DE102016215844B4

DE102016215844B4 - Method and apparatus for freeze drying

Info

Publication number: DE102016215844B4
Application number: DE102016215844.9A
Authority: DE
Inventors: Timo Heinz; Jens Philipp
Original assignee: OPTIMA pharma GmbH
Current assignee: OPTIMA pharma GmbH
Priority date: 2016-08-23
Filing date: 2016-08-23
Publication date: 2018-03-29
Anticipated expiration: 2036-08-24
Also published as: WO2018036861A1; PL3504496T3; SI3504496T1; ES2883334T3; EP3504496B1; DE102016215844A1; DK3504496T3; EP3504496A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gefriertrocknung von Produkten in einer Produktkammer (2), wobei die Produktkammer (2) mit einem Kondensator (3) über ein Ventil (4) verbunden ist, umfassend die Schritte:
a) Absenken des Drucks in der Produktkammer (2) und dem Kondensator (3) bei einer Temperatur, die unterhalb des Gefrierpunktes des Produkts liegt, bis ein definierter Druck erreicht wird, welcher unterhalb des Atmosphärendrucks und oberhalb eines produktspezifischen Keimbildungsdrucks, bei welchem eine Keimbildung einsetzt, liegt;
b) Schließen des Ventils (4) zwischen der Produktkammer (2) und dem Kondensator (3);
c) Beibehalten des Drucks in der Produktkammer (2) und weiteres Absenken des Drucks in dem Kondensator (3);
d) Öffnen des Ventils (4) zwischen der Produktkammer (2) und dem Kondensator (3) nach oder bei Erreichen des produktspezifischen Keimbildungsdrucks in dem Kondensator (3), sodass der Druck in der Produktkammer (2) auf einen Druck unterhalb des produktspezifischen Keimbildungsdrucks abgesenkt wird.
Die Erfindung betrifft weiter eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a process for the freeze-drying of products in a product chamber (2), wherein the product chamber (2) is connected to a condenser (3) via a valve (4), comprising the steps:
a) lowering the pressure in the product chamber (2) and the condenser (3) at a temperature below the freezing point of the product until a defined pressure is reached, which is below atmospheric pressure and above a product specific nucleation pressure at which nucleation uses, lies;
b) closing the valve (4) between the product chamber (2) and the condenser (3);
c) maintaining the pressure in the product chamber (2) and further lowering the pressure in the condenser (3);
d) opening the valve (4) between the product chamber (2) and the condenser (3) after or when the product-specific nucleation pressure in the condenser (3) is reached, so that the pressure in the product chamber (2) is at a pressure below the product-specific nucleation pressure is lowered.
The invention further relates to a device for carrying out the method.

Description

ANWENDUNGSGEBIET UND STAND DER TECHNIKAREA OF APPLICATION AND PRIOR ART

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Gefriertrocknung.The invention relates to a method and a device for freeze-drying.

Gefriertrocknung, auch als Lyophilisation oder Sublimationstrocknung bezeichnet, ist ein Verfahren zur schonenden Trocknung hochwertiger Produkte, insbesondere Pharmaprodukte oder Biotechprodukte, beispielsweise Impfstoffe, oder Lebensmittel, insbesondere zur Herstellung von Milchpulver.Freeze-drying, also referred to as lyophilization or sublimation drying, is a process for the gentle drying of high-quality products, in particular pharmaceutical products or biotech products, for example vaccines, or foods, in particular for the production of milk powder.

Als Produkt wird im Zusammenhang mit der Anmeldung jede Zubereitung bezeichnet, welche sich für die Gefriertrocknung eignet. Dabei handelt es sich insbesondere um flüssige oder halbfeste wässrige Zubereitungen, wie beispielsweise Lösungen, Emulsionen oder Suspensionen.In the context of the application, the product refers to any preparation which is suitable for freeze-drying. These are, in particular, liquid or semisolid aqueous preparations, such as, for example, solutions, emulsions or suspensions.

Die zu trocknenden Produkte werden in Behältnisse, wie kleine Fläschchen, sogenannte Vials, Injektionsflaschen oder andere gefüllt und in diesen getrocknet.The products to be dried are filled in containers, such as small vials, so-called vials, injection bottles or other and dried in these.

