Liofilizacja

Liofilizacja – suszenie sublimacyjne zamrożonych substancji. W metodzie tej rozpuszczalnik jest usuwany w obniżonej temperaturze i pod zmniejszonym ciśnieniem. Umożliwia suszenie produktów termolabilnych (nieodpornych na ogrzewanie).

Liofilizację w technologii żywności zastosowano po raz pierwszy w trakcie II wojny światowej na zlecenie rządu Stanów Zjednoczonych w celu wyprodukowania dla wojska racji żywności o niewielkiej wadze.

Preparaty zliofilizowane (liofilizaty) uzyskuje się w formie bezpostaciowych proszków lub grudek o rozwiniętej (tzn. dużej) powierzchni, co sprawia, że rozpuszczają się szybciej niż preparaty krystaliczne lub szkliste. Mogą być higroskopijne.

Zastosowanie

Liofilizację stosuje się w:

laboratoriach i zakładach chemicznych, biochemicznych, biologii molekularnej, biotechnologicznych itp. do zagęszczania i suszenia związków termolabilnych, takich jak białka, kwasy nukleinowe, pochodne nukleozydów, leków i in.
laboratoriach i zakładach farmaceutycznych do zagęszczania i suszenia substancji,
technologii żywności do produkcji żywności liofilizowanej,
konserwacji drewnianych zabytków, pochodzących z mokrych stanowisk archeologicznych,
osuszaniu zalanych i zawilgoconych zbiorów bibliotecznych.

Prowadzenie liofilizacji

Wykres fazowy przedstawiający trzy metody suszenia: zwykłe suszenie (zielona strzałka), liofilizację (niebieska) i suszenie nadkrytyczne (czerwona)

W procesie liofilizacji należy najpierw zamrozić preparat, który chcemy pozbawić wody. W laboratoriach do zamrażania preparatów stosuje się zwykle ciekły azot lub mieszaniny chłodzące (np. suchy lód z etanolem). Zamrożony preparat wprowadza się do próżni (zwykle ciśnienie poniżej 10 Pa), która jest niezbędna do zapewnienia odpowiedniej szybkości sublimacji rozpuszczalnika. Liofilizację przeprowadza się w liofilizatorach.

Do liofilizacji stosuje się zazwyczaj rozpuszczalniki o stosunkowo wysokiej temperaturze topnienia, np. wodę^[1] (temperatura topnienia 0 °C), benzen^[2] (5,5 °C) i dioksan^[3] (12 °C), rzadziej acetonitryl^[4] (−45 °C) lub pirydynę^[5] (−42 °C).

Podczas liofilizacji sublimujące cząsteczki rozpuszczalnika potrzebują energii żeby przejść w stan gazowy (ciepło sublimacji, równe sumie ciepła topnienia i parowania). Pobieranie energii przez te cząsteczki powoduje obniżanie temperatury liofilizowanego preparatu, dzięki czemu liofilizowany preparat może pozostać w stanie zestalonym bez zewnętrznego chłodzenia. W celu utrzymania preparatu w stanie zamrożonym i uzyskania pożądanej szybkości suszenia, do preparatu należy doprowadzać ciepło w ilości zależnej od parametrów procesu (np. ciśnienie i wydajność pompy próżniowej, opory przepływu gazu, rodzaj rozpuszczalnika, powierzchnia i objętość preparatu, powierzchnia naczynia). W przypadku liofilizacji laboratoryjnej w kolbach zazwyczaj wykorzystuje się w tym celu ciepło otoczenia, pozostawiając naczynie w temperaturze pokojowej na powietrzu.

Liofilizator

Liofilizator jest urządzeniem służącym do prowadzenia procesu liofilizacji. Liofilizator jest zbudowany z pompy próżniowej, urządzenia usuwającego pary rozpuszczalnika (zwykle wymrażacz) oraz komór i naczyń, w których umieszcza się suszone preparaty.

Do budowy liofilizatorów stosuje się najczęściej olejowe pompy próżniowe obniżające ciśnienie wewnątrz liofilizatora poniżej 10 Pa. Pompy próżniowe stosowane w liofilizatorach są zwykle wrażliwe na parę wodną i opary rozpuszczalników organicznych.

Liofilizatory są wyposażone w zawory i złącza pozwalające przyłączać różnego rodzaju naczynia i komory, w których umieszcza się suszone preparaty.

W laboratoriach liofilizację przeprowadza się najczęściej w kubkach wykonanych ze szkła boro-krzemianowego odpornych na nagłe zmiany temperatury (np. podczas zamrażania preparatów) oraz naprężenia (powodowane przez różnice ciśnienia w środku i na zewnątrz naczynia).

