Spray dryer cimatec perú

Secado por aspersión y micro-encapsulación con aplicación en
investigación e industrias de alimentos, química y farmacéutica.
Cimatec
Lima, Perú Agosto 27 de 2014
Seminario Spray Drying Lima, Perú
Gustavo Santos Morales 26.08.2014 Página 1

Secado por aspersión & Encapsulación

Secado por aspersión & Encapsulación
Secado por aspersión: de líquidos a polvos
Un excelente método para transformar soluciones, emulsiones y suspensiones en polvos.
Después de cinco décadas de intensos estudios en investigación y desarrollo, el secado por
aspersión se ha vuelto uno de los métodos de secado industrial más atractivos y reconocidos.

Objetivos del secado por aspersión
Método ampliamente utilizado para convertir soluciones,
suspensiones o emulsiones en polvos secos
Objetivos:
Disminución del volumen
Facilitar la dosificación y el
almacenamiento
Estabilidad química y biológica
Tamaño de partícula definida
Cambio de las propiedades físicas y
químicas
Alta superficie específica
Ventajas: es un proceso de secado rápido y
continuo, bien reconocido en escala industrial

Aplicaciones clásicas del secado por aspersión en la
vida diaria
Secado por aspersión
leche
Café instantáneo

Proceso de secado de una gota
• Corriente de aire co-currente : se alimenta gas caliente que entra por el
mismo lado en la cámara de secado
• El gas caliente entra en contacto con la superficie de la gota al nivel
más alto de humedad
• El enfriamiento durante la evaporación previene el incremento de la
temperatura
• Disminución del gradiente de temperatura con secado en curso
Transferencia
de calor
Transferencia
de masa
ΔEGas de secado = ΔEEvaporación
especialmente aplicable para substancias termo-lábiles

• Teoría de difusión selectiva (Thijssen,
1968)
• Durante el secado, ocurre una
separación de fase inducida
térmicamente sobre la superficie de la
gota. La formación de la capa disminuye
significativamente los coeficientes de
difusión de los compuestos órganicos
volátiles en relación con el agua. La
nueva película así formada permite al
agua difundirse (difusión selectiva) pero
lo más importante es que ayuda a la
retención de los compuestos.
Formación
de gotas
Formación
de la película
Difusión
selectiva
Polvo
H2O
Encapsulación en secado por aspersión

De líquidos a polvos – Producción de cápsulas
Es un método excelente y bien establecido a lo largo de cinco décadas para
transformar soluciones, emulsiones y suspensiones en polvos
También se ha constituído en una de las principales técnicas para producir
microcápsulas
– Atrapamiento de un material dentro de una matriz en forma de polvo
micro/nano cápsulas (Secado)
Microcápsulas
Conteniendo un medicamento

Proceso de secado por aspersión
Gas atomizador Alimentación
Tobera
Cámara
de secado
Ciclón
Aspirador
Recipientes
del producto
Filtro
Calentador
Gas de secado

Principio de funcionamiento de los Spray Dryers
El Nano Spray Dryer B-90 y el Mini Spray Dryer B-290 siguen el mismo principio de
funcionamiento del Spray Dryer industrial. La diferencia técnica entre los dos equipos
está en el tamaño de las partículas, en la cantidad de muestra y en el rendimiento.
Etapa 1
Calentamiento:
Calentar el aire de
entrada hasta la
temperatura deseada
(máx. 220 °C)
Etapa 2
Formación de la gotita:
Boquila de doble-fluído
para el B-290 y cabezal
de pulverizado
ultrasónico para el B-
90
Etapa 3
Cámara de secado:
Intercambio de calor
por conducción entre
el gas de secamiento
y las gotitas de
muestra
Etapa 4
Colecta de las
partículas:
Tecnología de ciclón
para el B-290 y colector
electrostático de
partículas para el B-90.
Etapa 5
Filtro de salida:
Colecta las partículas
más finas para
protección del
usuario y del medio
ambiente.
Etapa 6
Gas de secado:
Entregado por
aspiración para el B-
290 y por aspiración
o aire comprimido
para el B-90.

