УСКОРЕННОЕ ВЫСУШИВАНИЕ МЯГКИХ КАПСУЛ В РЕГУЛИРУЕМОЙ СРЕДЕ
DRYING SOFT CAPSULES IN A CONTROLLED MEDIUM ON AN ACCELERATED BASIS

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
1. ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[0001] Настоящее изобретение относится к способу и системе высушивания для сокращения времени высушивания мягких капсул в регулируемой среде.
2. Уровень техники
[0002] В обычном процессе инкапсуляции в мягкие желатиновые капсулы, капсулы перемещают на конвейере, высушивают в барабане, выкладывают на лотки и помещают в сушильный туннель или сушильную камеру в условиях низкой влажности и при температуре окружающей среды до достижения капсулами определенного технического условия, такого как потеря массы, твердость, равновесная относительная влажность или влажность наполнителя. В зависимости от состава мягкой желатиновой капсулы время высушивания обычно варьируется от 2 до 10 дней. Дополнительно, такие дефекты, как приставшие или протекающие капсулы, могут возникать в случае несвоевременного убирания капсул.
[0003] Высушивание мягкого желатина осуществляют при низких уровнях влажности для широкого разнообразия изделий, а условия высушивания не обязательно основываются на итоговом техническом условии конкретного изделия. Этот подход приводит к неэффективному высушиванию и может пересушивать капсулы, что приводит к чрезмерной хрупкости и последующему разлому капсул. Дополнительно, использование низких уровней влажности может также приводить к более быстрому высушиванию наружной стороны гелевого материала по сравнению с внутренними частями, что проводит к более высокой твердости материала оболочки и создает внутренние напряжения в капсуле. Такие внутренние напряжения могут уменьшать общую надежность готового изделия. Таким образом, существует необходимость в уменьшении дефектов и времени цикла при высушивании мягких желатиновых капсул.
[0004] В патенте США 8,621,764 раскрыты система и способ изготовления и высушивания желатиновых капсул. Система и способ высушивания включают сушильную конструкцию, разделенную на три зоны. Каждая зона содержит свой блок обработки воздуха, выполненный с возможностью нагревания или охлаждения воздуха, подаваемого в соответствующую ему зону. Один блок ОВКВ (отопление, вентиляция, кондиционирование воздуха) соединен со всеми блоками обработки воздуха. Последовательность сушильных барабанов проходит через конструкцию от первой зоны до третьей зоны. Каждую зону удерживают в разных условиях влажности и температуры. Температуру каждой из зон регулируют с использованием нагревательных и охладительных устройств внутри блоков обработки воздуха, а влажность варьируется в зависимости от изменений температуры. Вторая зона является наиболее теплой, причем наивысшая температура в этой зоне составляет 87°F (30,6°С). Первую зону поддерживают в условиях наивысшей относительной влажности из всех зон, причем максимальная относительная влажность в этой зоне составляет 23%. Хотя изобретение указывает на достижение большого сокращения времени высушивания, большая часть этого сокращения может быть обусловлена уменьшением содержания воды в исходном желатине.
[0005] Известно, что увеличение температуры обеспечит сокращение времени высушивания мягкой желатиновой капсулы. Однако предыдущие попытки повышения температуры выше стандартных температур привели к недопустимым дефектам в итоговых капсулах. Дефекты образуются при охлаждении мягкого желатина с более высокой температуры. Во время процесса охлаждения области в геле, из которых была удалена вода, могут иметь другие размеры и могут сокращаться до различных пределов, что приводит к углублениям или выемкам в поверхности капсулы.
[0006] Таким образом, требуются система и способ, сокращающие время высушивания мягких желатиновых капсул, обеспечивающие капсулы с таким же или предпочтительно меньшим количеством дефектов, как и более продолжительные процессы высушивания, известные в данной области техники.
РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0007] В первом варианте реализации изобретение относится к способу высушивания мягких капсул. Способ включает следующие этапы:
a) подачу потока воздуха к указанным мягким капсулам со скоростью воздуха по мягким капсулам, составляющей приблизительно от 0,15 м/с приблизительно до 13 м/с;
b) постепенное повышение температуры высушивания, которой подвергают указанные мягкие капсулы, с обеспечением того, что температура высушивания остается ниже температуры расплава оболочки капсулы мягких капсул;
c) подвергание указанных мягких капсул исходной относительной влажности (RH), составляющей приблизительно от 49%RH приблизительно до 79%RH;
d) уменьшение относительной влажности, которой подвергают мягкие капсулы, по мере высыхания капсул до достижения равновесной относительной влажностью мягких капсул желаемой относительной влажности; и
e) подвергание мягких капсул после этапа d) воздействию температуры, составляющей от 20 до 25°С.
[0008] В некоторых вариантах реализации способ может дополнительно включать этап: уменьшения скорости потока воздуха, воздействию которого подвергают мягкие капсулы, по мере высыхания мягких капсул.
[0009] В каждом из следующих вариантов реализации относительную влажность могут регулировать таким образом, чтобы поддерживать перепад между относительной влажностью, которой подвергают мягкие капсулы, и равновесной относительной влажностью мягких капсул на значении приблизительно 15%dRH приблизительно до 35%dRH.
[00010] В каждом из предыдущих вариантов реализации мягкие капсулы могут являться липофильными. В предыдущих вариантах реализации, в которых мягкие капсулы являются липофильными, исходная относительная влажность может составлять приблизительно от 49%RH приблизительно до 79%RH. В предыдущих вариантах реализации, в которых мягкие капсулы являются липофильными, наименьшая относительная влажность, которой подвергают мягкие капсулы, может составлять приблизительно от 10%RH приблизительно до 24%RH.
[00011] В каждом из предыдущих вариантов реализации мягкие капсулы могут являться гидрофильными. В каждом из предыдущих вариантов реализации, в которых мягкие капсулы являются гидрофильными, исходная относительная влажность может составлять приблизительно от 49%RH приблизительно до 79%RH, а наименьшая относительная влажность, которой подвергают мягкие капсулы, может составлять приблизительно от 23%RH приблизительно до 57%RH.
[00012] В другом варианте реализации изобретение относится к системе высушивания для высушивания мягких капсул. Система высушивания может содержать:
по меньшей мере одно сушильное устройство;
блок, сообщающийся по текучей среде с сушильным устройством, для подачи потока воздуха к сушильному устройству;
увлажнитель, выполненный с возможностью увеличения относительной влажности внутри сушильного устройства; и
нагревательное устройство, выполненное с возможностью повышения температуры воздуха в сушильном устройстве.
[00013] Описанная ранее система высушивания может содержать рециркуляционный вентилятор, расположенный и выполненный таким образом, чтобы рециркулировать обратный поток воздуха из выхлопного отверстия сушильного устройства к блоку, подающему поток воздуха к сушильному устройству. В каждой из предыдущих систем высушивания увлажнитель может содержать рециркуляционный вентилятор.
[00014] Каждая из ранее описанных систем высушивания может дополнительно содержать клапан регулировки расхода, выполненный с возможностью регулирования количества потока воздуха от блока к сушильному устройству.
[00015] Каждая из ране описанных систем высушивания может дополнительно содержать рециркуляционный вентилятор, расположенный и выполненный таким образом, чтобы рециркулировать обратный поток воздуха из выхлопного отверстия сушильного устройства к блоку, подающему поток воздуха к сушильному устройству, а клапан регулировки расхода может быть выполнен таким образом, чтобы уменьшение количества потока воздуха от блока к сушильному устройству увеличивало относительную влажность внутри сушильного устройства, а увеличение количества потока воздуха от блока к сушильному устройству уменьшало относительную влажность внутри сушильного устройства.
[00016] В каждой из описанных ранее систем высушивания нагревательное устройство может быть выполнено с возможностью постепенного повышения температуры в соответствии с диапазоном температур на основании температуры расплава оболочки капсулы мягких капсул. В этом варианте реализации сочетание клапана регулировки расхода и увлажнительного устройства может быть выполнено с возможностью регулирования относительной влажности в сушильном устройстве таким образом, чтобы обеспечивать постепенное уменьшение относительной влажности в сушильном устройстве от исходной относительной влажности, составляющей приблизительно от 49%RH приблизительно до 79%RH, до конечной относительной влажности, составляющей приблизительно от 10%RH приблизительно до 24%RH. В предыдущих вариантах реализации сочетание клапана регулировки расхода и увлажнительного устройства может быть выполнено с возможностью регулирования относительной влажности в сушильном устройстве таким образом, чтобы обеспечивать постепенное уменьшение относительной влажности в сушильном устройстве от исходной относительной влажности, составляющей приблизительно от 49%RH приблизительно до 79%RH, до конечной относительной влажности, составляющей приблизительно 23%RH и приблизительно 57%RH. Относительная влажность может быть уменьшена таким образом, при котором перепад между относительной влажностью в сушильном устройстве и равновесной относительной влажностью мягких капсул поддерживают на значении, составляющем приблизительно от 15%dRH приблизительно до 35%dRH. Относительная влажность может быть уменьшена таким образом, при котором перепад между относительной влажностью в сушильном устройстве и равновесной относительной влажностью мягких капсул поддерживают на значении, составляющем приблизительно от 15%dRH приблизительно до 35%dRH.
