Umožňuje to elektrostatické sušenie rozprašovaním

Sušenie a aglomerácia v jednom kroku
Umožňuje to elektrostatické sušenie rozprašovaním

rozprašovaním

V konvenčných procesoch sušenia rozprašovaním môže tepelne náročné ošetrenie labilných aktívnych zložiek viesť k strate látky, zhoršeniu stavu alebo denaturácii. Práškové produkty z rozprašovača majú veľkosť častíc medzi 50 a 250 um. Výrobky s takými veľkosťami častíc majú často zlú rozpustnosť vo vode a majú tendenciu atomizovať. Z tohto dôvodu sa výrobky vyrobené bežnými postupmi sušenia rozprašovaním obvykle aglomerujú alebo granulujú v druhom kroku, ako je štandardné v rozprašovacích granulátoroch s fluidným lôžkom. Tu sa častice sušené rozprašovaním skvapalnia v prúde horúceho vzduchu a zmiešajú sa so spojovacím roztokom. Pri kontakte medzi časticami a väzbovým roztokom sa vytvorí tekutý mostík, ktorý umožňuje časticiam priľnúť k sebe. Pri odparovaní kvapaliny sa častice zhlukujú. Tento dodatočný procesný krok je časovo náročný a nákladný a z dôvodu dvojitého vystavenia teplu predstavuje riziko ďalšej straty látky alebo ďalšieho zhoršenia stavu.

Jemné sušenie

Za týmto účelom vyvinula spoločnosť Fluid Air, dcérska spoločnosť spoločnosti Spraying Systems, technológiu elektrostatického sušenia rozprašovaním Polardry. Táto technológia umožňuje odparovanie vody pri teplotách 90 ° C, hlboko pod bodom varu vody za normálneho tlaku. Ďalej sa počas procesu rozprašovacieho sušenia vytvára aglomerátový produkt. V Polardryho procese, podobne ako v tradičnom sušení rozprašovaním, sa kvapôčky kvapaliny rozprašujú a rozprašujú do prúdu plynu. Teplo sa prenáša zo sušiaceho plynu do kvapaliny, aby sa podporilo odparovanie rozpúšťadla. Po odparení všetkého rozpúšťadla je konečným produktom suchý práškový materiál.

Pri tradičnom sušení rozprašovaním existujú dve rôzne fázy sušenia: fáza s konštantnou rýchlosťou sušenia a fáza so zníženou rýchlosťou sušenia. Počas fázy s konštantnou rýchlosťou sa väčšina tepla preneseného na kvapku používa na riadenie odparovania rozpúšťadla. Odparením rozpúšťadla sa ochladí okolitý sušiaci plyn, teplota kvapiek zostáva konštantná. Ako sa čoraz viac rozpúšťadla odparuje, zvyšuje sa obsah pevných látok na vonkajšej vrstve kvapky, až kým sa nevytvorí pevná škrupina. Vytvorí sa častica s pevným, ale vlhkým jadrom. Od tejto fázy sa teplo zo sušiaceho plynu prenáša na častice ako citeľné teplo. Teplota častice sa zvyšuje, aby sa úplne odparilo zvyšné rozpúšťadlo z jadra. Uviaznuté citlivé látky sa môžu poškodiť.

Polardryho proces využíva elektrostatický efekt na usporiadanie zložiek kvapôčky počas atomizácie. Účinok je založený na polarite materiálov. V prípade východiskového materiálu na báze polárneho rozpúšťadla je rozpúšťadlo nasmerované na vonkajšiu stranu kvapky a pevné materiály zostávajú vo vnútri. Tým sa zabráni odlupovaniu. To umožňuje rýchle a efektívne sušenie bez nutnosti zvyšovania teploty produktu a vedie k optimálnemu zapuzdreniu aktívnych zložiek. Polardry je tiež inertný systém, ktorého obsah kyslíka sa vždy udržuje pod 5%, aby sa zabránilo nežiaducim reakciám súvisiacim s kyslíkom.

Dva procesy v jednom

Riadením elektrostatického náboja, ktorý je prerušovane aplikovaný na prítok, ponúka technológia Polardry schopnosť aglomerovať častice počas sušenia. Táto funkcia nazývaná PWM (Pulse Width Modulation) robí sekundárnu aglomeráciu nadbytočnou. Ovládaním napätia privádzaného na kvapku počas jej rozprašovania niektoré častice ľahšie vytvoria vonkajší obal, zatiaľ čo iné postupne svoj obal rozvinú, čo povedie k vlhkej alebo lepkavej častice. Pretože tieto dva typy častíc sú koloidné, spoja sa a vytvoria aglomerovanú časticu. Výsledkom je konečný produkt s väčšími časticami a menším počtom jemných častíc.

Rozsiahle testy sušenia

Spoločnosť Fluid Air uskutočnila testy s cieľom preskúmať výhody výrobkov vyrábaných pomocou elektrostatického sušenia rozprašovaním. Hotové výrobky sa zhromaždili ako sypký suchý prášok a analyzovali sa na obsah vlhkosti, distribúciu veľkosti častíc, štruktúru častíc a hydratačnú kapacitu. Obsah vlhkosti sa stanovil vlhkomerom. Štruktúra častíc produktov sa skúmala skenovacím elektrónovým mikroskopom. Pre porovnanie boli vzorky tiež spracované v bežnej rozprašovacej sušiarni so vstupnou teplotou 190 ° C a výstupnou teplotou 90 ° C.