Bekannte Gefriertrocknungsanlagen umfassen eine Produktkammer, in welcher ein Kondensator angeordnet ist oder welche mit einem Kondensator verbunden ist. In der Produktkammer sind mehrere, übereinander angeordnete, beheiz- und kühlbare Stellplatten vorgesehen, auf welchen die Behältnisse, insbesondere die Vials, mit dem darin abgefüllten, zu trocknenden Produkt platziert werden,Known freeze-drying plants comprise a product chamber in which a condenser is arranged or which is connected to a condenser. In the product chamber a plurality of superimposed, heatable and coolable adjustable plates are provided, on which the containers, in particular the vials, are placed with the product to be dried, which is to be dried,

Vor dem eigentlichen Trocknungsvorgang erfolgt ein Abkühlen und Einfrieren des Produkts, wobei üblicherweise das Produkt auf eine bestimmte Gefriertemperatur abgekühlt wird und die Gefriertemperatur bis zum Einfrieren des Lösungsmittelanteils des Produkts beibehalten wird. Ein Einfrieren erfolgt üblicherweise bei Atmosphärendruck. Das Einfrieren wird auch als Kristallisation bezeichnet. Der Beginn des Einfrierens wird als Keimbildung oder Nukleation bezeichnet.Cooling and freezing of the product takes place prior to the actual drying operation, usually cooling the product to a certain freezing temperature and maintaining the freezing temperature until the solvent content of the product has been frozen. Freezing is usually carried out at atmospheric pressure. Freezing is also called crystallization. The beginning of freezing is called nucleation or nucleation.

Der auf das Einfrieren folgende Trocknungsvorgang kann in eine Primärtrocknung und eine Sekundärtrocknung unterteilt werden. Bei der Primärtrocknung wird ein Vakuum angelegt und das in dem Produkt enthaltene Lösungsmittel bei Temperaturen unter dem Gefrierpunkt sublimiert. Bei der Sekundärtrocknung wird stärker in dem Produkt gebundenes Lösungsmittel verdampft.The drying process following freezing can be divided into primary drying and secondary drying. In the primary drying, a vacuum is applied and the solvent contained in the product is sublimated at temperatures below freezing. In the secondary drying, more solvent bound in the product is evaporated.

Wie beispielsweise in der US 8 240 065 B2 beschrieben, hat eine Qualität der Keimbildung einen starken Einfluss auf die Qualität des durch die Gefriertrocknung erhaltenen Produkts. Gemäß der US 8240065 B2 ist zur Verbesserung der Keimbildung vorgeschlagen, dass zunächst eine Abkühlung auf eine Temperatur nahe oder unterhalb der Phasenübergangstemperatur erfolgt, wobei der Druck in der Produktkammer über dem Atmosphärendruck liegt. Beispielsweise erfolgt eine Abkühlung der Produkte bei einer Temperatur der Stellplatten von –7°C über einen Zeitraum von ca. 15 Minuten. Für die Keimbildung erfolgt dann eine rasche Druckabsenkung in der Produktkammer auf Atmosphärendruck. Dies wird beispielsweise durch Öffnen eines Ventils zu einem Kondensator erreicht. Anschließend werden für ein weiteres Einfrieren die Stellplatten auf eine Temperatur zwischen ca. –40°C und –45°C abgekühlt. An das Einfrieren schließt sich dann der eigentliche Trocknungsvorgang an.Such as in the US 8 240 065 B2 a quality of nucleation has a strong influence on the quality of the product obtained by the freeze-drying. According to the US 8240065 B2 In order to improve nucleation, it is proposed to first cool to a temperature near or below the phase transition temperature, with the pressure in the product chamber being above the atmospheric pressure. For example, a cooling of the products at a temperature of the panels of -7 ° C over a period of about 15 minutes. For nucleation is then a rapid pressure drop in the product chamber to atmospheric pressure. This is achieved, for example, by opening a valve to a condenser. Subsequently, for further freezing, the shelves are cooled to a temperature between about -40 ° C and -45 ° C. Freezing is then followed by the actual drying process.

Aus der DE 199 36 281 A1 ist ein vakuumindiziertes Einfrieren bekannt, wobei zunächst bei einer Temperatur in der Produktkammer, die oberhalb des Gefrierpunkts der Produkts liegt, ein Druck in der Produktkammer bis zum Einsetzen einer sichtbaren Kristallisation des Lösungsmittels abgesenkt wird. Die Temperatur der Stellplatten liegt dabei beispielsweise bei +10°C. In einem zweiten Schritt wird die Temperatur in der Trocknungskammer auf eine Temperatur abgesenkt, die unter dem Gefrierpunkt des Produkts liegt oder mit diesem identisch ist, bis zum Abschluss der Kristallisation des Lösungsmittels. In einem weiteren Schritt erfolgt eine Primärtrocknung durch Sublimation des Lösungsmittels bei vermindertem Druck.From the DE 199 36 281 A1 For example, vacuum-freezing is known, wherein first, at a temperature in the product chamber that is above the freezing point of the product, a pressure in the product chamber is lowered until onset of visible crystallization of the solvent. The temperature of the control panels is for example at + 10 ° C. In a second step, the temperature in the drying chamber is lowered to a temperature below or equal to the freezing point of the product until crystallization of the solvent is complete. In a further step, a primary drying is carried out by sublimation of the solvent under reduced pressure.