B-290

B-90

Perfil de temperatura en la cámara de secado
La temperatura de salida es resultado del
balance de la transferencia de masa y
calor. Puede ser ajustada por:
1. Temperatura del aire a la entrada
2. Volumen de aire de secado (tasa del
aspirator)
3. Velocidad del flujo de alimentación
La temperatura de salida indica
la temperatura máxima del
producto lograda durante el proceso
de secado.
Temperatura
Entrada
Alimentación
Temperatura del gas
Temperatura del producto
Salida
Contenido de humedad
Tiempo

Cartas de capacidad de evaporación
La velocidad de flujo del aire de secado en el Mini Spray Dryer B-290
como una función de la temperatura de entrada y la tasa de evaporación
de agua a diferentes temperatura de salida

Morfología de las partículas

Optimización del proceso Mini Spray Dryer B-290

Problema: las partículas son demasiado
grandes o pequeñas

Problema: la temperatura de salida es
demasiado alta o baja

Tecnologías BÜCHI para
Secado por aspersiónEncapsulación
0.3-5 μm 2-25 μm
150-2000
μm
10-60 μm
80 -1000
μm
2-5 mm
• Las tecnologías BÜCHI cubren una amplia gama de tipos y tamaños de
partículas (300 nm - 5mm) para cubrir sus necesidades de producción a
escala de laboratorio – mojada/seca, polvos/perlas/cápsulas
• Innovación ID, estudios preliminares y producción en pequeña escala

• Secador pequeño para
Laboratorio
• Espectro amplio de aplicación
(soluciones, semisólidos,
emulsiones, solventes orgánicos)
• Simple para instalar y limpiar
Mini Spray Dryer B-290

Mini Spray Dryer B-290: en diferentes configuraciones
en modo abierto o cerrado

Accesorio de Spray chilling
• Para substancias con puntos de fusión entre
30°C y 70°C
• Cantidad de muestra: 300mL

Nano Spray Dryer B-90 – Nueva tecnología
Colector de partículas
electrostático
Cabezal de aspersión
piezoeléctrico
Calentador con flujo
laminar del gas
Cantidades pequeñas
(mg)
Partículas pequeñas
(300 nm – 5 μm)
Rendimientos altos
(hasta 90%)

Posibilidades únicas del Nano spray dryer
Especialista en las partículas más
pequeñas y cantidades de muestra
BUCHI Nano Spray Dryer B-90 es un
secador por aspersión de laboratorio que
opera de acuerdo a un proceso y
cinemática bien conocidos.
Muchas modificaciones y mejoras, abren
completamente las posibilidades del spray
drying.
1. Atomización eficiente
2. Aire de secado con flujo
laminar
3. Recolección eficiente de
partículas

Principio funcional de la generación del aerosol
Tamaño
de poro
Tamaño
de la gota
de agua
Spa
n
Flujo de
agua
aprox.
4.0 μm 5 μm 1.4 20 ml/h
5.5 μm 6 μm 1.6 60 ml/h
7.0 μm 7.2 μm 1.6 150 ml/h
Imágen microscópica de 4.0 μm
mesh cap (300x)

Obteniendo partículas submicrónicas
2010

Comparación de los Spray Dryer
Modelo
Nano
Spray Dryer
B-90
Mini
Spray Dryer
B-290
Cantidad de muestra 1 ml - 200 ml 30 ml - 1 L
Rendimento del polvo seco más de 90% normalmente alrededor de 60%
Tamaño de la partícula 0.3 - 5 μm 2 - 25 μm
Viscosidad 10 cP (*) 300 cP (*)
Tamaño de partícula
primaria en suspensión
1 μm
(sin restricción por
desaglomerado)
Opciones para solventes
orgánicos con resultados
reproducibles
B-296
Aspirator B-295
B-296
B-295

