JP2007533656A - 凍結している含水生成物の溶融方法 - Google Patents

Abstract

凍結している含水生成物の解凍方法に関し、凍結生成物を水平ミキサーで加熱し、同時に攪拌する。

Description

発明の詳細な説明

本発明は、凍結している含水生成物、特に、プロテイン含有生成物を、水平（または横向き）の内部を有するミキサーを用いて溶融する方法に関する。

本方法は、特に、機械および熱の両方に敏感な（または影響を受け易い）物質を含んでいる、水ベースの氷を穏やかに溶融するのに適している。

少量でのみ製造することができる、とりわけ、生物学的生成物は、更なる処理の前に、一時的に貯蔵する必要がある。このことは、貯蔵の間、生成物の質を維持するために、通常は、凍結させることによって行う。生成物の制御された解凍は、特に生物学的生成物の場合、バッチからバッチの間に大幅に変動し得る生成物の性質を、とりわけ安定させるのに役立つ。生成物の性質の狭い範囲での変動を達成するために、数百から数千のバッチを、一緒に解凍し、互いに混ぜ合わせることがしばしば要求される。

このことは、ジャケット加熱装置を有する垂直攪拌容器でしばしば実施する、なぜなら、攪拌機を上方から操作するとき、このような方法では、生成物がシールに触れないからである。氷片を貯蔵容器から取り出し、攪拌容器に導入する。氷片を壊すことは、衛生的な理由から、しばしば望ましくない。添加物が必要でない、または全く許容されない場合もしばしば同様であり、攪拌容器での溶融プロセスは、初めは、液相無しで行う。氷片は、攪拌機によって回転運動して、容器の加熱された壁に沿って滑動する。溶融された物質は、容器の底に集まる。攪拌容器の内径に対する氷片の寸法に起因して（直径に対するエッジ長さの比が、１／１０を超えることもあり得る）、バッフルを設置するのは望ましくない。それゆえ、氷片が詰まり、攪拌機の機械的故障に至る危険性がある。

この理由のために、また、壁を介しての熱移動を活発にするために、壁の周りを動く攪拌機、例えば、螺旋状攪拌機を通常は用いる。水膜の形成、および壁の周りで用いる攪拌機の動作に起因して、水氷と容器の壁との間の摩擦が少ないために、氷片は互いに混ざり合わない。極端な場合には、外面は先に部分的に解凍されるが、内部は依然として深く凍結している氷片が一緒に凍り、そして、いずれの相対運動も無く攪拌機と一緒に回転する凝集体を形成することさえあり得る。壁に接触している氷片は、数ミリメートルの幅を有するエアギャップが形成されるまで、壁において溶融する。この操作モードでは、新たな接触領域の形成は殆ど無いため、解凍プロセスが長くなる。このプロセスの間、解凍された物質は、長い時間、高い熱的ストレスに曝され、生成物の性質に望ましくない影響を受ける可能性がある。

全ての場合において、氷片は、溶融物質と比較して低い密度を有するため、表面に浮かぶ。上述の低い壁面摩擦は、軸方向の移動に必要な、導入することができない起動力をもたらす。結果として、下方領域における溶融フラクションと、上方領域において攪拌機と一緒に回転する依然として固体の氷片に分かれる。これら２領域の間の熱交換は、氷片の軸方向の移動が不足することによって妨げられ、溶融した生成物が、長期にわたって高い熱的ストレスに曝されるという結果をもたらす。

発明の課題は、水溶液において、機械的および熱的に不安定な物質の溶融プロセスを促進すること、ならびに機械的および熱的ストレスをできる限り回避することにあった。低い攪拌機速度を用いて高いＳＴＹ（space-time yield：反応容器の時間あたりの生産量）を得る、低い特定の電力投入量で、固相と液相との分離に起因する局所的な過熱を回避することができるように、特に注意を払う必要があった。

攪拌要素が垂直（または縦の）軸に関して回転しないが、垂直（または縦の）混合を可能にする、水平（または横向きの）ミキサーを用いることにより２相の分離を防止する方法によって、この課題を達成する。

本発明は、凍結している含水生成物、特にプロテイン含有生成物を、
凍結生成物を水平ミキサーに導入すること、
ミキサーを加熱すること、および
同時にミキサーの内容物を激しく循環させること
によって解凍する方法であって、浮いている凍結生成物を液化相に連続的に沈めて液化相を混合することを特徴とする方法を提供する。

生成物が完全に溶融するまで、加熱による混合を続ける方法が好ましい。

凍結生成物を水平ミキサーに連続的に導入し、混合および加熱を連続的に実施し、そして解凍された生成物を同じ量で取り除いて、定常状態を確立することができる方法が好ましい。そのような連続方法は、温度制御が簡単であり、また、滞留時間が短く、従って生成物への熱的ストレスが減少するという利点を有する。

