Инновационная технология сушки протеина

УДК 66.047: 621.577

1 2 1 О.Ю. Гузев , О. Алвес-Фильо , С.В. Гончарова-Алвес

1 - Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия

2 - New and Improved Drying Technologies, Трондхейм, Норвегия

ИННОВАЦИОННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ СУШКИ ПРОТЕИНА

The experimental investigations of atmospheric heat pump fuidized bed drying of protein were carried out. The influence of drying stages number and drying time on the final product quality characteristics (residual moisture content, color, bulk density) was investigated. The advantages of atmospheric two-stage heat pump fluidized bed drying in comparison with atmospheric freeze heat pump fuidized bed drying were recognized.

Проведены экспериментальные исследования атмосферной сушки протеина в сушилке псевдо-ожиженного слоя с тепловым насосом. Исследовано влияние количества стадий сушки и времени проведения процесса на качественные характеристики конечного продукта (остаточное влагосодержание, цвет, насыпная плотность). Выявлены преимущества атмосферной двухстадийной сушки в псевдоожиженном слое с тепловым насосом по сравнению с атмосферной сублимационной сушкой в псевдоожиженном слое с тепловым насосом.

ВВЕДЕНИЕ

Сегодня во всем мире фармацевтическая индустрия является одной из наиболее развивающихся отраслей промышленности.

В настоящее время в России активно внедряются европейские стандарты качества GMP, предъявляющие новые высокие требования к качеству фармацевтической продукции и к самому процессу производства. Следствием этого является необходимость в разработке и внедрении инновационных и совершенствовании уже существующих технологий.

Сушка в фармацевтическом производстве - один из самых распространенных промышленных процессов, имеющий огромное влияние на качество конечной продукции.

К традиционным технологиям, применяющимся сегодня для сушки фармацевтических препаратов можно отнести [1,2]: вакуумную сублимационную сушку, распылительную сушку, сушку в псевдоожиженном слое.

Основными недостатками вакуумной сублимационной сушки являются: низкая интенсивность процесса, невозможность непрерывного контроля качества продукта, невозможность получения частиц с заданными структурой и свойствами. Основным недостатком тепловой распылительной сушки и сушки в псевдоожиженном слое является снижение качества термолабильных материалов. Также сушка в активном гидродинамическом режиме характеризуется высоким расходом сушильного агента. Организация замкнутого цикла сушильного агента позволит снизить риск загрязнения материала и сократить затраты на очистку сушильного агента перед входом в сушильную камеру.

Одной из технологий, позволяющей устранить указанные недостатки, является атмосферная сушка в псевдоожиженном слое с тепловым насосом. Использование теплового насоса в процессе сушки позволяет значительно снизить энергозатраты процесса и организовать замкнутый цикл сушильного агента [3].

Данная работа посвящена изучению влияния количества стадий и времени проведения атмосферной сушки в псевдоожиженном слое с тепловым насосом на такие качественные характеристики высушиваемого материала как остаточное влагосодержание, цвет, насыпная плотность.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ В SINTEF-NTNU (Норвегия) была проведена серия экспериментов по сушке протеина определенного вида в лабораторной атмосферной сушилке псевдоожиженного слоя с тепловым насосом.

Состав исходного материала: протеин - 14.7%, жиры - 0.3%, вода - 85%. Перед проведением экспериментов материал замораживался при температуре -25°С и нарезался на кубики размером 5мм. Схема лабораторной атмосферной сушилки псевдоожиженного слоя с тепловым насосом представлена на рис. 1.

Рис. 1. Лабораторная атмосферная сушилка псевдоожиженного слоя с тепловым насосом: 1 - сушильная камера; 2 - циклон; 3 - испаритель хладагента; 4 - компрессор; 5 - трехходовой клапан; 6 - внутренний конденсатор хладагента; 7 - внешний конденсатор хладагента; 8 - сборник; 9 -

дроссельный клапан; 10 - вентилятор

В качестве сушильного агента использовался воздух. В табл. 1 представлены условия проведения экспериментов.

Таблица 1. Условия проведения экспериментов

№ эксп. I стадия II стадия

Т1, °С I1, ч Т11, °С +11 1 , ч

1 -5 2 25 2

2 -5 3 25 2

3 -5 6 25 2

4 -5 8 - -

При проведении экспериментов материал загружался в сушильную камеру 1, предварительно охлажденную до температуры Т1 (табл. 1). В нижнюю часть сушильной камеры 1 подавался воздух при температуре Т1 (табл. 1) и осуществлялся процесс сушки. Отработанный влажный воздух после выхода из сушильной камеры 1 проходил очистку в циклоне 2 и подавался в цикл теплового насоса, где за счет передачи скрытой теплоты фазового перехода хладагенту теплового насоса и работы компрессора 4 происходила его осушка и затем нагревание до требуемой температуры. Далее воздух вновь подавался в сушильную камеру 1. При этом осуществлялась 100% рециркуляция.

При переходе ко второй стадии сушки материал выгружался из сушильной камеры в герметичный контейнер и помещался в морозильную камеру. После прогрева сушильной камеры до температуры Т11 (табл. 1) материал вновь загружался в сушильную камеру и процесс сушки продолжался.