[00017] В другом варианте реализации изобретение относится к способу высушивания мягких капсул. Способ включает следующие этапы:
a) подачу потока воздуха к указанным капсулам со скоростью воздуха по мягким капсулам, составляющей приблизительно от 0,15 м/с приблизительно до 13 м/с;
b) постепенное повышение температуры высушивания, которой подвергают указанные мягкие капсулы, с обеспечением того, что температура высушивания остается ниже температуры расплава оболочки капсулы;
c) поддержание перепада между относительной влажностью в сушильном устройстве и равновесной относительной влажностью мягких капсул на значении, составляющем приблизительно от 15%dRH приблизительно до 35%dRH, до достижения равновесной относительной влажностью мягких капсул желаемой относительной влажности; и
d) подвергание мягких капсул после этапа с) воздействию температуры, составляющей от 20 до 25°С.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[00018] На фиг. 1 показан график, изображающий расход воды в зависимости от перепада между относительной влажностью в системе высушивания и равновесной относительной влажностью насыщенного соляного раствора через желатиновую пленку.
[00019] На фиг. 2 показан график, изображающий расход воды в зависимости от времени при нескольких значениях перепада между относительной влажностью в системе высушивания и равновесной относительной влажностью насыщенного соляного раствора через желатиновую пленку.
[00020] На фиг. 3 показан график, изображающий температурные эффекты испарительного охлаждения в зависимости от времени капсул рыбьего жира в сушильном устройстве туннельного типа, содержащем установленные заслонки.
[00021] На фиг. 4 показана схематическая диаграмма системы высушивания в соответствии с одним вариантом реализации изобретения.
[00022] На фиг. 5 показана схематическая диаграмма второго варианта реализации системы высушивания изобретения.
[00023] На фиг. 6 показан график, изображающий пример диапазона температуры и относительной влажности в соответствии с вариантом реализации изобретения.
[00024] На фиг. 7 показана модульная система управления для управления системой высушивания по фиг. 5.
[00025] На фиг. 8 показан график, изображающий значения твердости липофильных капсул в зависимости от времени во время разных процессов высушивания.
[00026] На фиг. 9 показана фотография сушилки с псевдоожиженным слоем, модифицированной в соответствии с вариантом реализации изобретения.
[00027] На фиг. 10 показан график, изображающий потери массы гидрофильных капсул в зависимости от времени во время разных процессов высушивания.
[00028] На фиг. 11 показан график скорости воздуха вокруг стопок в сушильном устройстве туннельного типа.
[00029] На фиг. 12 показан график, изображающий значения твердости капсул плацебо по сравнению с равновесной относительной влажностью при высушивании при двух разных температурах.
[00030] На фиг. 13 показана фотография сушильного барабана, модифицированного в соответствии с вариантом реализации изобретения.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[00031] Для иллюстративных целей принципы настоящего изобретения описаны путем ссылки на различные приведенные в качестве примера варианты реализации. Несмотря на то, что некоторые варианты реализации изобретения конкретно описаны в настоящем документе, специалисту в данной области техники будет понятно, что одни и те же принципы в равной степени применимы и могут быть использованы в других системах и способах. Прежде чем подробно пояснить раскрытые варианты реализации настоящего изобретения, следует отметить, что изобретение не ограничено в его применении подробностями любого конкретного представленного варианта реализации. Кроме того, используемая в настоящем документе терминология предназначена для описания, а не ограничения. Кроме того, несмотря на то, что некоторые способы описаны со ссылкой на этапы, представленные в настоящем документе в определенном порядке, во многих случаях указанные этапы могут быть осуществлены в любом порядке, что будет понятно специалисту в данной области техники; поэтому новый способ не ограничивается конкретным порядком этапов, описанным в настоящем документе.
[00032] Следует отметить, что в данном документе и в прилагаемой формуле изобретения формы единственного числа включают множественное число, если из контекста явно не следует иное. Кроме того, термины в единственном числе, «один или более», и «по меньшей мере один» могут использоваться взаимозаменяемо в настоящем документе. Термины «содержащий», «включающий», «имеющий» и «состоящий из» также могут быть использованы взаимозаменяемо.
[00033] Если не указано иное, следует понимать, что все числа, выражающие количества ингредиентов, такие характеристики как молекулярная масса, процентное содержание, соотношение, условия реакции и так далее, используемые в описании и формуле изобретения во всех случаях включают значение термина «приблизительно», независимо от того, присутствует термин «приблизительно» или нет. Соответственно, если не указано иное, числовые параметры, приведенные далее в описании и формуле изобретения, являются приближенными значениями, которые могут меняться в зависимости от желаемых свойств, обеспечение которых требуется от настоящего изобретения. По меньшей мере и не в качестве попытки ограничить применение доктрины эквивалентов к объему формулы изобретения, каждый числовой параметр следует по меньшей мере рассматривать в свете количества приведенных значащих цифр и с применением обычных методов округления. Несмотря на то, что числовые диапазоны и параметры, определяющие широкий объем изобретения, являются приближениями, численные значения, описанные в конкретных примерах, указаны как можно точнее. Однако любое числовое значение по своей сути содержит определенные ошибки, неизбежно возникающие в результате стандартного отклонения в ходе соответствующих тестовых измерений.
[00034] Следует понимать, что каждый компонент, соединение, заместитель или параметр, раскрытый в настоящем документе, следует интерпретировать как раскрытый для использования отдельно или в сочетании с одним или более из всех и каждого другого компонента, соединения, заместителя или параметра, описанных в настоящем документе.
[00035] Следует также понимать, что каждое количество/значение или диапазон количеств/значений для каждого компонента, соединения, заместителя или параметра, раскрытые в настоящем документе, следует интерпретировать как также раскрытые в сочетании с каждым количеством/значением или диапазоном количеств/значений, раскрытых для любого другого компонента (компонентов), соединения (соединений), заместителя (заместителей) или параметра (параметров), раскрытых в настоящем документе, и что любое сочетание количеств/значений или диапазонов количеств/значений для двух или более компонентов, соединений, заместителей или параметров, раскрытых в настоящем документе, таким образом, также раскрыты в сочетании друг с другом для целей данного описания.
[00036] Кроме того, следует понимать, что каждый нижний предел каждого диапазона, раскрытый в настоящем документе, следует интерпретировать как раскрытый в сочетании с каждым верхним пределом каждого диапазона, раскрытого в настоящем документе для того же компонента, соединений, заместителя или параметра. Таким образом, раскрытие двух диапазонов следует интерпретировать как раскрытие четырех диапазонов, полученных путем сочетания каждого нижнего предела каждого диапазона с каждым верхним пределом каждого диапазона. Раскрытие трех диапазонов следует интерпретировать как раскрытие девяти диапазонов, полученных путем сочетания каждого нижнего предела каждого диапазона с каждым верхним пределом каждого диапазона и так далее. Кроме того, конкретные количества/значения компонента, соединения, заместителя или параметра, раскрытые в описании или примере, следует интерпретировать как раскрытие нижнего или верхнего предела диапазона и, следовательно, могут быть объединены с любым другим нижним или верхним пределом диапазона или конкретным количеством/значением для того же компонента, соединения, заместителя или параметра, раскрытого в другой части заявки, с образованием диапазона для этого компонента, соединения, заместителя или параметра.
[00037] Настоящее изобретение относится к системе и способу для ускорения высушивания мягких капсул путем регулирования температуры, влажности и/или скорости потока воздуха, воздействию которого мягкие капсулы подвергают во время процесса высушивания. В частности, скорость диффузии или расход воды через же латинос о держащую оболочку капсулы регулируют путем регулирования сушильной среды. Более конкретно, относительную влажность, температуру и/или расход воздуха в сушильной среде регулируют таким образом, чтобы влиять на скорость диффузии или расход воды через желатиносодержащую оболочку капсулы.
[00038] Известно, что повышение температуры высушивания приводит к большей скорости высушивания. Однако, как описано выше, существуют пределы сокращения времени высушивания, которое может быть достигнуто только повышением температуры высушивания, так как это может приводить к нежелательным эффектам в мягких капсулах. Следовательно, в дополнение к регулированию температуры во время процесса высушивания, также может быть обеспечено регулирование скорости воздуха, проходящего через сушильную среду, для обеспечения дальнейшего сокращения времени высушивания мягкой капсулы, при этом предотвращая некоторые недостатки, которые в противном случае могут проявиться в результате высокой температуры высушивания.
[00039] Регулирование скорости потока воздуха в сушильной среде обеспечивает определенные преимущества. Например, испарение воды, как следует из закона Фика, выражается как,
H2O
ab
sat
wet
wet
где N представляет расход воды, D - постоянная диффузионной способности через материал, Р - атмосферное давление, R - постоянная идеального газа, Т - температура окружающей среды, z - длина застойной зоны, P - давление насыщения воды при относительной влажности, a P - давление насыщения при T с использованием смоченного термометра.
