Lyophilisation
La lyophilisation est souvent le procédé privilégié lorsqu’une dessiccation douce de protéines ou de vaccins est nécessaire. Presque tous les fruits sont lyophilisables. L’azote liquide est de préférence employé en tant qu’agent réfrigérant afin de protéger l’environnement et réduire le potentiel de réchauffement planétaire (réfrigérant GWP).
- Principes de base de la lyophilisation
- Que se passe-t-il pendant la sublimation de l’eau ?
- Avantages de la lyophilisation à l’azote liquide
- Protégez le climat avec l’azote réfrigérant : un procédé respectueux de l’environnement
- Lyophilisez vous-même vos produits : procédez à une dessiccation rapide dans le confort de votre maison.
Principes de base de la lyophilisation
Dans la lyophilisation, l’eau est éliminée du produit par sublimation ou, à défaut, en utilisant un autre solvant congelé. Puis, les molécules d’eau encore liées sont éliminées par diffusion et désorption.
La lyophilisation est également connue sous l’ancien synonyme de cryodessiccation. Lorsqu’une lyophilisation est parfaitement contrôlée, la température du produit est maintenue à un bas niveau constant tout au long du processus. La variations structurelles peuvent ainsi être évitées dans la matrice du produit séché, car elles pourraient avoir un effet négatif sur l’aspect et les propriétés de celui-ci.
Un procédé de lyophilisation se décompose en plusieurs étapes : Tout d’abord, l’échantillon est préparé. La formulation sous forme de solution ou de suspension est transférée dans le matériel de conditionnement approprié (flacons, bouteilles, plateaux, vrac). Puis, les échantillons sont chargés sur le lyophilisateur. La congélation a lieu sous pression atmosphérique. Le séchage primaire (sublimation de l’eau) a lieu sous vide. Le séchage secondaire (diffusion et désorption) est également effectué sous vide. Il peut être nécessaire d’introduire un gaz inerte et de sceller le produit sous vide partiel. Le produit peut ensuite être retiré. Une lyophilisation menée à terme présente de nombreux avantages :
- Durée de conservation prolongée
- Dessiccation douce
- Niveau acceptable d’ingrédients activables
- Reconstitution courte et complète
- Aspect attrayant
- Procédé respectueux de l’environnement
Avec un système de lyophilisation bien réglé, le procédé est reproductible de manière fiable selon les paramètres définis (température, pression et temps de séchage). Les principaux composants d’un lyophilisateur sont le circuit réfrigérant, le système de vide, le système de contrôle, la chambre du produit et le condenseur.
Le circuit réfrigérant refroidit le condenseur (de glace) à l’intérieur du lyophilisateur. Il peut également servir à réfrigérer les rayons en vue de congeler le produit. La pompe à vide est reliée au condenseur.
En collaboration avec des partenaires commerciaux de longue date, Air Liquide vous propose un service fiable pour réaliser une lyophilisation respectueuse de l’environnement.
Que se passe-t-il pendant la sublimation de l’eau ?
La sublimation de l’eau est le passage direct d’une substance de la phase solide à la phase gazeuse, sans passer par la phase liquide. La compréhension du contexte physique de la sublimation est fondamentale pour une application réussie de la lyophilisation. De faibles pressions sont nécessaires pour que la sublimation ait lieu. De l’énergie est nécessaire pour permettre la transition de phase. Cette énergie est introduite dans le système réfrigéré sous forme de chaleur pendant la lyophilisation. La sublimation au cours de la lyophilisation se déroule comme suit :
- Surgélation : le produit est entièrement congelé.
- Vide : un vide profond est ensuite appliqué, bien en dessous du point triple de l’eau.
- Dessiccation : de l’énergie calorifique est ajoutée en augmentant la température, ce qui sublime la glace.
Avantages de la lyophilisation à l’azote liquide
Air Liquide emploie l’azote liquide comme agent réfrigérant dans les systèmes de lyophilisation. L’azote liquide est une alternative écologique au refroidissement conventionnel aux fluorocarbures (HFC). Grâce à ce mode de réfrigération, le climat peut être protégé. Avec la lyophilisation à l’azote, toutes les exigences des bonnes pratiques de fabrication sont respectées en toute sécurité. Les protéines, céréales, fruits, etc. sont d’abord congelés de manière contrôlée. Puis, on leur fait subir une dessiccation douce. L’avantage de ce procédé est la rapidité du séchage. La température du condenseur est réglable individuellement et en continu de -50 à -100 °C.
