Aktive Gefriertrocknung

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14.12.2009 Die Gefriertrocknung (Lyophilisation) ist eine Technik, bei der ein Lösemittel – normalerweise Wasser – unter sehr niedrigen Druckbedingungen entfernt wird. Im Gegensatz zur Vakuumtrocknung, die mit Drücken bis zu 20mbar arbeitet, läuft die Gefriertrocknung bei Drücken von

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Entscheider-Facts Für Anwender


  • Die Gefriertrocknung (Lyophilisation) ist eine Technik, bei der ein Lösemittel (normalerweise Wasser) unter sehr niedrigen Druckbedingungen entfernt wird.
  • Im Gegensatz zur Vakuumtrocknung – die mit Drücken bis zu 20mbar arbeitet – läuft die Gefriertrocknung bei Drücken von
  • Verschiedene Kenngrößen, wie etwa Druck, Volumenstrom oder Wärmeübertragungskapazität, beeinflussen den Lyophilisationsprozess.
  • Der aktive Gefriertrockner zeichnet sich aus durch maximale Drücke und wesentlich kürzere Trocknungszeiten
  • Da in dem aktiven Gefriertrocknungssystem – wiederum im Gegensatz zum Schalen-Lyophilisator – alle Produktionsprozesse innerhalb der Anlage stattfinden, wird das Endprodukt direkt als Feinpulver geliefert.

Üblicherweise werden bei der Gefriertrocknung in der Lebensmittel- und Pharmaindustrie Schalen verwendet. Die zu gefriertrocknende Flüssigkeit wird in Schalen – normalerweise bis zu 1m² und 1 bis 2cm hoch – gefüllt. Die Schalen werden dann auf einem Wagen in die Gefriertrockenkammer eingebracht. Für diese Anwendung bietet die aktive Gefriertrocknung ein interessante Alternative. Eine andere Technik, bei der ebenfalls Schalen eingesetzt werden, arbeitet mit einem Gitter, das mit Dutzenden von Phiolen beladen wird. Jede Phiole enthält genau die gleiche Menge an Flüssigkeit; dies ergibt bei einer gegebenen Konzentration eine genaue Menge (mg) an Pulver. Die Phiolen werden nach der Behandlung mit einem Stopfen verschlossen. Vor Gebrauch wird eine isotonische Flüssigkeit in die Phiole injiziert, um eine gebrauchsfertige aktive Lösung für Injektionen vor Ort zu erhalten. Hier ist die aktive Gefriertrocknung eine Alternative.

Kenngrößen, die den Gefrier-trocknungsprozess beeinflussen

Verschiedene Kenngrößen beeinflussen den Lyophilisationsprozess. Aufgrund des niedrigen Drucks sind die zu entfernenden Volumina enorm groß. Bei atmosphärischem Druck benötigt 1 kg Wasser rund 1,7 m3; dies entspricht bei 0,1 mbar Druck 11000 m3.

Wenn also sehr niedrige Drücke erforderlich sind, werden große Vakuumpumpen benötigt, oder es wird ein Eiskondensator eingefügt, um die installierte Vakuumkapazität zu reduzieren. Darüber hinaus kann der Durchmesser der Rohrleitungen – aufgrund des großen Dampfvolumenstroms – eine Einschränkung darstellen. Ein weiterer Standardaspekt ist der Grenzwert der Wärmeübertragung.
Bei dem aktiven Gefriertrockner, der nicht für Phiolen geeignet ist, geeignet ist, wurde die Wärmeübertragungskapazität so stark vergrößert, dass dies – im Gegensatz zu Schalen-Gefriertrocknern – normalerweise keinen limitierenden Faktor mehr darstellt. Folglich bietet das aktive Gefriertrocknungssystem maximale Drücke, die natürlich grundsätzlich auf 6 mbar begrenzt sind, und zeichnet sich damit durch wesentlich kürzere Trocknungszeiten aus.
Da in dem aktiven Gefriertrocknungssystem – wiederum im Gegensatz zum Schalen-Lyophilisator – alle Produktionsprozesse innerhalb der Anlage stattfinden, wird das Endprodukt direkt als Feinpulver geliefert. Eine Weiterverarbeitung, wie zum Beispiel durch Mahlen oder Sichten, ist darum nicht erforderlich. Das Ergebnis dieser Funktion ist nicht nur ein deutlich geringerer Handlingaufwand, sondern es besteht auch ein nur verschwindend geringes Kontaminationsrisiko; dies stellt möglicherweise einen noch größeren Vorteil dar.
Ein weiterer interessanter Vorzug der Methode des aktiven Gefriertrocknens ist das Verbessern der Produktqualität. Dies gilt für sämtliche Produktmerkmale, wie beispielsweise PSD, Farbe, Geschmack, Redispergierbarkeit, Überlebensrate, Ausbeute etc.

Anwendungen der aktivenGefriertrocknung

Die aktive Gefriertrocknung ist für eine Vielzahl von Anwendungen geeignet. Allerdings gibt es auch einige Einschränkungen:Sie lässt sich nicht anwenden bei der Gefriertrocknung von Materialien in Phiolen. Eine weitere Einschränkung ist möglicherweise ein hoher Zuckergehalt. Hier könnte die Reduzierung des Dreiphasenpunkts und des eutektischen Punkts Probleme bereiten. Die aktive Gefriertrocknung findet im Pharmabereich bei allen Arten von Wirkstoffen, Proteinen, Peptiden, Gelierstoffen, Lipiden und bakteriellen Kulturen Verwendung. Es besteht sogar ein Potenzial für (aktive) Nanomaterialien für pharmazeutische Anwendungen. Im Lebensmittelbereich wird die aktive Gefriertrocknung bisher erfolgreich beim Trocknen von Extrakten, Milchderivaten, bakteriellen Kulturen, Enzymen, Hefe und sogar Suppen eingesetzt.

 

Der aktive Gefriertrockner zeichnet sich aus durch maximale Drücke und wesentlich kürzere Trocknungszeiten

Heftausgabe: November 2009
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Dr. Roland Wiersinga , Product Manager New Developments, Hosokawa Micron

Über den Autor

Dr. Roland Wiersinga , Product Manager New Developments, Hosokawa Micron

Dr. Roland Wiersinga , Product Manager New Developments, Hosokawa Micron

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