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liofilizacion de productos tecnicas...

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MODULO V LIOFILIZACIÓN

Mercedes Fernández Arévalo

LIOFILIZACIÓN: La ciencia del freeze-drying. PROCESO DE DESECACIÓN DONDE EL SOLVENTE (AGUA) ES CONGELADO Y ELIMINADO POSTERIORMENTE POR SUBLIMACIÓN EN AMBIENTE DE VACIO.

Freeze-drying es la eliminación completa del agua de un material sin producir ningún cambio ni en su estructura básica ni en su composición.

poco de historia LIOFILIZACIÓN: un un poco de historia LIOFILIZACIÓN DE PATATAS Incas en Peru (y actualmente): Eliminan la mayor cantidad de agua posible hasta obtener una pasta muy concentrada. Almacenan la pasta en lo más alto de las montañas. Aquí, las bajísimas temperaturas congelan el alimento y el agua del interior se evapora muy despacio a las bajas presiones del aire en esas altitudes. El producto obtenido (CHUNO), es un polvo fino que se puede almacenar durante más de 4 años.

poco de historia LIOFILIZACIÓN: un un poco de historia Freeze-drying se desarrolló comercialmente durante la II Guerra Mundial para preservar el plasma sanguíneo yy la la penicilina.

Desde los ‘60, la industria utiliza prácticamente prácticamente la misma tecnología para producir todo tipo de productos.

poco de historia LIOFILIZACIÓN: un un poco de historia

Sublimacion vs. Fusion

LIOFILIZACIÓN

VENTAJAS INCONVENIENTES

LIOFILIZACIÓN VENTAJAS • EMPLEO DE TEMPERATURAS MUY BAJAS, circunstancia que permite aumentar la estabilidad del producto y disminuir la pérdida de sustancias volátiles • PRODUCTO FINAL LIOFILIZADO, es decir, con alta porosidad, solubilidad rápida y completa y condiciones estériles • CONTENIDO FINAL DE HUMEDAD < 0.5 % • EMPLEO DE VACÍO: no existe oxidación

LIOFILIZACIÓN INCONVENIENTES • COSTE ELEVADO DE LOS EQUIPO (X3) • CONSUME ENERGÉTICO ELEVADO (X2) • PROCESO LARGO (24 h)

aplicaciones ... LIOFILIZACIÓN: algunas algunas aplicaciones ... ... en el campo farmaceutico

• Ciertos antibióticos, vacunas, plasma, hemoderivados, sueros, vitaminas , extractos, leche materna, etc., son mucho más estables durante su almacenamiento en formulaciones liofilizadas que en su estado natural.

aplicaciones ... LIOFILIZACIÓN: algunas algunas aplicaciones ... ... en el campo farmaceutico

La vacuna del sarampión es un ejemplo de vacuna liofilizada ampliamente utilizada.

aplicaciones ... LIOFILIZACIÓN: algunas algunas aplicaciones ... ... en el campo farmacéutico

Ratones genéticamente modificados por la inserción de una porción extra de DNA, utilizados en investigación biomédica ACTUALMENTE ESTAN LIOFILIZADOS

aplicaciones ... LIOFILIZACIÓN: algunas algunas aplicaciones ... ... en el campo farmacéutico

• Proyecto Genoma: péptidos, proteínas, DNA, ... (estabilidad)

•• Biofármacos: fármacos fármacos de origen biológico Muchas proteínas y pétidos presentan inestabilidad química y física, desnaturalizándose rápidadmente rápidadmente incluso a temperatura ambiente.. Muchos de los fármacos basados en este tipo de biomoléculas pueden pueden estabilizarse por liofilización.

aplicaciones ... LIOFILIZACIÓN: algunas algunas aplicaciones ... ... en el campo farmaceutico

Además de los cometados, existen otro tipo de moléculas que para su uso como fármaco requieren de una previa liofilización: Ej.:.: agentes quimioterapéuticos cisplatino y doxorubicina.

aplicaciones LIOFILIZACIÓN: algunas algunas aplicaciones ... en el campo farmaceutico

• La liofilización de microorganismos se hace actualmente de forma rutinaria ; muchos de ellos se mantienen en medios de cultivos para almacenarse y distribuirse en forma liofilizada.

aplicaciones LIOFILIZACIÓN: algunas algunas aplicaciones ... en el campo alimentario

• Mantienen intactas todas sus cualidades: forma, gusto, sabor, color y valores nutricionales, libre de aditivos y conservantes. • Tienen larga vida útil. • No necesitan demasiados cuidados de almacenamiento, solo requieren ser almacenados en un lugar fresco y seco. • De fácil aplicación. • Rehidratación instantánea. • Excelente microbiología.

aplicaciones LIOFILIZACIÓN: algunas algunas aplicaciones ... en el campo alimentario

