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_* -r* -REPUBLIQUE OU SENEGAL
MI NI STERE DE LA RECHERCHE
SCIENTIFIQUE ET TECHNIQUE
c”I-“--“c
INSTITUT SENEGALAIS DE RECHERCHES
AGRICOLES (1 ,S.R.A. 1
-“-m-I”--
LABORATOIRE NATIONAL DE L!ELEVAGE
ET DE RECHERCHES VETER I NA i RES
L E S A P S E C T S T H E O R I Q U E S DE L A LYOPH!LISATION
S T A G E F A O S U R L A P R O D U C T I O N D E V A C C I N S
D A K A R , D U 1 7 O C T O B R E A U 5 N O V E M B R E 1 9 8 3
P a r LE,FORBAN Y ,
R E F . No 78/VIRO.
O C T O B R E 1 9 8 3 .
. .
LES ASPECTS THEORIQUES DE LA LYOPHILISATION
P a r LEFORBAN Y
. ?
.
:
‘:
GENERAL I TES
DEFINITION
La I yophy I is&ion est un rwyen de stabi I iser un produit se présentant
sous forme de‘ i i’quide en le congelant, puis en l’évaporant. On fait donc
passer le produit par les stades suivants :
I iquide -es. s o l i d e -> vapeur
. .,
‘ 0
.,
A lPissue du processus de lyophi lisation, on obtient donc une subs-
tance sèche et poreuse dans laquel le l’eau a été éliminee.
Les aspects théoriques de la iyophi iisation sont complexes et encore
i ncomp 1 ètement compris. La lyophilisntion comprend 3 phases :
,
- la congélation
- l a desslcation p r i m a i r e
- ta dessication secondaire.
LES STADES DE’LA LYOPHI LISATIOM (Résumé)
1 - La congelation
Le produit à lyophi I iser est amené rapidement à basse temperature~ vers
<“.. ._.
- 50QC
-6OOC.
:.
2- La .déss.i,catlon pr.imai re
. Le produit:étantgardé congelé, on établ it un vi de dans la cuve, la
: ,,.I. g!ace contenue dans le produit est subl imée.
* :
Cette sublimation do.i t s’effectuer sous température constante,.
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. . . / . . .
4f Laboratoi re natlona l de I ‘El evage et de Recherches vé-tér i na î res
B.P. 2057 - DAKAR-HANN.
- 2
3- La des$ication secondaire
Quand les derniers cris7au.x. de.gl.acc. ont disparu, le broduit est
réchauffé clans I e but d’éliminer les dernières molécules d’eau qui n’ont
pas cristal I is6
et qui demeurent f i>a4es au produit par des ph~Gnom6nes
d’adsorption.
.
..-
L*humidi té résiduel le, c’est-&d i re le pourcen tane d’eau cpntenu
__.
dans
le produit à la fin de l a lyophi I i sation, dol t ê t r e l a p l u s f a i b l e
poss ible pour une conservation optimale du produit IyophilisG.
.“.
.
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I - PREPARAT1 ON DU PRODUI T” ” “-
On doi t ajouter .au. ..praduf t d.es .substa.n.c.es .prot.ec.trices pour que les
micro-organismes (bactéries ou virus) ne soient pas détruits au cours du
‘processus de congélatfon ou de dessication :
- s o u v e n t ’
des hydrates de carbone
, lactose
. g I ucose
. saccharose
- des produits plus complexes
. t r i s
, l a i t Gcrémé
peptone.
. <.
. .
_
. -__ .
i I - LA CONGELATION
La congélation n’est pas un simple passage 3 l’état soli’de d’iÙn pro-
d u i t l i q u de. En effet, le processus de cristal I isation de I ‘oau peut
entraîner
des phenomènes
de dénaturation des structures proteiyues des
bac-%-i es et des virus,’ tel les-ci G-tant responsables de I ‘immunité.
.
De P us, quel les que soient les conditions de congélation, i I restera
toujours une certaine proposition’ de molécule d’eau intimement I i6e au
produit qui ne se cristal Ilse pas. On Ivappel le “l’eau I iée”.