[00040] Из закона Фика следует, что диффузия воды по оболочке капсулы прямо пропорциональна температуре. Таким образом, при высоких температурах может поддерживаться более высокая скорость диффузии. Дополнительно, из закона Фика также следует, что длина (z) застойной зоны пропорциональна скорости потока воздуха. Таким образом, диффузия воды по оболочке капсулы также пропорциональна скорости потока воздуха.
[00041] Хотя температура является важным фактором в высушивании мягких желатиновых капсул, при повышении температуры выше определенного уровня, снижается качество готового изделия. В частности, оболочка капсулы затвердевает и, следовательно, при уменьшении температуры после завершения высушивания объем наполнения уменьшается вследствие обращения теплового расширения. Затвердевшая оболочка утрачивает гибкость с уменьшением объема наполнения, что приводит к образованию недопустимых углублений и выемок в оболочке.
[00042] Настоящая система и способ включает регулирование температуры и относительной влажности системы высушивания во время процесса высушивания. Было обнаружено, что это сочетание существенно сокращает время высушивания капсулы, а также значительно уменьшает или предотвращает дефекты в готовом изделии, которые в противном случае появились бы вследствие высоких температур высушивания.
[00043] При высыхании капсул температуру повышают для поддержания высокой скорости отвода влаги из капсул посредством диффузии воды по оболочке капсулы. Величину повышения температуры определяют на основании температуры расплава конкретного состава оболочки капсулы при конкретных значениях равновесной относительной влажности (ERH). При повышении температуры ожидаемо повышается скорость диффузии или расход воды по желатиносодержащей оболочке капсулы.
[00044] Дополнительно, влажность окружающей среды также регулируют на протяжении всего процесса высушивания для уменьшения или предотвращения образования дефектов, таких как углубления и/или выемки, после окончательного охлаждения высушенной оболочки капсулы. Регулирование влажности может также дополнительно увеличивать скорость высушивания.
[00045] Настоящая система и способ высушивания обеспечивают значительное уменьшение времени высушивания и обеспечивают допустимые высушенные мягкие капсулы. Получаемые в результате мягкие капсулы могут также иметь дополнительные преимущественные физические свойства, которые являются желаемыми в мягких капсулах, такие как повышенная прочность.
[00046] В статье «Phase Diagram of Gelatin Plasticized by Water and Glycerol», Mara Coppola и др., лаборатория теплофизики, г. Париж, Франция, и компания Capsugel, г. Кольмар, Франция, представленной в издании Macromol Symposium, 2008, том 273, стр. 56-65, содержание которой включено в настоящий документ посредством ссылки, были исследованы кривые сорбции желатина при разных уровнях пластификаторов и соответствующие температуры расплава и температуры стеклования с разным содержанием влаги и пластификатора. Было определено влияние концентрации желатина на температуру расплава пленок, имеющих разные концентрации пластификатора по сравнению с желатином и водой. См. то же, стр. 63 и фиг. 7. Данные интерполировали для определения температуры расплава пластифицированного желатина при его соответствующей равновесной относительной влажности (ERH). Результаты свидетельствуют о том, что при высыхании капсулы и уменьшении равновесной относительной влажности (ERH) желатина, температура расплава желатиносодержащей оболочки капсулы повышается. Повышение температуры расплава оболочки капсулы при высыхании капсулы обеспечивает возможность повышения температуры высушивания во время процесса высушивания для более быстрого отвода влаги из капсулы.
[00047] Хотя такие мягкие капсулы, как описанные выше, успешно используют в качестве капсул для различных материалов, таких как фармацевтические вещества, на протяжении многих лет, использование желатина в этих составах имеет ряд недостатков, таких как несовместимость с некоторыми веществами и желание отказаться от использования желатина животного происхождения. В ответ на эти потенциальные недостатки были разработаны мягкие капсулы, не содержащие желатина. Мягкие капсулы, не содержащие желатина, обычно содержат каррагенан и/или крахмал вместо желатина. Примеры таких мягких капсул и соответствующие способы производства можно найти в патентах США №6,340,473, 6,582,727, и 6,884,060. Также в данной области техники известны многие другие составы мягких капсул, не содержащие желатина, и они могут быть высушены посредством способов и систем настоящего изобретения.
[00048] Настоящие система и способ применимы к высушиванию желатиносодержащих мягких капсул, а также других типов мягких капсул, не содержащих желатина. Подобные испытания могут быть использованы для капсул, не содержащих желатин, для определения температур расплава и соответствующих значений равновесной относительной влажности (ERH) для конкретного состава капсулы, подлежащей высушиванию посредством процесса высушивания, описанного ниже. Термины «мягкая желатиновая капсула» и «мягкая капсула», используемые по всему тексту описания, относятся к мягким капсулам, содержащим желатин, и мягким капсулам, не содержащим желатина.
[00049] Также, регулирование относительной влажности сушильной среды может быть использовано для сокращения времени высушивания. В частности, перепад между относительной влажностью, которой подвергают капсулы в системе высушивания, и равновесной относительной влажностью капсул (здесь и далее по тексту «перепад относительной влажности или dRH») может быть использован для отвода воды из мягкой капсулы. Этот перепад относительной влажности (dRH) могут регулировать во время процесса высушивания с этой целью. Регулирование перепада относительной влажности может быть использовано для обеспечения более быстрого высушивания по сравнению с обычными процессами высушивания, при этом избегая дефектов, обычно ассоциируемых с ускоренным высушиванием мягких капсул.
[00050] Изменения относительной влажности могут быть использованы для поддержания более высокой скорости диффузии влаги по мягкой оболочке капсулы даже после достижения максимальной безопасной температуры высушивания. Такая максимальная температура высушивания может быть определена на основании таких факторов, как температура расплава конкретного состава оболочки капсулы, опасения по поводу безопасности, таких как постановления Управления по охране труда и промышленной гигиене США (OSHA), и/или других факторов.
[00051] Были определены значения скорости перехода водяного пара (MVTR) воды через желатиновую пленку на разных уровнях относительной влажности. С этой целью ячейка скорости перехода водяного пара (MVTR) была наполнена перенасыщенным соляным раствором и окружена желатиновой пленкой. Затем наружную относительную влажность поэтапно уменьшили, при этом наблюдая за потерей массы ячейки скорости перехода водяного пара (MVTR), соляного раствора и желатиновой пленки по мере диффузии воды из соляного раствора через желатиновую пленку. При каждом значении наружной относительной влажности был обнаружен постоянный склон потери массы. Склон потери массы в устойчивом состоянии для каждой наружной относительной влажности был нанесен на график в зависимости от перепада относительной влажности между внутренним соляным раствором и наружной относительной влажностью. Результаты этого сравнения представлены на фиг. 1. Результаты показывают, что перепад относительной влажности, составляющий приблизительно 25% RH, между относительной влажностью перенасыщенного соляного раствора и наружной относительной влажностью обеспечивает наибольшую скорость перехода воды через желатиновую пленку.
[00052] В этом же исследовании также было обнаружено, что изменение перепада относительной влажности обеспечивало дополнительное преимущество. На фиг. 2 показан график потери массы при изменении наружной относительной влажности (RH) за пределами ячейки. После изменения наружной относительной влажности (RH) наблюдается исходная высокая потеря массы, которая экспоненциально уменьшается до достижения устойчивого состояния потери массы. Исходная скорость потери массы выше устойчивого состояния потери массы других значений перепада относительной влажности (RH), как показано на фиг. 2. То есть регулирование наружной относительной влажности (RH) может дополнительно увеличивать скорость диффузии путем обеспечения коротких периодов высоких исходных скоростей диффузии, которые превышают обычные скорости устойчивого состояния перед достижением скоростью потери массы устойчивого состояния.
[00053] Дополнительно, как указано выше, скорость потока воздуха также влияет на скорость диффузии воды по оболочке капсулы. Поток воздуха может способствовать поддержанию желаемой температуры в системе высушивания путем удаления воздуха из системы, охлажденной испарительным охлаждением в результате испарения воды из оболочки капсулы в воздух в сушильной среде. Испарительное охлаждение может замедлять процесс высушивания посредством уменьшения температуры в сушильной среде с использованием стандартного сушильного оборудования, такого как сушильные туннели.
[00054] Например, туннельные сушильные устройства обычно содержат стопки лотков высокой плотности и большой емкости, загруженные в туннель. Туннель направляет воздух через лотки, а не вокруг стопки, что обычно происходит при сушке на открытом воздухе или в сушильных камерах. Однако большая часть потока воздуха в этих туннелях все же проходит вокруг стопок. Были добавлены заслонки в качестве способа перенаправления воздуха обратно к стопкам, и использование таких заслонок обеспечило положительные результаты. Однако с использованием заслонок испарительное охлаждение становится ограничивающим фактором для высушивания мягких капсул в туннельных сушильных устройствах. По мере испарения воды из капсулы, тепло теряется через испарение, и это охлаждает капсулы, а также окружающий воздух. Чем быстрее высыхание, тем более выраженный эффект испарительного охлаждения.
