Эффективная альтернатива лиофилизации

Несмотря на то, что лиофильная сушка – основной метод получения культур заквасок и пробиотиков, он имеет существенные недостатки в виде длительности процесса и крайне высокого потреблении энергии. Кроме этого, многие бактери­альные культуры непригодны для приготовления лиофилизата из-за неустойчивости при температурах ниже 0 °С. Для ускоре­ния процесса сушки и снижения потребления энергоресурсов специалисты из Технического университета Мюнхена провели исследования процесса сушки бактериальной массы без замораживания, в мягких условиях, используя универсальный ва­куумный сушильный шкаф Memmert VO.

Новые технологические решения в производстве пробиотиков

Потребительский спрос на натуральные средства для укрепления иммунитета, как и на средства для снижения уров­ня холестерина, ежегодно растет вместе с рынком функцио­нального питания в целом. Добавки, содержащие бактерии, способствующие развитию иммунитета и предотвращению дисбактериоза кишечника, – один из наиболее востребован­ных видов биологических добавок, называемых пробиотиками.

Преобладающей микрофлорой желудочно-кишечного тракта являются лакто- и бифидобактерии, которые и обеспе­чивают нормальное функционирование кишечника и оказыва­ют влияние на иммунную систему. Кроме этого, культуры этих бактерий используются в производстве колбас, молочных про­дуктов и хлебобулочных изделий для ферментации и стабили­зации продуктов. До упаковки в продуктах, содержащих пробиотики, продолжают протекать процессы, влияющие на их стабильность и жизнеспособность, так же как и в самих куль­турах, особенно если они были приготовлены высушиванием и хранятся в порошке.

Вакуумная сушка при температуре выше 0 °С

Обычно пробиотические бактериальные культу­ры и закваски предварительно замораживаются для предотвращения их порчи и последующего исполь­зования. Второй этап получения культуры – лиофили­зация, то есть высушивание в вакууме замороженной бактриальной массы. На практике подобный метод имеет два значительных недостатка. Во-первых, ли­офилизация требует значительных энергозатрат на сам процесс, и, во-вторых, некоторые бактерии мало­устойчивы при температурах ниже 0 °С. Доктор Петра Фёрст и профессор кафедры инжиниринга пищевых производств и технологии производства молочных продуктов Технического университета Мюнхена Уль­рих Кулозик разработали методику вакуумной суш­ки при температурах выше 0 °С (Low Temperature Vacuum Drying, LVTD) применительно к производственным процессам в пищевой промышленности.

Благодаря высушиванию культур в вакууме при температурах выше 0 °С большинство бактерий со­храняют жизнеспособность без изменений в своей клеточной структуре. Команда ученых из Фрайзин­га (Германия) в журнале Journal of Biotechnology опубликовала результаты работы с тремя бактериаль­ными линиями. Оптимальные условия высушивания зависят от конкретной культуры бактерии, например выход Lactobacillus bulgaricus после вакуумного высу­шивания при положительных температурах в 10 раз превышает аналогичный показатель после стандарт­ной лиофилизации. В исследовании установлено, что другие бактерии ведут себя в тех же условиях иначе, что подтверждается определением различий в жир­но-кислотном составе мембран исследуемых бакте­рий.

Экономическая эффективность вакуумной сушки

Инженер Симон Бауэр считает, что высушивание в вакууме при положительных температурах – пер­спективная технология, которая постепенно вытес­нит лиофилизацию. Помимо сохранения клеточной структуры исследуемых бактерий, такой метод позво­ляет экономить до 40% расходуемой энергии по срав­нению с лиофильной сушкой, где значительная часть электроэнергии тратится на замораживание. Более то­го, затраты на подобное оборудование ниже, процесс высушивания быстрее, а культуры, полученные таким способом, могут храниться дольше и при более высо­ких температурах.

Лабораторное применение вакуумных сушильных шкафов

Для проведения дальнейших исследований в Тех­ническом университете Мюнхена совместно с компа­нией Memmert был разработан вакуумный сушильный шкаф VO200. Целью экспериментов стало определе­ние наиболее эффективного сочетания температу­ры и давления при сушке в вакууме. Испытания куль­тур бактерий проводились в интервале температур от 0 °С до +35 °С и давлений от 10 до 30 мбар. Вакуумный сушильный шкаф оснащен программируемым циф­ровым контроллером, что позволяет задавать слож­ные профили давления и температуры, позволяющие без труда подобрать оптимальные условия для мак­симальной биологической активности и остаточной влажности конечного продукта. Датчик температуры, который можно разместить непосредственно в об­разце гарантирует точное документирование условий эксперимента.

Определение влажности готовых средств и субстанций

Фармацевтическая компания Farmacéutica Para­guaya (Fapasa) – крупнейший производитель лекарственных средств онкологического, урологического и гинекологического профилей. Помимо этого, значи­тельную часть ассортимента компании составляют безрецептурные болеутоляющие препараты и биоло­гически активные добавки в форме желатиновых кап­сул. В лаборатории компании применяется методика определения потери в массе при высушивании c по­мощью вакуумного сушильного шкафа VO Memmert в соответствии со стандартом USP 731 и содержания влаги в соответствии со стандартом USP 921. Из-за осо­бенностей сушки в конвекционном сушильном шкафу результаты могут быть занижены и выйти за пределы 13–16%, поэтому процесс проводят в вакуумном су­шильном шкафу.

Перспективы применения вакуумных сушильных шкафов в фармацевтической и пищевой промышленности

Вакуумные сушильные шкафы Memmert откры­вают новые возможности для применения в пище­вой и фармацевтической промышленности, например воздействие пониженного давления и температуры при испытании готовых продуктов, при их хранении и транспортировке. Компактные элементы Пельтье обеспечивают равномерное охлаждение, а система программирования сложных профилей давления и температуры позволяет высушивать даже самые чувствительные к изменениям внешней среды бактерии и вещества. Данные об установленных параметрах мо­гут храниться во встроенной памяти системы управле­ния шкафов VO, а могут быть переданы и обработаны с помощью программного обеспечения Celsuis на ПК, что позволяет максимально автоматизировать экспе­римент или производственный процесс.