-Einführung in die Feuchtigkeitsproblematik bei Pulvern: Erörterung der in verschiedenen Industriezweigen üblichen Pulverarten (z. B. Milchpulver, Laktose, Talkum und Glimmer) und der damit verbundenen Feuchtigkeitsprobleme.
-Verhinderung physikalischer Übergänge: Untersuchung der Phasen des Zusammenbackens und Verklumpens von Pulvern und der Bedeutung der Ermittlung des kritischen Wasseraktivitätspunkts, um den Verlust der Fließfähigkeit zu verhindern, anhand von Beispielen aus der Praxis wie Proteinpulver und Reiskleieextrakt.
-Feuchtigkeitsmigration: Eine Erklärung, wie Feuchtigkeit von Bereichen mit hoher zu niedriger Wasseraktivität wandert, und Strategien zur Verhinderung dieser Migration, einschließlich Beispielen und Animationen, die den Prozess mit Pulvern wie Molkenprotein demonstrieren.
-Bestimmung struktureller Veränderungen: Verstehen der Unterschiede zwischen kristallinen und amorphen sowie wasserfreien und hydratisierten Formen von Pulvern anhand von Beispielen wie Saccharose und Calciumchlorid.
-Herausforderungen in der Produktion: Behandlung allgemeiner Produktionsprobleme wie Zielgenauigkeit bei der Feuchtigkeit, Verringerung von Abweichungen, Vermeidung von Nacharbeit und Energieverbrauch, zusammen mit Lösungen wie Automatisierung und Bedienerschulung.
Der ΔT-Ansatz: Eine ausführliche Erläuterung der ΔT-Methode zur Korrektur von Feuchtigkeitsschwankungen während der Produktion, einschließlich ihrer wissenschaftlichen Funktionsweise und der Vorteile der Automatisierung und des Echtzeit-Feedbacks durch Dashboards.
AQUALAB-Lösungen: Präsentation der AQUALAB Produkte und Dienstleistungen, wie AQUALAB 4TE, VSA, MAT Software und SKALA Dry, als Lösungen für diese feuchtigkeitsbezogenen Herausforderungen.
Das Webinar schließt mit Kontaktinformationen, zusätzlichen Ressourcen und einer Fragerunde ab.
Dr. Zachary Cartwright: Hallo, allerseits. Wir fangen in einer Minute an. Vielen Dank, dass Sie gekommen sind, um die Herausforderungen der Feuchtigkeit in Pulvern zu bewältigen. Bevor wir loslegen, noch ein paar organisatorische Dinge.
Zunächst einmal, mein Name ist Zachary Cartwright. Ich bin ein leitender Wissenschaftler bei AquaLab. Ich möchte mich bei Ihnen bedanken, dass Sie hier sind und einen Teil Ihres Tages für unser Webinar opfern. Wir haben seit geraumer Zeit kein Webinar mehr durchgeführt, vielleicht seit ein oder zwei Jahren, aber wir haben viele Anfragen erhalten, ob wir es wiederholen und dieses spezielle Thema behandeln können.
Wenn Sie irgendwelche Themen im Sinn haben oder uns ein Feedback zu diesem neuen Format geben möchten, lassen Sie es uns bitte wissen. Wir würden uns freuen, von Ihnen zu hören und die Beiträge weiter zu verbessern.
Ja, ich werde nachher eine Aufzeichnung der Veranstaltung veröffentlichen. Wir werden sie per E-Mail verschicken, ebenso wie eine Kopie meiner Folien. Wir werden sie auch irgendwann auf unsere Website stellen. Aber wenn Sie es noch früher haben möchten oder wenn Sie es aus irgendeinem Grund nicht bekommen, wenden Sie sich bitte direkt an mich. Meine E-Mail-Adresse ist hier auf dem Bildschirm zu sehen, und ich werde Ihnen gerne eine Kopie zukommen lassen.
Hier ist meine Kontaktadresse, bitte notieren Sie sie jetzt. Sie wird auch am Ende der Präsentation stehen.
Natürlich werde ich am Ende des Vortrags Fragen beantworten und versuchen, einige Fragen während des Vortrags zu beantworten. Aber wenn wir aus irgendeinem Grund nicht auf Ihre spezielle Frage eingehen können, melden Sie sich bitte bei uns, damit wir sicherstellen können, dass wir sie beantworten können. Also, fangen wir an und legen los. Wir werden heute etwa dreißig bis vierzig Minuten hier sein, mit Fragen und Antworten am Ende.
Pulver sind in vielen Branchen zu finden. Natürlich findet man sie in der Lebensmittelindustrie, z. B. Milchpulver oder Molkenproteinpulver, Kakaopulver, Maisstärke und so weiter. Ich bin sicher, Sie kennen viele dieser Dinge, aber es gibt auch Pulver in anderen Branchen. Vielleicht kommen Sie heute aus der pharmazeutischen Industrie und arbeiten mit Dingen wie Laktose und mikrokristalliner Zellulose, vielleicht Magnesiumstearat oder einer anderen Art von Pulver.
Oder vielleicht kommen Sie heute aus der Kosmetikindustrie und arbeiten mit Dingen wie Talkum, Maisstärke oder Reispuder oder etwas Ähnlichem. In all diesen Branchen gibt es also Pulver, und die Herausforderungen sind ähnlich, egal welche Art von Pulver oder welche Branche Sie haben. Wenn ich mich mit Teams treffe, um über Pulver zu sprechen, höre ich in der Regel die folgenden Probleme. Dinge wie der Versuch, physische Übergänge zu verhindern.
Das kann das Treten und Verklumpen oder der Verlust der Fließfähigkeit eines Pulvers sein. Ich denke, das ist in der Regel die größte Herausforderung, auf die wir stoßen. Vielleicht geht es Ihnen aber auch um die Haltbarkeit und die Verpackung und Sie suchen nach einer Möglichkeit, die Haltbarkeit schnell vorherzusagen oder zu verstehen, ob Sie die richtige Verpackung für die einzelnen Pulver und Produkte, an denen Sie arbeiten, verwenden oder nicht. Wenn Sie jemand sind, der Pulver zusammenmischt, dann machen Sie sich vielleicht Gedanken über die Feuchtigkeitsmigration zwischen verschiedenen Komponenten oder verschiedenen Pulvern und fragen sich, was mit der endgültigen Feuchtigkeit oder der endgültigen Wasseraktivität passiert, wenn wir verschiedene Dinge zusammenmischen.
Viele Teams, mit denen sie zusammentreffen, machen sich Gedanken über die Hygroskopizität. Sie wollen eine wirklich effektive, klare Methode, um zu definieren, wie ein Pulver in verschiedenen Umgebungen Feuchtigkeit aufnimmt, und um die Hygroskopizität verschiedener Pulver oder verschiedener Hilfsstoffe miteinander zu vergleichen. Natürlich ist die Temperatur immer ein Thema, und man muss verstehen, wie sich Temperaturänderungen auf die Qualität oder sogar die Sicherheit verschiedener Produkte auswirken können.