[00055] На фиг. 3 показан график эффекта испарительного охлаждения на стопках капсул в туннеле, содержащем заслонки для перенаправления потока воздуха. Более холодный воздух, обеспечиваемый испарением воды из материала в предыдущих стопках в туннеле, обеспечивает более низкие температуры в следующих стопках. В зависимости от исходной температуры и количества испарения в предыдущих стопках, последние несколько стопок в туннеле могут иметь низкие температуры воздуха, приближенные к температуре смоченного термометра, составляющей приблизительно 10°С, или даже достигать ее.
[00056] Уменьшение влажности сушильной среды не сказывается на испарительном охлаждении. Вместо этого, уменьшение влажности уменьшает температуру смоченного термометра и увеличивает затраты на энергию. Данные свидетельствуют о том, что, несмотря на то, что испарение продолжается при более низких температурах, скорость испарения уменьшается. То есть, значения времени высыхания капсул, расположенных в последних лотках системы высушивания, будут меньше даже при уменьшении влажности вследствие уменьшенных температур и скорости испарения в результате испарительного охлаждения.
[00057] Кроме того, хотя повышение температуры воздуха, проникающего в систему, может быть полезным, оно, следовательно, не уменьшает или предотвращает испарительное охлаждение. То есть, при поддержании температуры воздуха, проникающего в систему, при допустимой температуре для высушивания капсул в исходных стопках, более низкие температуры в последних стопках, обусловленные испарительным охлаждением, все же препятствуют высушиванию капсул в указанных последних стопках с желаемой скоростью.
[00058] Для решения проблемы с испарительным охлаждением может быть использован усиленный поток воздуха или рециркуляционный поток воздуха, как в настоящем изобретении. Более конкретно, при необходимости поток воздуха может быть регулирован во время процесса высушивания для компенсации испарительного охлаждения. Такое регулирование потока воздуха может быть осуществлено в дополнение к выполнению регулирования относительной влажности и температуры сушильной среды.
[00059] В некоторых вариантах реализации система высушивания может быть при необходимости оснащена рециркуляционным вентилятором. Такой рециркуляционный вентилятор может быть расположен и выполнен таким образом, чтобы рециркулировать воздух от выхлопного отверстия обратно к источнику воздуха, которым оснащена система высушивания. Рециркуляционный вентилятор может также быть использован для регулирования скорости потока воздуха в системе высушивания. Также, сочетание рециркуляционного вентилятора и источника влажности может быть использовано для регулирования относительной влажности в сушильной среде.
[00060] Подача потока воздуха через сушильную среду может уменьшать эффект испарительного охлаждения путем непрерывного перемещения охлажденного воздуха от капсул и из выпускного отверстия системы высушивания. Удаленный охлажденный воздух может быть заменен более теплым поступающим воздухом для противодействия эффекту испарительного охлаждения. Рециркуляционный вентилятор может быть использован в сушильном оборудовании любого типа для обеспечения подобных преимуществ.
[00061] В некоторых вариантах реализации более высокую скорость потока воздуха используют во время ранних этапов высушивания, так как наивысшая скорость испарительного охлаждения происходит на ранних этапах высушивания. По мере высушивания, скорость испарения уменьшается и, следовательно, также уменьшается скорость испарительного охлаждения. В результате, скорость потока воздуха может быть уменьшена во время более поздних этапов высушивания, при этом обеспечивая такое же эффективное противодействие эффекту испарительного охлаждения.
[00062] Таким образом, в некоторых вариантах реализации управляемые изменения температуры и относительной влажности применяют в сочетании с необязательными изменениями скорости потока воздуха для обеспечения более быстрого высушивания мягких капсул с меньшим количеством дефектов.
[00063] На фиг. 4 показана схематическая диаграмма системы 100 высушивания в соответствии с вариантом реализации настоящего изобретения. В этом варианте реализации система 100 содержит блок 102 ОВКВ, стандартное сушильное оборудование 104, нагревательное устройство 106 и увлажнитель 108. На фиг. 5 изображен второй вариант реализации системы 200 высушивания настоящего изобретения, в котором в систему был добавлен необязательный рециркуляционный вентилятор 250.
[00064] Блок 102 ОВКВ может при необходимости содержать осушитель, и его используют для подачи прохладного сухого воздуха через систему высушивания. Блок 102 ОВКВ может быть непосредственно соединен с заслонкой для подачи только свежего воздуха к системе высушивания, или может быть обеспечен забор воздуха из комнаты, содержащей сушильное оборудование, и его возврат в нее. Как показано на фиг. 5, рециркуляционный вентилятор может быть также использован для рециркуляции воздуха, выходящего из сушильного оборудования, для смешивания с воздухом, проникающим в сушильное оборудование. В сушильном оборудовании может использоваться рециркуляция только воздуха, свежего воздуха, воздуха из сушильной камеры, содержащейся в блоке ОВКВ, или любого сочетания описанных выше источников воздуха. Влажность воздуха, обеспечиваемая блоком ОВКВ, может находиться в диапазоне приблизительно от 5%RH приблизительно до 30%RH. Относительная влажность (RH) воздуха, обеспечиваемая блоком ОВКВ, предпочтительно меньше желаемой относительной влажности (RH) воздуха внутри сушильного оборудования. То есть, воздух, обеспечиваемый блоком ОВКВ, считается «сухим воздухом».
[00065] Температура воздуха, проникающего в систему из блока ОВКВ, может находиться в диапазоне приблизительно от 20°С приблизительно до 29°С, а желаемая температура может в целом быть выбрана в зависимости от уровня комфорта комнаты, в которой находится сушильное оборудование. Предпочтительно температура воздуха из блока ОВКВ составляет между приблизительно 22°С и приблизительно 26°С, а наиболее предпочтительно температура составляет приблизительно от 23°С приблизительно до 25°С.
[00066] Между системой ОВКВ и сушильным оборудованием при необходимости находится клапан 110 регулировки расхода. Установка, ручная настройка или регулирование клапана 110 регулировки расхода, при наличии, может осуществляться посредством использования датчиков для закрывания или уменьшения размера впускного отверстия при необходимости ограничения сухого воздуха, поступающего в систему.
[00067] Сушильное оборудование может являться любым стандартным сушильным оборудованием, известным в данной области техники, без ограничения включая любой тип(ы) сушильных конвейеров, сушильных барабанов, сушилок с псевдоожиженным слоем, сушильных туннелей или сушильных камер. Система или способ, раскрытые в настоящем документе, не зависит от типа используемого сушильного оборудования.
[00068] Увлажнитель подает влагу в систему. Увлажнитель может включать образование пара, ультразвуковые аэрозоли, фитили или упаковку. Как указано выше, сами мокрые капсулы обеспечивают некоторое увлажнение в сушильной среде путем испарения воды из капсул. Необязательное использование рециркуляционного потока воздуха может захватывать влагу, покидающую сушильную среду, и возвращать ее в систему. Исходная относительная влажность системы является высокой при введении мокрых капсул в систему, и относительная влажность системы постепенно снижается при высыхании капсул. Относительная влажность находится в диапазоне, полезном для ускоренного высушивания, который составляет от 2 до 89%RH в зависимости от типа высушиваемых капсул. Например, капсулы с липофильными наполнителями, также именуемые липофильными капсулами, предпочтительно высушивают с использованием меньшего %RH, чем капсулы с гидрофильными наполнителям, также именуемые гидрофильными капсулами.
[00069] Для липофильных капсул диапазон исходной относительной влажности предпочтительно составляет от 49%RH до 79%RH, а диапазон конечной относительной влажности предпочтительно составляет приблизительно от 2%RH приблизительно до 36%RH. Более предпочтительно, диапазон исходной относительной влажности для липофильных капсул составляет приблизительно от 59%RH приблизительно до 69%RH, а диапазон конечной относительной влажности для липофильных капсул составляет приблизительно от 10%RH приблизительно до 24%RH.
[00070] Для капсул с гидрофильными наполнителями диапазон исходной относительной влажности предпочтительно составляет приблизительно от 49%RH приблизительно до 79%RH, а диапазон конечной относительной влажности предпочтительно составляет приблизительно от 15%RH приблизительно до 58%RH. Более предпочтительно, диапазон исходной относительной влажности для гидрофильных капсул составляет приблизительно от 59%RH приблизительно до 69%RH, а диапазон конечной относительной влажности для гидрофильных капсул составляет приблизительно от 23%RH приблизительно до 57%RH.
