания высокодисперсных биологически активных материалов, содержащих действующие вещества в жидкой фазе, осуществляемый в несколько этапов, отличающийся тем, что жидкую фазу с активным веществом из микрокапельного состояния, стабилизированного сухим высокодисперсным гидрофобным разобщителем в соотношении 1:3-1:22, обезвоживают первоначально при атмосферном давлении и затем смешиванием с влагоемким сорбентом с остаточной влажностью менее 1% и при необходимости досушивают [1].
Известен способ получения сухого пробиотического препарата путем смешивания культуры с защитной средой с последующим контактно-сорбционным обезвоживанием и досушиванием целевого продукта, отличающийся тем, что контактно-сорбционное обезвоживание целевого продукта проводят сорбентом, охлажденным до минус 8-10°С, например, окисью алюминия с остаточной влажностью менее 1% при массовом соотношении 1:10, 1:12 соответственно, а досушивание осуществляют в течение 18-20 ч при температуре 0-5°С в замкнутом объеме [2].
В качестве прототипа выбран способ сушки биологических материалов [3], состоящий в том, что влажный БМ смешивают в лопастном смесителе с безводной лактозой в соотношениях 1: (2, 3, 4 и более) для частичного обезвоживания при температуре от 4 до 25°С. Затем полученную влажную биомассу извлекают из смесителя и слоем толщиной 10-12 мм расфасовывают в кюветы. Кюветы размещают в лабораторной сушильной установке без ее предварительного охлаждения и подогрева, но при захоложенном конденсаторе-вымораживателе. Сушильную установку закрывают, включают вакуумный насос и обогрев сушильной камеры. Величина разрежения в сушильной камере составляет от 400 до 600 мм рт.ст. Температура в зоне досушивания - не выше 25°С, время досушивания - 30-180 мин.
К недостаткам способа-прототипа следует отнести следующее.
1. Многостадийность технологического процесса. Процесс состоит из двух стадий: первая - частичное обезвоживание БМ, происходящее за счет его смешения с лактозой, вторая - вакуумное досушивание полученной влажной биомассы до требуемого значения показателя остаточной массы при высушивании.
2. Сложность технологического процесса. Способ предполагает следующую последовательность выполнения технологических операций: загрузка лактозы в лопастной смеситель, дозирование БМ, смешение БМ с лактозой до получения однородной влажной биомассы, выгрузка биомассы из смесителя и расфасовывание ее в кюветы, размещение кювет с влажной биомассой в сушильной камере, досушивание биомассы до заданного значения показателя остаточной массы при высушивании.
3. Использование нескольких технологических аппаратов. Для осуществления высушивания БМ требуется два технологических аппарата: первый - лопастной смеситель, в котором проводят смешение лактозы и высушиваемого БМ для его частичного обезвоживания, второй - сушильная установка, в которой влажная биомасса досушивается при заданном разрежении и температуре.
4. Высокая вероятность контаминации влажной биомассы посторонней микрофлорой при осуществлении операций, в которых биомасса находится в открытом состоянии (выгрузка биомассы из лопастного смесителя, расфасовывание ее в кюветы и помещение их в сушильную камеру).
5. Длительность процесса досушивания биомассы (до 180 мин), обусловленная нахождением ее в агломерированном состоянии стационарно в слое толщиной 10-12 мм.
6. Большие технологические потери. При смешении БМ и лактозы образующийся материал представляет собой биомассу, влажность которой не позволяет выгрузить ее без больших технологических потерь вследствие налипания на внутренней поверхности корпуса смесителя и лопастях перемешивающего устройства. Манипуляции с биомассой в процессе ее выгрузки из смесителя и расфасовывания в кюветы также сопровождаются существенными безвозвратными потерями материала.
Задачами изобретения являются:
интенсификация процесса высушивания;
сокращение количества технологических стадий и производственных операций;
снижение сложности аппаратурного оснащения производства и трудоемкости технологического процесса;
устранение опасности контаминации высушиваемой биомассы посторонней микрофлорой;
устранение технологических потерь биомассы.
Поставленная задача решается благодаря тому, что в способе сорбционно-вакуумного высушивания жидких термолабильных биологически активных материалов путем их смешения с наполнителем-обезвоживателем, в качестве которого используют обезвоженную лактозу в массовых соотношениях 1:5 и более, согласно изобретению смешение ингредиентов и высушивание полученной биомассы осуществляют одновременно при ее переводе в псевдокипящее состояние при разрежении 670-680 мм рт.ст. и температуре от 2°C до 20°C за одну технологическую стадию в одном аппарате.
Высушивание БМ до кондиционного состояния, характеризующегося требуемыми значениями показателей остаточной массы при высушивании и специфической активности биоагента, осуществляют за одну технологическую стадию.
Для высушивания БМ используют одну единицу технологического оборудования - сушилку термолабильных материалов (СТМ) [4], обеспечивающую оптимальные условия одновременно и для смешения высушиваемого БМ с наполнителем-обезвоживателем (лактозой), и для удаления влаги из высушиваемой биомассы.
Оптимальность условий для высушивания БМ, создаваемых в СТМ, обеспечивается переводом получаемой влажной биомассы в псевдокипящее состояние при разрежении 670-680 мм рт.ст. и температуре от 2°C до 20°C [5].
Для разрушения агломератов, образующихся при смешении БМ и лактозы, в высушиваемую биомассу вносят мелющие тела - металлические шарики.
Из технологической схемы процесса высушивания исключены производственные операции, предусматривающие нахождение БМ в открытом виде.
Технологические потери материала при осуществлении предлагаемого способа высушивания отсутствуют.