Bei einem vakuuminduzierten Einfrieren lässt sich beobachten, dass die Nukleation oder Keimbildung in einem je nach Art und Konzentration variierenden Druckbereich einsetzt. Die Zeitspanne zwischen den Nukleationen kann bei mehreren Minuten liegen. Dies kann zur Folge haben, dass bei den zuerst eingefrorenen Produkten eine Sublimation einsetzt, was sich in kleinen, trockenen Arealen an der Oberfläche äußert.In a vacuum-induced freezing, it can be observed that the nucleation or nucleation begins in a varying pressure range depending on the type and concentration. The time between nucleations may be several minutes. This can result in sublimation of the first frozen products, which manifests itself in small, dry areas on the surface.

AUFGABE UND LÖSUNGTASK AND SOLUTION

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Keimbildung bei der Gefriertrocknung von Produkten sowie eine Vorrichtung zu dessen Durchführung zu schaffen.It is an object of the invention to provide an improved method for nucleating freeze-drying of products and an apparatus for carrying it out.

Gemäß einem ersten Aspekt wird ein Verfahren zur Gefriertrocknung von Produkten in einer mit einem Kondensator über ein Ventil verbundenen Produktkammer geschaffen, umfassend die Schritte:

a) Absenken des Drucks in der Produktkammer und dem Kondensator bei einer Temperatur, die unterhalb des Gefrierpunktes des Produkts liegt, bis ein definierter Druck erreicht wird, welcher unterhalb des Atmosphärendrucks und oberhalb eines produktspezifischen Keimbildungsdrucks, bei welchem eine Keimbildung einsetzt, liegt;
b) Schließen des Ventils zwischen der Produktkammer und dem Kondensator;
c) Beibehalten des Drucks in der Produktkammer und weiteres Absenken des Drucks in dem Kondensator; und
d) Öffnen des Ventils zwischen der Produktkammer und dem Kondensator nach oder bei Erreichen des produktspezifischen Keimbildungsdrucks in dem Kondensator, sodass der Druck in der Produktkammer auf einen Druck unterhalb des produktspezifischen Keimbildungsdrucks abgesenkt wird.

According to a first aspect, there is provided a method of freeze-drying products in a product chamber connected to a condenser via a valve, comprising the steps of:

a) lowering the pressure in the product chamber and the condenser at a temperature which is below the freezing point of the product until a defined pressure is reached, which is below the atmospheric pressure and above a product-specific nucleation pressure at which nucleation begins;
b) closing the valve between the product chamber and the condenser;
c) maintaining the pressure in the product chamber and further lowering the pressure in the condenser; and
d) opening the valve between the product chamber and the condenser after or upon reaching the product specific nucleation pressure in the condenser such that the pressure in the product chamber is lowered to a pressure below the product specific nucleation pressure.

Die Schritte bewirken eine vakuuminduzierte Keimbildung. Durch das Öffnen des Ventils wird ein Druckabfall in der Produktkammer mit einer hohen Druckabfallrate erzielt, wobei sich in der Produktkammer ein unterhalb des produktspezifischen Keimbildungsdrucks liegender Druck einstellt. Ein Druckbereich, innerhalb dessen die Produkte bei herkömmlichen vakuuminduzierte Keimbildungsverfahren einfrieren, wird annähernd übersprungen. Dies hat zur Folge, dass alle Produkte in einer kleinen Zeitspanne nukleieren. Da ein Druck in der Produktkammer vor dem Druckabfall bereits abgesenkt wurde, ist nur eine Druckdifferenz von wenigen Millibar auszugleichen.The steps cause a vacuum-induced nucleation. By opening the valve, a pressure drop in the product chamber is achieved with a high pressure drop rate, with a pressure below the product-specific nucleation pressure being established in the product chamber. A pressure range within which the products freeze in conventional vacuum-induced nucleation processes is almost skipped. As a result, all products nucleate in a small amount of time. Since a pressure in the product chamber has already been lowered before the pressure drop, only a pressure difference of a few millibars can be compensated.