[00071] Температуру сушильной среды могут поддерживать путем использования нагревательного устройства. Тепло могут обеспечивать, например, посредством одного или более из следующих способов, нагревания посредством нагревательных элементов, диссипативного тепла от двигателей, ламп, или посредством сил трения, генерируемых самим процессом. Температуру высушивания следует поддерживать ниже температуры расплава конкретного состава мягких капсул, подлежащих высушиванию. Как указано выше, температура расплава оболочки капсулы увеличивается при высыхании капсул, и, таким образом, температура высушивания может быть увеличена с течением времени по мере увеличения этой температуры расплава. Общий диапазон температур, полезных для системы ускоренного высушивания, может составлять приблизительно от 22°С приблизительно до 68°С. Предпочтительно, диапазон температур составляет приблизительно от 32°С, то есть температуры расплава наиболее мокрых желатиновых оболочек, приблизительно до 48°С, то есть обычно максимальной температуры, которая может быть использована в соответствии со стандартами охраны труда и техники безопасности. Однако при наличии надлежащей изоляции и оболочек капсул с достаточно высокими температурами расплава, в некоторых условиях возможно использование более высоких температур для обеспечения более быстрого высушивания. Дополнительно, в некоторых особых случаях, более низкие температуры могут быть использованы главным образом в зависимости от конкретного состава мягкой капсулы.
[00072] При использовании необязательного рециркуляционного вентилятора, он может быть частью блока ОВКВ, или вентилятор может являться отдельной частью системы высушивания. Рециркуляция не является обязательной, но может быть использована для способствования поддержанию желаемой температуры и относительной влажности в системе высушивания, и также может быть использована для снижения расходов на электроэнергию. Скорость работы рециркуляционного вентилятора могут регулировать для соответствия используемой системе, а вентилятором могут управлять таким образом, чтобы скорость воздуха по мягкой капсуле составляла приблизительно от 0,15 м/с приблизительно до 13 м/с, предпочтительно приблизительно от 0,15 м/с приблизительно до 8,3 м/с, и наиболее предпочтительно приблизительно от 0,35 м/с приблизительно до 2,5 м/с. Скорость вентилятора могут регулировать в зависимости от типа используемого сушильного оборудования. Например, для обеспечения преимущественного эффекта, сушка в псевдоожиженном слое может требовать более высоких скоростей вентилятора, но в этих типах сушильных устройств увеличенный поток воздуха имеет ограниченное влияние на высушивание, при этом увеличивая расходы на электроэнергию. То есть преимущества увеличенного потока воздуха следует оценивать в сопоставлении со стоимостью работы вентилятора.
[00073] Уменьшение скорости потока воздуха над капсулами в результате уменьшенной скорости вентилятора будет приводить к увеличению относительной влажности вокруг капсул в то время, как влага из капсул продолжает испаряться. В результате, регулирование скорости вентилятора может также быть использовано для регулирования относительной влажности в сушильной среде по мере продолжения процесса высушивания, а также для уменьшения эффекта испарительного охлаждения. Таким образом, в некоторых вариантах реализации скорость вентилятора будет постоянно или скачкообразно уменьшаться с течением времени для поддержания такой скорости вентилятора, которая обеспечивает однородный желаемый уровень относительной влажности в системе высушивания.
[00074] Для использования системы высушивания, описанной в настоящем документе и изображенной на фиг. 4 и 5, мягкие капсулы, требующие такого высушивания, сначала изготавливают в соответствии со стандартными процедурами. Затем мокрые капсулы помещают в сушильное оборудование и приводят в действие систему высушивания. Температуру, относительную влажность и необязательный поток воздуха могут регулировать вручную, посредством предварительно запрограммированной системы, или их могут регулировать на основании данных, полученных в реальном времени из системы, или посредством предварительно запрограммированного контроллера для обеспечения диапазона температуры, относительной влажности и, при необходимости, скорости потока воздуха на основании конкретного состава высушиваемых мягких капсул, условий окружающей среды и желаемого времени высушивания.
[00075] Исходную температуру внутри сушильного оборудования выбирают на основании конкретного состава мягких капсул, использованного в оболочке капсулы. Температуру следует выбирать таким образом, чтобы она была приближена к температуре расплава конкретного состава мягкой капсулы, но была по меньшей мере на 2-3°С ниже нее. Например, температуру могут поддерживать таким образом, чтобы она была на 2-10°С или 2-7°С, или 2-5°С, или 3-8°С, или 3-6°С, или наиболее предпочтительно на 2-3°С ниже температуры расплава оболочки мягкой капсулы во время процесса высушивания. Для поддержания этого перепада температур потребуется повышение температуры в системе высушивания по мере повышения температуры расплава оболочки капсулы вследствие высыхания. Температуру расплава составов мягких капсул определяют в лаборатории при варьирующихся значениях концентрации воды. Кривые сорбции могут быть составлены для установления соотношения концентрации воды и равновесной относительной влажности. Следовательно, использование таких кривых сорбции может обеспечивать возможность определения температуры расплава капсулы в реальном времени во время процесса высушивания путем наблюдения равновесной относительной влажности.
[00076] С течением времени, по мере высыхания капсул, равновесная относительная влажность капсулы уменьшается, а температура расплава состава мягкой капсулы повышается. При повышении температуры расплава температуру внутри сушильного оборудования повышают для увеличения отвода влаги из капсул за единицу времени. Регулирование температуры предпочтительно осуществляют посредством использования нагревательного устройства и необязательного охладительного устройства.
[00077] Так как температура воздуха, подаваемого к системе блока ОВКВ, вероятно ниже желаемой температуры высушивания, нагревательное устройство в системе используют для увеличения температуры воздуха внутри сушильного оборудования до желаемой заданной величины. Дополнительно, при использовании необязательного рециркуляционного вентилятора, рециркуляция воздуха, выходящего из нагревательного оборудования, в воздух, поступающий в нагревательное оборудование, может быть использована для сохранения тепла и может способствовать поддержанию желаемой заданной величины температуры. Через некоторое время, температура в системе может стабилизироваться из соображений безопасности или вследствие других факторов.
[00078] Капсулы охлаждают до комнатной температуры или температуры окружающей среды после завершения процесса высушивания, или когда он почти завершен. С этой целью может быть предоставлено необязательное охладительное устройство, или может быть обеспечена возможность прохождения дополнительного количества более прохладного воздуха из системы ОВКВ в сушильное оборудование.
[00079] Во время регулирования температуры также регулируют относительную влажность внутри сушильного оборудования. Регулирование влажности используют для сохранения качества нагретых капсул. Сначала относительная влажность имеет высокое значение, которое постепенно уменьшается по мере высыхания капсул.
[00080] Предпочтительно, относительную влажность регулируют посредством увлажнителя и/или рециркуляционного вентилятора. Влагу подают в систему посредством увлажнительного устройства или путем испарения влаги из капсул, или посредством рециркуляционного воздуха. Клапан 110 регулировки расхода также может быть использован на впускном отверстии для воздуха от оборудования ОВКВ для уменьшения или предотвращения проникновения потока воздуха с меньшей относительной влажностью в сушильное оборудование с целью дополнительного регулирования относительной влажности.
[00081] Относительную влажность регулируют для поддержания перепада относительной влажности по оболочке капсулы, составляющего приблизительно от 15%dRH приблизительно до 35%dRH, более предпочтительно приблизительно от 20%dRH приблизительно до 30%dRH, и наиболее предпочтительно перепад относительной влажности составляет приблизительно 25%dRH. Относительную влажность в системе высушивания снижают при высыхании капсул для поддержания этого перепада относительной влажности. Однако в случае отсутствия повышения температуры, из соображений безопасности или по другим причинам, относительную влажность могут изменять для изменения перепада относительной влажности для изменения (например, увеличения) скорости испарения из капсул.
[00082] Приведенный в качестве примера диапазон влажности и температуры для липофильной капсулы показан на фиг. 6. Подобная кривая может быть составлена для гидрофильной капсулы. Кривая для гидрофильной капсулы обычно будет иметь менее крутой наклон, чем кривая для липофильной капсулы. Конечная влажность гидрофильных капсул обычно составляет между 53% и 57% вследствие внутренних различий в составе наполнителя. Температура остается ниже температуры расплава состава мягкой капсулы, которая увеличивается по мере высыхания капсулы. Увеличение температуры с течением времени способствует испарению влаги из капсул.
[00083] Каждое регулирование температуры и/или влажности может быть осуществлено посредством программы на основании свойств материала конкретного состава мягкой капсулы, или может основываться на данных, полученных от одного или более датчиков, расположенных в системе. Предпочтительный способ выбора температуры и/или относительной влажности в зависимости от времени основывается на равновесной относительной влажности капсул, но могут быть использованы и другие способы, такие как измерение потери массы капсул.
[00084] Равновесная относительная влажность (ERH) капсулы может быть измерена в реальном времени. На основании соотношения между равновесной относительной влажностью (ERH) и температурой расплава мягкой капсулы, равновесную относительную влажность (ERH) затем наносят на график, изображающий относительную влажность и диапазон температуры, или вводят в уравнение, основанное на калибровочном графике. Соответствующие значения могут быть использованы для определения заданных величин температуры и относительной влажности для системы в зависимости от времени.
