Електростатичне розпилювальне сушіння робить це можливим
Сушіння та агломерація за один крок
Електростатичне розпилювальне сушіння робить це можливим
У звичайних процесах сушіння розпиленням теплоємна обробка лабільних активних інгредієнтів може призвести до втрати речовини, погіршення стану або денатурації. Порошкоподібні продукти з розпилювальної сушарки мають розмір частинок від 50 до 250 мкм. Продукти з такими розмірами часток погано розчиняються у воді і мають тенденцію до атомізації. З цієї причини продукти, виготовлені в звичайних процесах розпилювальної сушки, зазвичай агломерируються або гранулюються на другій стадії, як правило, в грануляторах з розрідженим шаром. Тут висушені розпиленням частинки зріджуються в потоці гарячого повітря і змішуються з розчином, що зв'язує. При контакті між частинками та розчином, що зв'язується, утворюється рідкий місток, який дозволяє частинкам злипатися одна з одною. Частинки агломеруються в міру випаровування рідини. Цей додатковий етап процесу трудомісткий і дорогий, і через подвійне вплив тепла криє ризик подальшої втрати речовини або подальшого погіршення стану.
Щадне сушіння
Для протидії цьому компанія Fluid Air, дочірнє підприємство розпилювальних систем, спільно розробила технологію електростатичного розпилювального сушіння Polardry. Технологія дозволяє випаровувати воду при температурі 90 ° C, значно нижчій за температуру кипіння води при нормальному тиску. Крім того, в процесі розпилювальної сушки утворюється агломератний продукт. У процесі Полярдрі, як і при традиційному розпилювальному висушуванні, краплі рідини розпилюються і розпорошуються в газовий потік. Тепло передається від сушильного газу до рідини, щоб стимулювати випаровування розчинника. Як тільки весь розчинник випарується, кінцевим продуктом є сухий порошкоподібний матеріал.
У традиційній розпилювальній сушці є дві різні фази сушіння: фаза з постійною швидкістю сушіння та фаза зі зменшенням швидкості сушіння. Під час фази з постійною швидкістю більша частина тепла, що передається краплі, використовується для випаровування розчинника. Випаровування розчинника охолоджує навколишній газ, що сушиться, температура крапель залишається постійною. Коли все більше і більше розчинника випаровується, вміст твердих речовин на зовнішньому шарі краплі збільшується, поки не утвориться тверда оболонка. Утворюється частинка з твердим, але вологим ядром. Починаючи з цієї фази, тепло від сушильного газу передається частинкам як відчутне тепло. Температуру частинки підвищують для повного випаровування залишку розчинника з серцевини. Захоплені чутливі речовини можуть бути пошкоджені.
Процес Полардрі використовує електростатичний ефект для перестановки компонентів краплі під час розпилення. Ефект заснований на полярності матеріалів. У випадку вихідного матеріалу на основі полярного розчинника, розчинник направляється назовні краплі, а тверді матеріали залишаються всередині. Це запобігає лущення. Це забезпечує швидке та ефективне сушіння без необхідності підвищувати температуру продукту та призводить до оптимального капсулювання активних інгредієнтів. Polardry - це також інертна система, вміст кисню якої завжди підтримується нижче 5%, щоб уникнути небажаних реакцій, пов’язаних з киснем.
Два процеси в одному
Керуючи електростатичним зарядом, який періодично подається на приплив, технологія Polardry пропонує можливість агломерації частинок під час сушіння. Ця функція під назвою ШІМ (модуляція ширини імпульсу) робить вторинну агломерацію зайвою. Контролюючи напругу, яка подається на краплю під час її розпилення, деякі частинки легше утворюють зовнішню оболонку, тоді як інші поступово розвиватимуть свою оболонку, в результаті чого утворюються мокрі або липкі частинки. Оскільки ці два типи частинок є колоїдними, вони поєднуються, утворюючи агломеровану частинку. Результат - кінцевий продукт із більшими частинками та меншою кількістю дрібних деталей.
Широкі спроби сушіння
Компанія Fluid Air провела випробування для вивчення переваг продукції, виробленої за допомогою електростатичного розпилювального сушіння. Готову продукцію збирали у вигляді сипучого сухого порошку та аналізували на вміст вологи, розподіл за розмірами частинок, структуру частинок та гідратаційну здатність. Вміст вологи визначали за допомогою вологоміра. Структуру частинок продуктів досліджували за допомогою скануючого електронного мікроскопа. Для порівняння зразки також обробляли в звичайній розпилювальній сушарці з температурою на вході 190 ° C і температурою на виході 90 ° C.