Ako demonštračný príklad na demonštráciu nízkoteplotnej kapacity sušenia s technikou elektrostatického rozprašovacieho sušenia bol použitý modifikovaný škrob, ako je škrob používaný pri formulácii farmaceutických a potravinárskych výrobkov. V priebehu experimentu sa 40% hmotn. Modifikovaného škrobu hydratovalo 60% hmotn. Vody. Hydrát škrobu privádzaný rýchlosťou 4,536 kg/h bol vstrekovaný cez elektrostatickú rozprašovaciu dýzu pod tlakom 1,72 baru do sušiacej komory. Elektrostatická tryska bola vystavená 20 kV pre hydrát škrobu. Do sušiacej komory sa privádzal sušiaci plyn pri 90 ° C a prietoku 4,25 m3/min, aby sa podporil proces odparovania. Sušiacim plynom je zmes vzduchu a dusíka, pričom obsah kyslíka je obmedzený na 5%.

Okrem toho sa kapsuly vitamínu C vyrábali elektrickým sušením rozprašovaním. Za týmto účelom bolo 50% hmotnostných modifikovaného škrobu hydratovaných 50% hmotnostnými vody. Po hydratácii sa pridali 2% vitamínu C na hmotnostný podiel modifikovaného škrobu a homogenizovali sa vo vysokostrižnom mixéri po dobu 5 minút pri 5000 min-1. Zmes vitamínu C bola rozprašovaná elektrostatickou rozprašovacou dýzou s rovnakými parametrami procesu ako modifikovaný škrob v predchádzajúcom príklade.

Pre kapsuly s jahodovou príchuťou sa pripravila chuťová emulzia z 80% hmotnostných škrobu ako materiálu steny a 20% hmotnostných tekutej jahodovej príchute ako materiálu jadra. Na tento účel sa tekutá jahodová aróma emulgovala s predhydrátovaným škrobom v mixéri s vysokým strihom, tiež po dobu 5 minút pri 5 000 ot./min. Zmes sa potom homogenizovala v homogenizátore v dvoch krokoch, v prvom pri tlaku 206,8 bar a v druhom pri 34,47 bar. Emulzia sa rozprašovala elektrostatickou rozprašovacou dýzou s rovnakými parametrami procesu ako zmes vitamínu C.

Morfologická štruktúra častíc

Zistilo sa, že všetky vzorky vyrobené pomocou elektrostatického sušenia rozprašovaním viedli k aglomerátom väčších častíc a že veľa častíc na seba prilepilo. Naproti tomu vzorky z konvenčného procesu sušenia rozprašovaním ponúkali diskrétnu sférickú štruktúru s menšími časticami. Predpokladá sa, že povrchy čiastočne suchých častíc sú počas procesu elektrostatického rozprašovacieho sušenia lepkavé a že častice preto navzájom pevne priľnú a môžu vytvárať väčšie granule. Len čo sa voda úplne odparí, vytvorí sa väčší, suchý a tuhý granulát, ktorého častice sú väčšie ako 125 um a štruktúra sa tak skladá z niekoľkých častíc stlačených dohromady. Napríklad vzorka modifikovaného škrobu vyrobená pomocou elektrostatického procesu rozprašovacieho sušenia viedla k produktu, v ktorom bolo 27,9% častíc väčších ako 125 um, zatiaľ čo vo vzorke vyrobenej pomocou bežného procesu sušenia rozprašovaním bolo iba 10,6% všetkých častíc vzorky väčších ako 125 um. Výsledok pre kapsuly s vitamínom C bol 51,5% až 2,8% a pre kapsuly s jahodovou príchuťou 68,7% až 10,6%.

Tablety vitamínu D3 namiesto kapsúl

Ďalšia séria experimentov sa zaoberala výrobou orálne sa rozpadajúcich tabliet s olejom rozpustnou účinnou látkou vitamínom D3, ktorá sa porovnávala s kapsulami väčšinou používanými pre účinné látky rozpustné v oleji. sú lacnejšie. Vitamín D3 sa rozpustil v kukuričnom oleji a začlenil sa do emulzie olej-voda. Nosným materiálom bol hrachový maltodextrín so škrobom DE17 a oktenylsukcinátom sodným ako povrchovo aktívnou látkou. Táto stabilná emulzia olej-voda s vitamínom D3 sa vyrobila vysokorýchlostnou homogenizáciou a potom vysokotlakovou homogenizáciou. Emulzia sa atomizovala elektrostatickou technológiou Polardry pri tlaku plynu 1,7 bar. Aby sa minimalizovala oxidácia, bol sušiaci plyn tiež zmesou vzduchu a plynného dusíka. Tablety vyrobené z prášku majú vynikajúce tekutosti a lisovateľnosti.

Zistilo sa, že vzorka vyrobená v procese elektrostatického sušenia rozprašovaním mala výrazne rýchlejšiu hydratačnú kapacitu ako vzorka vyrobená v konvenčnom spôsobe sušenia rozprašovaním a po 10 sekundách hydratácie sa viac prášku rozpustilo vo vode. Po 60 sekundovej hydratácii sa vzorka úplne rozpustila v procese elektrostatického rozprašovacieho sušenia a voda bola zakalená, zatiaľ čo druhá vzorka nebola úplne rozpustená a voda bola zakalená iba čiastočne.

Autor: Joseph Szczap

Technický riaditeľ
a operácie,