Ein Kühlen der Produktkammer erfolgt vorzugsweise mittels bekannter Stellplatten. Dabei werden in vorteilhaften Ausgestaltungen des Verfahrens die in der Produktkammer angeordneten Stellplatten auf eine Temperatur von ca. –20°C bis ca. –3°C, insbesondere von ca. –14°C bis ca. –5°C, gekühlt. Die Temperatur der Stellplatten wird in vorteilhaften Ausgestaltungen über die Schritte a) bis d) des Verfahrens konstant gehalten.A cooling of the product chamber is preferably carried out by means of known control panels. In this case, in an advantageous embodiment of the method, the control plates arranged in the product chamber are cooled to a temperature of about -20 ° C. to about -3 ° C., in particular from about -14 ° C. to about -5 ° C. The temperature of the control panels is kept constant in advantageous embodiments via the steps a) to d) of the process.

Der produktspezifische Keimbildungsdruck und/oder der durch Schließen und Öffnen des Ventils zu überspringende Druckbereich sind durch den Fachmann je nach Anwendungsfall, beispielsweise in Abhängigkeit des Produkts und/oder einer Größe der Produktkammer geeignet wählbar.The product-specific nucleation pressure and / or the pressure range to be skipped by closing and opening the valve can be suitably selected by the person skilled in the art, depending on the application, for example as a function of the product and / or a size of the product chamber.

In vorteilhaften Ausgestaltungen wird der Druck in dem Kondensator auf einen Druck im Bereich von ca. 0,005 bis ca. 3 mbar abgesenkt. Alternativ oder zusätzlich ist in vorteilhaften Ausgestaltungen vorgesehen, dass der Druck in der Produktkammer durch Öffnen des Ventils um ca. 0,3 mbar bis ca. 2,5 mbar abgesenkt wird und/oder der Druck in der Produktkammer durch Öffnen des Ventils auf einen Druck unterhalb des Tripelpunkts des Produkts abgesenkt wird.In advantageous embodiments, the pressure in the condenser is lowered to a pressure in the range of about 0.005 to about 3 mbar. Alternatively or additionally, it is provided in advantageous embodiments that the pressure in the product chamber is lowered by opening the valve by about 0.3 mbar to about 2.5 mbar and / or the pressure in the product chamber by opening the valve to a pressure is lowered below the triple point of the product.

Die vakuuminduzierte Keimbildung erfolgt bei dem erfindungsgemäßen bei einer Temperatur, die unterhalb des Gefrierpunktes des Produkts liegt. Bei kleinen Füllmengen der Produkte bewirkt der Druckabfall nicht nur eine Keimbildung, sondern eine vollständige Kristallisation der Produkte. In anderen Ausgestaltungen ist nach der vakuumindizierten Keimbildung ein Schritt zum Einfrieren der Produkte vorgesehen, wobei zu diesem Zweck die Produktkammer weiter abgekühlt wird. In einer Ausgestaltung wird dabei das niedrige Druckniveau in der Produktkammer beibehalten.The vacuum-induced nucleation takes place in the case of the invention at a temperature which is below the freezing point of the product. For small quantities of products, the pressure drop causes not only a nucleation, but a complete crystallization of the products. In other embodiments, after the vacuum-induced nucleation, a step is provided for freezing the products, for which purpose the product chamber is further cooled. In one embodiment, the low pressure level is maintained in the product chamber.

Vorzugsweise erfolgt ein nachfolgendes Einfrieren und eine Sublimation des Lösungsmittels unter Beibehaltung des sich nach Öffnen des Ventils zwischen der Produktkammer und dem Kondensator einstellenden Drucks. In anderen Ausgestaltungen wird der Druck in der Produktkammer für ein vollständiges Einfrieren erhöht, beispielsweise wird die Produktkammer wieder auf Atmosphärendruck gebracht. Die Temperatur der Stellplatten bleibt für Einfrieren und eine Sublimation in einer Ausgestaltung ebenfalls unverändert.Preferably, subsequent freezing and sublimation of the solvent occurs while maintaining the pressure established between the product chamber and the condenser after opening the valve. In other embodiments, the pressure in the product chamber is increased for complete freezing, for example, the product chamber is returned to atmospheric pressure , The temperature of the control panels also remains unchanged for freezing and sublimation in one embodiment.

