Електростатичното пулверизиращо сушене го прави възможно
Сушене и агломериране в една стъпка
Електростатичното пулверизиращо сушене го прави възможно
При конвенционалните процеси на сушене чрез пулверизиране, топлинно интензивното третиране на лабилни активни съставки може да доведе до загуба на вещество, влошаване на състоянието или денатурация. Прахообразните продукти от спрей сушилнята имат размери на частиците между 50 и 250 µm. Продуктите с такъв размер на частиците често имат лоша разтворимост във вода и са склонни да се атомизират. Поради тази причина продуктите, произведени в конвенционални процеси на сушене чрез пулверизиране, обикновено се агломерират или гранулират във втори етап, обикновено в гранулиращи спрейове с кипящ слой. Тук спрей изсушените частици се втечняват в поток горещ въздух и се смесват със свързващ разтвор. При контакт между частиците и свързващия разтвор се образува течен мост, който позволява на частиците да се залепят една за друга. Частиците се агломерират, когато течността се изпарява. Тази допълнителна стъпка на процеса отнема много време и е скъпа и поради двойното излагане на топлина крие риск от по-нататъшна загуба на вещество или по-нататъшно влошаване на състоянието.
Нежно сушене
За да се противодейства на това, Fluid Air, дъщерно дружество на пръскащите системи, съвместно разработи електростатичната технология за сушене чрез пулверизиране Polardry. Технологията дава възможност за изпаряване на водата при температура 90 ° C, доста под точката на кипене на водата при нормално налягане. Освен това по време на процеса на сушене чрез пулверизиране се образува агломерен продукт. В процеса на Polardry, както при традиционното изсушаване чрез пулверизиране, течните капчици се пулверизират и разпръскват в газов поток. Топлината се прехвърля от изсушаващия газ към течността, за да стимулира изпарението на разтворителя. След като целият разтворител се изпари, крайният продукт е сух прахообразен материал.
При традиционното сушене чрез пулверизиране има две различни фази на сушене: фаза с постоянна скорост на сушене и фаза с намаляваща скорост на сушене. По време на фазата с постоянна скорост по-голямата част от топлината, предадена на капката, се използва за задвижване на изпарението на разтворителя. Изпарението на разтворителя охлажда околния изсушаващ газ, температурата на капката остава постоянна. Тъй като все повече и повече разтворител се изпарява, съдържанието на твърди вещества във външния слой на капката се увеличава, докато се образува твърда обвивка. Образува се частица с твърдо, но влажно ядро. От тази фаза топлината от изсушаващия газ се прехвърля към частицата като чувствителна топлина. Температурата на частицата се повишава, за да се изпари напълно останалият разтворител от сърцевината. Уловените чувствителни вещества могат да бъдат повредени.
Процесът Polardry използва електростатичния ефект за пренареждане на компонентите на капката по време на пулверизацията. Ефектът се основава на полярността на материалите. В случай на изходен материал на основата на полярен разтворител, разтворителят е насочен към външната страна на капката и твърдите материали остават вътре. Това предотвратява пилинг. Това позволява бързо и ефективно сушене, без да се налага да се повишава температурата на продукта и води до оптимално капсулиране на активните съставки. Polardry също е инертна система, чието съдържание на кислород винаги се поддържа под 5%, за да се избегнат нежелани реакции, свързани с кислорода.
Два процеса в едно
Чрез контролиране на електростатичния заряд, който се прилага периодично към притока, технологията Polardry предлага способността да агломерира частиците по време на сушенето. Тази функция, наречена PWM (Pulse Width Modulation), прави вторичната агломерация излишна. Чрез контролиране на напрежението, приложено към капката, докато тя се пулверизира, някои частици по-лесно ще образуват външна обвивка, докато други постепенно ще развият своята обвивка, което води до мокра или лепкава частица. Тъй като тези два вида частици са колоидни, те се комбинират, образувайки агломерирана частица. Резултатът е краен продукт с по-големи частици и по-малко глоби.
Обширни тестове за сушене
Fluid Air проведе тестове, за да проучи предимствата на продуктите, произведени чрез електростатично пулверизиращо сушене. Готовите продукти се събират като свободно течащ сух прах и се анализират за тяхното съдържание на влага, разпределение на размера на частиците, структура на частиците и хидратираща способност. Съдържанието на влага се определя с влагомер. Структурата на частиците на продуктите се изследва със сканиращ електронен микроскоп. За целите на сравнението, пробите също са обработени в конвенционална пулверизационна сушилня с входна температура 190 ° C и изходна температура 90 ° C.