本発明の目的のために、水平ミキサーは、攪拌機（可動の内部）を有し、その回転軸または複数の回転軸（複数の攪拌シャフトの場合）が本質的に水平方向に（または横向きに）配置されている、動的な混合装置である。攪拌シャフトの回転軸が、垂直線に対して少なくとも４５°の角度である装置も包含される。

ディスク（disc）ミキサー（もしくは円板型混合機）、プローシェア（ploughshare）ミキサー、またはベッカー（Becker）ミキサーを、水平ミキサーとして用いるのが好ましい。

内部加熱装置を有する混合要素を、水平ミキサーとして用いるのが更に好ましい。

本方法において、壁の周りで動くワイピング要素を有する水平ミキサー、特に、少なくとも８０％のセルフクリーニング度を有するミキサーを用いることが、特に好ましい。

天然の生物源または生物学的プロセス、特に好ましくは血漿からのプロテイン含有溶液および懸濁液を、含水生成物として用いる方法が更に好ましい。

血漿または血漿生成物を解凍する方法において、全プロセスの間、混合物の温度を、融点よりも１０℃を超えない、好ましくは融点よりも５℃を超えない状態に保つ。

本方法は、回分式で、または連続して実施することができる。

連続操作において、完全に溶融された生成物をミキサーから取り除き、更なる凍結生成物を回分式で導入する。

連続方法は、溶融領域における生成物の滞留時間を減らし、特に敏感な（または影響を受け易い）生成物の処理に特に有用である。

本発明の方法において、浮いている氷片を、溶融物の表面から上方に運び、ミキサーの他の場所に重力によってランダムに運ぶ。次に、これらを下方に押し、加温過程にある溶融相に入れる。凍結生成物の、強制的な垂直方向の相対運動は、凍結相と液相との間の熱移動を大幅に改善する。このことは、また、従来技術の既知の方法に比べて、壁において、より高い温度勾配、従って、全体としてより短い溶融時間をもたらす。

約２０ｍｌの体積を有する円筒形状の水氷を、直径２００ｍｍ、およびジャケット加熱装置を有する円筒形容器に導入した。充填度は、４０〜１００％の範囲で変動した。ここで、１００％の充填度は、凍結状態での水氷の最大の充填に相当する。容器を、初めに垂直、次いで水平方向で操作した。ミキサーの回転速度は、全実験において、一定の３０ｍｉｎ^−１に保った。ジャケット加熱装置を、２０または３０℃の水温に設定した。円筒形容器における温度センサーを用いて、解凍プロセスを観察した。垂直操作では、液体と氷との間で不十分な垂直交換が起こり、結果として、長い解凍時間が生じた。適切な解凍時間は、円筒形容器にある温度センサーによって測定される特定温度への到達によって決定した。水平操作の場合、混合ブレードの垂直の動きによって、先に解凍された水と、依然として凍結している氷との間の良好な混合を達成した。利用できる加熱領域は、水平操作時よりも、垂直操作時の方が常に大きかった。４０％の充填度において、測定される解凍時間を半分にすることができた。最大の充填度においては、解凍時間は、０．８倍未満に減少した。解凍時間の十分な減少は、水平操作における、より良好な混合の結果である。なぜなら、一定の温度差での内部の熱移動率が結果として増加し、熱移動領域における減少が、補填を上回ることができるからである。

第２実験において、約５０ｍｌの片の、凍結している、人間の血漿を、同じ実験容器に導入し、同じ条件下で解凍した。７０％の充填度における温度曲線は、解凍時間を半分にするという同様の大きな効果を示した。温度曲線とは別に、解凍プロセスの間に沈殿するプロテイン（factor VIII）の活性を分析した。円筒形容器におけるより均一な温度領域に起因した、より短い解凍時間およびより少ない熱的ストレスの結果、水平操作では、垂直操作に比べて、概して２０％またはそれより多くの活性の増加が得られた。

Claims (7)

1. 凍結している含水生成物、特にプロテイン含有生成物を、
   凍結生成物を水平ミキサーに導入すること、
   ミキサーを加熱すること、および
   同時にミキサーの内容物を激しく循環させること
   によって解凍する方法であって、浮いている凍結生成物を液化相に連続的に沈めて液化相を混合することを特徴とする方法。
2. 水平ミキサーとして、ディスクミキサー、プラウシェアミキサー、またはベッカーミキサーを用いることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 内部加熱装置を有する混合要素を用いることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
4. 水平ミキサーは、壁の周りで動くワイピング要素を有することを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
5. 凍結生成物は、天然の生物源、または生物学的プロセスからのプロテイン含有生成物であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
6. 全プロセスの間、混合物の温度を、主成分の融点よりも１０℃を超えない、好ましくは、主成分の融点よりも５℃を超えない状態に保つことを特徴とする、請求項４に記載の方法。
7. 水平ミキサーを連続的に操作することを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の方法。