[00085] Исходная относительная влажность является высокой на основании высокой равновесной относительной влажности (ERH) для изготовленных капсул и обычно составляет приблизительно от 45%RH до 90%RH. Дополнительно, регулируют конечную относительную влажность для каждой мягкой капсулы, и она может быть оптимизирована для каждого состава. Например, для капсул рыбьего жира желательна конечная относительная влажность, составляющая 10%RH - 24%RH. Для капсул ибупрофена желательна конечная влажность, составляющая 23%RH - 57%RH.
[00086] С использованием настоящей системы обычная капсула рыбьего жира может быть высушена до твердости, составляющей >8Н, за девять часов, а обычная капсула ибупрофена может быть высушена до влагосодержания наполнителя, составляющего <7,5%, за сорок восемь часов. Эти значения демонстрируют сокращение времени высушивания на 60-80% по сравнению с обычным процессом высушивания мягких желатиновых капсул, который обычно занимает от 2 до 10 дней в зависимости от конкретного состава.
[00087] После высушивания капсул до желательного содержания влаги, их извлекают из сушильного оборудования. Момент завершения процесса высушивания может быть определен посредством твердости капсулы, потери массы, влагосодержания наполнителя, определенного посредством метода Карла Фишера, влагосодержания капсулы, определенного посредством потери в массе при высушивании (Loss on Drying, «L.O.D.»), или других способов, известных в данной области техники.
[00088] На фиг. 7 схематически изображена предпочтительная система 300 управления для системы высушивания, как показано на фиг. 5, с использованием туннельной сушилки в качестве сушильного оборудования. Система ОВКВ предпочтительно подает воздух при 25°С и 10%RH. Однако параметры температуры и относительной влажности воздуха могут быть изменены в зависимости от уровней комфорта комнаты и желаемых уровней относительной влажности для высушивания конкретного изделия.
[00089] В этой предпочтительной системе могут быть использованы три разных пары датчиков. Первая пара датчиков измеряет относительную влажность подаваемого воздуха 360 и возвратного воздуха 362. Предпочтительно, перепад относительной влажности внутри сушильного оборудования поддерживают на значении приблизительно 25%dRH. При желании, относительную влажность подаваемого воздуха могут регулировать и поддерживать на немного более высоких уровнях для уменьшения дефектов при использовании более высоких температур для увеличения скорости высушивания. Перепад относительной влажности может быть установлен на одном значении или его могут изменять на протяжении всего процесса для влияния на время высушивания.
[00090] Для регулирования относительной влажности может быть использован клапан 112 регулировки расхода в канале от блока 102 ОВКВ. Относительная влажность воздуха, проникающего в систему от блока 102 ОВКВ, является низкой, и для этого варианта реализации составляет приблизительно 10% относительной влажности. Таким образом, путем уменьшения количества потока из ОВКВ, будет обеспечено повышение относительной влажности поступающего воздуха. Датчик 360 относительной влажности поступающего воздуха может быть использован для получения измерений, предоставляющих информацию для регулирования клапана 112 регулировки расхода, основанного на одноконтурном контроллере, для поддержания желаемого перепада относительной влажности внутри сушильного оборудования.
[00091] Для поддержания перепада влажности, составляющего 25%dRH, и поддержания минимальной влажности, составляющей 15%RH, которая является минимальной, при которой клапан ОВКВ начинает закрываться, может быть использован следующий алгоритм:
=IF(RH1>MIN, (IF(RH2<(DIFF+DIFF), (RH2-MIN),DIFF), (RH2-MIN))
RH1: Относительная влажность от датчика поступления
RH2: Относительная влажность от датчика возврата
DIFF: Желаемый перепад относительной влажности
MIN: Минимальная заданная величина влажности
[00092] В данный момент перепад относительной влажности будет вычислен повторно с целью исключения падения RH1 ниже минимальной заданной величины.
[00093] Вторая пара датчиков включает датчики 364 и 366 регулирования температуры. Теплообменник или другой нагревательный элемент 106 установлен в подающий канал сушильного оборудования 104. Датчик 364 температуры поступающего воздуха регулирует теплоотдачу на основании одноконтурного контроллера для поддержания и регулирования температуры со стороны подачи. Как описано выше, значения температуры могут быть установлены с возможностью повышения для увеличения диффузии воды из геля, при этом оставаясь ниже температуры расплава для конкретного состава мягкой капсулы.
[00094] Третья совокупность датчиков 368, 370, использованных в этом варианте реализации системы 300 управления, представляет собой совокупность датчиков регулирования расхода воздуха. Было установлено, что увеличенный расход воздуха уменьшает эффект испарительного охлаждения и сокращает значения времени высушивания, как описано выше. Для получения информации для использования с целью регулирования потока, поступающего от системы ОВКВ, могут использовать только датчики расхода воздуха, или предпочтительно в системе также используют рециркуляционный вентилятор. Добавление рециркуляционного вентилятора увеличивает скорость воздуха по капсулах. Работа рециркуляционного вентилятора основана на алгоритме, который уменьшает разницу между температурами подачи и возврата, наблюдаемыми датчиками температуры, посредством уменьшения скорости вентилятора.
3
3
Где, если температура на датчике 366 температуры на выпуске меньше температуры на датчике 364 температуры на впуске на 1°С, обеспечивается включение вентилятора или увеличение скорости вентилятора. Каждый из рециркуляционного вентилятора и системы ОВКВ предпочтительно обеспечивает расход воздуха приблизительно от 100 м/ч приблизительно до 2000 м/ч. Несколько обратных клапанов 372 также расположены по всей системе для предотвращения обратного потока в блок ОВКВ, сушильное оборудование и/или рециркуляционный канал. Рециркуляционный вентилятор также подает воздух, имеющий более высокую влажность и температуру, по сравнению с воздухом, обеспечиваемым блоком ОВКВ, в поступающий воздух.
[00095] Хотя указанная выше система управления была описана в связи с изменением температуры, относительной влажности и расхода воздуха, следует понимать, что сокращение времени высушивания может быть достигнуто посредством использования любого одного или более из этих элементов. Кроме того, любое сочетание двух из описанных выше элементов может также обеспечивать уменьшение времени высушивания. Предпочтительно в системе использовано сочетание регулирования температуры и регулирования влажности для уменьшения времени высушивания мягких капсул и обеспечения капсул с допустимыми физическими свойствами.
[00096] Следующие примеры иллюстрируют, но не ограничивают настоящее изобретение. Другие подходящие модификации и изменения различных условий и параметров, обычно встречающихся на практике и которые очевидны для специалистов в данной области техники, входят в объем раскрытия. Следующие примеры иллюстрируют применение настоящего изобретения в некоторых предпочтительных вариантах реализации.
ПРИМЕРЫ
Пример 1 (время высушивания липофильной капсулы):
[00097] Был измерен эффект изменения относительной влажности и температуры на скорость высушивания липофильных капсул. Регулирование осуществляли с использованием стандартного сушильного туннеля. Температура стандартного сушильного туннеля составляла 22°С, а относительная влажность стандартного сушильного туннеля составляла 12%RH в начале процесса. Образцы поместили на лоток с бумагой для лотка, выстроили в частичную стопку и поместили в туннели. Образцы капсул забирали каждые 6 часов для испытания твердости.
[00098] Два сравнительных эксперимента проводились с использованием сушильного барабана. Исходный уровень для сушильного барабана был получен посредством использования сушильного барабана CS-TJS-1 непрерывного действия с большой корзиной. Загрузки корзины были ограничены до 60 кг и 100 кг со средней точкой, составляющей 80 кг, и использовали значения скорости вращения, составляющие 3 об/мин и 6 об/мин со средней точкой, составляющей 4,5 об/мин. Относительную влажность поддерживали на значении 12%RH для исходного эксперимента, а температуру поддерживали на значении 24°С. Второй сравнительный анализ проводили с этим же оборудованием и этими же параметрами, но с температурой, поддерживаемой на значении 35°С.
[00099] Устройства регистрации данных использовали для регистрации температуры и относительной влажности внутри корзин сушильного барабана, а также на всасывающем фильтре и выхлопном отверстии сушильного барабана. Образцы капсул забирали для измерения массы и равновесной относительной влажности (ERH) капсул перед каждым циклом, причем твердость, потерю массы, и равновесную относительную влажность (ERH) также измеряли каждые 1-2 часа на протяжении первых 6 часов и каждые 6-12 часов после этого для двух сравнительных экспериментов.
[000100] Для экспериментального исследования сушильный барабан CS-TJS-1 непрерывного действия с большой корзиной был модифицирован таким образом, чтобы содержать систему регулирования температуры и относительной влажности. Модифицированный сушильный барабан изображен на фиг. 13. Другие параметры сохранили такими же, как для сравнительных экспериментов. Система регулирования температуры и относительной влажности содержала рециркуляционный канал, заслонку и генератор пара для сбережения тепловой энергии и повышения влажности в системе. Температуру и относительную влажность в корпусе сушильного барабана измеряли с использованием калиброванного передатчика Vaisala. Поток воздуха нагревали с использованием нагревательных элементов, расположенных внутри сушильного барабана. Влажность повышали с использованием генератора пара Nortec. Равновесную относительную влажность (ERH) капсул измеряли с использованием анализатора активности воды Aqualabs, причем четыре капсулы помещают в закрытый контейнер и измеряют относительную влажность до обнаружения минимальной скорости изменения влажности. Наблюдение температуры и влажности в междоузельных участках между капсулами осуществляли с использованием устройства регистрации данных iButton в нейлоновом пакете.