На рис. 2 представлены полученные кривые сушки. Для оцифровки цвета образцов использовался спектроколориметр Х-Яке 948.

Рис. 2. Экспериментальные кривые сушки

АНАЛИЗ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ Для измерения цвета образцов использовался метод спектроколориметрии и модель Lab [4]. Согласно этой модели цвет образца при оцифровке раскладывается на три цветовых компонента: L, a, b. Значение компонента L изменяется от 0 (абсолютно темный) до 100 (абсолютно светлый). Положительные значения компонентов a и b соответствуют красному и желтому цвету, отрицательные - зеленому и синему цвету.

Качество высушенных в данной работе образцов можно предварительно оценить по значениям компонентов L и b. Значение L должно быть максимальным, значение b - минимальным.

В табл. 2 приведены результаты измерения влагосодержания, компонентов цвета (L и b) и насыпной плотности исходного материала и высушенных образцов.

Таблица 2. Влагосодержание, компоненты цвета (L и b), насыпная плотность исходного материала и высушенных образцов

Влагосодержание, % Цвет Насыпная плотность, кг/м3

L b

Исх. материал 85.00 56.03 4.64 450.23

Эксп. 1 13.50 72.70 7.02 269.79

Эксп. 2 6.23 74.85 7.82 239.03

Эксп. 3 5.44 76.74 9.53 193.79

Эксп. 4 35.89 66.45 10.56 219.60

Максимальное остаточное влагосодержание было получено для образца из эксп. 4. Результаты показывают, что по сравнению с сублимационной сушкой применение двухстадийной сушки позволяет получить значительно более низкого остаточного влагосодержания продукта за более короткий промежуток времени.

Максимальное значение компонента цвета Ь наблюдалось для образца из эксп. 3, минимальное - для образца из эксп. 4. Результаты показывают, что применение двухстадийной сушки по сравнению с сублимационной сушкой позволяет повысить содержание компонента Ь в цвете высушенных образцов. Содержание компонента Ь увеличивалось с увеличением времени сушки (эксп. 1-3). Для эксп. 3 и 4, где время сушки было одинаково и равнялось 8 ч, содержание компонента Ь было больше для об-

разца из эксп. 4. Таким образом, применение двухстадийной сушки по сравнению с сублимационной сушкой и уменьшение времени сушки позволяют понизить содержание компонента b в цвете высушенных образцов.

Минимальное значение насыпной плотности было получено для образца из эксп. 3, максимальное - для образца из эксп. 1. Насыпная плотность образца, высушенного при помощи только сублимационной сушки в течении 8 часов (эксп. 4), находилась между результатами измерений для эксп. 2 (двухстадийная сушка, 6 часов) и эксп. 3 (двухстадийная сушка, 8 часов). Таким образом, применение двухстадийной сушки и увеличение времени сушки позволяет получить продукт с более низкой насыпной плотностью.

ВЫВОДЫ

Проведена серия экспериментов по атмосферной сушке протеина определенного вида в сушилке псевдоожиженного слоя с тепловым насосом. Изучено влияние количества стадий и времени проведения процесса на качественные характеристики продукта. Применение двухстадийной сушки по сравнению с сублимационной сушкой позволяет получить более низкое остаточное влагосодержание продукта за более короткое время. Применение двухстадийной сушки по сравнению с сублимационной сушкой позволяет получить более светлый продукт. Содержание желтого компонента в цвете высушенного образа уменьшается с уменьшением времени сушки. Минимальная насыпная плотность продукта была получена при применении двухстадийной сушки в течение 8 часов.

Список литературы

1. Alves-Filho O. Atmospheric freeze and medium temperature drying technologies for fish and marine products // Dehydration of products of biological origin/editor Arun S. Mujumdar. - 2004. - 541 p.

2. Alves-Filho O., Goncharova-Alves S.V., Guzev O.Yu. Multistage drying of pharmaceutical powders and modeling of mass transfer // 15th International Drying Symposium (IDS 2006): proceedings of symposium. - Budapest, Hungary. - 2006. - V. B. - P. 11101117.

3. Гузев О.Ю., Гончарова С.В. Применение технологии тепловых насосов в процессах сушки биоматериалов // Международная конференция молодых ученых по химии и химической технологии (МКХТ-2005): материалы конференции. - 2005. -T.XIX, №1. - С. 85-87.

4. Джадд Д.Цвет в науке и технике. Пер. с англ./ Д.Джадд, Г.Вышецки. - М.: Мир, 1978. - 513 с.

УДК 658.012

Л.В. Фомина, В.В. Макаров

Российский химико-технологический университет Д.И. Менделеева, Москва, Россия

ОПТИМИЗАЦИЯ ВЫБОРА КРАСИТЕЛЕЙ ДЛЯ ПЕРИФЕРИЙНЫХ УСТРОЙСТВ КОМПЬЮТЕРОВ

Algorithms of colorants' optimal selection for computers' peripheral devices by means of spectral and color characteristics are set out. Also problems of transmission density, reflectivity and tristimulus values' reproduction at restrictions on utmost total concentration of colorants are formulated and solved, problems of colorants' optimal selection for substractive synthesis are worked out.