Liofilizatory laboratoryjne są produkowane w wersjach wolno stojących i stawianych na blacie. Produkowane modele różnią się przede wszystkim pojemnością wymrażacza (zwykle w zakresie od 1 do 20 litrów lodu) oraz temperaturą jego pracy. Najczęściej stosowane są wymrażacze pracujące w temperaturze −50 lub −85 °C. Do liofilizacji próbek zawierających rozpuszczalniki o bardzo niskiej temperaturze wrzenia stosuje się wymrażacze o temperaturze −120 °C.

Zobacz też

instantyzacja

Przypisy

↑ L.L. Wachter L.L., J.A.J.A. Jablonski J.A.J.A., K.L.K.L. Ramachandran K.L.K.L., A simple and efficient procedure for the synthesis of 5′-aminoalkyl oligodeoxynucleotides, „Nucleic Acids Research”, 14 (20), 1986, s. 7985–7994, DOI: 10.1093/nar/14.20.7985, PMID: 3774550, PMCID: PMC311829 .
↑ A.A. Sobkowska A.A. i inni, Aryl H-Phosphonates. 6. Synthetic Studies on the Preparation of Nucleoside N-Alkyl-H-phosphonamidates, „Journal of Organic CHemistry”, 62 (14), 1997, s. 4791–4794, DOI: 10.1021/jo962224z .
↑ E.E. Leikauf E.E., F.F. Barnekow F.F., H.H. Köster H.H., Heterobifunctional trityl derivatives as linking reagents for the recovery of nucleic acids after labeling and immobilization, „Tetrahedron”, 51 (13), 1995, s. 3793–3802, DOI: 10.1016/0040-4020(95)00137-W .
↑ V.V. Usha V.V., P.L.P.L. Vijayammal P.L.P.L., P.A.P.A. Kurup P.A.P.A., Aortic/glycosaminoglycans alterations in antiatherogenic action of dietary fiber from unripe banana (Musa paradisiaca), „Indian Journal of Medical Research”, 94, 1991, s. 143–146, DOI: 10.1039/b517504f, PMID: 1652555 .
↑ G.M.G.M. Blackburn G.M.G.M., M.J.M.J. Brown M.J.M.J., M.R.M.R. Harris M.R.M.R., Synthetic studies of nucleic acids on polymer supports. I. Oligodeoxyribonucleotide synthesis on an insoluble polymer support, „Journal of the Chemical Society, Perkin Transactions 1”, 22, 1967, s. 2438–2442, DOI: 10.1039/J39670002438, PMID: 6070201 .

[Wachter-1986-1] L.L. Wachter L.L., J.A.J.A. Jablonski J.A.J.A., K.L.K.L. Ramachandran K.L.K.L., A simple and efficient procedure for the synthesis of 5′-aminoalkyl oligodeoxynucleotides, „Nucleic Acids Research”, 14 (20), 1986, s. 7985–7994, DOI: 10.1093/nar/14.20.7985, PMID: 3774550, PMCID: PMC311829 .

[2] A.A. Sobkowska A.A. i inni, Aryl H-Phosphonates. 6. Synthetic Studies on the Preparation of Nucleoside N-Alkyl-H-phosphonamidates, „Journal of Organic CHemistry”, 62 (14), 1997, s. 4791–4794, DOI: 10.1021/jo962224z .

[3] E.E. Leikauf E.E., F.F. Barnekow F.F., H.H. Köster H.H., Heterobifunctional trityl derivatives as linking reagents for the recovery of nucleic acids after labeling and immobilization, „Tetrahedron”, 51 (13), 1995, s. 3793–3802, DOI: 10.1016/0040-4020(95)00137-W .

[Usha-1991-4] V.V. Usha V.V., P.L.P.L. Vijayammal P.L.P.L., P.A.P.A. Kurup P.A.P.A., Aortic/glycosaminoglycans alterations in antiatherogenic action of dietary fiber from unripe banana (Musa paradisiaca), „Indian Journal of Medical Research”, 94, 1991, s. 143–146, DOI: 10.1039/b517504f, PMID: 1652555 .

[Blackburn-1967-5] G.M.G.M. Blackburn G.M.G.M., M.J.M.J. Brown M.J.M.J., M.R.M.R. Harris M.R.M.R., Synthetic studies of nucleic acids on polymer supports. I. Oligodeoxyribonucleotide synthesis on an insoluble polymer support, „Journal of the Chemical Society, Perkin Transactions 1”, 22, 1967, s. 2438–2442, DOI: 10.1039/J39670002438, PMID: 6070201 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]