Gemäß einem zweiten Aspekt wird eine Vorrichtung zur Gefriertrocknung von Produkten umfassend eine Produktkammer, einen mit der Produktkammer über ein Ventil verbundenen Kondensator und eine Steuereinrichtung geschaffen, wobei die Steuereinrichtung zum Durchführen des oben beschrieben Verfahrens eingerichtet und ausgebildet ist. Die Steuereinrichtung ist dabei in einer Ausgestaltung derart ausgebildet, dass eine vollständig automatische Durchführung mit vorgebbaren Prozessparametern möglich ist. Die Steuereinrichtung umfasst zu diesem Zweck beispielsweise Stellelemente für eine Betätigung des zwischen der Produktkammer und dem Kondensator vorgesehenen Ventils. In anderen Ausgestaltungen erfolgt eine halbautomatische Durchführung. Die Steuereinrichtung sendet dabei beispielweise akustische oder optische Signale, mittels welcher ein Nutzer bei der Durchführung des Verfahrens unterstützt wird. Beispielsweise wird ein Nutzer aufgefordert, das Ventil zwischen Produktkammer und Kondensator zu schließen oder zu öffnen.According to a second aspect, there is provided apparatus for freeze-drying products comprising a product chamber, a condenser connected to the product chamber via a valve, and a controller, the controller being arranged and configured to perform the method described above. The control device is designed in one embodiment such that a completely automatic implementation with predefinable process parameters is possible. For this purpose, the control device comprises, for example, adjusting elements for actuating the valve provided between the product chamber and the condenser. In other embodiments, a semi-automatic implementation is carried out. The control device transmits, for example, acoustic or optical signals, by means of which a user is assisted in carrying out the method. For example, a user is asked to close or open the valve between the product chamber and the condenser.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Weitere Vorteile und Aspekte der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung, die nachfolgend anhand der Figuren erläutert sind. Dabei zeigen:Further advantages and aspects of the invention will become apparent from the claims and from the following description of preferred embodiments of the invention, which are explained below with reference to the figures. Showing:

1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Gefriertrocknung; 1 a schematic representation of a device according to the invention for freeze-drying;

2 eine schematische Darstellung der Vorrichtung zur Gefriertrocknung gemäß 1 bei geschlossenem Ventil; 2 a schematic representation of the apparatus for freeze drying according to 1 with closed valve;

3 eine schematische Darstellung der Vorrichtung zur Gefriertrocknung gemäß 1 bei einem Druckausgleich bei geöffnetem Ventil; und 3 a schematic representation of the apparatus for freeze drying according to 1 at a pressure equalization with open valve; and

4 schematisch einen Verlauf einer Produkttemperatur und einen Verlauf des Drucks in einer Produktkammer bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. 4 schematically a profile of a product temperature and a curve of the pressure in a product chamber in carrying out the method according to the invention.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELEDETAILED DESCRIPTION OF THE EMBODIMENTS

1 zeigt schematisch eine Vorrichtung 1 zur Gefriertrocknung von Produkten umfassend eine Produktkammer 2 mit Stellplatten 20, einen mit der Produktkammer 2 über ein Ventil 4 verbundenen Kondensator 3 und eine Steuereinrichtung 5. Die Vorrichtung 1 umfasst weiter eine Vakuumpumpe 6, welche mit dem Kondensator 3 über ein Ventil 60 verbunden ist. 1 schematically shows a device 1 for the freeze-drying of products comprising a product chamber 2 with parking plates 20 , one with the product chamber 2 via a valve 4 connected capacitor 3 and a controller 5 , The device 1 further includes a vacuum pump 6 , which with the capacitor 3 via a valve 60 connected is.

2 und 3 zeigen die Vorrichtung 1 zur Gefriertrocknung gemäß 1 bei geschlossenem bzw. offenem Ventil 4, wobei die Steuereinrichtung 5 zur besseren Übersicht in 2 und 3 nicht dargestellt ist. 2 and 3 show the device 1 for freeze drying according to 1 with closed or open valve 4 , wherein the control device 5 for a better overview in 2 and 3 not shown.

In dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine zentrale Steuereinrichtung 5 vorgesehen, welche mit den Stellplatten 20, dem Kondensator 3, dem Ventil 4, dem Ventil 60 und der Vakuumpumpe 6 oder Elementen davon zum Austausch von Sensor- und/oder Steuersignalen drahtlos oder über Datenleitungen verbunden ist. Die durch Pfeile dargestellten Kommunikationswege sind jedoch lediglich schematisch zu verstehen und zeigen keine Verdrahtung. In anderen Ausgestaltungen sind mehrere Steuereinrichtungen vorgesehen. Weiter kann jeder oder einzelnen der genannten Komponenten eine eigene Steuereinrichtung zugeordnet sein, mittels welcher beispielsweise eine Temperaturregelung der Stellplatten 20 auf eine von der zentralen Steuereinrichtung 5 vorgegebene Temperatur erfolgt.In the in 1 illustrated embodiment is a central control device 5 provided, which with the adjusting plates 20 , the capacitor 3 , the valve 4 , the valve 60 and the vacuum pump 6 or elements thereof for the exchange of sensor and / or control signals is connected wirelessly or via data lines. However, the communication paths represented by arrows are only to be understood schematically and show no wiring. In other embodiments, a plurality of control devices are provided. Furthermore, each or individual of said components can be assigned its own control device, by means of which, for example, a temperature control of the control panels 20 to one of the central controller 5 predetermined temperature takes place.