.,
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- 3
a) L e 5 f l u i d e s i n t e r s t i t i e l s
Lors de la congelation, se forment des cristaux de glace et ceux-ci
sont entourés par des fluides interstitiels. Ces fluides interstitieis
contiennent toutes les substances initialement en solution. Plus la temph-
rature descend, plus la quantité des cristaux de glace augmente et plus la
concentration du i iquide intersti tiei augmente AgaIement et 3 la fi n du
processus de congélation ; ces fluides interstitiels deviennent egalement
solides. C’est ce que i son appel le le point de cristal lisation eutectique
ou température de complète solidification (TCS) ; quand ce point est atteint
le produit est prêt par le processus de subl imation. Quand ce point est
atteint, rien ne sert de descendre plus bas. I l est bien Avident que ce
point depend de la composition du produit A lyophiliser.
b) Les criStaux de glace
I ls apparaissent brusquement sous forme de petits noyaux. Pour que
ceux-ci ne denaturent pas les structures proteiques, i Is doivent être
distrihu6s de manière homoqene et être également de taille homogk-te.
II
ne doit pas en particulier se produire de cristallisation superficielle.
Dans tous les cas,
i l faut trouver la courbe de descente de temperature
optimale pour chaque produit.
Pour une congélation optimale,
la température du produit doit descen-
dre de +ZW’C à 30°C entre une demi-heure et une heure.
Pour la plupart des produits,
I e poi nt eutectique se si tue entre
-40 et - (jooC.
I I I - LA DESSICATION~PRIMAIRE
OU SUBLIMATION
Elle est obtenue en appliquant le vide : le vide doit être de 0,5 à
0,05 Torr.
L’eau des cristaux de glace se transforme en vapeur, col le-ci étant
condenseo au niveau du piège. La temperature du piège reste toujours i nfé-
rieure a tel le de la cuve pendant tout le processus de lyophi I isation pour
que I e pi egeage de 1 ‘eau se fasse correctement.
. . . / . . .
- 4
La sub I imation étant un processus endothermique, on doit réchauffer
le nroduit pendant toute la période de sublimation. La tempkature du pro-
duit doit être contrôlée prkis6ment pendant tout le p’roccssus. Si cl le
s’élève trop, des fusions peuvent se produire à t ’ intérieur du produit
entrainant des altérations profondes de celui~c1~ Ceci se traduit par .un
boui l bonnement du produit avec tiusse.
La température a laquelle doit être maintenu le produit pendant ta
sublimation est donc très importante à connattre pour éviter ce phbnomène.
Cette température optimale de sublimation se situe généralement entre
-20 et-30OC. Si Ifon est en dessaus de cette température, la subl imstion
ne se produit pas, si on est en dessus, I’e produit se met 3 boui I l i r et
i 1. est dénaturé. La température de subi imation dai t donc se situer en
dessous de la temperature de fusion. Plus la température ,est élevée, plus
la sublimation est rapide ; mais le danger de voir le produit bouillir.
augmente Qga I ement.
La température de sublimation doit donc être choisie pour que [a
subiimation se fasse d’une manière régul ière.
IV - LA DESS I CATION SECONDA t RE
Quand les derniers fragments de glace ont disparu, la période de
subi imation est terminée. Le processus endothermique étant termi ne, i I
est nécessaire de r6gter le système de chauffage pour ne pas surchauffer
le produit. La température maximale 5 atteindre est d’environ 30°C.
A la fin du processus de sub 1 imation primaire, le skhage du produit
n’est pas complet puisqu’i I reste I veau IiAe au produit, Le processus de
dessication secondaire consiste donc à évaporer cette humiditd résiduel le
à température constante et sous forte dépression.
La temperature de dessication secondaire (ou désorption) est Td.