Сущность предложенного способа заключается в высушивании БМ за счет сорбционных процессов, протекающих одновременно за одну технологическую стадию в одном технологическом аппарате при разрежении 670-680 мм рт.ст. и при температуре от 2 до 20°C. Сорбционными процессами являются:
- адсорбция, происходящая вследствие перераспределения влаги между высушиваемым БМ и влагоемким наполнителем-обезвоживателем при их дозированном смешении в СТМ;
- десорбция - обратный адсорбции процесс, при котором влага покидает биомассу с поверхности ее частиц и удаляется из зоны высушивания.
Для интенсификации сорбционных процессов высушивание производят при непрерывном механическом перемешивании биомассы за счет вращения в СТМ лопастной ротор-мешалки, скорость которого обеспечивает перевод биомассы в псевдокипящее состояние [5]. Причем для дезагрегирования агломератов, образующихся при соединении БМ с лактозой, в высушиваемую биомассу вносят в качестве мелющих тел металлические шарики.
Наличие причинно-следственной связи между совокупностью существенных признаков заявляемого объекта и достигаемым техническим результатом показано в таблице 1.
Возможность осуществления заявляемого изобретения показана на примере приготовления сухого препарата вируса вакцины (СПВБ). В качестве БМ для получения СПВВ используют жидкий вируссодержащий материал (ЖВМ), представляющий собой гомогенат, приготовленный из хорион-аллантоисных оболочек и плодиков 12-13-суточных куриных эмбрионов, инфицированных вирусом вакцины, с добавлением стабилизатора.
-1
По аналогии с примером №1 способа-прототипа высушиванию подвергали 100 г ЖВМ с показателем специфической активности (8,7±0,2) lg ООЕ⋅мл. Смешивание ЖВМ и лактозы осуществляли в массовом соотношении 1:15 соответственно.
Охоложенные до температуры (4±2)°C стерильную обезвоженную лактозу в количестве 1500 г и мелющие тела (металлические шарики) помещали в охоложенную до температуры (4±2)°C СТМ. К СТМ присоединяли посредством стерильного гибкого трубопровода емкость с ЖВМ, охоложенным до температуры (4±2)°C. СТМ вакуумировали до уровня разрежения 670-680 мм рт.ст. Включали вращение ротор-мешалки в СТМ и дозировали ЖВМ в количестве 100 г. После окончания дозирования ЖВМ СТМ выводили на температурный режим (18±2)°C.
Продолжительность высушивания после завершения дозирования ЖВМ до достижения значения показателя остаточной массы при высушивании менее 3% составляла 15 мин. Общая продолжительность процесса высушивания составила 20 мин. Полученный после высушивания ЖВМ СПВВ представлял собой порошкообразную биологически активную субстанцию, содержащую вирус вакцины.
Результаты оценки влияния предлагаемого способа высушивания и способа-прототипа на устойчивость вируса вакцины при приготовлении и хранении СПВВ приведены в таблице 2.
Изобретение позволяет существенно интенсифицировать процесс высушивания БМ, сократить количество технологических стадий и производственных операций, сократить количество используемого технологического оборудования и трудоемкость технологического процесса; устранить опасность контаминации высушиваемого биоматериала посторонней микрофлорой и полностью исключить технологические потери биомассы.
Предлагаемый способ высушивания применим в промышленном масштабе для крупносерийного производства многокомпонентных сухих (порошкообразных) препаратов.
Список использованных источников
1. Патент 2440099 RU, МПК А61K 009/14, А61K 035/74, А61K 049/16, А61K 047/04, F26B 005/16. Способ комбинированного обезвоживания высокодисперсных биологически активных материалов / В.Ю. Давыдкин, И.Ю. Давыдкин, В.А. Алешкин, А.В. Мелихова (RU); Федеральное бюджетное учреждение науки "Московский научно-исследовательский институт эпидемиологии и микробиологии имени Г.Н. Габричевского Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека" (ФБУН МНИИЭМ им. Г.Н. Габричевского Роспотребнадзора) (RU). №2009101095/15; Заявл. 15.01.2009; Опубл. 20.01.2012.
2. Патент 2067114 RU, МПК 6 C12N 1/20. Способ получения сухого пробиотического препарата / И.М. Нахабин, В.В. Перелыгин, Ю.С. Биркина, А.В. Старцев (RU); Государственный научно-исследовательский институт прикладной микробиологии (ГНИИ прикладной микробиологии) (RU). №5016135/13; Заявл. 05.12.1991; Опубл. 27.09.1996.
3. Пат. 2044239 RU, МКП F26B 5/16. Способ сушки биологических материалов / А.И. Григоренко, В.П. Краснянский, В.Н. Подкуйко, В.В. Михайлов, A.M. Курлов (RU); "Вирусологический центр Научно-исследовательского института микробиологии" (ВЦ НИИМ) (RU). №93027480/06; Заявл. 11.05.1993; Опубл. 20.09.1995.
4. Пат. 2607148 RU, МКП F26B 11/14. Устройство для приготовления сухих термолабильных биолоических материалов / И.В. Шмалько, Н.Г. Власов, А.Я. Шелеметьев, В.В. Осин, С.В. Борисевич; Федеральное государственное бюджетное учреждение «48 Центральный научно-исследовательский институт» Министерства обороны Российской Федерации (ФГБУ «48 ЦНИИ» Минобороны России) (RU). №2015149573; Заявл. 18.11.2015; Опубл. 10.01.2017.
5. Гончарович И.Ф. Вибрационная техника в пищевой промышленности/ И.Ф. Гончарович, Н.Б. Урьев, М.А. Талейсник. - Пищевая промышленность. - М.: 1977. - С. 32-34.