Manchmal sind Sie vielleicht daran interessiert, die Struktur zu bewerten, zu verstehen, ob etwas kristallin ist oder ob es vielleicht ein Hydrat bilden wird. Und schließlich kann die Produktion von Pulvern manchmal sehr schwierig und knifflig sein, wenn es darum geht, konsistent zu sein und so viel Nacharbeit und Produktverluste wie möglich zu vermeiden. Wenn ich Sie also heute hier hätte und direkt mit Ihnen sprechen könnte, würde ich gerne wissen, welche dieser Herausforderungen für Sie besonders wichtig sind. Warum sind Sie heute hier? Welches ist Ihr größter Schmerzpunkt? Und vielleicht können Sie sogar hier im Chat schreiben, damit ich wirklich verstehen kann, welches davon vielleicht das größte Problem ist, über das Sie und Ihr Team heute etwas lernen wollten.
Heute wollen wir vor allem drei Dinge erreichen. Zunächst wollen wir jede dieser Herausforderungen verstehen. Wir wollen wirklich zur Ursache der Herausforderung vordringen und erkennen, dass alle Herausforderungen, die auf der vorherigen Folie aufgeführt sind, in irgendeiner Weise mit dem Wasser in diesen Produkten zusammenhängen. Und dann wollen wir über die Bewältigung dieser Herausforderungen sprechen, indem wir die richtigen Erkenntnisse über Feuchtigkeit nutzen. Der Grund, warum ich "richtig" sage, ist, dass ich so viele Teams sehe, die versuchen, diese Herausforderungen allein mit dem Feuchtigkeitsgehalt zu bewältigen, und dass es wirklich eines Verständnisses der Wasseraktivität und auch der Feuchtigkeits-Sorptions-Isothermen bedarf, um die Wissenschaft zu nutzen, um die Herausforderungen zu bewältigen, die ich zuvor aufgeführt habe.
Und schließlich möchten wir einige verfügbare Lösungen erforschen und über verschiedene Technologien, Software und Erkenntnisse sprechen, die Ihnen zur Verfügung stehen, damit Sie diese Herausforderungen wirklich schnell bewältigen können und sie Sie nicht länger nachts wach halten und Ihnen Kopfschmerzen bereiten. Wir wollen sicherstellen, dass wir diese Dinge so schnell wie möglich lösen können.
Heute werde ich mich also direkt an die Arbeit machen. Ich werde mich mit jeder dieser Herausforderungen befassen und jedes dieser Ziele durchgehen. Ganz am Ende werden wir uns mit den Lösungen befassen.
Die erste Herausforderung bestand also darin, physikalische Übergänge zu verhindern. Damit meine ich im Wesentlichen die Verhinderung von Anbackungen, Verklumpungen und dem Verlust der Fließfähigkeit.
Immer wenn ein Pulver Feuchtigkeit oder einer Umgebung mit höherer Luftfeuchtigkeit ausgesetzt wird, nimmt es natürlich etwas Wasserdampf auf. Dabei durchläuft es grundsätzlich fünf verschiedene Schritte. Zunächst gibt es eine Benetzungsphase, in der es zu einer anfänglichen Feuchtigkeitsaufnahme kommt, dann wird das Pulver ein wenig klebrig. Es kann zu Verklumpungen und Klumpenbildung kommen.
Aber wenn wir diese Agglomerationsphase erreichen, hat das Verklumpen und Verklumpen erst richtig begonnen. Wenn wir diesen Punkt erreichen, sind wir bereits zu weit gegangen. Je weiter man nach oben geht, je mehr Feuchtigkeit man aufnimmt, desto stärker wird die Verdichtung. Und schließlich können wir den Punkt der Verflüssigung erreichen, an dem es anfängt, in flüssige Form überzugehen.
Dieser Prozess wird also von vielen verschiedenen Faktoren beeinflusst, in erster Linie von der Form und Größe der Partikel. Je kleiner die Partikel sind, desto schneller erreichen wir die Agglomerationsphase. Aber auch Faktoren wie Temperatur und Zeit haben einen Einfluss. Wenn die Temperatur steigt, kann dies dazu führen, dass die Agglomeration bei einer niedrigeren relativen Luftfeuchtigkeit noch schneller eintritt, worauf wir gleich noch näher eingehen werden. Und auch die Zeit, je länger man sich bei einer bestimmten Temperatur und relativen Luftfeuchtigkeit aufhält, kann dazu führen, dass wir diese Phasen schneller durchlaufen.
Schließlich verändern auch Veränderungen in der chemischen Zusammensetzung und sogar der ausgeübte Druck die Geschwindigkeit, mit der wir diese verschiedenen Stadien durchlaufen.
Wenn es darum geht, das Treten vorherzusagen, hängt es von drei Hauptfaktoren ab. Die Wasseraktivität des Pulvers, die Temperatur, bei der das Pulver gelagert wird, und die Zeit, in der es verschiedenen Bedingungen ausgesetzt ist, die sich durch Temperatur und relative Luftfeuchtigkeit ändern.
Um die kritische Wasseraktivität zu bestimmen, die wir hier als RHC bezeichnen, um genau zu wissen, wo diese kritische Wasseraktivität liegt, ist es wirklich wichtig, dass wir eine hochauflösende Feuchtigkeits-Sorptionsisotherme verwenden. Wenn Sie also nach Isothermen suchen, werden Sie zwei Methoden finden, die verwendet werden. DDI steht für Dynamic Dew Point Isotherm und DVS für Dynamic Vapor Sorption Isotherm. Und diese Grafik, die ich hier habe, zeigt Ihnen sehr gut den Unterschied zwischen diesen beiden Methoden.
Achten Sie auf diese orangefarbene Kurve, die DDI-Kurve, denn es handelt sich um eine sehr hochauflösende Kurve, die im Vergleich zu einer DVS-Kurve, die eher eine statische Kurve ist und sich gut für kinetische Tests eignet, viel schneller erstellt werden kann. So erhalten Sie einen Eindruck vom Unterschied zwischen diesen beiden Kurven. Wir werden heute nicht allzu sehr auf Isothermen eingehen. Wir haben separate Anwendungshinweise und Webinare zu Isothermen selbst.
Aber wenn wir heute weitermachen, möchte ich, dass Sie verstehen, dass die Dynamische Taupunkt-Isotherme oder DDI das ist, was wir wirklich für Pulver verwenden müssen, um wirklich zu charakterisieren, wie sie Feuchtigkeit in einer dynamischen Form aufnehmen.
Lassen Sie uns nun ein Beispiel zur Bestimmung des kritischen Punktes durchgehen. In diesem ersten Beispiel betrachten wir ein Proteinpulver, bei dem wir Probleme mit dem Zusammenbacken und Verklumpen haben. Für dieses Pulver wollen wir als erstes die Feuchtesorptionsisotherme mit der DDI-Methode erstellen. Sie können sehen, dass wir bei einer sehr kleinen Änderung der Feuchtigkeit eine große Bandbreite an Wasseraktivität haben und dann einen Wendepunkt erreichen, an dem wir eine große Feuchtigkeitsaufnahme haben. Sobald wir also die Isotherme haben, nehmen wir eine zweite Ableitung. Mit dieser Ableitung sehen wir uns an, wie sich die Steigung der Kurve verändert. Was wir hier suchen, ist eine Spitze in der zweiten Ableitung.
Wenn wir diese Spitze mit der Wasseraktivität auf der Kurve in Beziehung setzen, sehen wir, dass die Agglomeration bei Punkt sechs bis sieben der Wasseraktivität wirklich begonnen hat. Und wenn ich mir die zweite Ableitung etwas genauer ansehe, würde ich sagen, dass dieses Pulver bis etwa Punkt fünf Wasseraktivität sehr stabil ist. Dann kommt es zu dem anfänglichen Verkleben, über das wir vor zwei Jahren gesprochen haben. Und sobald wir den Punkt sechs bis sieben erreichen, hat die Agglomeration und Verklumpung wirklich begonnen.
