Введение к работе
Актуальность работы. В настоящее время в связи с переходом на GMP-стандарты ведутся разработки новых альтернативных способов сушки, отвечающих таким критериям, как высокая степень чистоты, непрерывность и автоматизация процесса, возможность совмещения нескольких стадий процесса в одном аппарате, контроль качества продукта в течение всего процесса. Однако, сегодня в химико-фармацевтической отрасли для сушки термолабильных, легкоокисляющихся, нестабильных в жидком состоянии препаратов широко применяется сублимационная сушка, которая имеет ряд недостатков, наиболее значимые из которых: высокие капитальные и эксплутационные затраты, длительность и периодичность процесса, трудность автоматизации процесса и контроля качества продукта непосредственно в течение процесса сушки, необходимость измельчения продукта после сушки, что повышает риск загрязнения препарата.
Предлагаемый в работе способ распылительной сушки пробиотиков, рассмотренный на примере сушки биосуспензии бифидобактерий, выступает в качестве альтернативы классическому сублимационному обезвоживанию в вакууме, обеспечивая интенсивный тепло- и массоперенос, переход на непрерывный процесс, получение качественного мелкодисперсного продукта, не требующего дальнейшего измельчения, снижение эксплутационных затрат.
Живые микроорганизмы относятся к числу наиболее сложных гетерогенных объектов сушки, особенности тепломассопереноса в которых обусловлены не только структурно-механическими свойствами материала и технологическими параметрами ведения процесса, но и влиянием комплекса физико-химических и биохимических превращений, сопутствующих процессу сушки. Поскольку все параметры внутренне взаимосвязаны, то разработка новой технологии сушки представляет собой многопараметрическую задачу, решение которой актуально.
В соответствии с заданием Министерства образования и науки РФ в рамках Российско-Польского проекта ПС № 41.700.12.0075 (2005-2007)'.
1 Экспериментальные и аналитические исследования процесса распылительной сушки в аппарате
промышленного масштаба проводились на базе Политехнического университета г. Лодзь под руководством
проф. И. Сбичинского ~
БИБЛИОТЕКv
С-Петербург
Цель работы заключается в разработке технологии распылительной сушки для получения непрерывным способом фармацевтических порошков, содержащих живую клеточную культуру бифидобактерий и моделировании данного процесса. Для достижения указанной цели были поставлены и решены следующие научно-технические задачи:
исследования биосуспензии бифодобактерий как объекта сушки, которые включали анализ термолабильности материала, изучение кинетики сушки, определение основных физико-химических параметров;
исследование распылительной сушки биосуспензии на лабораторной установке с последующим комплексным анализом ключевых характеристик сухого продукта и выявление влияния параметров ведения процесса на качество сухого продукта;
исследование гидродинамики и теплообмена в распылительной сушилке промышленного масштаба;
разработка математической модели для описания распылительной сушки суспензии, содержащей живую клеточную культуру;
разработка программного обеспечения для расчета параметров газовой и дисперсной фаз по высоте и ширине аппарата и проверка адекватности математической модели;
масштабирование изучаемого процесса сушки пробиотиков и расчет
распылительной колонны производительностью 4.5 кг/ч по влажному
материалу.
Научная новизна. Показана и экспериментально обоснована возможность непрерывного производства сухого продукта с высоким содержанием жизнеспособных клеток бифидобактерий методом распылительной сушки.
Разработана математическая модель распылительной сушки на основе положений механики гетерогенных сред и неравновесной термодинамики. Математическая модель позволяет исследовать гидродинамику, температурные режимы и рассчитать параметры газовой и дисперсной фаз по высоте и радиусу аппарата, определить процент гибели клеток в результате теплового и осмотического шока.
Предложена методика расчета параметров проведения процесса сушки биосуспензии, содержащей живую клеточную культуры, что позволило
провести системный анализ жизнеспособности клеток от уровня капли до уровня аппарата и дать рекомендации по созданию энерго- и ресурсосберегающей непрерывной технологии получения фармацевтических порошков, содержащих живую клеточную культуру.
Практическая ценность. Проведен комплекс экспериментальных и аналитических исследований, который позволил выявить закономерности влияния параметров процесса и состава биосупензии на кинетику сушки, выживаемость микроорганизмов и качество получаемых продуктов.
Совместно с польскими коллегами проведены экспериментальные исследования процесса распылительной сушки в аппарате промышленного масштаба и получены данные о гидродинамике, тепло- и массообмене.
На основе математического описания распылительной сушки разработано программное обеспечение, которое позволяет рассчитать процесс сушки при варьируемых параметрах сушильного агента для различных конструкций аппаратов, а также подобрать режимы, обеспечивающие получение сухого продукта с высоким содержанием жизнеспосоебных клеток.
Проведены расчет распылительной колонны (производительностью 4.5 кг/ч по влажному материалу) и сравнение энергетической эффективности процесса распылительной сушки относительно вакуумной сублимационной сушки в полочных сушилках.
Апробация. Основные результаты диссертационной работы были доложены на. Зсм Международном конгрессе «Биотехнология: состояние и перспективы развития», Москва, 2005 г.; 70М Мировом конгрессе по химической технологии «WCCE-2005», Глазго, 2005 г.; 1 Международном симпозиуме молодых ученых по химии и химической технологии «МКХТ-2005», Москва, 2005 г.; 28оП Международной выставке-конгрессе по химической технологии, защите окружающей среды и биотехнологии «АСНЕМА-2006», Франкфурт-на-Майне, 2006 г.; 1704 Международном конгрессе по химической технологии, «CHISA-2006», Прага, 2006 г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 печатных работ.
Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения,
4 глав, заключения, списка использованной литературы из наименований.
Общий объем работы составляет страниц печатного текста.
