Objective informational resource
for pharmaceutical specialists

Pharmaceutical Industry Review, 2019, №2 (73) april

Сушка и стабилизация микроорганизмов с использованием псевдоожиженного слоя и струйного псевдоожижения

Высокотехнологичный процесс получения гранулята с равномерной структурой частиц методом распыления

В различных областях пищевой промышленности используют разные виды микроорганизмов, которые играют важную роль в производстве.

Польза пищевых продуктов, содержащих пробиотики, зависит как от вида используемых культур микроорганизмов, так и от количественного содержания таких живых микроорганизмов в продукте. Поэтому рецептура продукта должна обеспечивать сохранение пробиотиками способности к размножению на всех этапах – при изготовлении, хранении и вплоть до момента потребления продукта. Это позволяет, с одной стороны, максимально эффективно и бережно сохранить культуру микроорганизмов, а с другой – обеспечить их высвобождение в нужный момент.

Технология псевдоожиженного слоя, благодаря присущей ей уникальной организации потока частиц материала и термодинамическим характеристикам, имеет очень высокий потенциал реализации разнообразных схем тепло- и массообмена. Среди многочисленных вариантов ее использования – не только классические процессы сушки, но и гранулирование распылением, агломерация, а также нанесение покрытий на твердые частицы в целях придания им желательных свойств.

Процессы высушивания и стабилизации микроорганизмов для производства продуктов питания и биологически активных добавок – это один из многих примеров, иллюстрирующих тесную взаимосвязь процессов разработки рецептуры, создания технологии и проектирования оборудования.

Микроорганизмы выращивают в ходе ферментации, когда требуемая культура растет до получения желаемой концентрации (количества клеток) в жидкой среде. Образующуюся в результате суспензию затем высушивают до достижения необходимой стойкости при хранении, для чего нередко используют дорогостоящий и длительный процесс сублимационной сушки. Получаемые при этом формы продуктов по своей структуре часто не подходят для нанесения на них оболочки. Технологии обработки в псевдоожиженном слое и струйное псевдоожижение являются альтернативными методами, когда непосредственно из суспензии производятся сыпучие свободно дозируемые формы продуктов с заданной структурой частиц.

Процесс грануляции распылением предоставляет возможность непосредственно производить из суспензии компактные гранулы с гомогенной структурой частиц. Данная технология объединяет бережную сушку продукта и формирование частиц (рис. 1). Компактные частицы (гранулы) образуются в результате распыления содержащей твердые вещества жидкости с использованием псевдоожиженного слоя и струйного псевдоожижения. При этом растворитель (как правило, вода) испаряется, а рост частиц происходит из оставшегося твердого вещества. В промышленной практике данный метод называют грануляционной сушкой или выращиванием гранул.

Гранулы, образованные с помощью метода распыления, отличаются высокой плотностью и минимальной удельной поверхностью и поэтому подходят для нанесения ункциональных оболочек. Технология струйного псевдоожижения особенно хорошо подходит для распылительного гранулирования сред, содержащих культуры микроорганизмов. Этот процесс можно осуществлять непрерывно и с минимальной термической нагрузкой. Он запатентован компанией «Глатт» и является основой для разработки решений с учетом запросов клиентов.

Если требуется не компактный гранулят, а сыпучий продукт, обладающий оптимальной растворимостью или невысокой объемной плотностью, обработка в псевдоожиженном слое предоставляет возможность сушки суспензий. В ходе процесса агломерации (рис. 2) жидкость распыляется на псевдоожиженный слой частиц. В результате образования жидких мостиков между частицами и последующей сушки из мелкозернистого порошка возникает более крупный агломерат с новыми свойствами.

Это позволяет, в частности, включить микроорганизмы в форме суспензии в порошкообразные вспомогательные или защитные вещества (например, сухое молоко) и провести сушку образованного таким образом агломерата. В этом случае в порошок-носитель вводят микроорганизмы и обеспечивают оптимальную редиспергируемость. Структура получаемых таким образом частиц является пористой, менее компактной и механически стабильной по сравнению с гранулами, полученными методом распыления (рис. 3).

Столь же важным, как непосредственная сушка и стабилизация микроорганизмов, является обеспечение достаточной защиты культур от неблагоприятного влияния факторов окружающей среды, к которым очень чувствительны пробиотики. Необходимо сохранить жизнеспособность микроорганизмов (например, во время прохождения через желудок), а также обеспечить их высвобождение в месте назначения (например, в кишечнике), для чего широко используют нанесение функциональной оболочки в псевдоожиженной среде.

При этом жидкий материал оболочки, например, раствор или суспензию, распыляют на агломерат либо гранулят в псевдоожиженном слое. Как и при распылительной грануляции, растворитель (как правило, вода, а также органические растворители) испаряется в потоке подогретого технологического воздуха. Материал оболочки отлагается в плотной форме на частицах, покрывая их поверхность (рис. 4).