Wenn es sich also um ein Proteinpulver handelt, an dem Sie arbeiten, würden wir vielleicht eine Obergrenze von Punkt fünf als Spezifikation festlegen, obwohl die kritische Wasseraktivität bei Punkt sechs bis sieben liegt. Sobald wir Punkt sechs bis sieben erreicht haben, sind wir viel zu weit gegangen. Im Allgemeinen empfehle ich den Teams, sobald sie wissen, wo die Agglomeration, das Verklumpen oder der kritische Punkt liegt, einen Spezifikationspunkt festzulegen, der eine Wasseraktivitätseinheit unter diesem Punkt liegt, um sich einen kleinen Puffer zu verschaffen und sicherzustellen, dass wir niemals den Punkt erreichen, an dem wir die Fließfähigkeit verlieren.
Nun gut. Schauen wir uns ein zweites Beispiel an. Dieses Beispiel ist für Reiskleieextrakt. Und das ist ein wirklich interessantes Beispiel, denn wenn man die Isotherme betrachtet, kann man sehen, dass es hier mehrere Punkte gibt, an denen wir eine Feuchtigkeitsaufnahme haben.
Und in der Tat, wenn wir die zweite Ableitung dieser Kurve nehmen, sehen wir zwei kritische Punkte. Einen bei Punkt vier der Wasseraktivität und einen zweiten bei Punkt sechs drei. Bei diesem zweiten Beispiel kann es zu Anbackungen und Verklumpungen an einem Glasübergangspunkt bei der niedrigeren Wasseraktivität von Punkt vier kommen. Und wenn wir noch höher kommen, haben wir einen zweiten Punkt bei Punkt sechs drei, wo eine Kristallisation oder eine zweite Art des Übergangs stattfindet.
Im Allgemeinen sollten wir bei jedem Pulver unter allen physikalischen Übergängen bleiben. Und in diesem Fall, wenn es sich um etwas handelt, mit dem Sie arbeiten, sollten wir um Punkt drei der Wasseraktivität herum bleiben, um sicherzustellen, dass wir diese physikalischen Übergänge vermeiden.
Zusammenfassend lässt sich also sagen, dass wir bei der Betrachtung eines Pulvers eine Isotherme nehmen wollen, die hier im oberen Diagramm dargestellt ist. Wir nehmen die zweite Ableitung, die im unteren Diagramm zu sehen ist, und suchen nach Spitzenpunkten. Diese Informationen verwenden wir, um die richtige Spezifikation für jedes der verschiedenen Pulver festzulegen, mit denen Sie arbeiten möchten.
Wenn es um kristalline Pulver geht, habe ich gesehen, dass jemand hier im Chat nach Kristallzucker und anderen kristallinen Substanzen gefragt hat.
Kristallpulver sind z. B. Salze oder Zucker, bestimmte Säuren und Vitamine oder auch pharmazeutische Wirkstoffe.
Und diese sind wirklich einzigartig, weil sie keine Feuchtigkeit absorbieren. Stattdessen bleibt die Feuchtigkeit oben, an der Oberfläche, bis genug Energie oder Wasseraktivität vorhanden ist, um das Kristallgitter aufzubrechen. Und wenn das passiert, geht dieses kristalline Pulver sofort von einer festen in eine flüssige Form über, und das nennen wir Deliqueszenz.
Wenn wir uns also Isothermen für kristalline Pulver ansehen, sehen wir diese Art von Form. Hier haben wir also Natriumchlorid und auch Saccharose, und beide haben eine ähnliche Form, und Sie werden feststellen, dass es in einem breiten Bereich der Wasseraktivität fast keine Feuchtigkeitsaufnahme gibt. Und dann erreichen wir einen Deliqueszenzpunkt, an dem sie plötzlich in Lösung gehen. Sie haben also eine ganz besondere Form, und es ist wirklich einfach, genau zu bestimmen, wo dieser Deliquenzpunkt für diese Art von Proben liegt.
Bei kristallinen Pulvern kann es zu einer gewissen Verklumpung kommen. Dies tritt hauptsächlich bei Schwankungen der relativen Luftfeuchtigkeit auf. Wenn man also von einer hohen relativen Luftfeuchtigkeit zu einer niedrigen und wieder zurück wechselt, passiert im Grunde genommen, dass wir diese Zyklen des Zerfließens und der Kristallisation immer wieder durchlaufen. Dabei bilden sich Brücken zwischen den verschiedenen Partikeln oder den verschiedenen Kristallen in diesen Pulvern, und das kann zu Verklumpungen führen. Um dies zu untersuchen, sollten Sie einen Isothermengenerator oder einen Dampfsorptionsanalysator verwenden, mit dem Sie verschiedene relative Luftfeuchtigkeiten einstellen und vor- und zurückgehen können, um festzustellen, wie diese Zyklen zu Verklumpungen führen können.
Eine andere Sache, die ich hier erwähnen wollte und die ich wirklich interessant finde, ist, dass der Zerfließpunkt einer Mischung, also wenn man zwei verschiedene Arten von kristallinen Pulvern nimmt und sie zusammenmischt, manchmal sogar niedriger sein kann als die Zerfließpunkte der einzelnen Komponenten. Und das ist ein wirklich interessantes Phänomen. Wenn Sie jemand sind, der wirklich versteht, warum das so ist, würde ich mich freuen, das mit Ihnen ausführlicher zu besprechen.
Nun gut. Bei unserer zweiten Herausforderung geht es um Haltbarkeit und Verpackung. Immer wenn man ein frei fließendes Pulver herstellt, ist es das Schlimmste, es zu verpacken, und wenn es dann beim Kunden oder Endverbraucher ankommt, ist es völlig verklumpt und verklumpt. Es ist also äußerst wichtig, dass wir richtig verpacken und genau ermitteln, welche Anforderungen an die Verpackung der einzelnen Pulver, an denen Sie arbeiten, gestellt werden.
Wir können dies mit Hilfe des Fickschen Diffusionsgesetzes tun. Die Gleichungen sind hier auf dem Bildschirm zu sehen. Es handelt sich um bekannte, gut veröffentlichte Gleichungen. Sie wurden nicht von Aqualab entwickelt, aber wir haben sie in eine Form gebracht, in einen Rechner, der wirklich einfach zu benutzen ist, und wir werden uns das gleich ansehen.
Ein weiterer wichtiger Punkt ist die Verwendung des richtigen Feuchtigkeitsmodells für diese Art von Berechnungen und Vorhersagen, und hier sehe ich oft die meisten Fehler.
Wenn wir also diesen Ansatz verwenden, können wir verschiedene Arten von Verpackungen berücksichtigen, einschließlich der Oberfläche der Verpackung und der Menge des Produkts in der Verpackung. Wir können unterschiedliche Lagerbedingungen berücksichtigen, also unterschiedliche Temperaturen, relative Luftfeuchtigkeit und Luftdruck. Und schließlich berücksichtigen wir die Sorptionseigenschaften und setzen diese in ein Modell um, ebenso wie den kritischen Punkt oder die kritische Grenze, die Sie für das Pulver festgelegt haben, um sicherzustellen, dass es frei fließend ist oder dass keine Mikroorganismen in diesen Produkten wachsen können. Also die
Der erste Schritt besteht darin, den kritischen Punkt zu bestimmen und dann die richtige Spezifikation festzulegen. Schauen wir uns also ein Beispiel für Kakaopulver an. Und für Kakaopulver sieht die Isotherme wie folgt aus. Auch hier werden wir die zweite Ableitung nehmen.