Aplicaciones
Farma (50%)
• Industrias farmacéuticas, investigación de nuevos principios
activos, departamentos de formulación y
• Universidades, escuelas, laboratorios y institutos de
investigación y desarrollo
Químicos y Materiales (30%)
• Industria de la cerámica
• Ciencias de los Nano materiales
• Aditivos, tintas, recubrimientos
• Industria electrónica
• Universidades, escuelas, laboratorios y institutos de
investigación desarrollo
Alimentos (15%)
• ID en nanotecnología para productos alimentarios
• Industria alimentaria
• Universidades

Aplicaciones del Spray dryer
Aplicaciones Propósito
Secado e substancias orgánicas e
inorgánicas
Micronización Mejora la solubilidad
Aglomeración
Aglomeración de partículas finas, mejora
la fluidez
Micro encapsulación Encapsulación de un líquido en un sólido
Englobamiento Encapsulación de partículas sólidas

Liberación controlada
Lineración controlada = proceso de liberación (en un tiempo determinado) bajo
la acción de un factor desencadenante.

Aplicaciones para alimentos y alimentos
balanceados
• Ingredientes para alimentos
• Nano Food – Aditivos funcionales
• Liberación controlada de sabor, fragancia, aditivos y fertilizantes
• Encapsulación de aceite de pescado para enmascarar el olor
• Vitaminas, otros aditivos para alimentos, etc.

Microencapsulación de aceites
Para protección de
oxidación y para
enmascarar el sabor
• Aceites con Omega 3
• Aceites de pescados
• Aceites esenciales
• Polifenoles

Antioxidantes de alimentos (Polifenoles)
Spray drying parameters
• Mini Spray Dryer B-290
• Extracto etanólico de blueberry
con maltodextrina como
soporte
• Temperatura de entrada: 120°C
• Alimentación de gas: 300 l/h
• Gasto del gas de secado:
35m3/h
• Temperatura de salida: 60-63°C
Resultados
• 1-36 μm micropartículas
esféricas
• Rendimiento de 41 %
BUCHI estudio interno
(2012)

Aplicaciones Químicas
• Partículas de metales finos para catalizadores
• Polvos magneticos finos para medios electronicos de
almacenamiento de datos
• Nanotubos de carbono como aditivos de goma
• Aglomerados de nano partículas
• Materiales cerámicos de alto desempeño con estructuras nuevas
y alta superficie específica
• Partículas de óxido de Titanio para textiles como absorbedores
de rayos UV
• Nanoparticulas en suspensión para aglomeración
• Aglomerados con nanopartículas de óxido de silicio
• Los más finos pigmentos para pinturas y recubrimientos
Etc.

Aplicación para medicamentos inhalables
Harvard University, USA
www.seas.harvard.edu
Tamaño de partícula óptimo de 1 a 5 μm
spray drying
Inhaling medicines: delivering drugs
to the body through the lungs
John S. Patton and Peter R. Byron
Natures Review, Drug discovery, Vol. 6, Jan 2007

Sulfato de salbutamol para aliviar el asma
Parámetros de spray
drying
• 0.125 g de sulfato de
salbutamol y 9.875 g lactosa
en agua (total 10 %)
• 120°C temperatura entrada
• 4.0 μm tamaño de malla
• 130 litro/min gas de secado
• 52-56°C temperatura salida
Resultados
• 0.5-3.0 μm partículas esféricas
• 70 % rendimiento
Las formulación de dry powder inhaler (DPI) son preferidas sobre otros sistemas alternativos de
liberación de medicamentos (inhalador dosificador presurizado y nebulizador) debido al tamaño,
estabilidad del API, libre de propelente y usabilidad. Las drogas comercializadas como DPI
usualmente se preparan como partículas micronizadas con diámetro abajo de 5 μm como es revisado
por Heng (2011). El B-90 es capaz de producir tales partículas con alta eficiencia y rendimiento.

