Lyofilizace, sušení mrazem nebo vakuové vymrazování chcete-li, je stále se rozšiřující metoda sušení produktů. Takovýmito produkty mohou být suchá injekce, farmakologické či kosmetické přípravky, ale i káva, ovoce nebo květiny. Který přístroj je však vhodný přesně pro váš produkt a který by se naopak mohl stát pouze předraženým těžítkem?
Řekněme si to na úvod upřímně - lyofilizace je věda. Jako samostatný obor existuje na několika světových univerzitách a po světě funguje řada firem zabývající se pouze optimalizací procesu lyofilizace na zakázku. Nicméně, s lyofilizací je to jako s kreslením. Když vezmete do ruky tužku a nakreslíte panáčka, je to kreslení stejně, jako když vezme tužku nadaný kreslíř a na papír vytvoří umělecké dílo. Každé ale bude asi vypadat trochu jinak. Tento článek si klade za cíl vám poradit s výběrem tužky a papíru, abyste se neučili "kreslit" s bílou pastelkou.
Všechny lyofilizátory mají několik společných parametrů, bez ohledu na to kdo je vyrábí, a jaký je jejich primární účel:
V závislosti na velikosti zařízení a typu použití je dobré zvážit také příkon (W), rozměry a hmotnost zařízení. Podíváme se na jednotlivé parametry, řekneme si co znamenají a pro koho hrají jakou roli. Bohužel, nelze je seřadit podle důležitosti. U automobilů také hraje prim maximální rychlost pouze pro někoho a jiného zajímá především spotřeba. Stejné je to u lyofilizátorů.
Kondezor (nebo kondenzátor, chcete-li) je pomyslnou polovinou každého lyofilizátoru. Jde o prostor, kde se během procesu lyofilizace zachycuje led odvedený z produktu v komoře. Výběr správné velikosti je dosti zásadní, pokud bude lyofilizováno větší množství produktu, protože v případě, že kondenzor pojme maximální množství ledu, proces se ukončí, bez ohledu na to, zda-li je produkt suchý či nikoliv.
Obezřetnost je na místě především ohledně informací uvedených v informačním letáku přístroje. Pokud je zde například uvedena informace, že kondenzor má objem 25 litrů, může to znamenat, že pojme 25 litrů kondenzátu, nebo že má celkový objem 25 litrů, který ovšem nikdy není využit na 100%.
Pozitivní informací je, že tato otázka nemusí zásadně trápit zájemce o malé stolní lyofilizátory, do jejichž komory nelze zpravidla umístit tolik produktu, aby došlo k zahlcení kondenzoru.
Ten, kdo požaduje maximální kvalitu výsledného produktu, bude muset řešit také otázku výběru interního či externího kondenzoru. Interní kondenzor je de facto součástí produktové komory, zatímco externí kondenzor je samostatným prostorem spojeným s produktovou komorou pomocí trubního vedení.
Interní kondenzor zpravidla disponuje větší kapacitou než kondenzor externí, ale nelze u něj sledovat přechod částic vody z produktu do kondenzoru, a tím se zužuje možnost výběru metod pro zjištění, zda-li je produkt již dostatečně suchý. Tato varianta rovněž není vhodná pro větší zařízení určená k "pevné" instalaci v čistých prostorách, kde kondenzát může čisté prostory kontaminovat. Naopak externí kondenzor lze vybavit izolačním ventilem, který od sebe dokáže oddělit stranu produktové komory a kodenzoru, což představuje výhodu při použití v čistých prostorách.
Aby toho nebylo málo, může se objevit ještě otázka výběru externí či interní cívky kondenzoru. Cívka je chladící okruh zajišťující chlazení. Interní cívka nabízí lepší přenos teploty, a v mnoha případech tedy dokáže kondenzor s interní cívkou generující -75°C podat stejný výkon jako kondenzor s externí cívkou generující - 90°C. Externí cívka nabízí větší plochu, na které se led může usazovat. Je také oblíbená pro snadnější způsob odebírání námrazy z kondenzoru, jelikož uživatel nemusí čekat na úplné rozmrazení, ale led stačí jednoduše vyjmout v celistvých kusech.
Oba výše uvedené parametry jsou spíše otázkou preciznosti a uživatelské přívětivosti zařízení. Zásadní chybu neuděláte s žádnou z variant.
Co se týče výkonu kondenzoru, je důležité se zaměřit především na to, jaké množství vody je schopen zachytit za 24 hodin. Je nutné mít na paměti, že výrobci udávají hodnoty
např. 12 litrů/24 hodin za předpokladu lyofilizace obyčejné vody, ne vašeho produktu.