Wir suchen nach einem Spitzenwert auf dieser zweiten Ableitung, der bei Punkt vier sechs Wasseraktivität auftritt. Anhand dieser Information werde ich einen oberen Grenzwert von Punkt drei bis sechs festlegen. Ich gebe mir also wieder ein wenig Puffer, um sicherzustellen, dass ich nie die Klebe- oder Agglomerationsphasen durch die Kicking- und Clumping-Phasen erreiche.
Der zweite Schritt, und auch hier sehe ich oft die meisten Fehler, besteht darin, das richtige Modell und auch den richtigen Wasseraktivitätsbereich zu wählen. Nehmen wir also an, hier ist unsere Isotherme und dies sind verschiedene Modelle, die wir verwenden können. Hier gibt es drei verschiedene Modelle, ein lineares Modell, ein DLP-Modell und ein GAB-Modell. Es gibt über hundert Modelle, die veröffentlicht worden sind.
Und hier bei AquaLab verwenden wir im Allgemeinen das DLP, das Double Log Polynomial Model. Und Sie können es hier hinter den Daten sehen. Die Rohdaten sind die grünen Datenpunkte zur Erstellung der Isotherme. Und dann ist das Modell hier in blau.
Sie können sehen, dass das Modell die Daten ziemlich gut abbildet. Aber wenn Sie das Bild vergrößern, werden Sie feststellen, dass das Modell bei der Feuchtigkeit und der Wasseraktivität zunimmt und dann bei der Feuchtigkeit leicht abnimmt, bevor es wieder zunimmt. Und wir wollen wirklich, dass dieses Modell immer von links nach rechts zunimmt. Wenn wir das jetzt nicht korrigieren, werden wir einige Berechnungen erhalten, die nicht wirklich Sinn machen.
Um dies zu beheben, muss ich nur einen kleineren Bereich der Daten auswählen, vielleicht einen Bereich, der für die gewünschten Haltbarkeitsberechnungen sinnvoll ist, und dann das Modell noch einmal darauf anpassen. Es handelt sich also um denselben Datensatz. Ich habe nur einen kleineren Bereich ausgewählt, und jetzt verwende ich einfach das DLP. Und wie erwartet, steigt das Modell immer von links nach rechts an.
Nun gut. Nachdem ich nun das Modell festgelegt habe, können wir unseren Taschenrechner benutzen und einige Berechnungen anstellen.
Dies ist unser Haltbarkeitsrechner, den Sie in der Software des Feuchtigkeitsanalyse-Toolkits finden. Wir werden am Ende des Webinars noch ein wenig mehr darüber sprechen. Gehen wir also einfach ein Beispiel durch. Nehmen wir an, dass dieses Kakaopulver bei einer relativen Luftfeuchtigkeit von fünfundsechzig Prozent gelagert wird.
Nehmen wir an, es ist etwa Raumtemperatur bei fünfundzwanzig Grad Celsius, und in diesem Fall befinden wir uns auf Meereshöhe. Wir geben einfach die Gesamttrockenmasse des Produkts in der Verpackung, die Oberfläche der Verpackung und schließlich Ihre aktuelle Wasserdampfdurchlässigkeitsrate ein. Dieser Wert sollte Ihnen also bereits von Ihrem Verpackungslieferanten zur Verfügung gestellt werden. Es sollte sich nicht um einen versteckten Wert handeln. Er sollte Ihnen ohne weiteres zur Verfügung stehen.
Von hier aus geben wir die anfängliche Wasseraktivität ein. Das ist die Wasseraktivität zum Zeitpunkt der Verpackung und dann die kritische Grenze, die wir festgelegt haben. Auch hier verwende ich also Punkt drei bis sechs. Ich gebe mir selbst einen kleinen Puffer, bevor ich den kritischen Wert erreiche und um Punkt vier sechs herum verklumpe.
Von hier aus wähle ich einfach meine Isotherme aus. Ich verwende diesen kleineren Bereich. Im Hintergrund wird er automatisch in das DLP-Modell umgewandelt. Wenn ich dann auf "Berechnen" drücke, erhalte ich eine Haltbarkeitsdauer.
In diesem Beispiel habe ich also einhundertfünfundzwanzig Tage Zeit, bis meine anfängliche Wasseraktivität unter den von mir festgelegten Bedingungen die kritische Grenze erreicht. Sie sehen also, dass dies ein wirklich leistungsfähiges Werkzeug ist, denn ich habe vielleicht einen Tag gebraucht, um die Isotherme zu erstellen. Und jetzt kann ich sehr schnell all diese verschiedenen Parameter ändern, die für mich von Bedeutung sind. Anstatt monatelang auf beschleunigte Tests oder vielleicht sogar ein Jahr auf eine vollständige Haltbarkeitsprüfung warten zu müssen, kann mir dies wirklich schnell die Erkenntnisse liefern, die ich brauche, vor allem, weil ich versuche, innerhalb eines ganz bestimmten Wasseraktivitätsbereichs zu bleiben.
Es gibt verschiedene Versionen dieses Rechners, die für Sie hilfreich sein können. Mit diesem Rechner können wir zum Beispiel die Wasseraktivität über die Zeit berechnen. Im Grunde sieht also alles gleich aus. Der Hauptunterschied besteht darin, dass ich die Anzahl der Tage mit einer bestimmten Bedingung eingeben kann.
Sagen wir also, sieben Tage, ich werde die sieben Tage unter dieser spezifischen Bedingung speichern und ich möchte die Wasseraktivität nach dieser Zeit wissen. Auch hier verwende ich die gleiche Isotherme, und dieses Mal ist das Ergebnis die Wasseraktivität. Sie können diesen Rechner also verwenden, um verschiedene Schritte Ihres Prozesses zu simulieren, z. B. die Lagerung in Ihrem Lager, die Lagerung in einem heißen Amazon-Versandcontainer, die Lagerung in einem Regal und schließlich die Auslieferung an den Endverbraucher. In all diesen Fällen herrschen leicht unterschiedliche Bedingungen, und diese Art von Rechner würde es Ihnen ermöglichen, aufzuschlüsseln, wie sich die Wasseraktivität auf- und abbewegen könnte.
Ich sehe hier eine Frage über Punkt drei sechs, die die Spezifikation ist. Und, ja, ich verwende Punkt drei sechs als meine Grenze. Auch wenn das Treten und Verklumpen bei Punkt vier bis sechs beginnt, möchte ich mir einen kleinen Puffer verschaffen und sicherstellen, dass es nicht zu diesem anfänglichen Verkleben kommt.
Schließlich gibt es noch eine dritte Version dieses Rechners in derselben Software. In dieser letzten Version können wir genau berechnen, welche Wasserdampfdurchlässigkeit wir brauchen, um eine bestimmte Haltbarkeitsdauer zu erreichen. Es sieht also wieder sehr ähnlich aus. Der Hauptunterschied besteht darin, dass ich meine gewünschte Haltbarkeitsdauer eingebe.
