инженер-химик.рф

Информационный портал для химиков


Лиофилизация микробилогических препаратов

ЛИОФИЛИЗАЦИЯ (от греч. lyo — растворяю и phileo — люблю), лиофильная сушка, сублимационная сушка, метод высушивания биологических объектов и пищевых продуктов в замороженном состоянии под вакуумом. При этом вода удаляется из замороженного материала путём испарения льда, минуя жидкую фазу. Лиофилизация (сублимация) широко применяется в ветеринарной, медицинской, биологической практике и пищевой промышленности для длительного сохранения бактерий, вирусов, грибов, диагностических и лечебных биопрепаратов, животных и растительных тканей, продуктов. При лиофилизации вода из объектов удаляется без нарушения нативной структуры белков; в препаратах резко замедляются или прекращаются биохимические реакции, в результате чего они становятся более устойчивыми к факторам внешнего воздействия и сохраняют первоначальные свойства в течение длительного периода хранения.

 

Для консервирования целого ряда биологических объектов в настоящее время широкое распространение получил метод лиофильного высушивания, который позволяет сохранять диагностические и лечебные сыворотки и другие биопрепараты в течение длительного времени. Его отличительная особенность состоит в том, что высушивание происходит из замороженного состояния путем сублимации льда из материала в вакууме. Низкая температура, при которой длительное время находится высушиваемый материал, предохраняет белки от денатурирующего действия повышенных концентраций электролитов, создающихся в результате удаления воды.

Лиофилизация медицинских и биологических препаратов проводится в стеклянных флаконах, ампулах и противнях. Для обеспечения оптимальных условий замораживания и последующего высушивания температура замораживания должна соответствовать эвтектической температуре раствора, при которой раствор полностью замерзает и отношение поверхности к объему замороженного препарата будет максимальным, что обеспечит наибольшую поверхность сублимации при минимальной толщине слоя.

Как известно, лиофилизированные препараты, в отличие от высушенных обычным образом из жидкого состояния, почти не изменяют свой первоначальный объем, а при соприкосновении с водой сравнительно быстро растворяются. В растворах белков, коллоидов и других гидрофильных веществ содержится два вида воды — свободная и связанная. Свободная вода замерзает при температуре несколько ниже 0°, она связана с полярными группами молекул белка менее прочными адсорбционными силами (Г. Б. Булл, 1949). Испарение свободной воды происходит за счет сублимации льда и начинается с поверхности материала, затем распространяется на участки, прилегающие к стенкам ампул, и далее на более глубоколежащие слои замороженной массы. Связанная вода характеризуется несколько иными свойствами. Она обладает большей плотностью в силу прочного притяжения молекул воды отрицательно заряженными группами белковой молекулы (Б. И. Бланков, Д. Л. Клебанов, 1961), не является растворителем и замерзает при температурах значительно ниже 0: при —20 —40° (М. Polangi, 1920; I. Iones, 1932). Связанная вода удаляется из всей толщи материала, уже освободившегося ото льда, обычным испарением в вакууме, для чего требуется значительное количество тепла.

Благодаря качественно различному характеру связи влаги с материалом, процесс лиофилизации состоит из двух периодов: периода удаления свободной воды, или сублимации, и периода удаления связанной воды, или испарения остаточной влаги (Е. Flosdorf, 1949; С. Г. Колесов, 1952; М. Я. Броун, 1954; К. Е. Долинов, 1955; М. И. Верба, 1956; S. Chiba с соавт., 195S; L. Stephenson, 1960; Б. И. Бланков и Д. Л. Клебанов, 1960; Т. Nei, 1960, 1962; М. Deconski, 1961).

В первый период высушивания удаляется основная масса (92—98%) влаги.

Продолжительность периода сублимации находится в обратно пропорциональной зависимости от интенсивности теплопровода и глубины вакуума. Однако количество тепла, подаваемого к биологическому материалу в период сублимации, не должно превышать расход этого тепла на сублимацию. Избыточное тепло может вызвать оттаивание материала и ухудшение его специфических свойств.

G. Scott (1944) получил хорошие результаты, лиофилизируя ткани при температуре —32,5°, а К. Е. Долинов (1960) рекомендует проводить высушивание живых вакцин при температуре сублимации —25 —30°. Второй период лиофилизации идет по типу обычного высушивания в вакууме. Свободная вода в материале отсутствует, и обезвоживание продолжается за счет удаления связанной воды из пористой массы сухого вещества. Этот период продолжается длительное время, необходимое для получения низкой остаточной влажности в биологическом материале (2,5—3%).

К концу второго периода температура материала повышается и достигает приблизительно температуры окружающей среды (Э. И. Гуйго, 1955).

Внимание многих исследователей было направлено на сокращение длительности периода удаления остаточной влаги за счет повышения конечной температуры подогрева в сушильной камере. В этом вопросе мнения ряда авторов расходятся. Так, Г. Чижов (1948) и Н. Н. Титов (1945) считают, что в конце высушивания температуру материала можно поднять до 50° без ущерба для биологической активности, а С. Chojnowski, I. Chojnowska (1959), С. Г. Колесов (1959) рекомендуют конечную температуру подогрева 25—30°.

В процессе лиофилизации вирулентных штаммов микроорганизмов, живых вакцин и диагностикумов возможна контаминация сушильных аппаратов, поэтому их необходимо периодически дезинфицировать парами формальдегида, спиртом и другими средствами.

Комментирование закрыто.