Dynamische Gefriertrocknung

Neue Dynamik in der Gefriertrocknung

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Statisch versus dynamisch

Durch den schnellen Einfrierschritt, welcher nach etwa einer Sekunde vollendet ist, ist das aus der konventionellen Gefriertrocknung bekannte Risiko der Gefrierkonzentration von Pufferlösungen (destabilisierend für Proteine) bzw. des Eiskristallwachstums (destabilisierend für Mikoorganismen oder Zellgewebe) auf ein Minimum reduziert. Ebenso kann die Häutchenbildung auf der Produktoberfläche durch den Einfriervorgang, der sich von außen nach innen vollzieht, nicht auftreten. Deshalb stehen hier freie, offene Poren zum Wasserdampftransport zur Verfügung.

Im Trocknungsschritt wandert die Eisfront von der Partikeloberfläche zum Zentrum des Partikels. Die Sekundärtrocknung, also die Wasserdesorption, beginnt deshalb bereits, nachdem die Eisfront die entsprechende Schicht im Partikel verlassen hat. Dies führt dazu, dass das Produkt bereits schon nach kurzer Zeit mit Trommeloberflächentemperaturen getrocknet werden darf, die sonst den Temperaturen in der Sekundärtrocknung entsprechen. Die Wärme wird hier direkt auf das Produkt übertragen und nicht wie in der konventionellen Gefriertrocknung durch den Boden des Vials bzw. durch empfindliche Produktschichten.

Der Wasserdampfwiderstand des bereits trockenen Produktkuchens macht etwa 80 Prozent des Gesamtwiderstandes aus. Die restlichen 20 Prozent entfallen etwa anteilig auf den Widerstand der Kammer und des Stopfens des Vials. Zwar muss auch in der dynamischen Gefriertrocknung der Wasserdampf trockene Produktschichten passieren. Diese sind jedoch durch die geringe Partikelgröße mit maximal 300 bis 500 Mikrometer deutlich geringer als bei der konventionellen Gefriertrocknung. Insofern muss hier ein besonderes Augenmerk auf das Design des Trockners selber gerichtet werden, da alle weiteren Limitierungen für den Wasserdampftransport wegfallen.

Im Vergleich zur konventionellen Gefriertrocknung steht zusätzlich ein deutlich größerer Anteil an Produktoberfläche für den Wärme- und Stoffaustausch zur Verfügung.

Prozesstechnisch führen diese Faktoren zu einer deutlich schnelleren Gefriertrocknung (etwa nur noch 50 Prozent der Zeit im Vergleich zu konventionellen Gefriertrocknungsprozessen).

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