In diesem Beispiel muss das Produkt ein Jahr lang haltbar sein und innerhalb des richtigen Wasseraktivitätsbereichs bleiben. Auch hier verwende ich dieselbe Isotherme und drücke auf "Berechnen". Und dieses Mal ist das Ergebnis die Wasserdampfdurchlässigkeitsrate, die ich brauche, um diese Haltbarkeitsdauer einzuhalten und zu erreichen. Sie können diesen Wert also direkt an Ihren Verpackungsdienstleister weitergeben, um sicherzustellen, dass Sie nicht zu viel oder zu wenig verpacken und dass Sie wirklich den Sweet Spot für jedes der Pulver oder jedes der Produkte, an denen Sie arbeiten, treffen. Ich sehe hier eine weitere großartige Frage, wie Sie eine Trockenmittelpackung oder die Zugabe von Silikaten oder etwas Ähnlichem berücksichtigen würden.
Diese Gleichungen berücksichtigen das nicht. Aber wenn man so etwas hinzufügt, heißt es in der Regel, dass dies die Haltbarkeit um fünfzig Prozent verlängern kann oder so ähnlich. Und dann kann man das auch in die Berechnung einbeziehen. Und mit unserer Ausrüstung gibt es vielleicht auch Möglichkeiten, Trockenmittelpakete mit Proben hinzuzufügen, um wirklich zu untersuchen, wie das Trockenmittelpaket dazu beitragen kann, diesen Prozess zu verlangsamen, oder wie dieses Trockenmittelpaket sogar den kritischen Punkt beeinflussen kann.
Es gibt also einige Möglichkeiten, das zu untersuchen. Und wenn wir mehr ins Detail gehen wollen, bin ich gerne bereit, nach diesem Webinar mit Ihnen darüber zu sprechen.
Nun gut. Als Nächstes wollen wir über die Vermeidung und Vorhersage von Feuchtigkeitsmigration sprechen. Wenn Sie also jemand sind, der mehrere Pulver oder mehrere trockene Zutaten miteinander mischt, dann könnte dieser Abschnitt für Sie sehr hilfreich sein. Jedes Mal, wenn Sie Pulver mischen, wird sich die Wasseraktivität des Endprodukts ändern.
Aber glücklicherweise geschieht dies auf eine sehr vorhersehbare Weise. Und es erfordert, dass wir eine Isotherme für jeden Bestandteil oder jede Komponente haben, die wir zusammenmischen. Und dann müssen wir dasselbe DLP-Modell verwenden, um zu simulieren, wie sich diese verschiedenen Dinge miteinander vermischen werden. Wenn wir also zum Beispiel ein Molkeproteinpulver haben, machen wir es uns einfach.
Nehmen wir an, wir haben nur drei Komponenten. Wir haben eine Molkenproteinmischung. Wir haben Maltodextrin und Sonnenblumenlecithin. Nehmen wir an, dass jede dieser Komponenten ihre eigene Isotherme hat.
Jedes dieser Elemente hat seine eigene, einzigartige Form. Anhand dieser Modellierung können wir vorhersagen, wie die Wasseraktivität zu einem Gleichgewicht kommen wird, wenn alle diese Dinge miteinander kombiniert werden und genügend Zeit haben, um diesen Gleichgewichtspunkt zu erreichen. Zusammenfassend lässt sich also sagen, dass wir für jeden Inhaltsstoff eine Isotherme haben, und wir können dies für beliebig viele Inhaltsstoffe tun. Normalerweise nehmen wir die fünf bis acht wichtigsten Zutaten. Aber wenn wir dies für jede Zutat tun, können wir, sobald wir ihre Isothermen haben, die kombinierte Isotherme mit Hilfe der DLP-Modellierung vorhersagen, und Sie sehen sie hier auf Ihrem Bildschirm in Rot, und die Gleichgewichts-Wasseraktivität.
Da wir die Isotherme bereits vorhersagen können, können wir diese Isotherme nutzen, um verschiedene Haltbarkeitsberechnungen anstellen zu können. Viele Teams, die diesen Ansatz verfolgen, erstellen eine interne Bibliothek von Isothermen für ihre Pulver. Und dann kann man am Computer simulieren und darüber nachdenken, was passiert, wenn man sie zusammenmischt, bevor man physisch rausgehen und all diese verschiedenen Dinge mischen muss.
Nun gut. Bei der nächsten Aufgabe geht es um die Bewertung der relativen Hygroskopizität.
Unter Hygroskopizität versteht man die Neigung eines Stoffes, Feuchtigkeit zu absorbieren. Bei Pulvern ist dies in hohem Maße der Fall, insbesondere im Vergleich zu vielen anderen Produkten. Die Wassermenge, die von Pulvern aufgenommen wird, ist eine Funktion der Temperatur und der Feuchtigkeit der Umgebung.
Eine DDI, eine dynamische Taupunktisotherme, ist eine hervorragende Methode, um zu verstehen, wie dies geschieht. Auch hier handelt es sich um eine hochauflösende Methode, mit der man sich ein Bild davon machen kann, wie verschiedene Pulver oder verschiedene Hilfsstoffe Feuchtigkeit aufnehmen. Und das ist besonders wichtig. Wenn Sie in der pharmazeutischen Industrie eine Auswahl unter verschiedenen Hilfsstoffen treffen wollen, können Sie eine DDI-Methode verwenden, um die Löslichkeit oder die Feuchtigkeitsaufnahmeeigenschaften von Hilfsstoffen zu untersuchen oder sogar die verschiedenen Sorptionskinetiken zu betrachten und festzustellen, wo Deliqueszenz auftritt.
Ich habe hier also ein Beispiel. Dies ist nur eine Liste von verschiedenen Hilfsstoffen oder Pulvern, die Sie verwenden können. Um die relative Hygroskopizität zu vergleichen, schauen wir uns einfach an, wie sich der Feuchtigkeitsgehalt im Verhältnis zur Wasseraktivität verändert. Im Grunde schauen wir uns also nur die Steigung dieser verschiedenen Kurven an.
Ich würde also sagen, dass diese Cross Carmelos am hygroskopischsten ist. Das ist die rote Pflanze hier. Der Grund dafür ist, dass sie das größte Gefälle aufweist. Sie nimmt die meiste Feuchtigkeit auf, wenn wir die Wasseraktivität erhöhen.
Etwas wie Mannitol hingegen sehen Sie hier, etwas versteckt hinter den anderen dunkelblauen Stoffen. Ich würde sagen, dass Mannitol nicht hygroskopisch ist, denn bei einer sehr hohen Wasseraktivität ist die Feuchtigkeitsaufnahme immer noch sehr gering.
Andere Dinge wie Saccharose, die kristallin ist, ist sehr wenig hygroskopisch, bis wir einen Verflüssigungspunkt erreichen, und dann geht sie plötzlich in Lösung.
Der Vergleich der Hygroskopizität hängt also von der Steigung dieser Kurven ab, aber auch vom Bereich der Wasseraktivität und von der Position, die Sie auf diesen Diagrammen einnehmen. Behalten Sie das im Hinterkopf, wenn Sie versuchen, verschiedene Hilfsstoffe auszuwählen oder die Hygroskopizität Ihrer verschiedenen Pulver zu vergleichen.
Nun gut. Lassen Sie uns nun ein wenig über die Auswirkungen von Temperaturschwankungen sprechen und darüber, wie diese sowohl die Qualität als auch die Sicherheit beeinflussen können.
