Выбор критерия качества смешения компонентов

Процесс смешивания - это механический процесс, в результате которого первоначально находящиеся раздельно компоненты после распределения каждого из них в смешиваемом объеме образуют однородную смесь.

Смесители для получения сухих многокомпонентных продуктов разнообразны по конструкции.

Анализ требований, предъявляемых к смесительному оборудованию, показывает, что в настоящее время на первое место выходит обеспечение стабильно высокого качества готовой смеси.

Эффективность смешивания и, соответственно, качество готового продукта зависит от физико-механических свойств компонентов смеси, а также от технологических и кинематических факторов: соотношения компонентов, степени загрузки смесителя, скорости перемещения рабочих органов, их конструктивных особенностей, форм и параметров. В зависимости от особенностей процесса смешивания промышленностью выпускаются различные типы смесителей, которые можно условно классифицировать по следующим признакам:

· по принципу действия – на непрерывного и периодического действия;

· по расположению рабочего органа – на вертикальные и горизонтальные;

· по конструкции рабочих органов – на шнековые, барабанные, лопастные, турбинные, пропеллерные и комбинированные;

· по количеству рабочих органов – одно-, двух- и безвальные (барабанные);

· по механизму перемешивания частиц – на циркуляционные, объемного и диффузного смешивания [9].

В пищевых производствах наиболее часто используются смесители периодического действия. Это объясняется тем, что, во-первых, при периодическом смешивании можно обеспечить точное соотношение между компонентами (их часто загружают в смеситель по массе), а во-вторых, при большом числе компонентов их дозирование в смеситель непрерывного действия затруднено.

Требования к смесительному оборудованию, как правило, исходящие из конкретных производственных условий, следующие:

· смеситель должен быть периодического действия;

· рабочая камера его должна герметизироваться и исключать контакт обрабатываемого материала с окружающей средой, обеспечивать высокую интенсивность процесса и хорошее качество готовой смеси;

· смеситель должен оказывать мягкое воздействие на обрабатываемую смесь [9].

В настоящее время в фармацевтической и пищевой промышленности при производстве лекарственных средств, биологически активных добавок, биопрепаратов и пищевых продуктов все более широкое распространение получают смесители барабанного типа.

Барабанные смесители относятся к смесителям диффузионного смешивания, которые выпускаются в основном с цилиндрическим корпусом, расположенным горизонтально или с небольшим углом наклона к горизонту, и предназначены для смешивания сыпучих, не склонных к агрегированию, порошкообразных материалов [9].

В основу конструкции смесителей данного типа положен классический принцип смешения "пьяная бочка". В процессе перемешивания происходит активное взаимодействие частиц продукта друг с другом, что является положительным фактором, сказывающимся на качестве и скорости перемешивания компонентов.

Барабанные смесители относятся к тихоходным машинам, так как окружная скорость вращения составляет от 0,17 до 1 м/с. Сыпучие материалы можно подавать в смеситель непрерывно или порционно. Последнее возможно благодаря тому, что барабанный смеситель обладает высокой сглаживающей способностью. В барабанных смесителях рекомендуется поддерживать каскадный режим движения материала в корпусе. При этом режиме частицы материала, находящиеся в глубине слоя, движутся по круговым траекториям вплоть до выхода на поверхность в верхней части ската, образованного свободной поверхностью слоя смешиваемого материала. После выхода частиц на поверхность слоя они откатываются по склону. Вся верхняя часть ската представляет собой слой небольшой толщины, состоящий из хаотически движущихся вниз частиц. Именно в этом тонком слое и происходит в основном процесс смешивания частиц [9].

Преимуществами барабанных смесителей по отношению к другим являются: простота конструкции и надежность в эксплуатации, возможность смешивания материалов без разрушения частиц, широкий диапазон рабочих объемов. Кроме того, перемешивание материала по сложной траектории под действием сил тяжести и заданного разнонаправленного вращения сводит к минимуму негативное действие центробежных сил. Помимо этого, данный способ перемешивания не ведет к образованию «мертвых зон» и разогреву продукта, как в случае со смесителями, оборудованными мешалками [9].

В процессе смешивания в рабочем объеме смесителя происходит взаимное перемещение частиц разных компонентов смеси. В результате перемещений возможно бесконечное разнообразие расположения частиц в рабочем объеме смесителя. В этих условиях соотношение компонентов в микрообъемах смеси – величина случайная, поэтому большая часть известных методов оценки качества смеси основана на методах статистического анализа. Для упрощения расчетов все смеси условно считают двухкомпонентными, состоящими из так называемого ключевого компонента и условного, включающего все остальные компоненты смесей. Подобный прием позволяет оценивать однородность смеси параметрами распределения одной случайной величины – содержанием ключевого компонента в пробах смеси. В качестве ключевого компонента обычно выбирают такой компонент, который либо легко анализировать, либо распределение его в смеси особенно важно по техническим требованиям.

В качестве критерия оценки качества смешивания наиболее часто используют коэффициент вариации (неоднородности) V_с, который определяется по формуле:

где С_ср – среднее арифметическое значение концентрации ключевого компонента во всех n пробах смеси, %;

C_i – концентрация ключевого компонента в i-й пробе, %,

n – количество проб.

