Несмотря на то, что лиофильная сушка – основной метод получения культур заквасок и пробиотиков, он имеет существенные недостатки в виде длительности процесса и крайне высокого потреблении энергии. Кроме этого, многие бактериальные культуры непригодны для приготовления лиофилизата из-за неустойчивости при температурах ниже 0 °С. Для ускорения процесса сушки и снижения потребления энергоресурсов специалисты из Технического университета Мюнхена провели исследования процесса сушки бактериальной массы без замораживания, в мягких условиях, используя универсальный вакуумный сушильный шкаф Memmert VO.
Новые технологические решения в производстве пробиотиков
Потребительский спрос на натуральные средства для укрепления иммунитета, как и на средства для снижения уровня холестерина, ежегодно растет вместе с рынком функционального питания в целом. Добавки, содержащие бактерии, способствующие развитию иммунитета и предотвращению дисбактериоза кишечника, – один из наиболее востребованных видов биологических добавок, называемых пробиотиками.
Преобладающей микрофлорой желудочно-кишечного тракта являются лакто- и бифидобактерии, которые и обеспечивают нормальное функционирование кишечника и оказывают влияние на иммунную систему. Кроме этого, культуры этих бактерий используются в производстве колбас, молочных продуктов и хлебобулочных изделий для ферментации и стабилизации продуктов. До упаковки в продуктах, содержащих пробиотики, продолжают протекать процессы, влияющие на их стабильность и жизнеспособность, так же как и в самих культурах, особенно если они были приготовлены высушиванием и хранятся в порошке.
Вакуумная сушка при температуре выше 0 °С
Обычно пробиотические бактериальные культуры и закваски предварительно замораживаются для предотвращения их порчи и последующего использования. Второй этап получения культуры – лиофилизация, то есть высушивание в вакууме замороженной бактриальной массы. На практике подобный метод имеет два значительных недостатка. Во-первых, лиофилизация требует значительных энергозатрат на сам процесс, и, во-вторых, некоторые бактерии малоустойчивы при температурах ниже 0 °С. Доктор Петра Фёрст и профессор кафедры инжиниринга пищевых производств и технологии производства молочных продуктов Технического университета Мюнхена Ульрих Кулозик разработали методику вакуумной сушки при температурах выше 0 °С (Low Temperature Vacuum Drying, LVTD) применительно к производственным процессам в пищевой промышленности.
Благодаря высушиванию культур в вакууме при температурах выше 0 °С большинство бактерий сохраняют жизнеспособность без изменений в своей клеточной структуре. Команда ученых из Фрайзинга (Германия) в журнале Journal of Biotechnology опубликовала результаты работы с тремя бактериальными линиями. Оптимальные условия высушивания зависят от конкретной культуры бактерии, например выход Lactobacillus bulgaricus после вакуумного высушивания при положительных температурах в 10 раз превышает аналогичный показатель после стандартной лиофилизации. В исследовании установлено, что другие бактерии ведут себя в тех же условиях иначе, что подтверждается определением различий в жирно-кислотном составе мембран исследуемых бактерий.
Экономическая эффективность вакуумной сушки
Инженер Симон Бауэр считает, что высушивание в вакууме при положительных температурах – перспективная технология, которая постепенно вытеснит лиофилизацию. Помимо сохранения клеточной структуры исследуемых бактерий, такой метод позволяет экономить до 40% расходуемой энергии по сравнению с лиофильной сушкой, где значительная часть электроэнергии тратится на замораживание. Более того, затраты на подобное оборудование ниже, процесс высушивания быстрее, а культуры, полученные таким способом, могут храниться дольше и при более высоких температурах.
Лабораторное применение вакуумных сушильных шкафов
Для проведения дальнейших исследований в Техническом университете Мюнхена совместно с компанией Memmert был разработан вакуумный сушильный шкаф VO200. Целью экспериментов стало определение наиболее эффективного сочетания температуры и давления при сушке в вакууме. Испытания культур бактерий проводились в интервале температур от 0 °С до +35 °С и давлений от 10 до 30 мбар. Вакуумный сушильный шкаф оснащен программируемым цифровым контроллером, что позволяет задавать сложные профили давления и температуры, позволяющие без труда подобрать оптимальные условия для максимальной биологической активности и остаточной влажности конечного продукта. Датчик температуры, который можно разместить непосредственно в образце гарантирует точное документирование условий эксперимента.
Определение влажности готовых средств и субстанций
Фармацевтическая компания Farmacéutica Paraguaya (Fapasa) – крупнейший производитель лекарственных средств онкологического, урологического и гинекологического профилей. Помимо этого, значительную часть ассортимента компании составляют безрецептурные болеутоляющие препараты и биологически активные добавки в форме желатиновых капсул. В лаборатории компании применяется методика определения потери в массе при высушивании c помощью вакуумного сушильного шкафа VO Memmert в соответствии со стандартом USP 731 и содержания влаги в соответствии со стандартом USP 921. Из-за особенностей сушки в конвекционном сушильном шкафу результаты могут быть занижены и выйти за пределы 13–16%, поэтому процесс проводят в вакуумном сушильном шкафу.
Перспективы применения вакуумных сушильных шкафов в фармацевтической и пищевой промышленности
Вакуумные сушильные шкафы Memmert открывают новые возможности для применения в пищевой и фармацевтической промышленности, например воздействие пониженного давления и температуры при испытании готовых продуктов, при их хранении и транспортировке. Компактные элементы Пельтье обеспечивают равномерное охлаждение, а система программирования сложных профилей давления и температуры позволяет высушивать даже самые чувствительные к изменениям внешней среды бактерии и вещества. Данные об установленных параметрах могут храниться во встроенной памяти системы управления шкафов VO, а могут быть переданы и обработаны с помощью программного обеспечения Celsuis на ПК, что позволяет максимально автоматизировать эксперимент или производственный процесс.