/
l . . ..*
- 5
Cette eau liée est beaucoup plus difficile à extraire que la prké-
dente car intimement Il&s au structure du produit. Cependant, en appli-
quant une depression suffisante (< OPOl Torr 1, cette eau est lentement
et réguli&rement extraite, Cependant,queI que solt le processus utilise,
toute 19eau ne pourra $3~ &tre extraite et il restera toujours une lEgère
humidité rksiduelle. On devra donc arrêter le nrocessus de ciessication
secondaire après un certain temns qui dépendra du produit et de I 'appareil.
* ' Ce temps n'est pas faci.1,e.à déterminer et il sera fonction de l'expérience
acquise pour un vaccin donné.
Le taux d'humidité résiduelle du vaccin peut être dosé par une ._
méthode chimique (méthode de KARL FISHER).
Ce taux est très important à connaître,car il détermine la conssrva-
tion du vaccin.'Ce taux'doit être compris entre 1 et 1,7 % pour obtenir
une bonne conservation.
*---z-m
kmgélatfûn
Deaskcatiaa
s e c o n d a i r e l
- 6
BIBLIOGRAPHIE SOMMAIRE
- REY (L.1 - Progrb récents en IyoFhiiisation. Actualités scientifiques et
industrielles : 1299 - HERMANN - PARIS, 1962.
- RN (L.1 - Traité de lyophilisation. klERMANN - PARIS, 1960.
- RN (L.1
- Aspects théoriques et industriels de la lyophilisation.
HERMANN - PARIS, 1964.
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SCIENTIFIQUE ET TECHNIQUE
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INSTITUT SENEGALAIS DE RECHERCHES
AGRICOLES (1 ,S.R.A. 1
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LABORATOIRE NATIONAL DE L!ELEVAGE
ET DE RECHERCHES VETER I NA i RES
L E S A P S E C T S T H E O R I Q U E S DE L A LYOPH!LISATION
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LES ASPECTS THEORIQUES DE LA LYOPHILISATION
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‘:
GENERAL I TES
DEFINITION
La I yophy I is&ion est un rwyen de stabi I iser un produit se présentant
sous forme de‘ i i’quide en le congelant, puis en l’évaporant. On fait donc
passer le produit par les stades suivants :
I iquide -es. s o l i d e -> vapeur
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A lPissue du processus de lyophi lisation, on obtient donc une subs-
tance sèche et poreuse dans laquel le l’eau a été éliminee.
Les aspects théoriques de la iyophi iisation sont complexes et encore
i ncomp 1 ètement compris. La lyophilisntion comprend 3 phases :
,
- la congélation
- l a desslcation p r i m a i r e
- ta dessication secondaire.
LES STADES DE’LA LYOPHI LISATIOM (Résumé)
1 - La congelation
Le produit à lyophi I iser est amené rapidement à basse temperature~ vers
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2- La .déss.i,catlon pr.imai re
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3- La des$ication secondaire
Quand les derniers cris7au.x. de.gl.acc. ont disparu, le broduit est
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et qui demeurent f i>a4es au produit par des ph~Gnom6nes
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micro-organismes (bactéries ou virus) ne soient pas détruits au cours du
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La congélation n’est pas un simple passage 3 l’état soli’de d’iÙn pro-
d u i t l i q u de. En effet, le processus de cristal I isation de I ‘oau peut
entraîner
des phenomènes
de dénaturation des structures proteiyues des
bac-%-i es et des virus,’ tel les-ci G-tant responsables de I ‘immunité.
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Lors de la congelation, se forment des cristaux de glace et ceux-ci
sont entourés par des fluides interstitiels. Ces fluides interstitieis
contiennent toutes les substances initialement en solution. Plus la temph-
rature descend, plus la quantité des cristaux de glace augmente et plus la
concentration du i iquide intersti tiei augmente AgaIement et 3 la fi n du
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solides. C’est ce que i son appel le le point de cristal lisation eutectique
ou température de complète solidification (TCS) ; quand ce point est atteint
le produit est prêt par le processus de subl imation. Quand ce point est
atteint, rien ne sert de descendre plus bas. I l est bien Avident que ce
point depend de la composition du produit A lyophiliser.
b) Les criStaux de glace
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ceux-ci ne denaturent pas les structures proteiques, i Is doivent être
distrihu6s de manière homoqene et être également de taille homogk-te.