Beck-Broichsitter (2012)
Nano partículas de PLGA como carrier para inhalación
Parámetros de Spray drying
• 20 mg/ml RG502H en cloruro de
metileno con sildenafil (6 w% en
PLGA)
• 30-50°C temperatura entrada
• 50-100 % tasa de aspersión
Resultados
• 0.68±0.26 μm partículas esféricas
Aunque las nano partículas de PLGA (ácido poly-láctico-co-glicólico) producidas muestran un
tamaño geométrico con limitaciones por deposición pulmonar, particulas de aerosol apropiadas para
inhalación puede ser generada por nebulización de suspensiones de partículas poliméricas.
La partículas de PLGA producidas muestras un perfil de liberación del sildenafil retenido comparado
con nano partículas compuestas permitiendo nuevas posibilidades de depósito de ingredientes
activos.

Griseofuvina medicamento antifúngico
Parámetros de Spray drying
• 1.5 w% griseofulvina en cloruro
de metileno con surfactante
Lutrol F127 (poloxamer 407)
• al 0.05 w%
• 150 liter/min gas de secado
Resultados
• 1-5 μm micropartículas esféricas
• 60-80 % rendimiento

Furosemida medicamento diurético
Parámetros Spray
drying
• 1.25 w% furosemida en
acetona
• 100 litro/min gas de
secado
Resultados
• 1.2±0.5 μm micropartículas
• Formación de cristales
nanométricos en forma de
aguja como parte de
partículas esféricas
• 70 % rendimiento
La fabricación de partículas submicrónicas por spray drying
a partir de soluciones con ingredientes activos puros es un
reto de interés en formulaciones farmacétuicas y
cosméticas. La principal ventaja de los cristales de API
para sistemas de liberación de medicamentos es realzar
las propiedades físico-químicas para mejorar la dispersión
del API a una escala nanometrica.

9-galactosidasa
Parámetros Spray drying
• 5 % concentración acuosa
1:2 con enzima trehalosa
Resultados
• 1-5 μm partículas esféricas
• 60-94 % rendimiento
Las partículas ontenidas muestras un tamaño adecuado para medicamentos de
liberación en el sistema respiratorio. Ni la atomización mediante malla vibratoria ni el
proceso de secado desactiva sigficativamente la actividad enzimática, hasta un 100 %
de actividad fué encontrada después de 3 semanas de almacenada.

Aplicabilidad y Potencial
Desnaturalización
Purificación
Protección
Microencapsulación
Liberación controlada
Durante la aspersión
Objetivos Específicos
Daño celular
Agitación, O2 etc
Aditivos en Alimentos
Mejorar propiedades
de flujo
Liberación rápida
en estómago
Medicamentos
Después de
cocinado
Liberación retardada
A un órgano específico
Proteínas Recombinantes
Tejido enfermo
Antibióticos
Sitios de infección
Anti-inflamatorio
Lugar de inflamación
Medicamentos
Ambientes
perniciosos
Manejo, uso y
Líquidos almacenamiento
Orgánicos
Como medio para
facilitar la
extracción
Propiedades
organolépticas
mejoradas
Células
Inmuno-supresión
Inhibición
Feed-back Efectos
Tóxicos
Enzimas
Pérdida de actividad
Agroquímicos
Bioactivos
Sabores
Fragrancias
Liberación contra descarga
i.e. inhaladores
Bioactivo
Áreas del
Tracto Gastro
Intestinal
Contaminantes
ambientales
Recuperación de
Producto in-situ
Medicamentos
Herbicidas/pesticidas
Metales Pesados
Metabolitos Primarios y
secondarios
Productos de
bioconversiones
Paso a lo largo del
tracto Gastro Intestinal
Condiciones
de Proceso
Pesticidas/
herbicidas
Sabor
Grasas y aceites
Posterior
transformación

Base de datos con aplicaciones de Spray Dryer
• Ofrece una base conocimiento
concentrado que los clientes pueden
consultar para producir cantidades
pequeñas de polvos
• Permite reconocer las tendencias
actuales en spray drying
• 400 notas de aplicación
Ingrese a la
base de datos
“ We are the experts in lab-scale spray drying for smallest particles !”

¿Preguntas?

¡Gracias por su
atención!

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