Wenn also die Temperatur steigt, erhöht sich in der Regel auch die Wasseraktivität Ihrer Produkte und Pulver. Dadurch wird auch die kritische Wasseraktivität gesenkt, so dass der Kicking- und Clumping-Punkt oder sogar der Deliqueszenz-Punkt niedriger liegen kann. Ein Beispiel, das ich immer wieder gerne anführe, ist dieses Beispiel für Milchpulver. Wenn wir eine Isotherme bei fünfzehn Grad Celsius erzeugen, dann verklumpt es ziemlich genau bei Punkt fünf der Wasseraktivität.
Aber jedes dieser Elemente bedeutet einen Anstieg um fünf Grad bis zu vierzig Grad Celsius. Und bei vierzig Grad Celsius wird sich die Wasseraktivität dem dritten Punkt annähern und verklumpen. Dies hilft uns also sehr gut zu verstehen, wie die Form der Kurve an diesem kritischen Punkt von der Temperatur beeinflusst wird.
Um den kritischen Punkt der Wasseraktivität bei einer beliebigen Temperatur vorhersagen zu können, benötigen wir mindestens zwei, wenn nicht sogar drei Isothermen, um einige Vorhersagen treffen zu können. Dies geschieht mit Hilfe der Clausius-Clapeyron-Beziehung. Dabei handelt es sich lediglich um ein mathematisches Modell, mit dem wir den Dampfdruck bei jeder Temperatur abschätzen können. Und dann können wir auch eine lineare Regressionsanalyse verwenden, um zu extrapolieren, was in einem größeren Temperaturbereich passieren wird.
Hier haben wir zum Beispiel Reispulver, und wir haben zwei Isothermen, die wir bei fünfundzwanzig und dreißig Grad Celsius erstellt haben. Bei Raumtemperatur von fünfundzwanzig Grad Celsius ist die Wasseraktivität Punkt vier fünf, und der kritische Punkt, den wir unterschreiten müssen, ist Punkt fünf fünf. Wenn ich diese Gleichungen von der vorherigen Folie verwende und sie auf 35 Grad Celsius extrapoliere, können Sie sehen, dass die Wasseraktivität jetzt über dem von uns entdeckten kritischen Punkt liegt.
Und wenn ich das noch weiter extrapoliere, dann sehen wir, dass bei siebzig Grad Celsius die Wasseraktivität jetzt einen Sicherheitsgrenzwert überschritten hat und wir über den mikrobiellen Grenzwert von Punkt sieben hinausgegangen sind. Wenn ich also all diese Daten extrapoliere, kann ich genau feststellen und verstehen, wo ein Problem mit dem Treten und Verklumpen auftreten kann und wo ein Sicherheitsproblem im Zusammenhang mit der Temperatur auftreten kann. Natürlich wird sich dies bei jeder Art von Pulver oder Formulierung, an der Sie arbeiten, ändern, aber ich denke, dies gibt Ihnen eine Vorstellung davon, wie Sie wirklich vorausschauen und verstehen können, wie Temperaturänderungen die Qualität oder Sicherheitsprobleme für einige der Pulver, an denen Sie arbeiten, beeinflussen können.
Nun gut. Als Nächstes müssen wir die strukturellen Veränderungen bestimmen. Denken Sie daran, dass es verschiedene Arten von Strukturen gibt, die wir untersuchen wollen. Und wenn wir uns eine Isotherme ansehen, wenn wir die Beziehung zwischen Wasseraktivität und Feuchtigkeitsgehalt definieren, dann basiert dies wirklich auf der Struktur des Produkts. Und wenn sich die Struktur ändert, werden wir unterschiedliche Trends in den Daten und in der Form der Isotherme sehen.
Es kann sich also um kristalline oder amorphe Pulver handeln, und wir können über den Grad des Übergangs zwischen diesen beiden verschiedenen Pulvertypen sprechen, oder vielleicht arbeiten Sie mit einem wasserfreien Pulver oder einem Hydrat. Auch dies ist für die pharmazeutische Industrie sehr wichtig, vor allem, wenn man versucht, die Bildung von Hydraten zu verhindern. Schauen wir uns also kurz ein Beispiel an, beginnend mit kristallinem und amorphem Material.
Wenn wir uns also Saccharose ansehen, sieht es bei einer kristallinen Probe so aus. Denken Sie daran, dass kristalline Saccharose sehr strukturiert ist. Sie hat diese molekulare Struktur, die Sie hier in Orange sehen können. Und genau wie bei der kristallinen Probe, die wir in der Vergangenheit betrachtet haben, gibt es fast keine Veränderung des Feuchtigkeitsgehalts. Wir erreichen einen Deliqueszenzpunkt, und dann geht es plötzlich in Lösung.
Wenn wir es jedoch in seiner amorphen Form betrachten, ist es nicht mehr so strukturiert wie zuvor. Es ist ein bisschen mehr zufällig. Bei der zweiten Isotherme sehen Sie, dass es zu einem anfänglichen Treten und Verklumpen kommen kann. Bei einer sehr geringen Wasseraktivität ändert sich die Steigung ein wenig, bevor der Punkt des Zerfließens erreicht wird, der höher in der Kurve liegt. Wir können dies also nutzen, um zu verstehen, welche Art von Struktur wir aufgrund der Form der Isotherme haben.
Wenn wir nun die Hydratbildung betrachten, geht es hier um Kalziumchlorid. Die Hydratbildung hat eine ganz besondere Form, die wir in einer isothermen Kurve sehen werden. In diesem Beispiel, und ich glaube, sie sind eigentlich verkehrt herum beschriftet. Das Dihydrat ist hier in orange. Aber diese Isothermen bewegen sich von links nach rechts. Wir erhöhen die Wasseraktivität und den Feuchtigkeitsgehalt. Wir erreichen einen Punkt, an dem die Wasseraktivität plötzlich abnimmt, obwohl der Feuchtigkeitsgehalt zugenommen hat, und dann geht es weiter, die Isotherme.
Immer dann, wenn wir diese Zickzackform sehen, bei der die Wasseraktivität plötzlich abnimmt, während der Feuchtigkeitsgehalt steigt, bevor die Kurve weiter ansteigt, ist dies in der Regel ein Hinweis auf ein Hydrat. Ein Hydrat liegt immer dann vor, wenn Wassermoleküle in der Struktur des untersuchten Pulvers eingeschlossen werden. Und das kann sehr nachteilig sein, vor allem, wenn man mit einem pharmazeutischen Wirkstoff oder etwas Ähnlichem arbeitet. Normalerweise wollen wir die Bildung dieser Hydrate vermeiden. Und wenn man die Wasseraktivität und die Bedingungen kennt, unter denen sich diese Hydrate bilden, kann man die richtigen Spezifikationen festlegen, um dies zu vermeiden.
Okay. Unsere letzte Herausforderung, die wir heute besprechen, dreht sich um die Produktion. Wenn Sie in der Produktion arbeiten, wenn Sie in einem Produktionsteam sind, dann wissen Sie, dass dies oft eine Herausforderung sein kann. Und ich bin mir sicher, dass Sie sich für dieses Jahr große Ziele gesetzt haben, vielleicht in Bezug auf Energieeinsparungen oder die Reduzierung von Abweichungen, und sich fragen, wie Sie diese Ziele erreichen können.