YOGOURT EN POLVOS FRUTAS: Manzana, Damasco, Banana, Mora, Zarzamora, Arándano, Melón Cantaloupe, Cerezas, Limón, Mango, Naranja, Papaya, Ananá, Frambuesa, ... VEGETALES: Espárrago, Maíz, Zanahoria, Brócoli, Coliflor, Apio, Patata, Hongos, Aceituna, Espinaca, Pimientos, ... USOS: Mezclas secas (sopas deshidratadas, postres, comidas para microondas, etc ); Snacks ; Mezclas con cereales; Industrias de confitería, chocolates y golosinas (barras de cereal, galletitas, cremas, mousses, postres, etc))

aplicaciones LIOFILIZACIÓN: algunas algunas aplicaciones ... en el campo alimentario

VIDA UTIL Para frutas y verduras 12 meses en un lugar fresco y seco, aunque puede extenderse a 24 meses si son refrigerados. El resto de los productos tienen una vida útil de aproximadamente 6 meses en su envase original.

PRESENTACION: Polvo, Gránulos, Cubos, Slices, o Enteros

aplicaciones LIOFILIZACIÓN: algunas algunas aplicaciones ... en otros campos

INVESTIGACIÓN: Ej.: Microscopía de muestras húmedas, pueden distorsionarse debido a un secado por evaporación en condiciones normales. Estas distorsiones son debidas a las fuerzas de tensión superficial generadas durante todo el tiempo que dure la evaporación. Si la muestra es previamente liofilizada, la distorsión se reduce enormemente, generando resultados más fiables .

aplicaciones LIOFILIZACIÓN: algunas algunas aplicaciones ... en otros campos

Especialmente importante en SEM: en este caso , las muestras tiene que desecarse previamente y ser conductoras, porque la imagen se forma a través del uso de electrones y no de la luz luz. La liofilización ha permitido usar esta tecnología en campos de actuación muy ámplios.

LIOFILIZACIÓN CARACTERÍSTICAS DE LOS PRODUCTOS A LIOFILIZAR 

Productos inestables

 

Sustancias termolá biles Cuando se requieran condiciones de asepsia



Resoluci ón rápida y completa



Productos de elevado coste

LIOFILIZACIÓN TIPOS DE PRODUCTOS A LIOFILIZAR 

Materiales no vivientes tales como plasma sanguíneo, suero, soluciones de hormonas, productos farmacéuticos y alimentos ...



Transplantes quirúrgicos de especies tales como arterias, piel y huesos



Células vivas destinadas a permanecer en ese estado por largos períodos de tiempo. Ejemplos incluyen bacterias, virus y levaduras

LIOFILIZACIÓN:: Descripción Descripción del del proceso

CONGELACIÓN

DESECACIÓN PRIMARIA

DESECACIÓN SECUNDARIA

LIOFILIZACIÓN:: Descripción Descripción del del proceso

Diagrama de estado físico de agua

P

En los puntos de cada curva, el agua está en equilibrio en las dos fases.

P.T.

En el punto triple coexisten las tres fases.

4.6 mm

- 0.008 ºC

T

LIOFILIZACIÓN:: Descripción Descripción del del proceso

Diagrama de estado físico de agua

P CONGELAR POR DEBAJO DEL PUNTO TRIPLE

P.T .

¿ES ESTO SUFICIENTE?

4.6 mm

- 0.008 ºC

T

LIOFILIZACIÓN:: Descripción Descripción del del proceso

T

T Solución de NaCl

0 ºC

Sal sólida + Solución

Hielo + Solución

-21.5 ºC 100 % W 0 % NaCl

Hielo + sal sólida

23 % NaCl

100 % NaCl 0%W

PUNTO EUTÉCTICO

Temperatura mínima a la que congelan todos los componentes

LIOFILIZACIÓN:: Descripción Descripción del del proceso

T

TT

Solución de NaCl

0 ºC

Hielo + Solución -21.5 ºC 100 % W 0 % NaCl

Sal sólida + Solución

ENFRIAR POR DEBAJO DEL PUNTO EUTÉCTICO

Hielo + sal sólida 100 100 % % NaCl 0%W 23 % NaCl

Resistividad, A.T.D. …

ESQUEMA GENERAL DE UN LIOFILIZADOR CÁMARA DE LIOFILIZACIÓN

COMPRESOR

CONDENSADOR

T liof. > T cond.

Pv(s -g) > P liof .

BANDEJAS CALENTADAS

SERPENTÍN SERPENTÍN REFRIGERADO BOMBA DE VACÍO

P liof. > P cond. > Pv (T liof.)

LIOFILIZACIÓN: Etapas del proceso.  DISPOSICIÓN DEL MATERIAL: 1. GRANEL: Bandejas de acero inoxidable Fondo plano Capas finas (1.5 - 2 cm) 2. DOSIS UNITARIAS: Viales, ampollas, frascos (hemoderivados)

LIOFILIZACIÓN: Etapas del proceso. ± CONGELACIÓN: En congeladores independientes o en el propio liofilizador  OPERACIÓN CRÍTICA (cualidades producto final) 1. ESTÁTICA: Bandejas, viales 2. ROTACIÓ N: Frascos grandes (EN BANDA)  TEMPERATURA CONGELACIÓN (- 40 ºC - - 50 ºC )  VELOCIDAD DE CONGELACIÓN

OBJETIVO: Congelar el agua libre del producto VELOCIDAD VELOCIDAD DE DE CONGELACIÓN CONGELACIÓN Condiciona la estructura de la matriz congelada. LENTA CRISTALES MAYORES

RÁPIDA CRISTALES PEQUEÑOS

VELOCIDAD DE CONGELACIÓN

Condiciona la estructura de la matriz congelada.