Як демонстраційний приклад для демонстрації низькотемпературної сушильної здатності за допомогою електростатичної техніки розпилювального сушіння був використаний модифікований крохмаль, такий як той, що використовується у рецептурах фармацевтичних та харчових продуктів. В ході експерименту 40 мас.% Модифікованого крохмалю гідратували 60 мас.% Води. Гідрат крохмалю, який подавали при швидкості 4,536 кг/год, вводили через електростатичну форсунку під тиском 1,72 бар в сушильну камеру. Електростатичну насадку піддавали 20 кВ для гідрату крохмалю. Усередині сушильної камери сушильний газ подавали при 90 ° C та обсязі потоку 4,25 м3/хв для підтримки процесу випаровування. Сушильний газ являє собою суміш повітря/азот, вміст кисню обмежений 5%.
Крім того, капсули з вітаміном С виготовляли за допомогою електричного розпилювального сушіння. Для цього 50% по масі модифікованого крохмалю гідратували 50% по масі води. Після гідратації додавали 2% вітаміну С на масову частку модифікованого крохмалю та гомогенізували у змішувачі з високим рівнем зсуву протягом 5 хвилин при 5000 хв-1. Суміш вітаміну С розпорошували через електростатичну форсунку з тими самими технологічними параметрами, що і модифікований крохмаль у попередньому прикладі.
Для полуничних ароматичних капсул виготовляли смакову емульсію із 80% по масі крохмалю як матеріалу стінки та 20% по масі рідкого полуничного смаку як основного матеріалу. Для цього рідкий аромат полуниці емульгували попередньо гідратованим крохмалем у змішувачі з високим зсувом, також протягом 5 хвилин при 5000 об/хв. Потім суміш гомогенізували в гомогенізаторі за два проходи, у першому під тиском 206,8 бар, а в другому - 34,47 бар. Емульсію розпорошували через електростатичну форсунку з тими самими технологічними параметрами, що і суміш вітаміну С.
Морфологічна будова частинок
Було встановлено, що всі зразки, виготовлені за допомогою електростатичного розпилювального процесу сушіння, призводили до збільшення агломератів частинок і що багато частинок прилипали один до одного. На відміну від цього, зразки традиційного процесу сушіння розпиленням мали дискретну сферичну структуру з меншими частинками. Передбачається, що поверхні частково сухих частинок липкі в процесі електростатичного розпилювального сушіння, і тому частинки міцно прилипають одна до одної і можуть утворювати крупніші гранули. Як тільки вода повністю випаровується, утворюється більший, сухий і твердий гранулят, частинки якого перевищують 125 мкм і структура якого, таким чином, складається з декількох стиснених разом частинок. Наприклад, модифікований зразок крохмалю, отриманий за допомогою електростатичного розпилювального процесу сушіння, дав продукт, у якому 27,9% частинок були більшими за 125 мкм, тоді як у зразку, виготовленому за допомогою звичайного процесу розпилювального сушіння, лише 10,6% усіх частинок зразка було більше 125 мкм. Результат для капсул вітаміну С становив 51,5% - 2,8%, а для капсул полуничного смаку - 68,7% - 10,6%.
Таблетки вітаміну D3 замість капсул
Ще одна серія експериментів стосувалась виробництва таблетки, що розпадається всередину, з маслорозчинним активним інгредієнтом вітаміном D3, оскільки це порівняно з капсулами, які в основному використовуються для розчинних в маслі активних інгредієнтів. коштують дешевше. Вітамін D3 розчинили в кукурудзяній олії та включили в олійно-водну емульсію. Матеріалом-носієм був мальтодекстрин гороху з DE17 та крохмалем натрію октенилсукцинат в якості поверхнево-активної речовини. Ця стабільна олійно-водна емульсія з вітаміном D3 була отримана шляхом швидкісної гомогенізації, а потім гомогенізації під високим тиском. Емульсію розпилювали за допомогою електростатичної технології Polardry при тиску газу 1,7 бар. Щоб мінімізувати окислення, сушильний газ також являв собою суміш повітря та газу азоту. Таблетки, виготовлені з порошку, мають чудові властивості сипучості та стисливості.
Було виявлено, що зразок, отриманий в процесі електростатичного розпилювального сушіння, мав значно більшу гідратну здатність, ніж зразок, отриманий звичайним процесом сушіння розпиленням, і що більше порошку розчинилося у воді після гідратації протягом 10 секунд. Після гідратації протягом 60 секунд зразок повністю розчинився в процесі електростатичного розпилювального сушіння, і вода стала каламутною, тоді як інший зразок не був повністю розчинений, і вода була лише частково мутною.
Автор: Джозеф Щеп
Директор з техніки
та операцій,