低溫真空乾燥-對微生物及環境更加溫和

2023/10/06

背景

冷凍乾燥是乾燥酵⺟和益生菌最常見的方法，但它非常耗能並且有些菌株無法在凍乾過程中存活。慕尼黑工業大學實驗室使用Memmert 低溫真空乾燥箱中進行的測試，有助於開發更溫和、更節能的低溫真空乾燥技術。

益生菌需要新的生產製程

消費者對天然免疫系統增強劑的需求，包括使日常生活更有活力以及更健康或更少的膽固醇攝取，促進了功能性食品產業每年顯著成⻑，”益生菌”等促進健康的微生物培養物正在蓬勃發展。特別是乳酸菌和雙歧桿菌可促進腸道健康，進而增強免疫系統，並且微生物培養物還可用於香腸、酵⺟或乳製品的生產以及發酵、穩定或調味。在包裝之前，益生菌仍然需要⼀些使其穩定和保持活力的加工步驟，它們可能會受到乾燥、粉末形式儲存以及與產品本身相互作用的負面影響。

溫和的低溫真空乾燥

益生菌菌株和酵⺟培養物會被乾燥冷凍以保存直至使用。這意味著，它們首先被深度冷凍，然後在真空中脫水。然而該過程實務上有兩個主要缺點：第⼀、它消耗大量的能量；其次，⼀些菌株無法在零度以下的溫度下生存。慕尼黑工業大學食品加工工程和乳製品技術系主任 Petra Först 博士、Ulrich Kulozik 教授及其團隊專注於工業流程低溫真空乾燥 (LTVD) 的開發。
由於這種改良後的乾燥過程，不穩定的菌株可以在零度以上的適當溫度下乾燥，而不會對細胞結構造成太大的損害。在《生物技術期刊》中，弗賴辛的科學家發表了他們使用三種菌株研究的第⼀個結果，相應的新聞稿用⼀句話概括了其精髓：最佳乾燥過程取決於相應的菌株。例如，保加利亞乳桿菌菌株在 LTVD 後的產量比傳統冷凍乾燥後高出十倍。此外，其他菌株表現出的不同樣態被發現是由於細胞膜中不同的脂肪酸組成造成的。

低溫真空乾燥可降低高達 40% 的能源成本

專案負責工程師 Dipl.-Ing Simon Bauer 預測低溫真空乾燥在食品和製藥行業的前景。除了對細胞培養物進行溫和處理外，與傳統冷凍乾燥相比，能源成本節省高達 40% 無疑是資源日益稀缺時期最有力的優勢之⼀。此外，與冷凍乾燥菌株培養物相比，初始投資成本更低，製程耗時更少，並且真空乾燥益生菌可以保存更⻑時間，甚至在更高的溫度下也是如此。

低溫真空乾燥箱在實驗室中的應用

為了進⼀步研究，研究人員與位於 Schwabach 的 Memmert 公司在其真空烘箱 VO200 的基礎上合作開發了溫度範圍為 +5 °C 至 +80 °C 的冷卻真空乾燥箱。這⼀系列實驗是為了確保溫度和壓力的完美結合，實驗在 10 至 30 mbar 之間的不同壓力和 15 °C 至 35°C 之間的表面溫度下進行，最低樣品溫度約為 0 °C。真空乾燥箱配有可程式數位壓力控制，有可能設置真空/溫度程序來測定樣品中的哪種溫度下降斜度會導致細胞培養物在何種殘餘濕度下進行完美的代謝活動，位於樣品處的感測器測量並記錄真空乾燥過程中菌株的溫度。

Memmert 低溫真空乾燥箱實現了食品和製藥行業的新應用。例如，可以程序控制模擬運輸和儲存的條件方案，來確定活性成分或體積在不同壓力和溫度條件下的表現。
精巧的帕爾帖 (Peltier)半導體冷卻控溫技術，以及眾多程序和存檔功能，已整合到標準真空烘箱 VO 中。由於此功能，低溫真空乾燥箱也可用於保存敏感的主培養物，乾燥參數和菌株培養物的溫度可以直接記錄在內部數據記錄器中，也可以使用專用軟體傳輸到外部電腦。帕爾帖 (Peltier)半導體控溫技術的另⼀個優點是控制精度高（±0.1K）、運作穩定、無需冷卻劑的節能環保冷卻。當然，只要技術上可行，也可以實現前面提到的+5°C 至+80°C 範圍之外的溫度。