Processo con fluidi ipercritici nel settore farmaceutico, cosmetico e alimentare

I processi realizzati in campo bioscientifico coinvolgono sempre di più fluidi in condizioni di aggregazione ipercritiche.

Il vantaggio di questi processi risiede nell'utilizzo di solventi ecologici e innocui per il prodotto, in primis il biossido di carbonio. Il rispetto dei requisiti del mercato farmaceutico e biotecnologico è assicurato tramite la lavorazione a basse temperature e pressioni moderate (manipolazione delicata del prodotto).

I criteri riguardanti le pompe a membrana dosatrici e di processo in queste applicazioni sono estremamente specifici.

Soluzioni per l'estrazione con fluidi supercritici

Le pompe a membrana dosatrici e di processo LEWA rappresentano la soluzione ideale per i processi supercritici, in quanto ne rispettano tutti i parametri.

Vantaggi delle pompe LEWA:

  • Tenuta ermetica
  • Schema delle pompe ad alta pressione con dotazioni periferiche per i gas liquefatti (impianti di refrigerazione)
  • Adatte a fluidi sottili non lubrificati
  • Elevata affidabilità operativa
  • Usura ridotta, contaminazione quasi assente grazie al movimento minimo delle parti della testa pompante
  • Facilità di pulizia, disponibilità di progettazione per il settore alimentare
  • Possibilità di progettazione igienica per le applicazioni farmaceutiche (Ra < 0,5 μm con pulizia elettrolitica, ASME BPE)
  • Installazione in aree GMP/camere bianche
  • Materiali conformi alle norme FDA (GRAS: Generally Recognized As Safe)
  • Possibilità di installazione in zone a rischio di esplosione
  • Testa pompante in materiale di elevata qualità, come l'Hallestoy, per sostanze molto corrosive
  • Varie geometrie di connessione
  • Possibilità di valvole personalizzate
  • Documentazione di qualifica/validazione
  • Testate per la pulizia dei wafer (certificato Tested Device® di Fraunhofer IPA)

Si tenga presente che l'anidride carbonica deve trovarsi allo stato liquido per essere pompata. Non è consigliato farlo allo stato gassoso per via della sua comprimibilità.

Campi di applicazione: estrazione e altri processi supercritici con pompe LEWA

Le pompe a membrana di processo e di dosaggio LEWA sono da tempo impiegate nei seguenti processi:

  • Processi di estrazione con CO2 supercritica (SFE ‐ Supercritical Fluid Extraction), come decaffeinazione, degrassaggio, fitoestrazione, nonché estrazione di semi oleosi, acidi omega nell'olio di pesce, aromi e spezie.
  • Cromatografia di preparazione a fluido supercritico (SFC ‐ Supercritical Fluid Chromatography), nonché separazione di sostanze otticamente attive
  • Reazioni di fluidi ipercritici (SFR ‐ Supercritical Fluid Reactions)
  • Formazione di particelle (per esempio PGSS ‐ Particles from Gas Saturated Solutions), come i processi di nebulizzazione ad alta pressione per la polverizzazione di grassi, prodotti da forno ecc.
  • Processi di pulizia, come la separazione delle sostanze integrata nel processo prevista per esempio nella rimozione dei pesticidi (grasso di lana, lanolina)
  • Divisione delle cellule, inattivazione (sterilizzazione delicata)
Applicazioni industriali per CO2 supercritica

Applicazioni industriali per CO2 supercritica

Principio del processo PGSS

  1. Condizionamento e fusione dei reagenti 1 e 2
  2. Alimentazione e compressione con le pompe LEWA ad alta pressione
  3. Miscelazione dei reagenti con fluido ipercritico in un miscelatore statico (MS)
  4. Decompressione in una torre a nebulizzazione (TN) attraverso un ugello
  5. Formazione di goccioline
  6. Raffreddamento delle goccioline e formazione delle particelle
  7. Generazione di polvere nella torre a nebulizzazione con ciclone (ZK)
Illustrazione: Principio del processo PGSS

Illustration: Principle of the PGSS process

Source: Department of Process Technology, Transport processes, and particle design - technology, University Bochum

Sfondo

Un fluido ipercritico è una sostanza la cui temperatura e pressione risultano entrambe simultaneamente al di sopra del relativo punto critico (vedere diagramma per la CO2).

Con temperatura critica si intende la temperatura oltre la quale la sostanza non rimane più liquida, indipendentemente dal livello di pressione.

La pressione critica è la pressione su cui la sostanza non può più formare gas, indipendentemente dalla temperatura.

I fluidi supercritici hanno la densità e le buone proprietà di dissoluzione dei fluidi, nonché la viscosità, la buona compressibilità e la diffusività dei gas.

In considerazione delle buone proprietà di miscelazione e trasferimento di massa, vengono classificati come fluidi.

Vantaggi rilevanti dei fluidi ipercritici:

  • Sicuri, economici, ecologici, atossici
  • Adatti a sostituire i solventi organici
  • Ottimo effetto rispetto a piccole variazioni delle condizioni operative
  • Le condizioni operative a bassa temperatura e pressione li rendono interessanti per l'attività di ricerca e sviluppo nel settore farmaceutico e biotecnologico.

Criteri di selezione del fluido ipercritico più adatto:

  • Proprietà fisico‐chimiche della miscela desiderata
  • Compito del solvente nel processo per quanto riguarda solubilità
  • Applicazione specifica
  • Sicurezza, specialmente per quanto riguarda l'infiammabilità, il comportamento di fase in determinate condizioni operative
  • Costo del fluido
  • Costo delle attrezzature

Il fluido ipercritico più utilizzato è la CO2.

Proprietà dell'anidride carbonica:

  • Bassa temperatura critica (31,1 °C)
  • Pressione critica moderata (73 bar)
  • Non infiammabile
  • Atossica
  • Miscelabile con solventi organici
  • Recuperabile dopo la lavorazione
  • Diffusione più rapida rispetto ai solventi per fluidi tradizionali
  • Conforme alla norma GRAS
  • Approvata dall'FDA per l'uso in campo alimentare e farmaceutico
  • Ecologica
  • Economica

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