Zu den allgemeinen Herausforderungen bei der Produktion gehören also das Erreichen der Feuchtigkeitsziele und die Erhöhung des durchschnittlichen Feuchtigkeitsgehalts der Produkte, die Verringerung der Schwankungen und eine möglichst hohe Konsistenz. Natürlich muss jede Art von Nacharbeit oder verlorenen Chargen vermieden werden. Wir wollen so viel Abfall wie möglich vermeiden. Ich weiß, dass die Teams, mit denen wir zusammenarbeiten, sich große Ziele gesetzt haben, um den Energieverbrauch zu senken und sicherzustellen, dass wir bei der Herstellung dieser Art von Produkten nicht zu viel trocknen.
Die Ausbildung von Bedienern ist nach wie vor sehr problematisch, denn wir haben Leute, die seit dreißig, fünfunddreißig Jahren oder länger in der Branche sind. Und jetzt werden sie durch Leute ersetzt, die all die kleinen, komplizierten Details über den Betrieb eines Sprühtrockners oder verschiedener Systeme nicht kennen, und sie müssen sehr schnell geschult werden. Und schließlich streben viele Teams eine Automatisierung an, damit sie möglichst wenig Hände brauchen, um immer das gleiche Produkt herzustellen.
Um all diese Herausforderungen in der Produktion zu meistern, müssen wir in der Lage sein, Schwankungen zu korrigieren, sobald sie auftreten. Und wir müssen in der Lage sein, Feuchtigkeitsänderungen zu erkennen, bevor das Produkt den Trockner verlässt. Daher nehmen viele Teams derzeit nachgeschaltete Proben. Sie durchlaufen den Sprühtrocknungsprozess oder jede Art von Trockner und nehmen dann einen Messwert stromabwärts auf und versuchen, diese Informationen zu nutzen, um die Einstellungen des Sprühtrockners wieder anzupassen.
Aber in der Regel sind bereits zwanzig, dreißig, vierzig Minuten vergangen, und es ist zu spät, um die erforderlichen Anpassungen vorzunehmen. Was wir also brauchen, ist eine Möglichkeit, die Trocknereinstellungen in Echtzeit anzupassen. Was wir suchen, ist die aktuelle Steuerung. In diesem Beispiel ist die aktuelle Steuerung hier in orange dargestellt.
Wir haben eine ziemlich große Abweichung. Das erste, was wir tun müssen, ist, von der derzeitigen Kontrolle zu einer besseren Kontrolle überzugehen und diese Schwankung zu verringern.
Und wenn wir die Schwankungen verringern, können wir den durchschnittlichen Feuchtigkeitsgehalt erhöhen. Sie sehen hier also, dass sich der durchschnittliche Feuchtigkeitsgehalt nach rechts verschoben hat. Wir haben immer noch den gleichen Grenzwert, aber wenn wir ihn nach rechts verschieben können, erhalten wir eine Produktionssteigerung und erhöhen unsere Ausbeute sowie eine Verringerung der Energie, die für die Herstellung dieser Art von Produkten erforderlich ist. Die Funktionsweise, die Wissenschaft dahinter, besteht also darin, dass wir die Temperatur und nicht die Feuchtigkeit im Auge behalten müssen. Ich finde es komisch, dass wir das bei AQUALAB sagen, weil wir uns so sehr auf die Feuchtigkeit und die Wasseraktivität konzentrieren. Wir haben sogar verschiedene Methoden zur Messung von Feuchtigkeit und Wasseraktivität mit NIR und anderen Methoden ausprobiert. Aber wir haben herausgefunden, dass die wichtigste Zahl, auf die man achten muss, die Temperatur ist.
Insbesondere die Temperaturdifferenz, das Delta T, die durch diesen Prozess entsteht. Delta T beruht also auf dem Prinzip der Verdunstungskühlung und dem dadurch entstehenden Temperaturunterschied. Wir betrachten also die Temperatur, die heiße Temperatur am Brenner und dann die Temperatur, nachdem sie abgekühlt wurde, nachdem sie sich durch das Produkt bewegt hat, und die Aufrechterhaltung des korrekten Temperaturunterschieds ist entscheidend, um die richtige Feuchtigkeitsspezifikation zu erreichen. Wenn wir uns also mit der Automatisierung befassen und einen Sprühtrockner oder sogar einen angeschlossenen Wirbelschichttrockner betrachten, verwenden wir zwei verschiedene Regelkreise und zwei verschiedene Rückkopplungsschleifen, um diesen Prozess zu automatisieren.
Die erste Schleife ist eine schnelle Schleife. Sie nimmt auf der Grundlage der Daten, die wir von den Temperatursensoren erhalten, kontinuierlich automatische Anpassungen vor. Und diese Sensoren befinden sich fast immer bereits in der Trocknungsanlage selbst. Das bedeutet, dass sie ohne jegliche Ausfallzeit eingesetzt werden kann.
Wir müssen nur nach den richtigen Daten und den richtigen Zahlen suchen. In diesem Beispiel des Sprühtrockners sehen wir uns also die Differenz zwischen dem heißen und dem kalten Punkt an. Oder in diesem Brottrockner, das gleiche Prinzip. Wir betrachten die Temperaturdifferenz zwischen diesem heißen und diesem kalten Punkt.
Es gibt auch eine langsame Schleife, und die Rückkopplung der langsamen Schleife ist eine Möglichkeit für uns, zu überprüfen, ob die Spezifikationen noch im richtigen Bereich liegen, und sie ermöglicht uns, langfristige Anpassungen vorzunehmen. Dies ergibt sich also aus den nachgeschalteten Probenahmen. Wir wollen immer noch nachgelagerte Probenahmen durchführen und die Wasseraktivität des Produkts messen, nachdem es diesen Prozess durchlaufen hat, nur um zu überprüfen, ob wir weiterhin auf dem richtigen Weg sind und in die richtige Richtung gehen.
Die Vorteile dieses Delta-t-Ansatzes liegen darin, dass wir die Variabilität stark reduzieren und eine Über- oder Untertrocknung des Produkts ausschließen können. In der Regel können wir die Ausbeute um etwa ein Viertelprozent steigern, in Extremfällen bei Pulvern sogar um bis zu einem Prozent. Auch bei anderen Produkten wie Tiernahrung können wir mit dieser Anwendung den Feuchtigkeitsgehalt um mehrere Prozent erhöhen.
Mit diesem Ansatz sehen wir viel weniger Bedienerfehler, und das liegt daran, dass man mit diesen Erkenntnissen verschiedene Trocknungsprobleme wirklich schnell lösen kann. Und wenn es irgendwelche mechanischen Probleme gibt, können Sie diese anhand dieser spezifischen Zahlen wirklich schnell angehen, um sicherzustellen, dass Sie Ihre Effizienz verbessern.
Die Verwendung eines Delta-T-Ansatzes ermöglicht sehr klare Betriebsparameter, sogar für verschiedene Produkte, und das bedeutet, dass man sehr schnell eine gleichmäßige Produktion erreichen kann.
Wir stellen fest, dass der Energieverbrauch in der Regel um fünf bis zehn Prozent sinkt, was wirklich vom System abhängt. Manchmal kann es auch mehr oder etwas weniger sein, aber es erfordert eine Analyse des aktuellen Systems und ein Verständnis dafür, welche Verbesserungen vorgenommen werden können. Und für diese Art von System sehen wir eine sehr schnelle Umschlagszeit oder eine wirklich schnelle Investitionsrendite.