Für das erfindungsgemäße Verfahren ist vorgesehen, dass zunächst das Ventil 4 geöffnet ist und die Produktkammer 2 mit dem Kondensator 3 kommuniziert ist. Eine Temperatur in der Produktkammer 2 und dem Kondensator ist auf einen Wert abgesenkt, der unterhalb des Gefrierpunktes des Produkts liegt. Dies erfolgt in vorteilhaften Ausgestaltungen indem die Stellplatten 20 auf eine um ca. 3 bis 20°C unterhalb des Gefrierpunktes des Produkts liegende Temperatur abgekühlt werden.For the method according to the invention it is provided that initially the valve 4 is open and the product chamber 2 with the capacitor 3 is communicated. A temperature in the product chamber 2 and the condenser is lowered to a value below the freezing point of the product. This is done in advantageous embodiments by the adjusting plates 20 be cooled to about 3 to 20 ° C below the freezing point of the product lying temperature.

Für ein vakuuminduziertes Einfrieren wird zunächst der Druck in der Produktkammer 2 und dem Kondensator 3 abgesenkt, bis ein erster definierter Druck erreicht wird, welcher unterhalb des Atmosphärendrucks und oberhalb eines produktspezifischen Keimbildungsdrucks, bei welchem eine Keimbildung einsetzt, liegt. Zu diesem Zweck wird die Vakuumpumpe 6 geeignet betrieben, wobei ein Betrieb der Vakuumpumpe 6 beispielsweise mittels der Steuereinrichtung 5 bewirkt wird.For a vacuum-induced freezing, first the pressure in the product chamber 2 and the capacitor 3 is lowered until a first defined pressure is reached, which is below the atmospheric pressure and above a product-specific nucleation pressure at which nucleation begins. For this purpose, the vacuum pump 6 operated suitably, wherein an operation of the vacuum pump 6 for example by means of the control device 5 is effected.

Der erste definierte Druck kann produktspezifisch von einem Fachmann vorgegeben werden, wobei zu diesem Zweck die Steuereinrichtung 5 in einer Ausgestaltung eine Mensch-Maschine-Schnittstelle aufweist.The first defined pressure can be specified product-specifically by a person skilled in the art, for which purpose the control device 5 in one embodiment has a human-machine interface.

Bei Erreichen des ersten definierten Drucks wird das Ventil 4 geschlossen. Vorzugsweise wird ein Druck in der Produktkammer 2 und dem Kondensator 3 mittels der Steuereinrichtung 5 überwacht und mittels der Steuereinrichtung 5 eine Betätigung des Ventils 4 bei Erreichen des ersten definierten Drucks bewirkt. Es ist jedoch auch denkbar, dass das Ventil 4 durch einen Nutzer betätigt wird.When the first defined pressure is reached, the valve becomes 4 closed. Preferably, a pressure in the product chamber 2 and the capacitor 3 by means of the control device 5 monitored and by means of the control device 5 an actuation of the valve 4 effected upon reaching the first defined pressure. However, it is also conceivable that the valve 4 is operated by a user.

2 zeigt die Vorrichtung 1 bei geschlossenem Ventil 4. Nach Schließen des Ventils 4 wird der Druck in der Produktkammer 3 beibehalten und der Druck in dem Kondensator 4 mittels der Vakuumpumpe 6 weiter abgesenkt. Ein weiteres Absenken des Drucks in dem Kondensator 3 erfolgt beispielsweise bis in dem Kondensator 3 ein zweiter definierter Druck erreicht wird, welcher unterhalb des produktspezifischen Keimbildungsdrucks liegt. 2 shows the device 1 when the valve is closed 4 , After closing the valve 4 is the pressure in the product chamber 3 maintained and the pressure in the condenser 4 by means of the vacuum pump 6 lowered further. Further lowering the pressure in the condenser 3 takes place, for example, in the condenser 3 a second defined pressure is reached, which is below the product-specific nucleation pressure.

