Az elektrosztatikus porlasztásos szárítás lehetővé teszi
Szárítás és agglomerálás egy lépésben
Az elektrosztatikus porlasztásos szárítás lehetővé teszi
A hagyományos porlasztva szárítási eljárásokban a labilis hatóanyagok hőintenzív kezelése anyagvesztéshez, állapotromláshoz vagy denaturációhoz vezethet. A porlasztó szárítóból származó porszerű termékek szemcsemérete 50 és 250 um között van. Az ilyen szemcseméretű termékek vízben való oldhatósága gyenge, és inkább porlasztanak. Emiatt a hagyományos porlasztva szárítási eljárásokkal előállított termékeket általában egy második lépésben agglomerálják vagy granulálják, a fluid ágyas permetező granulátorok alapfelszereltségeként. Itt a porlasztva szárított részecskéket forró levegő áramában cseppfolyósítják és összekeverik egy megkötő oldattal. A részecskék és a megkötő oldat érintkezésekor folyékony híd képződik, amely lehetővé teszi a részecskék egymáshoz tapadását. A részecskék agglomerálódnak, amikor a folyadék elpárolog. Ez a további folyamatlépés időigényes és költséges, és a kettős hőhatásnak köszönhetően további anyagvesztés vagy további állapotromlás kockázatát rejti magában.
Gyengéd szárítás
Ennek ellensúlyozására a Fluid Air, a Spraying Systems leányvállalata, együtt fejlesztette ki a Polardry elektrosztatikus porlasztva szárítási technológiát. A technológia lehetővé teszi a víz elpárologtatását 90 ° C hőmérsékleten, jóval a víz forráspontja alatt normál nyomáson. Ezenkívül egy agglomerátum termék képződik a porlasztva szárítási folyamat során. A Polardry eljárásban, a hagyományos porlasztva szárításhoz hasonlóan, a folyadékcseppeket porlasztják és gázáramba permetezik. A hő a szárító gázból a folyadékba kerül, hogy az oldószert elpárologtassák. Miután az összes oldószer elpárolog, a végtermék száraz, porszerű anyag.
A hagyományos porlasztva szárításnak két különböző szárítási fázisa van: egy állandó szárítási sebességű és egy csökkenő szárítási sebességű fázis. Az állandó sebességű fázis során a cseppekbe átvitt hő legnagyobb részét az oldószer elpárologtatására fordítják. Az oldószer bepárlása lehűti a környező szárítógázt, a csepp hőmérséklet állandó marad. Amint egyre több oldószer elpárolog, a csepp külső rétegének szilárdanyag-tartalma addig nő, amíg szilárd héj képződik. Szilárd, de nedves maggal rendelkező részecske képződik. Ettől a fázistól kezdve a szárítógáz hője érzékeny hőként átkerül a részecskére. A részecske hőmérsékletét megemeljük annak érdekében, hogy a maradék oldószert teljesen elpárologtassuk a magból. A befogott érzékeny anyagok károsodhatnak.
A Polardry-eljárás az elektrosztatikus hatást használja a csepp alkotóelemeinek átrendezésére porlasztás közben. A hatás az anyagok polaritásán alapul. Poláris oldószeren alapuló kiindulási anyag esetén az oldószert a csepp külsejére irányítják, és a szilárd anyagok bent maradnak. Ez megakadályozza a hámlást. Ez lehetővé teszi a gyors és hatékony szárítást anélkül, hogy meg kellene emelni a termék hőmérsékletét, és a hatóanyagok optimális kapszulázásához vezet. A polardry szintén inert rendszer, amelynek oxigéntartalmát mindig 5% alatt tartják a nemkívánatos oxigénnel kapcsolatos reakciók elkerülése érdekében.
Két folyamat egyben
A beáramlásnál szakaszosan alkalmazott elektrosztatikus töltet szabályozásával a Polardry technológia lehetőséget nyújt részecskék agglomerálására a szárítás során. Ez a PWM (Pulse Width Modulation) nevű funkció feleslegessé teszi a másodlagos agglomerációt. A porlasztás közbeni cseppre alkalmazott feszültség szabályozásával egyes részecskék könnyebben kialakítanak egy külső héjat, míg mások fokozatosan fejlesztik a héját, nedves vagy ragadós részecskét eredményezve. Mivel ez a két fajta részecske kolloid, összeállva agglomerált részecskét képeznek. Az eredmény egy nagyobb részecskékkel és kevesebb finom anyaggal rendelkező végtermék.
Kiterjedt szárítási kísérletek
A Fluid Air teszteket végzett az elektrosztatikus porlasztva szárítással előállított termékek előnyeinek megvizsgálására. A késztermékeket szabadon folyó száraz por formájában gyűjtöttük össze, és elemeztük nedvességtartalmukat, szemcseméret-eloszlását, részecskeszerkezetét és hidratációs képességét. A nedvességtartalmat nedvességmérővel határoztuk meg. A termékek részecskeszerkezetét pásztázó elektronmikroszkóppal vizsgáltuk. Összehasonlítás céljából a mintákat egy hagyományos permetszárítóban is feldolgoztuk, amelynek belépési hőmérséklete 190 ° C és kimeneti hőmérséklete 90 ° C.