Като демонстрационен пример за демонстриране на нискотемпературен капацитет на сушене с електростатичната техника на сушене чрез пулверизиране е използвано модифицирано нишесте, като това, използвано при формулирането на фармацевтични и хранителни продукти. В хода на експеримент, 40 тегл.% Модифицирано нишесте се хидратира с 60 тегл.% Вода. Нишестеният хидрат, подаван при 4,536 kg/h, се разпръсква през дюзата за електростатично пръскане под налягане от 1,72 бара в сушилна камера. Електростатичната дюза беше подложена на 20 kV за нишестения хидрат. Вътре в сушилната камера се подава газ за сушене при 90 ° C и обем на потока от 4.25 m3/min, за да се поддържа процесът на изпаряване. Изсушаващият газ е смес въздух/азот, като съдържанието на кислород е ограничено до 5%.
В допълнение, витамин С капсули са произведени с помощта на електрическо пулверизиращо сушене. За тази цел 50 тегловни% модифицирано нишесте се хидратират с 50 тегловни% вода. След хидратация се добавя 2% витамин С на тегловна фракция модифицирано нишесте и се хомогенизира в миксер с висока степен на срязване за 5 минути при 5000 min-1. Сместа от витамин С се инжектира през дюзата за електростатично пръскане със същите параметри на процеса като модифицираното нишесте в предишния пример.
За капсули с аромат на ягода се приготвя ароматична емулсия от 80% тегловно нишесте като материал за стена и 20% тегловно течен аромат на ягода като материал на сърцевината. За тази цел течният ягодов аромат се емулгира с предварително хидратирано нишесте в миксер с висока срязваща сила, също за 5 минути при 5000 об/мин. След това сместа се хомогенизира в хомогенизатор за два прохода, в първия под налягане 206,8 бара, а във втория с 34,47 бара. Емулсията се разпръсква през електростатичната дюза за пръскане със същите параметри на процеса като сместа от витамин С.
Морфологична структура на частиците
Установено е, че всички проби, получени с помощта на процеса на електростатично изсушаване чрез пулверизиране, водят до по-големи агломерати на частици и че много частици се прилепват една към друга. За разлика от това, пробите от конвенционалния процес на сушене чрез пулверизиране предлагат дискретна сферична структура с по-малки частици. Предполага се, че повърхностите на частично сухите частици са лепкави по време на процеса на електростатично изсушаване чрез пулверизиране и поради това частиците се прилепват здраво една към друга и могат да образуват по-големи гранули. Веднага след като водата се изпари напълно, се образува по-голям, сух и твърд гранулат, чиито частици са по-големи от 125 µm и по този начин структурата му е съставена от няколко частици, компресирани заедно. Модифицираната нишестена проба, произведена с помощта на електростатичен метод на сушене чрез пулверизиране, доведе до продукт, при който 27,9% от частиците са по-големи от 125 µm, докато в пробата, произведена с конвенционалния процес на сушене чрез пулверизиране, само 10,6% от всички частици на пробата са по-големи от 125 µm. Резултатът за капсулите с витамин С е 51,5% до 2,8%, а за капсулите с аромат на ягоди 68,7% до 10,6%.
Витамин D3 таблетки вместо капсули
Друга поредица от експерименти се занимава с производството на орално дезинтегрираща таблетка с маслоразтворимата активна съставка витамин D3, тъй като това в сравнение с капсулите и други подобни се използва най-вече за маслоразтворими активни съставки. а. са по-евтини. Витамин D3 беше разтворен в царевично масло и включен в емулсия масло-вода. Носителят е грахов малтодекстрин с DE17 и натриев октенил сукцинат нишесте като повърхностноактивно вещество. Тази стабилна емулсия масло-вода с витамин D3 е получена чрез високоскоростна хомогенизация и след това хомогенизация под високо налягане. Емулсията се пулверизира чрез електростатичната технология Polardry при налягане на газ от 1,7 бара. За да се сведе до минимум окисляването, изсушаващият газ също е смес от въздух и азотен газ. Таблетките, произведени от праха, имат отлични свойства на течливост и сгъстяемост.
Установено е, че пробата, получена в процеса на електростатично сушене чрез пулверизиране, има значително по-бърз хидратиращ капацитет, отколкото пробата, получена в конвенционалния процес на сушене чрез пулверизиране и след 10 секунди хидратация повече прах се разтваря във вода. След хидратация в продължение на 60 секунди, пробата беше напълно разтворена в процеса на електростатично изсушаване чрез пулверизиране и водата беше мътна, докато другата проба не беше напълно разтворена и водата беше само частично мътна.
Автор: Джоузеф Шчап
Директор инженеринг
и операции,