Fremtiden for frysetørring
Frysetørring (lyophilization) har været brugt industrielt i årtier for at bevare fødevarer og biologiske materialer, men traditionelle bakke-type frysetørrere er langsomme og arbejdskrævende. En ny 'Active Freeze Tørring' proces lover at fjerne disse ulemper.
Fremtiden for frysetørring
Historien om frysetørring går tilbage til de gamle inkaer, der bevarede kartofler og andre grøntsager blot ved at udsætte dem for luften. Lave vintertemperaturer vendte vandet i maden til is, som derefter fordampede i den meget tørre bjergluft. I 1930'erne blev industriel frysetørring udviklet som en måde at bevare overskydende kaffe i lande som Brasilien. Nescafé og andre berømte mærker blev grundlagt på dette tidspunkt, og instant kaffe er nu det mest kendte frysetørrede produkt. Under Anden Verdenskrig blev frysetørring også brugt til medicinske forsyninger i krigstid såsom penicillin og blodplasma. I de følgende årtier blev brugen af frysetørring udvidet til det punkt, hvor teknologien i dag anvendes til fremstilling af omkring 400 forskellige fødevarer og mange lægemidler.
Problemer med traditionel metode
Lige siden 1930'erne har industriel frysetørring afhang af en enkelt type udstyr: bakketypen frysetørrer. I en bakkefrysertørrer placeres det materiale, der skal tørres, på åbne bakker og understøttes på hylder udstyret med køle- og varmesystemer. Bakkerne er arrangeret i et kammer, der er forbundet til en vakuumpumpe.
For det første fryses materialet ved atmosfærisk tryk ved at sænke temperaturen på hylderne. Tørrekammeret evakueres derefter til et tryk, der typisk ligger i området 0,01-1 mbar. Skånsom varme, der påføres hylderne, får isen i produktet til at fordampe uden at passere gennem væskefasen (sublimt). Det dybe vakuum gør det muligt at finde sted ved temperaturen på -20C eller endnu lavere. Hvis det er nødvendigt, f.eks. hvis der anvendes organiske opløsningsmidler, genvindes opløsningsmidlet fra vakuumpumpens udstødning ved hjælp af en kondensator ved lav temperatur.
På trods af vellykket drift gennem mange årtier har bakkefrysningstørrere tre betydelige ulemper. For det første er lastning og losning arbejdskrævende, især da store enheder kan indeholde flere hundrede bakker. For det andet kræver den frysetørrede kage, der fjernes fra bakkerne, ofte slibning for at konvertere den til et fritflydende granulært produkt. For det tredje hindrer dannelsen af en 'hud' af tørret produkt på bakkens overflade passagen af damp, hvilket gør denne metode til frysetørring meget langsom.
Hold produktet i bevægelse
Hosokawa Micron B.V. har udviklet en hurtigere og mindre arbejdskrævende frysetørringsproces, der kan producere fritflydende pulvere fra et enkelt procesfartøj. Kendt som Active Freeze Drying-teknologi, bruger den nye proces kontinuerlig bevægelse til at forbedre masseoverførsel og dermed reducere behandlingstiden, samtidig med at behovet for at overføre produktet til og fra tørrebakker og downstream-størrelsesreduktionsenheder elimineres.
Med Active Freeze Drying fryses produktet først i et specialdesignet tørrekar udstyret med en omrører. Uanset om det materiale, der skal tørres, starter som et flydende, granulært fast stof eller pasta, sikrer den tvungne bevægelse inde i tørrebeholderen, at det fryser i form af fritflydende faste granulater. Størrelsen og formen af disse granulater kan justeres ved at ændre tørringskammerets geometri og omrørerens hastighed.
Når produktet er helt frosset, påføres vakuum og sublimering starter. Varme, der påføres karjakken, fordeles effektivt gennem produktet takket være omrørerens bevægelse. De oprindeligt grove granulater krymper gradvist, da isstrukturen, der forbinder det frosne materiale, sublimerer væk, hvilket giver et løst pulver bestående af tørre partikler.
Efterhånden som opløsningsmidlet forsvinder, begynder produkttemperaturen at stige, indtil det til sidst svarer til jakketemperaturen. Dette markerer afslutningen på tørringsprocessen, hvorefter alt materialet er blevet omdannet til et fint, fritflydende pulver. Når vakuumet er frigivet, åbnes kammeret, og det pulveriserede produkt kan udledes ved hjælp af omrøreren.
Bred anvendelse
De vigtigste anvendelser af aktiv frysetørring er i den farmaceutiske industri, såsom antibiotika og elektrolytter. Andre produkter, der typisk produceres ved frysetørring, omfatter proteiner, hormoner, vira, vacciner, bakterier, gær, blodserum, liposomer og transplantationsmaterialer som kollagensvamp. For alle disse materialer er frysetørring populær, fordi den bevarer produktstrukturen, kun kræver lave temperaturer og giver et slutprodukt, der er let at håndtere.
Et andet hurtigt voksende marked for aktiv frysetørring i større skala er i materialer, især til nanomaterialer. Dynamisk frysetørring af nanomaterialer, der produceres via våde processer, hjælper de ophængte partikler med at forblive adskilte under frysning såvel som tørring. Efterhånden som sublimeringen skrider frem, bliver partiklerne adskilt fra hinanden, men materialets kontinuerlige bevægelse fremkalder dannelsen af svage agglomerater. Produktet består af løst bundne enkelte partikler, der danner et fint sammenhængende pulver.
Aktive frysetørrerbatchvolumener kan spænde fra nogle få liter til laboratoriearbejde og mindre produktion op til bulktørringsapplikationer, der involverer hundredvis af liter. Uanset størrelsen er fordelene ved denne nye proces indlysende: hurtig tørring, enkel produkthåndtering og unik produktionskvalitet. I løbet af de sidste par år Har Hosokawa Micron udført et stort antal tests for kunder inden for forskellige anvendelsesområder. De testede materialer spænder fra almindelige lægemidler til insekter, nanomaterialer, bakterier, urter af høj værdi og andre sofistikerede fødevareingredienser. Fremtiden kan endda se en kontinuerlig version af processen, hvilket skaber endnu højere kapacitet til en given udstyrsvolumen.