II
ne doit pas en particulier se produire de cristallisation superficielle.
Dans tous les cas,
i l faut trouver la courbe de descente de temperature
optimale pour chaque produit.
Pour une congélation optimale,
la température du produit doit descen-
dre de +ZW’C à 30°C entre une demi-heure et une heure.
Pour la plupart des produits,
I e poi nt eutectique se si tue entre
-40 et - (jooC.
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OU SUBLIMATION
Elle est obtenue en appliquant le vide : le vide doit être de 0,5 à
0,05 Torr.
L’eau des cristaux de glace se transforme en vapeur, col le-ci étant
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rieure a tel le de la cuve pendant tout le processus de lyophi I isation pour
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. . . / . . .
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La sub I imation étant un processus endothermique, on doit réchauffer
le nroduit pendant toute la période de sublimation. La tempkature du pro-
duit doit être contrôlée prkis6ment pendant tout le p’roccssus. Si cl le
s’élève trop, des fusions peuvent se produire à t ’ intérieur du produit
entrainant des altérations profondes de celui~c1~ Ceci se traduit par .un
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La température a laquelle doit être maintenu le produit pendant ta
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Cette température optimale de sublimation se situe généralement entre
-20 et-30OC. Si Ifon est en dessaus de cette température, la subl imstion
ne se produit pas, si on est en dessus, I’e produit se met 3 boui I l i r et
i 1. est dénaturé. La température de subi imation dai t donc se situer en
dessous de la temperature de fusion. Plus la température ,est élevée, plus
la sublimation est rapide ; mais le danger de voir le produit bouillir.
augmente Qga I ement.
La température de sublimation doit donc être choisie pour que [a
subiimation se fasse d’une manière régul ière.
IV - LA DESS I CATION SECONDA t RE
Quand les derniers fragments de glace ont disparu, la période de
subi imation est terminée. Le processus endothermique étant termi ne, i I
est nécessaire de r6gter le système de chauffage pour ne pas surchauffer
le produit. La température maximale 5 atteindre est d’environ 30°C.
A la fin du processus de sub 1 imation primaire, le skhage du produit
n’est pas complet puisqu’i I reste I veau IiAe au produit, Le processus de
dessication secondaire consiste donc à évaporer cette humiditd résiduel le
à température constante et sous forte dépression.
La temperature de dessication secondaire (ou désorption) est Td.
/
l . . ..*
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Cette eau liée est beaucoup plus difficile à extraire que la prké-
dente car intimement Il&s au structure du produit. Cependant, en appli-
quant une depression suffisante (< OPOl Torr 1, cette eau est lentement
et réguli&rement extraite, Cependant,queI que solt le processus utilise,
toute 19eau ne pourra $3~ &tre extraite et il restera toujours une lEgère
humidité rksiduelle. On devra donc arrêter le nrocessus de ciessication
secondaire après un certain temns qui dépendra du produit et de I 'appareil.
* ' Ce temps n'est pas faci.1,e.à déterminer et il sera fonction de l'expérience
acquise pour un vaccin donné.
Le taux d'humidité résiduelle du vaccin peut être dosé par une ._
méthode chimique (méthode de KARL FISHER).
Ce taux est très important à connaître,car il détermine la conssrva-
tion du vaccin.'Ce taux'doit être compris entre 1 et 1,7 % pour obtenir
une bonne conservation.
*---z-m
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- 6
BIBLIOGRAPHIE SOMMAIRE
- REY (L.1 - Progrb récents en IyoFhiiisation. Actualités scientifiques et
industrielles : 1299 - HERMANN - PARIS, 1962.
- RN (L.1 - Traité de lyophilisation. klERMANN - PARIS, 1960.
- RN (L.1
- Aspects théoriques et industriels de la lyophilisation.
HERMANN - PARIS, 1964.