 

Сухая смесь высокого качества оценивается значениями V_c = 0,5÷4 %; среднего качества V_c = 4÷10 %; низкого качества V_c > 10 %. Однако подобное деление следует считать условным, так как качество смеси, ее необходимая однородность определяются техническими условиями на готовую смесь [2, 17, 19].

В исследовательской практике коэффициент неоднородности определяют путем предварительного отбора и последующего анализа большого количества проб. Для оценки качества смесей, получаемых в смесительных аппаратах периодического действия, используют в основном два метода отбора проб:

· метод квартования;

· метод точечного отбора.

Чаще всего для изучения кинетики смешивания в барабанных смесителях периодического действия рекомендуется использовать метод точечного отбора проб. Он заключается в отборе проб специальным пробоотборником из разных зон внутреннего объема смеси после остановки смесителя. Отобранные пробы подвергаются количественному анализу на содержание в них ключевого компонента.

Очень часто при получении многокомпонентной смеси наиболее сложной проблемой является равномерное распределение небольшого количества микронутриентов в основной массе материалов. При введении необходимого количества микронутриентов – витаминов, минеральных веществ и БАДов – должно быть гарантировано их присутствие в заданном соотношении в каждом единичном объеме готовой смеси. Поэтому при значительных соотношениях массовых составляющих компонентов (1:10² и более), входящих в смесь, эффективная однородность состава конечной смеси достигается за счет последовательного «разбавления» смеси в нескольких аппаратах или путем многоступенчатого смешивания.

 

6.2. ТЕХНОЛОГИЯ ТАБЛЕТИРОВАНИЯ

Таблетки – твердая дозированная форма, получаемая прессованием биологически активных и вспомогательных веществ или формованием специальных масс и предназначенная для внутреннего орального применения. При приеме внутрь таблетки запивают водой, иногда их предварительно растворяют в воде [4].

 

Характеристика таблеток

Таблетки получили широкое распространение во всем мире. Положительные качества таблеток следующие:

· возможен должный уровень механизации основных стадий и операций производства, способствующий высокой производительности и гигиеничности;

· точность дозирования вводимых в таблетки биологически активных веществ;

· портативность таблеток, удобная для их отпуска, хранения и транспортировки;

· длительная сохранность биологически активных веществ в спрессованном состоянии;

· для веществ недостаточно устойчивых – возможность нанесения защитных оболочек;

· возможность маскировки неприятных органолептических свойств (вкус, запах, красящая способность), что достигается путем нанесения покрытий;

· возможность сочетания биологически активных веществ, несовместимых по их физико-химическим свойствам в других формах;

· локализация действия биологически активного вещества в определенном отделе желудочно-кишечного тракта, достигаемая путем нанесения оболочек, растворимых в кислой или щелочной среде;

· пролонгирование действия биологически активных веществ вследствие нанесения покрытий, использования специальных технологий и состава таблеток-ядер;

· регулирование последовательного всасывания нескольких биологически активных веществ из таблетки в организм в определенные промежутки времени (многослойные таблетки) [2].

Однако таблетки имеют и некоторые недостатки:

· действие биологически активных веществ в таблетках развивается относительно медленно;

· при хранении таблетки могут цементироваться, при этом увеличивается время распадаемости;

· в состав таблеток могут входить вспомогательные вещества, не имеющие ценности, а иногда вызывающие некоторые побочные явления (например, тальк раздражает слизистую оболочку желудка);

· не каждый человек может свободно проглатывать таблетки.

Классификация таблеток

По способу получения различают два класса таблеток:

1. Прессованные, получаемые путем прессования порошков на таблеточных машинах с различной производительностью. Этот способ является основным.

2. Формованные, или тритурационные таблетки, получаемые формованием таблетируемой массы. Они составляют примерно 1–2 % от всего объема производства таблеток [4].

Классификация таблеток по конструктивному признаку:

1. По составу: простые (однокомпонентные) и сложные (многокомпонентные).

2. По структуре строения: каркасные, однослойные и многослойные (не менее 2-х слоев), с покрытием или без него.

Каркасные, или скелетные таблетки, имеют нерастворимый каркас, пустоты которого заполнены биологически активным веществом. Таблетка представляет собой как бы губку, пропитанную действующим веществом. При приеме каркас ее не растворяется, сохраняя геометрическую форму, а действующее вещество диффундирует в желудочно-кишечный тракт.

Однослойные таблетки состоят из прессованной смеси биологически активных и вспомогательных веществ и однородны по всему объему.

В многослойных таблетках биологически активные вещества располагаются послойно. Применение химически несовместимых веществ обусловливает их минимальное взаимодействие.

Покрытие таблеток классифицируют на: дражированное, пленочное и прессованное сухое.

Промышленностью выпускаются таблетки самых разнообразных форм: цилиндры, шары, кубы, треугольники, четырехугольники и др. Самыми распространенными являются плоскоцилиндрическая форма с фаской и двояковыпуклая форма, удобная для глотания. Кроме того, матрицы для производства таблеток более просты в изготовлении и не вызывают особых затруднений при их установке на таблеточные машины.