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Encapsulación
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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
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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.
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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
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Aplicaciones clásicas del secado por aspersión en la vida diaria
Secado por aspersión
leche
Café instantáneo
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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
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• 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
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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
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Proceso de secado por aspersión
Tobera
Ciclón
Aspirador
Recipientes
del producto
Cámara
de secado
Filtro
Calentador
Gas de secado
Gas atomizador Alimentación
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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.
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�
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B-290
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B-90
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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
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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
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Morfología de las partículas
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Optimización del proceso Mini Spray Dryer B-290
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Problema: las partículas son demasiado grandes o pequeñas
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Problema: la temperatura de salida es demasiado alta o baja
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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
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• Secador pequeño para
Laboratorio
• Espectro amplio de aplicación
(soluciones, semisólidos,
emulsiones, solventes orgánicos)
• Simple para instalar y limpiar
Mini Spray Dryer B-290
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Mini Spray Dryer B-290: en diferentes configuraciones en modo abierto o cerrado
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Accesorio de Spray chilling
• Para substancias con puntos de fusión entre
30°C y 70°C
• Cantidad de muestra: 300mL
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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%)
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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
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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)
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Obteniendo partículas submicrónicas
2010
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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
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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
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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
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Liberación controlada
Lineración controlada = proceso de liberación (en un tiempo determinado) bajo la acción de un factor desencadenante.
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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.
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Para protección de
oxidación y para
enmascarar el sabor
• Aceites con Omega 3
• Aceites de pescados
• Aceites esenciales
• Polifenoles
Microencapsulación de aceites
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Gustavo Santos Morales 26.08.2014 Página 30
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)
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Gustavo Santos Morales 26.08.2014 Página 31
• 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
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Gustavo Santos Morales 26.08.2014 Página 32
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
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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.
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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)
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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
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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.
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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.
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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
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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
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Gustavo Santos Morales 26.08.2014 Página 40
¿Preguntas?
Seminario Spray Drying Lima, Perú
Gustavo Santos Morales 26.08.2014 Página 41
¡Gracias por su
atención!
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