[000101] Образцы отбирали каждый час, массу 10 капсул измеряли и усредняли. Потерю массы вычислили от исходной массы. Потерю массы нанесли на график, изображенный на фиг. 8, из которого были определены и введены новые заданные величины температуры и относительной влажности. Для этого эксперимента из данных, полученных ранее для конкретного состава мягких капсул, были вычислены значения равновесной относительной влажности (ERH) и температуры, как показано на графике на фиг. 6, а температуру расплава вычислили непосредственно из равновесной относительной влажности (ERH) капсулы вне зависимости от потери массы. Было составлено четыре разных диапазона температуры/влажности, все из которых использовали вариации графика, показанного на фиг. 6.
[000102] Дополнительные контрольные исследования проводили с использованием сушильного барабана CS-TJS-1 непрерывного действия с большой корзиной. Контрольное исследование и экспериментальная процедура следовали идентичному протоколу, но был указан только диапазон температуры без регулирования относительной влажности. При использовании только температуры, на капсулах образовывались вмятины после охлаждения. Капсулы с регулированием температуры и влажности не отразились на качестве капсулы. Следовательно, можно заключить, что для ускорения высушивания требуется регулирование температуры и влажности.
[000103] Результаты этого примера показаны на фиг. 8. Твердость образцов была измерена с использованием Digitest Gelomat компании Bareiss. Техническое условие твердости этого конкретного изделия составляло от 7 до 10 Н. Результаты показали, что использование регулирования температуры и относительной влажности сокращает время высушивания приблизительно от 36 часов для сушильных туннелей приблизительно до 12 часов. Также время высушивания для стандартных сушильных барабанов было сокращено более чем на 50%. Использование более точного регулирования относительной влажности и температуры должно обеспечивать возможность дополнительного сокращения времени высушивания.
Пример 2 (время высушивания гидрофильной капсулы):
[000104] Влияние изменения влажности и температуры на скорость высушивания капсулы для гидрофильных капсул было исследовано с использованием лабораторной сушилки с псевдоожиженным слоем, как показано на фиг. 9. Это исследование было также использовано для наблюдения качества готового гидрофильного изделия. Регулирование температуры и относительной влажности для этого эксперимента осуществляли вручную и, по существу, оно не было точным, но результаты все же показали, что было достигнуто улучшение высушивания на 80% по сравнению с контрольным циклом высушивания, посредством сокращения времени высушивания с 10 дней до 2 дней. Результаты времени высушивания для контрольных и сравнительных образцов в сравнении с двумя экспериментальными образцами показаны на фиг. 10. Таблица 1 ниже изображает параметры температуры, относительной влажности и расхода воздуха, которые были использованы для каждого из испытаний.
[000105] Для контрольного испытания гидрофильные капсулы были помещены в блюдце весов и накрыты салфеткой в условиях окружающей среды. Масса 10 капсул была измерена и время каждого измерения записано.
[000106] Сравнительные эксперименты были проведены для сравнения результатов с использованием регулирования температуры и относительной влажности настоящего изобретения с использованием сушилки с псевдоожиженным слоем при двух разных температурах (псевдоожиженные 22 и псевдоожиженные 32). Для сравнительных экспериментов с сушилкой с псевдоожиженным слоем, расход воздуха поддерживали приблизительно на значении 12 м/с на протяжении всего эксперимента. Для псевдоожиженных 22, температуру поддерживали приблизительно на значении 22°С. Влажность не регулировали, и она варьировалась между 10,9%RH и 14,8%RH. Эти условия температуры и влажности были идентичны «условиям окружающей среды», использованным для контроля.
[000107] Для псевдоожиженных 32, влажность не регулировали, а ее измерения составляли от 5,2%RH до 8,0%RH во время эксперимента. Температуру поддерживали приблизительно на значении 32°С посредством использования нагревательного устройства. Меньшая относительная влажность может быть обусловлена более высокой температурой, используемой в этой сравнительном эксперименте.
[000108] Две разные экспериментальные партии сравнили с двумя контрольными образцами и двумя сравнительными образцами на скорость высушивания. Два экспериментальных испытания обозначены Влажность 2 и Влажность 5 в таблице 1. Поток воздуха не был флюидизирован и его поддерживали на значении ниже 1 м/с для этих экспериментов таким образом, чтобы обеспечивать возможность оценки регулирования температуры и влажности. Температуру и относительную влажность регулировали на протяжении экспериментов. Каждый экспериментальный цикл использовал разное уравнение на основании температуры расплава и равновесной относительной влажности (ERH) для конкретного мягкого желатинового состава таким образом, чтобы соотносить потери массы со следующей заданной величиной влажности. Для первой экспериментальной партии температуру повысили приблизительно от 30°С приблизительно до 45°С, после чего температуру вернули обратно до 25°С. Относительную влажность поддерживали на высоком уровне на протяжении эксперимента, она варьировалась от 75%RH до 30%RH и в целом уменьшалась при повышении температуры.
[000109] Для второй экспериментальной партии температуру повысили приблизительно от 30°С приблизительно до 42°С, после чего температуру вернули обратно до 25°С. Относительную влажность также поддерживали на высоком уровне на протяжении эксперимента, и она варьировалась от 70%RH до 40%RH при повышении температуры. Разница между первым экспериментальным испытанием и вторым экспериментальным испытанием заключалась в конкретных заданных величинах, использованных после каждого измерения.
[000110] Потерю массы измеряли в зависимости от времени. Гидрофильные капсулы считались сухими, когда потеря массы на 10 капсул составляла 1,9 г.
[000111] Несколько дополнительных партий также испытывали с изменяющимися значениями температуры, расхода флюидизирующего воздуха и влажности. Параметры, используемые для каждого из этих экспериментов, показаны в таблице 1. Каждая из капсул была визуально осмотрена после завершения процесса. Результаты этих визуальных осмотров также включены в таблицу 1.
[000112] Результаты из этого примера показали, что посредством мониторинга потери массы и известной равновесной относительной влажности изделия, было обнаружено, что использование постоянно повышающегося диапазона температуры уменьшает время цикла высушивания на не более чем 80%, с 10 дней до 2 дней. Регулирование влажности необходимо для сохранения качества высушенных капсул. Без регулирования влажности на капсулах образовывались выемки, и они приобретали несоответствующий цвет. С регулированием влажности капсулы получались чистые, блестящие, с хорошим цветом, что указывает на то, что регулирование температуры и влажности существенно улучшает время цикла высушивания, при этом сохраняя качество капсул.
Пример 3 (Использование системы управления в туннельной сушилке):
[000113] Вариант реализации настоящего изобретения был испытан с использованием стандартного туннельного сушильного оборудования. Рециркуляционный вентилятор с расходом воздуха, равным выходящему из системы ОВКВ, был добавлен в сушильные туннели, используемые для высушивания мягких желатиновых капсул. Система высушивания содержит датчики температуры, датчики влажности, датчики расхода, нагревательные элементы, и демпфирующий клапан для регулирования подачи сухого холодного воздуха в сушильный туннель, как показано на фиг. 7 и как описано выше. Рециркуляционный вентилятор увеличивает расход воздуха. Нагревательный элемент увеличивает температуру внутри туннеля. Клапан регулировки расхода используют для влияния на относительную влажность в туннеле путем ограничения потока сухого воздуха из системы ОВКВ в контур рециркуляции. Влага, испаряющаяся из капсул, обеспечивала влажность в сушильном туннеле. За перепадом относительной влажности наблюдали посредством датчиков влажности, расположенных перед и после туннеля, и его поддерживали посредством клапана регулировки расхода, который использовали для пропускания увеличивающихся количеств сухого воздуха из системы ОВКВ в туннель. В этой конкретной конфигурации скорость проникновения воздуха в туннель могла быть уменьшена, что, следовательно, увеличило относительную влажность вследствие уменьшения эффекта испарительного охлаждения.
Испытание обработки воздуха
3
[000114] Расход регулировали посредством блока обработки воздуха ОВКВ на основании суммирования расхода воздуха, требуемого каждым туннелем. Это предназначалось для сбережения энергии, когда необходимость в туннелях отсутствует. Максимальный поток воздуха через блок обработки воздуха составляет 3500 м/ч. На основании рекомендаций производителя, максимальное давление в канале составляет 1200 Па. Для предотвращения повреждения канала, блокирующие замки были установлены для открывания заслонки обводной линии при 960 Па, и закрывания блока обработки воздуха при 1080 Па.