Bei Erreichen des zweiten definierten Drucks wird das Ventil 4 geöffnet. Vorzugsweise wird ein Druck in dem Kondensator 3 dabei ebenfalls mittels der Steuereinrichtung 5 überwacht und mittels der Steuereinrichtung 5 eine Betätigung des Ventils 4 bei Erreichen des zweiten definierten Drucks bewirkt. Es ist jedoch auch bei diesem Schritt denkbar, dass das Ventil 4 durch einen Nutzer betätigt wird.When the second defined pressure is reached, the valve becomes 4 open. Preferably, a pressure in the condenser 3 also by means of the control device 5 monitored and by means of the control device 5 an actuation of the valve 4 effected upon reaching the second defined pressure. However, it is also conceivable in this step that the valve 4 is operated by a user.

Auch der zweite definierte Druck kann produktspezifisch von einem Fachmann vorgegeben werden. In anderen Ausgestaltungen ist vorgesehen, dass durch den Fachmann der Druck vorgegeben wird, welcher sich nach Öffnen des Ventils 4 in der Produktkammer 2 einstellen soll, wobei die Steuereinrichtung 5 anhand dieses Wertes unter Berücksichtigung der Eigenschaften der Vorrichtung 1, wie beispielsweise der Größe der Produktkammer 2, den zweiten definierten Druck ermittelt. In wieder anderen Ausgestaltungen erfolgt ein Absenken des Drucks in dem Kondensator 3 über eine vorgegeben Zeitspanne.The second defined pressure can also be specified product-specifically by a person skilled in the art. In other embodiments, it is provided that the pressure is predetermined by the person skilled in the art, which after opening the valve 4 in the product chamber 2 should set, the control device 5 from this value taking into account the characteristics of the device 1 , such as the size of the product chamber 2 , determines the second defined pressure. In still other embodiments, the pressure in the condenser is lowered 3 over a given period of time.

3 zeigt die Vorrichtung 1 nach dem Öffnen des Ventils 4 zwischen der Produktkammer 2 und dem Kondensator 3 nach oder bei Erreichen des zweiten definierten Drucks in dem Kondensator 3, wobei wie durch Pfeile in 3 angedeutet der Druck in der Produktkammer 2 auf einen Druck unterhalb des produktspezifischen Keimbildungsdrucks abgesenkt wird. 3 shows the device 1 after opening the valve 4 between the product chamber 2 and the capacitor 3 after or when the second defined pressure in the condenser is reached 3 being as indicated by arrows in 3 indicated the pressure in the product chamber 2 is lowered to a pressure below the product-specific nucleation pressure.

4 zeigt schematisch einen Verlauf einer Produkttemperatur 7 und einen Verlauf des Drucks 8 in einer Produktkammer 2 (vgl. 1) bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Temperatur der Stellplatten 20 in der Produktkammer 2 (vgl. 1 bis 3) ist durch eine Linie 9 dargestellt. Die Temperatur der Stellplatten 20 liegt dabei bei ca. –10°C. 4 schematically shows a profile of a product temperature 7 and a course of the pressure 8th in a product chamber 2 (see. 1 ) when carrying out the method according to the invention. The temperature of the control panels 20 in the product chamber 2 (see. 1 to 3 ) is by a line 9 shown. The temperature of the control panels 20 is about -10 ° C.

In einem ersten Schritt a) wird der Druck 8 in der Produktkammer 2 und dem Kondensator 3 (vgl. 1) abgesenkt, bis ein erster definierter Druck erreicht wird, welcher unterhalb des Atmosphärendrucks und oberhalb eines produktspezifischen Keimbildungsdrucks, bei welchem eine Keimbildung einsetzt, liegt.In a first step a) the pressure 8th in the product chamber 2 and the capacitor 3 (see. 1 ) is lowered until a first defined pressure is reached, which is below the atmospheric pressure and above a product-specific nucleation pressure at which nucleation begins.

In einem zweiten Schritt b) wird das Ventil 4 zwischen der Produktkammer 2 und dem Kondensator 3 geschlossen.In a second step b), the valve 4 between the product chamber 2 and the capacitor 3 closed.

In einem dritten Schritt c) wird der Druck in der Produktkammer beibehalten und der Druck in dem Kondensator 3 weiter abgesenkt bis ein zweiter definierter Druck erreicht wird, welcher unterhalb des produktspezifischen Keimbildungsdrucks liegt.In a third step c), the pressure in the product chamber is maintained and the pressure in the condenser 3 further lowered until a second defined pressure is reached, which is below the product-specific nucleation pressure.