Az alacsony hőmérsékletű szárítási kapacitás elektrosztatikus porlasztva szárítási technikával való demonstrálásának demonstrációs példájaként módosított keményítőt, például gyógyszerek és élelmiszer-ipari termékek előállításához használt keményítőt használtak. Egy kísérlet során 40 tömeg% módosított keményítőt 60 tömeg% vízzel hidratáltunk. A 4,536 kg/h sebességgel betáplált keményítő-hidrátot az elektrosztatikus permetező fúvókán keresztül 1,72 bar nyomáson szárító kamrába fecskendezték. Az elektrosztatikus fúvókát 20 kV-nak vetjük alá a keményítő-hidrát számára. A szárítókamrában szárítógázt 90 ° C-on és 4,25 m3/perc áramlási térfogattal tápláltak be a párolgási folyamat támogatására. A szárító gáz levegő/nitrogén keverék, az oxigéntartalom legfeljebb 5%.
Ezenkívül C-vitamin kapszulákat állítottak elő elektromos porlasztva szárítással. Erre a célra 50 tömeg% módosított keményítőt 50 tömeg% vízzel hidratáltunk. A hidratálást követően 2% C-vitamint adunk a módosított keményítő tömegarányához, és nagy nyíróhatású keverőben 5 percig 5000 perc-1-en homogenizáljuk. A C-vitamin keveréket az elektrosztatikus permetező fúvókán keresztül injektálták ugyanazokkal a folyamatparaméterekkel, mint az előző példában szereplő módosított keményítő.
Eper ízesítő kapszulákhoz 80 tömeg% keményítőből mint falanyagból és 20 tömeg% folyékony eper ízből mint alapanyagból ízesítő emulziót állítottak elő. Erre a célra a folyékony eperaromát előhidratált keményítővel emulgeálták egy nagy nyíróhatású keverőben, szintén 5 percig 5000 fordulat/perc sebességgel. Az elegyet ezután homogenizátorban két menetben homogenizáltuk, az elsőt 206,8 bar nyomáson, a másodikban 34,47 bar nyomáson. Az emulziót az elektrosztatikus permetező fúvókán keresztül ugyanolyan eljárási paraméterekkel permeteztük, mint a C-vitamin keveréket.
Morfológiai részecskeszerkezet
Megállapították, hogy az elektrosztatikus porlasztva szárítási eljárással előállított összes minta nagyobb részecske agglomerátumokat eredményezett, és sok részecske tapadt egymáshoz. Ezzel szemben a hagyományos porlasztva szárítási eljárásból származó minták diszkrét gömbszerkezetet kínáltak kisebb részecskékkel. Feltételezzük, hogy a részlegesen száraz részecskék felülete ragadós az elektrosztatikus porlasztva szárítási folyamat során, és ezért a részecskék szilárdan tapadnak egymáshoz, és nagyobb szemcséket képezhetnek. Amint a víz teljesen elpárolog, egy nagyobb, száraz és szilárd granulátum képződik, amelynek részecskéi nagyobbak, mint 125 µm, és amelynek szerkezete tehát több, egymással összenyomott részecskéből áll. Az elektrosztatikus porlasztva szárítási eljárással előállított módosított keményítőminta például olyan terméket eredményezett, amelyben a részecskék 27,9% -a nagyobb volt, mint 125 µm, míg a hagyományos porlasztva szárítási eljárással előállított mintában az összes mintarészecskének csak 10,6% -a volt nagyobb, mint 125 µm. A C-vitamin kapszulák eredménye 51,5–2,8%, az eperízű kapszuláké 68,7–10,6% volt.
D3-vitamin tabletta kapszula helyett
Egy másik kísérletsorozat orálisan széteső tabletta előállításával foglalkozott az olajban oldódó D3-vitamin hatóanyaggal, mivel ez a legtöbbször olajban oldódó hatóanyagokhoz használt kapszulákhoz hasonlított. olcsóbbak. A D3-vitamint kukoricaolajban oldjuk és olaj-víz emulzióba építjük. A hordozóanyag a borsó-maltodextrin volt, felületaktív anyagként DE17 és nátrium-oktenil-szukcinát-keményítő. Ezt a stabil olaj-víz emulziót D3-vitaminnal nagy sebességű homogenizálással, majd nagynyomású homogenizálással állították elő. Az emulziót elektrosztatikus Polardry technológiával porlasztottuk 1,7 bar gáznyomáson. Az oxidáció minimalizálása érdekében a szárító gáz szintén levegő és nitrogén gáz keveréke volt. A porból előállított tabletták kiváló folyékonysággal és összenyomhatósággal rendelkeznek.
Megállapítottuk, hogy az elektrosztatikus porlasztva szárítási eljárás során előállított minta lényegesen gyorsabb hidratálóképességgel rendelkezik, mint a hagyományos porlasztva szárítási eljárás során előállított minta, és 10 másodperces hidratálás után több por oldódott fel vízben. 60 másodpercig tartó hidratálás után a minta teljesen feloldódott az elektrosztatikus porlasztva szárítási eljárásban, és a víz zavaros volt, míg a másik minta nem oldódott fel teljesen, és a víz csak részben volt zavaros.
Szerző: Szczap József
Mérnöki igazgató
és műveletek,