Každý produkt, ať jde o například o mléčné kultury nebo květiny, má strukturu, kterou molekuly vody musí překonat. V případě, že by byl prostup molekulami vody příliš rychlý, mohlo by dojít k poškození struktury. Velký problém to může způsobit například u savčích buněk, které by tímto prostupem mohly být nenávratně zničeny.
Je zajímavé, jak silné dogma se vytvořilo kolem tohoto parametru. Stále se mnoho lidí domnívá, že čím nižší teploty dosáhnou, tím lepší bude výkon. Bohužel jsou mezi nimi i někteří prodejci lyofilizačních zařízení.
Pravda je taková, že snížením teploty na straně kondenzoru nedosáhnete rychlejšího procesu vysušení. Vakuum, tedy počátek odvodu částic vody z produktu do kondenzoru, je nastoleno až při dosažení pracovní teploty kondenzoru, která je adekvátně nastavena k jeho minimální pracovní teplotě. V praxi to znamená, že kondenzor generující -55°C spustí vakuovou vývěvu až při -45°C a kondenzor generující -105°C spustí vakuum až při -90°C. Zakoupíte-li kondenzor s mnohem nižší teplotou, než váš produkt vyžaduje, neúměrně prodloužíte čas celého procesu. Nemluvě o drastickém rozdílu spotřeby energie.
Stanovit vhodnou minimální teplotu kondenzoru není úplně jednoduché, ale vždy platí jistá pravidla. Jde-li o sušení vodných roztoků, postačí minimální teplota okolo -55°C. Půjde-li o sušení např. alkoholů nebo rozpouštědel, bude zapotřebí kondenzor s min. teplotou -90°C, případně -105°C. Zbylé varianty mezi těmito teplotami jsou určeny pro kombinované produkty, tedy např. vzorky s velmi nízkým podílem alkoholu mohou být zpracovávány v lyofilizátoru s kondenzorem generujícím -75°C.
Z kondenzoru se přesuneme do produktové komory. Plochou produktových polic se rozumí kapacita zařízení pro lyofilizaci. Ať už má vaše lyofilizace probíhat ve vialkách nebo nálevem tenké vrstvy přímo na tácy, požadavek na celkovou plochu je nutné si stanovit již na začátku výběru vhodného lyofilizátoru.
V případě vialek není složité změřit plochu, jakou zabírá jedna lahvička a dopočítat se potřebné plochy pro umístění všech vzorků v jedné vsádce. Pro sušení formou nálevu je stanovení potřebné kapacity koplikovanější, protože je nutné ověřit tloušťku vrstvy ve které se bude produkt sušit. Obecně platí maximální tloušťka vstvy 20 mm. Jde však o údaj ryze hraniční, vhodný jen pro určitou skupinu produktů. Například ve farmaceutickém průmyslu je mnoho přípravků lyofilizováno při nálevu na tácy do maximální výše 3 - 5 mm.
Samotné propočty jsou jednoduché. Lze vycházet z faktu, že vstva nálevu tloušťky 10 mm na ploše 1 m2 je rovna 10 litrům. Toto samozřejmě nemusí trápit uživatele, kteří zpracovávají produkt v lyofilizačních baňkách nebo zatavovacích ampulích. Zde je ovšem také dobré pamatovat na to, že výrobci udávají hodnotu jako celkový objem baňky. Baňka o objemu 1 200 ml tak pojme max. 600 ml, ale lepšího výsledku je možné dosáhnout při ještě menším naplnění.
Nastavitelná teplota polic, na kterých je umístěn sušený produkt, hraje důležitou roli na začátku a na konci procesu. Pokud jsou police schopny chlazení, lze kapalný produkt zamrazit přímo v lyofilizátoru. Ohřev pak má vliv na dobu sekundárního sušení, kdy se produkt vrací zpět do přirozených okolních podmínek. Malé stolní lyofilizátory nabízí vyhřívané police. Ale pouze tzv. komorová zařízení, kde v policích cirkuluje chladící nebo ohřevný okruh, mohou regulovat teplotu s větší precizností.
Mnoho lidí by asi řeklo, že vědět, kdy je produkt správně suchý, je otázkou č. 1. Z vlastní zkušenosti však mohu potvrdit, že velké procento uživatelů toto neřeší, nebo spíše tuto informaci nepotřebují znát přesně. Vzpomínám na jednu milou zákaznici, která určila, kdy je produkt suchý podle toho, když v lahvičce při zatřepání cinkal.
V jednoduchosti je krása a podobné metody mohou fungovat v mnoha případech. Zda-li je kytice dobře lyofilizovaná poznáme vizuálně a případným testem životnosti. Budeme-li lyofilizovat ovoce, neexistuje lepší způsob než ochutnávka. Při lyofilizaci archeologických nálezů nebo sušení knih se také spokojíme s hmatatelným výsledkem.