Protégez le climat avec l’azote réfrigérant : un procédé respectueux de l’environnement
L’azote liquide employé en lyophilisation est produit de manière écologique dans des unités de séparation des gaz de l’air, dans lesquelles l’air aspiré est filtré et échauffé à environ 130 °C par compression. Avant la liquéfaction et la rectification, l’eau, le dioxyde de carbone et les hydrocarbures sont éliminés de l’air par tamisage moléculaire et congélation à environ -180 °C. L’azote liquide lui-même a une température d’ébullition de -195,79 °C (à 1,013 bar).
Principes de base pour la production d’azote liquide, également pour la lyophilisation :
Liquéfaction de l’air
L’air est d’abord débarrassé de la vapeur d’eau, de la poussière et du CO2 qu’il contient. Un compresseur est ensuite appliqué à l’air à une pression de 200 bar. L’air est ensuite détendu par une vanne d’étranglement ou une turbine. Sa température baisse d’environ 45 K pour atteindre environ -25 °C lors de la première étape. Cet air refroidi est ensuite réinjecté dans le compresseur via un échangeur de chaleur à contre-courant. Ainsi, l’air sert à refroidir encore l’air comprimé avant qu’il ne soit détendu. Ce processus abaisse progressivement la température de l’air à un niveau tel que la liquéfaction se produit à 20 bar.
Dans un récipient ouvert et sous pression atmosphérique, l’air liquéfié adopte une température d’environ -190 °C, soit 83 K. L’ébullition de l’air liquéfié maintient sa basse température et élimine sa chaleur de vaporisation. La quantité d’air de séparation est contrôlée du fait que la chaleur délivrée par conduction ou rayonnement est en équilibre avec la chaleur d’évaporation consommée. Suivait la taille et l’isolation du récipient, l’air liquéfié peut être conservé de plusieurs heures à plusieurs jours. Toutefois, l’air liquéfié ne doit jamais être stocké dans des récipients hermétiques, car la pression interne, qui augmente en raison du réchauffement progressif, les ferait éclater.
Fractionnement de l’air liquéfié
L’air liquéfié peut être subdivisé dans ses différents composants par fractionnement : Les différents points d’ébullition des différents composants de l’air sont exploités. Toutefois, les points d’ébullition de l’oxygène et de l’azote sont très proches. Une colonne de rectification est donc utilisée : l’air liquéfié descend à travers plusieurs plateaux de rectification à contre-courant du gaz ascendant. Il absorbe l’oxygène contenu dans le gaz et libère l’azote. Afin de protéger le climat, aucun agent réfrigérant nuisible à l’environnement n’est utilisé dans le processus de rectification. Ils sont remplacés par des réfrigérants PRG.
L’utilisation d’azote liquide pour la lyophilisation élimine le recours à des hydrofluorocarbures toxiques comme réfrigérants.
Lyophilisez vous-même vos produits : procédez à une dessiccation rapide dans le confort de votre maison.
Grâce à l’équipement Air Liquide et à un approvisionnement fiable en azote, vous pouvez facilement lyophiliser vous-même vos produits à la maison ou en laboratoire. Pour la lyophilisation sous vide, de petites unités de laboratoire sont proposées.
En général, il s’agit d’un dessiccateur muni d’un tuyau de raccordement pour bouteilles ou systèmes à piston (présentoir). Dans ce cas, le produit est généralement congelé en dehors de l’usine. Dans les lyophilisateurs multi-niveaux, le produit est placé sur des plateaux ou dans des flacons répartis sur des clayettes. Une autre classification courante est celle de la taille (capacité) et de l’application, c’est-à-dire les équipements de laboratoire pour la R&D, les installations pilotes pour le développement de processus, la capacité de mise à l’échelle, ainsi que les équipements de production. Les installations pilotes sont souvent utilisées pour le travail de développement de la formulation et les approches à petite échelle, en complément du déploiement à l’échelle et du développement de procédés.