3
3
3
3
3
[000115] При закрывании всех заслонок, клапанов, и обходных линий, минимальный зарегистрированный поток воздуха составлял 1200 м/ч. Минимальный расход воздуха, зарегистрированный через каждый туннель, составлял 220 м/ч, 260 м/ч и 300 м/ч, соответственно. В результате, согласно подсчетам, утечка через заслонку обводной линии происходила с расходом 420 м/ч, потеря составила 35%.
3
3
3
3
[000116] При 100% работе ОВКВ, максимальный расход воздуха через модифицированный туннель был измерен отдельно и составлял 2221 м/ч, 2116 м/ч и 2201 м/ч, соответственно. При установке каждого туннеля в режим AUTO на 850 м/ч, было обнаружено, что требуется добавление коэффициента поправки 30% к заданной величине ОВКВ для поддержания достаточного давления для получения требуемого расхода воздуха. Это может быть обусловлено утечкой воздуха через заслонку обводной линии.
3
3
3
3
[000117] Для расхода рециркулируемого воздуха, при нахождении рециркуляционных вентиляторов в выключенном состоянии, минимальный поток воздуха через рециркуляционные каналы составил 18 м/ч, 20 м/ч и 46 м/ч, соответственно. Это стоит считать нулем, так как обратный клапан установлен между рециркуляционным вентилятором и ОВКВ. Для предотвращения повреждения двигателя, частотно-регулируемому приводу (Variable frequency Drive, «VFD») была задана минимальная частота, составляющая 6 Гц. Следуя этому совету, минимальная частота блока обработки воздуха была также установлена на значение 6 Гц. Вследствие массы обратного клапана расход рециркулированного воздуха не увеличивался до достижения вентилятором скорости 30-40 Гц. Это представляет собой расход воздуха, составляющий 260-290 м/ч. В результате, некоторая часть контроля могла быть утрачена ближе к завершению высушивания.
3
3
3
3
3
[000118] При 100% работе рециркуляционных вентиляторов и задания расходу воздуха ОВКВ в туннель значения, составляющего 850 м/ч в режиме AUTO, максимальный расход рециркуляционного воздуха в туннелях составлял 1685 м/ч, 2067 м/ч и 1705 м/ч, соответственно. Разница обусловлена тонким балансом давления между ОВКВ и рециркуляционным вентилятором. Техническое условие для рециркуляционного вентилятора составляло 2400 м/ч. Следовательно, рециркуляционные вентиляторы не удовлетворили техническим условиям. Для следующих испытаний максимальную частоту рециркуляционных вентиляторов временно установили на значение 77 Гц.
Регулирование влажности
[000119] Расход воздуха регулировали каскадно посредством контроллера перепада относительной влажности на заданной величине, составляющей 25%dRH. Перепад относительной влажности поддерживали назначении 25%dRH, а минимальная относительная влажность составляла 15%RH с использованием алгоритма:
=IF(RHl>Min, (IF(RH2<(DIFF+DIFF), (RH2-MIN),DIFF), (RH2-MIN))
Перепад относительной влажности вычислили повторно для исключения падения RH1 ниже минимума, составляющего 15%RH.
Регулирование температуры
[000120] Максимальную температуру ограничили 40°С датчиком. При выставлении температуры на 35°С в режиме AUTO, было обнаружено, что регулирующий клапан не открывался до ~30% и не закрывался до ~20%, усложняя регулирование температуры.
Результаты
3
[000121] Во время анализа, в нескольких случаях значения расхода воздуха не достигли ожидаемых, так как рециркуляционные вентиляторы не соответствовали техническим условиям. Так как сумма значений расхода воздуха не сходилась, к заданной величине ОВКВ потребовалось добавить коэффициент поправки. Вероятно, это было обусловлено утечкой через заслонку обводной линии. Дополнительно, расход воздуха был, вероятно, ограничен из-за падения давления. Измеренный средний расход воздуха на возвратном отверстии над дверцей составлял 1964 м/ч.
3
[000122] С использованием описанного выше измеренного среднего расхода воздуха, составляющего 1964 м/ч, скорость потока воздуха по лоткам измеряли при нахождении заслонок между каждой стопкой. Заслонки представляли собой пластиковые вставки, размещенные между каждой стопкой для предотвращения прохождения потока воздуха вокруг стопки и перенаправления потока воздуха для прохождения через стопку. Результаты показали высокую и стабильную скорость между лотками. Однако скорость воздуха была намного ниже указанной, составляющей 1,53 м/с. Заслонки были относительно изношенными и некоторые содержали трещины. Следовательно, может требоваться другая конструкция заслонок. Следовательно, потенциально могла быть достигнута лучшая скорость. Вследствие меньшего расхода воздуха, чем ожидаемый, в значениях скорости лотков наблюдались определенные улучшения на последних измерениях. Сравнение результатов для значений скорости потока воздуха показано на фиг. 11.
[000123] Расход воздуха в стандартных туннелях без заслонок в среднем составлял 0,29 м/с. Расход воздуха в стандартных туннелях с заслонками в среднем составлял 0,41 м/с, а расход воздуха в модифицированных туннелях с заслонками составлял 0,86 м/с. Следовательно, расход воздуха в модифицированных туннелях с заслонками больше чем в два раза превышает расход в стандартных туннелях с заслонками, и почти в три раза превышает расход в стандартных туннелях без заслонок.
2
3
3
[000124] Измеренная площадь зазора лотков сверхнеглубоких стопок в туннеле составляла 5360 см. Скорость воздуха через, над, по бокам, и под стопками в модифицированных туннелях в среднем составляла 0,69 м/с. В результате, измеренный расход воздуха через стопки в туннеле составлял 1330 м/с, причем ожидаемый расход воздуха составлял 1964 м/ч. Несоответствие составило 32%.
Испытание в мокром состоянии
[000125] Приблизительно 15 кг воды было загружено на каждую стопку (~180 мл/лоток) для имитации количества воды, испаряющейся из мягких желатиновых капсул в сушильном канале. Система управления немедленно зафиксировала влажность и более низкую температуру, исходящие от первой стопки, как только стопка проникла в туннель. Рециркуляционный вентилятор был немедленно включен на полную скорость, когда он обнаружил перепад температуры в >1°С. Через 2-3 часа все 9 стопок с водой были помещены в туннель. Датчики температуры и влажности зафиксировали каждую стопку при проникновении в туннель.
[000126] Испарение воды было чрезмерным, и относительная влажность достигла 91%RH приблизительно через 4 часа. При повышении относительной влажности поток воздуха, регулирующий расход воздуха клапан был закрыт для поддержания перепада относительной влажности, составляющего 25%dRH.
[000127] Для ускорения испытания температуру повысили до 34°С через 3 часа. Клапан горячей воды был открыт и затем закрыт для поддержания этой заданной величины. Несмотря на то, что температура подачи достигала 34°С, температура возврата едва достигала 28°С перед началом охлаждения процесса. Это указывает на то, что последняя стопка все еще содержала некоторую влагу, но продолжала высыхать при безопасных температурах. Дополнительно, вследствие испарительного охлаждения, температура возврата так и не упала ниже 18°С, при этом температура по смоченному термометру обычно составляет 9°С. В результате, капсулы поддерживали теплыми, и предполагалось, что они высохнут быстрее. Ближе к завершению высушивания, возвратная относительная влажность упала ниже 35%RH, что указывает на то, что процесс высушивания был почти завершен, и температура начала возвращаться к нормальной, составляющей 24°С.
[000128] После падения перепада температуры ниже 1°С, рециркуляционный вентилятор был замедлен. При замедлении рециркуляционного вентилятора, относительная влажность повысилась, а контроллер расхода воздуха был открыт для снижения относительной влажности. Контроллер потока воздуха был закрыт при достижении минимальной заданной величины влажности, составляющей 15%RH. С течением времени, регулирование рециркуляции, температуры и влажности были замедлены до остановки и процесс высушивания завершился. Лотки осмотрели, и на стопках не осталось воды. Процесс был начат и завершен автоматически.
[000129] Несмотря на то, что расход воздуха не соответствовал техническим условиям, схема управления смогла начать и остановить сушильное устройство автоматически.
Пример 4
[000130] Капсулы плацебо, изготовленные из стандартного желатина L2ARB и фракционированного кокосового масла (fractionated coconut oil, «FCO»), были изготовлены с использованием стандартного производственного процесса и высушены при двух разных повышенных температурах 35°С и 48°С. Твердость капсул измерялась при диапазоне значений равновесной относительной влажности (ERH) с использованием Digitest Gelomat компании Bareiss. Результаты показаны на фиг. 12. Капсулы, прошедшие тепловую обработку, более мягкие при подобных значениях относительной влажности, менее ломкие и менее подвержены протеканию.
[000131] Однако следует понимать, что даже несмотря на то, что в предшествующем описании были изложены многочисленные характеристики и преимущества настоящего изобретения, совместно с деталями конструкции и функции изобретения, описание является исключительно иллюстративным и изменения могут быть осуществлены в деталях, особенно таких, что касаются формы, размера и конфигурации деталей, в пределах принципов изобретения, которые в полной мере обозначены широкими общими значениями терминов, использованных в формулировке прилагаемой формуле изобретения.