Kosmetický nebo farma průmysl už je v poněkud složitější situaci. Například SÚKL by se těžko spokojil s odpovědí, že suchá injekce už vypadá jako dokonale suché martini (viz. obrázek na začátku článku). V těchto případech je potřeba měřit ubývající vlhkost přímo v průběhu procesu. Historie snad všech výrobců pamatuje vrtulku umístěnou mezi komorou a kondenzorem, která se točila, dokud vlhkost cestovala z jedné strany na druhou. V současnosti jsou však vyžadována preciznější řešení, a takových je hned několik. Namátkou lze uvést napříklady:
O způsobech zjištění času konce primárního sušení pojednává samostatný článek, který najdete v našich aplikacích pod názvem Kdy je primární sušení u konce?
Srovnání výsledku Piraniho vakuometru a kapacitního manometru - systém porovnává změny tlaku ve vakuu. V momentě vyrovnání, kdy se křivky obou senzorů protnou, je produkt dostatečně suchý.
Odporové sondy - někteří výrobci nabízí odporové sondy pro měření teploty a vlhkosti. Tyto se umísťují přímo do produktu. Metoda má dvě slabé stránky. Jednak odporem vzrůstá teplota v produktu, a tím se narušuje homogennost prostředí. Za druhé sonda zahlásí dosažení kritického bodu, tedy momentu kdy "už je pozdě", a produkt je ve větší či menší míře poškozen.
Barometric Endpoint - je nástupcem zmiňované vrtulky. Může fungovat pouze s externím kondenzorem a funguje na principu měření průtoku částic vody z produktu do kondenzoru. Přístroj k tomu potřebuje dvě vakuové sondy, jednu v komoře a jednu v kondenzoru. Během procesu se na chvíli uzavře ISO ventil a po otevření systém porovná výsledky obou sond.
SampleThief - pravda, nejde o metodu jakékoliv analýzy, ale umožňuje z komory vyjmout jednu lahvičku a běžnými přístroji změřit vlhkost (nebo další vlastnosti), aniž by se proces musel zastavit.
Závěrem tohoto článku si dovolím shrnout všechny výše uvedené informace a tím vysvětlit, co prodejce potřebuje znát pro vytvoření nabídky lyofilizátoru pro váš produkt. Určitě existují prodejci, kteří dokáží sestavit nabídku na základě poptávky "chci lyofilizátor". Nicméně každý si jistě domyslí, jak moc takovému prodejci záleží na spokojenosti uživatele s novým přístrojem.
Pro vytvoření alespoň prvotní nabídky, od které se mohou odrazit další dotazy a případné úpravy, je zapotřebí uvést několik základních informací. Samozřejmě není na škodu v úvodu popsat svou představu, zda-li má jít o model určený pro umístění na stůl, nebo zařízení pro lyofiliaci tuny kávy.
1) Způsob nakládky - půjde o vialky s objemem 2 ml nebo se produkt bude nalévat na tácy? Nebo snad jde jen o pár baněk s objemem 600 ml?
2) Požadovaná kapacita - je potřeba zpracovávat 50 vialek nebo 15 litrů produktu formou nálevu? Máte-li představu o požadované ploše polic, je to pro prodejce jedna ze zásadních informací.
3) Popis produktu - Bude se lyofilizovat kolagen nebo rozpouštědlo? Jde o vysušení knih postižených povodněmi, nebo chcete lyofilizovat ovoce a müsli? Pokud znáte vlhkost produktu a jaké hodnoty byste rádi dosáhli, je dobré tuto informaci uvést.
To je základní trojice informací, na kterých lze stavět. Jistě, stačí také popsat současný přístroj, který chcete nahradit, ale riskujete tak, že model, který pořizoval váš předchůdce je pro současnou aplikaci zbytečně předimenzovaný. Výběr lyofilizátoru se nevyplácí odbývat nebo podceňovat. Zpravidla totiž toto zařízení stojí na samém konci výroby (výzkumu) vašeho finálního produktu a stejně jako vy, i vaši zákazníci sebudou soustředit na výslednou kvalitu a cenu.
Pilotní lyofilizátor v provedení na stůl
AdVantage Pro je nová generace pilotního lyofilizátoru v provedení na laboratorn...
...když už laboratorní přístroj nestačí.
Hledáte-li pilotní zařízení s jednoduchou obsluhou jako náhradu za laboratorní p...
až 2,13 metru v pilotním lyofilzátoru
Ultra je unikátní model pro náročné zákazníky. Proto je schopen nabídnout plochu...
Sériově vyráběná průmyslová kapacita
Benchmark nabízí zákazníkům plochu polic v rozsahu od 1,46 do 22,42 metrů čtvere...
Unikátní zařízení pro optimalizaci lyofilizačního procesu
Lyostar 3 tvoří kategorii sám o sobě. Jde o speciální lyofilizátor určený pro op...