CRISTALES MAYORES • Estructura porosa mayor • Menor resistencia al flujo del vapor de agua

CRISTALES PEQUEÑOS

• Menor duración de la desecación primaria

• Estructura porosa más fina

• Estructura menos resistente

• Mayor resistencia al flujo del vapor de agua • Mayor duración de la desecación primaria • Estructura más resistente

LIOFILIZACIÓN: Etapas del proceso.  DESECACIÓN PRIMARIA: SUBLIMACIÓN HIELO

VAPOR (PRESIÓN MUY REDUCIDA) BOMBA DE VACÍO APORTE DE CALOR (Resistencias eléctricas Fluido caliente)

• Velocidad de secado • Velocidad de calentamiento

LIOFILIZACIÓN: Etapas del proceso.  DESECACIÓN PRIMARIA: SUBLIMACIÓN P liof. > P cond. > Pv (T liof.)

Es necesario reducir la presión en el interior de la cámara y aplicar calor al producto (no subir la temperatura) para que se produzca la sublimación (proceso endotérmico ).

El vapor de agua que se origina se recoge en la superficie del CONDENSADOR. El condensador ha de tener suficiente superficie y capacidad de enfriamiento para condensar todo el agua que sublima a una temperatura inferior a la del producto. (Si la temperatura del condensador es superior a la del producto, el vapor de agua tenderá hacia éste y se parará el proceso de secado).

T liof. > T cond.

DIAGRAMA DE CONTROL T (ºC)

Temperatura de las bandejas

P P ((mm Hg)

40

500

Temperatura del producto

20

300

0

20

Presión

40 CONGELACIÓN

DESECACIÓN PRIMARIA

DESECACIÓN SECUNDARIA

100

LIOFILIZACIÓN: Etapas del proceso.  DESECACIÓN PRIMARIA: SUBLIMACIÓN CONTROLES • CONTROL de la velocidad de secado:: Si es demasiado rápido, el producto seco fluirá hacia el condensador escapando junto al vapor de agua. PÉRDIDA DE PRODUCTO POR ARRASTRE SUSTANCIAS DE CARGAS (sacarosa, manitol, glicina)

LIOFILIZACIÓN: Etapas del proceso.  DESECACIÓN PRIMARIA: SUBLIMACIÓN CONTROLES • CONTROL de la velocidad de calentamiento de las bandejas: Si se calienta demasiado rápidamente, el producto fundirá y a esas bajas presiones se producirá una ebullición (PUFFING). Consecuencia: cambios en las características físicas del producto, visualmente inaceptable y mucho más difícil de reconstituir. MIENTRAS EXISTA AGUA LIBRE CONGELADA, LA TEMPERATURA DEL PRODUCTO DEBE ESTAR POR DEBAJO DE SU PUNTO EUTÉCTICO.

DIAGRAMA DE CONTROL T (ºC)

Temperatura de las bandejas

P P (µm (µm Hg)

40

500

Temperatura del producto

20

300

0

20

Presión

40 CONGELACIÓN

DESECACIÓN PRIMARIA

DESECACIÓN SECUNDARIA

100

LIOFILIZACIÓN: Etapas del proceso.  DESECACIÓN PRIMARIA: SUBLIMACIÓN CONTROLES T (ºC)

Temperatura de las bandejas

P (µm Hg) Hg)

Temperatura del producto Presión CONGELACIÓN DESECACIÓN PRIMARIA PRIMARIA

DESECACIÓN SECUNDARIA

• Mientras dure la sublimación del agua congelada, el producto se mantendrá frío. • Por lo tanto, durante esta fase la T del producto deberá estar por debajo de la T de las bandejas, que está proporcionando el calor de sublimación.

LIOFILIZACIÓN: Etapas del proceso.  DESECACIÓN PRIMARIA: SUBLIMACIÓN CONTROLES T (ºC)

Temperatura de las bandejas

P (µm Hg) Hg)

Temperatura del producto Presión CONGELACIÓN DESECACIÓN PRIMARIA PRIMARIA

DESECACIÓN SECUNDARIA

• Al finalizar la desecación primaria, la T del producto subirá asintóticamente hacia la T de las bandejas. • Esto (y otros métodos) permite detectar el punto final de esta etapa.

LIOFILIZACIÓN: Etapas del proceso.  DESECACIÓN SECUNDARIA: DESORCIÓN (30 %) AGUA LIGADA (no congelable)

VAPOR

Productos cristalinos: % muy bajo Productos amorfos: % muy elevado

DURACIÓN de esta etapa HUMEDAD FINAL:...