spray dryer cimatec perú

Seminario Spray Drying Lima, Perú

Gustavo Santos Morales 26.08.2014 Página 1

Secado por aspersión y micro-encapsulación con aplicación en investigación e industrias de alimentos, química y farmacéutica.

Cimatec

Lima, Perú Agosto 27 de 2014

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

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

Método ampliamente utilizado para convertir soluciones,

suspensiones o emulsiones en polvos secos

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



Secado por aspersiónDe 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

Tobera

Ciclón

Aspirador

Recipientes

del producto

Cámara

de secado

Filtro

Calentador

Gas de secado

Gas atomizador Alimentación



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.

Entrada

Alimentación

Temperatura del gas

Temperatura del producto

Salida

Temperatura

Tiempo

Co

nte

nid

o d

e h

um

ed

ad



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



0.3-5 µm 2-25 µm

150-2000

µm

10-60 µm

80 -1000

µm

Tecnologías BÜCHI para Secado por aspersión&Encapsulación

• 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 I&D, estudios preliminares y producción en pequeña escala

2-5 mm



• 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



Colector de partículas electrostático

Cabezal de aspersión piezoeléctrico

Nano Spray Dryer B-90 – Nueva tecnología

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 muestraBUCHI Nano Spray Dryer B-90 es un secador por aspersión de laboratorio queopera de acuerdo a un proceso y cinemática bien conocidos.Muchas modificaciones y mejoras, abrencompletamente 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

B-295Aspirator

B-296

B-295



AplicacionesFarma (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%)

• I&D en nanotecnología para productos alimentarios

• Industria alimentaria

• Universidades



Aplicaciones del Spray dryer

Aplicaciones Propósito

Secado por aspersiónSecado e substancias orgánicas e

inorgánicas

Micronización Mejora la solubilidad

AglomeraciónAglomeración 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.



Para protección de

oxidación y para

enmascarar el sabor

• Aceites con Omega 3

• Aceites de pescados

• Aceites esenciales

• Polifenoles

Microencapsulación de aceites



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 micropartículasesféricas

• Rendimiento de 41 %

BUCHI estudio interno

(2012)



• 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.

Aplicaciones Químicas



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 lactosaen 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.



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• 4.0 µm tamaño de malla• 100 litro/min gas de secado• 20-30°C temperatura salida• 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.

Beck-Broichsitter (2012)



Griseofuvina medicamento antifúngico

Parámetros de Spray drying

• 1.5 w% griseofulvina en clorurode metileno con surfactanteLutrol F127 (poloxamer 407)

• al 0.05 w% • 50°C temperatura entrada• 5.5 µm tamaño de malla• 150 liter/min gas de secado• 30-40°C temperatura salida

Resultados

• 1-5 µm micropartículas esféricas• 60-80 % rendimiento



Furosemida medicamento diurético

Parámetros Spray

drying

• 1.25 w% furosemida en acetona

• 100°C temperatura entrada• 4.0 µm tamaño de malla• 100 litro/min gas de

secado• 40-60°C temperatura salida

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.



β-galactosidasa

Parámetros Spray drying

• 5 % concentración acuosa1:2 con enzima trehalosa

• 80°C temperatura entrada• 4.0 µm tamaño de malla• 110 litro/min gas de secado• 36-53°C temperatura salida

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

Microencapsulación

ProtecciónLiberación controlada

Objetivos Específicos

Mejorar propiedadesde flujo

Medicamentos

Liberación retardadaA un órgano específico

Proteínas Recombinantes

Tejido enfermo

Antibióticos

Sitios de infección

Anti-inflamatorio

Lugar de inflamación

MedicamentosAmbientesperniciosos

Manejo, uso yalmacenamientoLíquidos

OrgánicosComo medio para facilitar la extracción

Propiedades organolépticas mejoradas

Células

Inmuno-supresión

Daño celular Agitación, O2 etc

Inhibición Feed-back Efectos

Tóxicos

Enzimas

Desnaturalización

Pérdida de actividad

Agroquímicos

Bioactivos

Sabores

Fragrancias

Liberación contra descargai.e. inhaladores

Después decocinado

Durante la aspersión

Liberación rápida en estómago

Bioactivo

Áreas del Tracto Gastro Intestinal

Contaminantesambientales

Recuperación de Producto in-situ

Medicamentos

Herbicidas/pesticidas

Metales Pesados

Metabolitos Primarios ysecondarios

Productos de bioconversiones

Aditivos en Alimentos

Paso a lo largo del tracto Gastro Intestinal

Condiciones de Proceso

Pesticidas/herbicidas

SaborGrasas y aceites

Posterior transformación

Purificación



Base de datos con aplicaciones de Spray Dryer

“ We are the experts in lab-scale spray drying for smallest particles !”

• Ofrece una base conocimiento

concentrado que los clientes pueden

consultar para producir cantidadespequeñas de polvos

• Permite reconocer las tendencias

actuales en spray drying

• 400 notas de aplicación

� Ingrese a la

base de datos



¿Preguntas?



¡Gracias por su

atención!

