Procesos con fluidos supercríticos en la industria farmacéutica, cosmética y alimentaria

En las diversas áreas de las ciencias biológicas se trabaja cada vez más con fluidos en estado de agregación supercrítico.

La ventaja de estos procesos radica en la utilización de disolventes compatibles con el medio ambiente y no contaminantes del producto, principalmente el dióxido de carbono. A la vez, el trabajo a bajas temperaturas y presiones moderadas satisface los requisitos del mercado farmacéutico y biotecnológico (cuidado del producto).

Los requisitos para las bombas de membrana dosificadoras y de proceso son muy específicos en estas aplicaciones.

Solución

Las bombas dosificadoras y bombas de membrana de procesos LEWA se adaptan muy bien a los procesos supercríticos, ya que cumplen con todos los requisitos relevantes.

Ventajas de las bombas LEWA:

  • Hermeticidad
  • Diseño de bombas de alta presión y sus periféricos para gas licuado (equipo de refrigeración)
  • Adecuadas para fluidos de baja viscosidad, no lubricantes
  • Alta fiabilidad de funcionamiento
  • Poco desgaste, casi sin contaminación por partículas debido a pocas piezas móviles en la cabeza de la bomba
  • Fáciles de limpiar, versión disponible para alimentos
  • Admiten el diseño higiénico para aplicaciones farmacéuticas (Ra < 0,5 μm electro-pulida, ASME BPPE, EHEDG)
  • Instalación en zonas GMP/salas blancas
  • Material que cumple con la FDA (GRAS: Generally Recognized As Safe)
  • Admiten la instalación en zonas con peligro de explosión
  • Óptimo material de la cabeza de bomba, se dispone de Hastelloy para medios altamente corrosivos
  • Múltiples geometrías de conexión
  • Admiten válvulas especiales
  • Documentación para la calificación/validación
  • Probadas para la limpieza de obleas (Fraunhofer IPA Tested Device®)

Cabe señalar que el dióxido de carbono debe estar en estado líquido para que se lo pueda bombear. En estado gaseoso, esto no tiene sentido debido a la compresibilidad.

Áreas de aplicación

Las bombas dosificadoras y de membrana de proceso LEWA se utilizan exitosamente en los siguientes procesos:

  • Procesos de extracción con CO 2 supercrítico (Supercritical Fluid Extraction SFE), como descafeinado, desengrasado, fitoextracción y extracción de semillas oleaginosas, aceite de pescado con omega, aromas y especias
  • Cromatografía de líquidos preparativa supercrítica (Supercritical Fluid Chromatography SFC), como la separación de sustancias ópticamente activas
  • Reacción de fluido supercrítico (Supercritical Fluid Reactions SFR)
  • Formación de partículas (p. ej. partículas obtenidas por el proceso Gas Saturated Solutions, PGSS), como procesos de rociado a alta presión para pulverización de grasas, productos horneados, etc.
  • Procedimientos de limpieza, p. ej. separación de sustancias integrada a procesos, como la eliminación de pesticidas (grasa de lana, lanolina)
  • Disrupción celular, inactivación (esterilización suave)
Supercritical fluids, CO2 Applications

Aplicaciones scCO2 industriales

Principio del proceso PGSS:

  1. Atemperación y fusión de ambos reactivos 1 y 2
  2. Alimentación y compresión con las bombas de alta presión LEWA P1, P2 y P3
  3. Mezcla de ambos reactivos con el fluido supercrítico en un mezclador estático (SM)
  4. Descompresión en una torre de pulverización (SP) a través de una boquilla
  5. Formación de gotitas
  6. Enfriamiento de las gotitas y formación de partículas
  7. Extracción del polvo en torre de pulverización con ciclón (ZK)
Extraction of supercritical fluids, Process scheme

Gráfico: Principio del proceso PGSS

Fuente: Departamento de tecnología de procesos, procesos de transporte y tecnología de diseño de partículas, Universidad de Bochum

 

Información general

Un fluido supercrítico es una sustancia cuya temperatura y presión están simultáneamente por encima de su punto crítico (comp. diagrama para CO2).

Temperatura crítica es la temperatura por encima de la cual la sustancia ya no puede permanecer líquida, independientemente del nivel de presión.

Presión crítica es la presión por encima de la cual la sustancia ya no puede permanecer gaseosa, independientemente de la temperatura.

Los fluidos supercríticos tienen la densidad y alto poder disolvente de los fluidos, y la viscosidad, buena compresibilidad y difusividad de los gases.

Debido a las buenas propiedades de mezcla y transferencia de masa, se los califica como fluido.

Importantes ventajas de los fluidos supercríticos:

  • Seguro, económico, compatible con el medio ambiente, no tóxico
  • Pueden reemplazar a los disolventes orgánicos
  • Buena influencia mediante pequeños cambios en las condiciones de funcionamiento
  • Las condiciones de funcionamiento a baja temperatura y presión los hacen atractivos para la investigación y el desarrollo en el sector farmacéutico y biotecnológico.

Criterios de selección del fluido supercrítico adecuado:

  • Propiedades físico-químicas de la mezcla deseada
  • Función del disolvente en el proceso en relación a su poder disolvente
  • Aplicación específica
  • Seguridad en particular con respecto a su inflamabilidad, comportamiento de fase en condiciones de funcionamiento
  • Costes del fluido
  • Costes del equipamiento

El fluido supercrítico utilizado con más frecuencia es el CO2.

Propiedades del dióxido de carbono:

  • Temperatura crítica baja (31,1 °C)
  • Presión crítica moderada (73 bar)
  • No inflamable
  • No tóxico
  • Miscible con disolventes orgánicos
  • Recuperable después del procesamiento
  • Se difunde más rápido que los disolventes líquidos convencionales
  • Clasificado como GRAS
  • Aprobado por la FDA para su uso en alimentos y productos farmacéuticos
  • Compatible con el medio ambiente
  • Económico

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