In einem vierten Schritt d) wird das Ventil 4 zwischen der Produktkammer 2 und dem Kondensator 3 geöffnet und dadurch ein Druckausgleich erzielt. Wie schematisch bei I dargestellt bewirkt der Druckausgleich, dass der Druck in der Produktkammer 2 in kurzer Zeit auf einen Druck unterhalb des produktspezifischen Keimbildungsdrucks abgesenkt wird.In a fourth step d), the valve 4 between the product chamber 2 and the capacitor 3 opened and thereby achieved a pressure equalization. As shown schematically at I, the pressure compensation causes the pressure in the product chamber 2 is lowered in a short time to a pressure below the product-specific nucleation pressure.

Der auf ca. 0,7 mbar abgesenkte Druck bewirkt eine Keimbildung, wobei die Keimbildung in allen Produkten innerhalb einer Produktkammer 2 nahezu gleichzeitig erfolgt. Aufgrund der herrschenden niedrigen Temperatur frieren die Produkte bei kleinen Füllmengen vollständig ein, ohne dass eine weitere Absenkung der Temperatur der Stellplatten 20 notwendig ist. Die Zeitspanne, zu welcher die Produkte vollständig eingefroren oder kristallisiert sind, ist mit II gekennzeichnet.The pressure, which is reduced to about 0.7 mbar, causes nucleation, with nucleation in all products within one product chamber 2 almost simultaneously. Due to the prevailing low temperature, the products freeze completely at low fill levels, without further lowering the temperature of the control panels 20 necessary is. The period of time at which the products are completely frozen or crystallized is indicated by II.

Eine daran anschließende Sublimation des eingefrorenen Produkts erfolgt in dem dargestellten Ausführungsbeispiel ebenfalls unter Beibehaltung des sich nach Abschluss von Schritt 4) einstellenden Drucks und unter Beibehaltung der Temperatur der Stellplatten von ca. –10°C. Diese Prozessparameter sind jedoch lediglich beispielhaft und die erfindungsgemäßen Schritte für einen verbesserten Einfriervorgang sind mit anderen Verfahrensschritten für ein vollständiges Einfrieren oder eine Trocknung kombinierbar.Subsequent sublimation of the frozen product takes place in the illustrated embodiment likewise while maintaining the pressure which is established after conclusion of step 4) and while maintaining the temperature of the control plates at about -10 ° C. However, these process parameters are merely exemplary and the inventive steps for improved freezing operation can be combined with other process steps for complete freezing or drying.

Claims

Process for the freeze-drying of products in a product chamber ( 2 ), whereby the product chamber ( 2 ) with a capacitor ( 3 ) via a valve ( 4 ), comprising the steps of: a) lowering the pressure in the product chamber ( 2 ) and the capacitor ( 3 ) at a temperature which is below the freezing point of the product until a defined pressure is reached which is below the atmospheric pressure and above a product-specific nucleation pressure at which nucleation begins; b) closing the valve ( 4 ) between the product chamber ( 2 ) and the capacitor ( 3 ); c) maintaining the pressure in the product chamber ( 2 ) and further lowering the pressure in the condenser ( 3 ); d) opening the valve ( 4 ) between the product chamber ( 2 ) and the capacitor ( 3 ) after or when the product-specific nucleation pressure in the condenser ( 3 ), so that the pressure in the product chamber ( 2 ) is lowered to a pressure below the product specific nucleation pressure.

A process for the freeze-drying of products according to claim 1, characterized in that in the product chamber ( 2 ) arranged adjusting plates ( 20 ) during steps a) to d) to a temperature of about -20 ° C to about -3 ° C, in particular from about -14 ° C to about -5 ° C, cooled.

Process for the freeze-drying of products according to claim 1 or 2, characterized in that the pressure in the condenser ( 3 ) in step c) is lowered to a product-specific nucleation pressure in the range of about 0.005 mbar to about 3 mbar.

A process for the freeze-drying of products according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the pressure in the product chamber ( 2 ) by opening the valve ( 4 ) is lowered in step d) by about 0.3 mbar to about 2.5 mbar.

Process for the freeze-drying of products according to one of claims 1 to 4, characterized in that the pressure in the product chamber ( 2 ) by opening the valve ( 4 ) is lowered in step d) to a pressure below the triple point of the product.

A process for the freeze-drying of products according to any one of claims 1 to 5, characterized by the further step e) freezing of the product and sublimation of the solvent while maintaining the after opening the valve ( 4 ) between the product chamber ( 2 ) and the condenser adjusting pressure.

Device for the freeze-drying of products comprising a product chamber ( 2 ) and a capacitor ( 3 ), whereby the product chamber ( 2 ) with the capacitor ( 3 ) via a valve ( 4 ), and a control device ( 5 ), characterized in that the control device ( 5 ) is arranged and designed to carry out the method according to one of claims 1 to 6.