Ich habe gesehen, dass das manchmal innerhalb eines Monats erledigt ist, denn wenn Sie ein Pulverproduzent sind, wenn Sie Millionen von Tonnen Pulver produzieren, dann wissen Sie, dass ein Feuchtigkeitsgehalt von 1,5 Prozent extrem viel ausmacht. Wenn das also etwas ist, woran Sie arbeiten, oder etwas, worüber Sie mehr erfahren wollen, dann nehmen Sie bitte Kontakt mit uns auf.
Ich verstehe. Die letzten paar Folien, ich weiß, wir sind hier bei etwa vierzig Minuten. Aber um die Sache abzuschließen, möchte ich über die Lösungen sprechen, die wir bei Aqualab haben. Aqualab hat sich auf die richtigen Technologien und Lösungen für die Bewältigung all dieser verschiedenen Herausforderungen spezialisiert.
Viele von Ihnen wissen bereits, wer Aqualab ist. Es gibt uns schon seit über vierzig Jahren. Ich weiß, dass sich unser Name mehrmals geändert hat, aber Aqualab, unsere Marke, gibt es schon seit einer ganzen Weile. Auf den nächsten Folien möchte ich nur einige unserer Lösungen vorstellen.
Aber wenn Sie sich nach dieser Präsentation mit mir zusammensetzen möchten, um Ihre spezifischen Herausforderungen zu erörtern und darüber zu sprechen, wie wir sie bewältigen können, dann würden wir das gerne mit Ihnen tun. Meine Kontaktdaten finden Sie auch hier am Ende der Präsentation.
Unser gängigstes Gerät, das für Qualitätskontrollen und auch für die Messung der Wasseraktivität verwendet wird, ist unser AQUALAB four t e. Ich werde Ihnen jetzt alle Funktionen vorstellen. Ich möchte nicht alles aufzählen, aber ich möchte, dass Sie wissen, dass dieses Gerät einen Taupunktsensor verwendet. Das ist eine primäre direkte Methode zur Messung der Wasseraktivität. Wenn Sie gleichzeitig auch den Feuchtigkeitsgehalt ermitteln wollen, können Sie das Gerät mit unserem Scala-Daten- oder, entschuldigen Sie, Datenmanagementsystem verbinden. Damit können Sie eine Isotherme verwenden, wie wir sie gerade besprochen haben, um die Wasseraktivität und den Feuchtigkeitsgehalt mit demselben Gerät zu ermitteln.
Wir haben heute viel über Feuchtigkeits-Sorptions-Isothermen gesprochen. Diese werden mit unserem Dampfsorptionsanalysator erstellt. Etwas wirklich Einzigartiges an unserem Isothermengenerator ist die Fähigkeit, beide Isothermen zu erstellen, die ich bereits erwähnt habe. Die DDI-Isotherme, die dynamische Taupunktisotherme, ist das, was wir brauchen, um die Feuchtigkeitsaufnahme von Pulvern genau zu definieren. Auch hier gibt es nur ein paar Angaben zu diesem Gerät. Ich möchte nicht zu sehr ins Detail gehen, aber ich möchte, dass Sie wissen, dass wir eine Lösung für die Erstellung dieser Isothermen haben. Und wenn wir diese Isothermen erstellt haben, können wir sie in die Software einfügen, die ich vorhin erwähnt habe, das Feuchtigkeitsanalyse-Toolkit.
Dieses Toolkit enthält all die verschiedenen Tools, die wir in dieser Präsentation erwähnt haben.
Dinge wie das Mischen von Zutaten, die Suche nach den verschiedenen Übergangspunkten und die schnelle Berechnung der Haltbarkeitsdauer. All diese Dinge sind in der Software enthalten und wirklich einfach zu bedienen. Wenn dies etwas ist, das für Ihr Team von Vorteil wäre, gebe ich Ihnen gerne einen Überblick über die Software und führe Sie durch einige Beispiele.
Und dann schließlich, für die Produktion, heißt unsere Lösung hier Scala Dry. Dies ist unser modellbasiertes Kontrollsystem. Es verwendet den gleichen Delta-T-Ansatz, über den wir vor ein paar Folien gesprochen haben. Dies ist eine großartige Anwendung, wenn Sie einen Sprühtrockner oder einen Wirbelschichttrockner oder wirklich jede Art von Trockner verwenden, auf den dies angewendet werden kann.
Es ermöglicht eine wirklich frühe und präzise Kontrolle. Es nutzt die Feuchtigkeit und verlässt das Produkt. Wir betrachten die Feuchtigkeit, aber wir konzentrieren uns auf die Temperaturdifferenz, um die Feuchtigkeitsvorgaben zu erfüllen. Und wir können diesen Unterschied ebenso berücksichtigen wie die Produktion oder die Zufuhrrate, um sicherzustellen, dass Sie so konsistent wie möglich sind.
Ich weiß also, dass das nur ein kurzer Überblick war. Ich werde eine Kopie dieser Folien verschicken. Es gibt Punkte, die Sie anklicken können, um mehr zu erfahren, es ist also wirklich interaktiv.
Es gibt noch viele andere Dinge, die Sie in der Diashow anklicken können und die für Sie hilfreich sein könnten.
Um die Sache abzuschließen, möchte ich noch einmal kurz auf unsere Ziele zurückkommen. Unser heutiges Ziel war es, jede dieser Herausforderungen zu verstehen. Wenn es eine Herausforderung gibt, die wir übersehen haben, oder etwas, das wir in Zukunft behandeln sollten, lassen Sie es uns bitte wissen. Wir haben darüber gesprochen, wie man jede der Herausforderungen mit den richtigen Erkenntnissen über die Feuchtigkeit bewältigen kann. Dazu gehört das Verständnis der Wasseraktivität und die Verwendung der richtigen Art von Feuchtigkeits-Sorptions-Isothermen.
Und dann haben wir sehr schnell die verfügbaren Lösungen hervorgehoben und erkundet. Und wenn Sie in Zukunft mehr darüber sprechen möchten, wenden Sie sich bitte an uns.
Es gibt viele verschiedene, zusätzliche Ressourcen, die Sie nutzen können. Es sieht so aus, als hätten wir hier eine Frage, die gerade auf dem Bildschirm erschienen ist. Wenn wir also versuchen, den Verklumpungspunkt eines Zuckeraustauschstoffs zu bestimmen, was wäre dann ein vernünftiger schrittweiser Ansatz? Sollten wir die Proben nehmen und sie in allen Phasen, vom freien Fließen bis zum Verklumpen, testen, oder gibt es einen intelligenteren Weg, dies zu tun?
Ja, gut. Gute Frage, Mofin. Um den Verklumpungspunkt zu bestimmen, würden wir eine Probe nehmen, die frei fließt, bevor sie verklumpt, und wenn Sie einen anderen Zuckeraustauschstoff verwenden, würden wir wahrscheinlich das ursprüngliche Pulver und dann das mit dem Zuckeraustauschstoff vergleichen wollen. Wir würden die dynamische Taupunktisotherme erstellen.
Auf dieser Grundlage würden wir dann die Kurvenformen vergleichen und die Analyse der zweiten Ableitung nutzen, um genau zu ermitteln und zu verstehen, wie sich der Zuckeraustauschstoff auswirkt, wo wir die Kicking- und Clumping-Punkte sehen.
Ja, gut. Wir haben eine weitere Frage, die gerade reinkam. Löst eine Erhöhung oder Verringerung der Feuchtigkeit unterhalb der BET-Monoschichtfeuchte alle Probleme, die bei Pulver auftreten, wie Anbackungen, Fließfähigkeit und Stabilität?
Normalerweise kann die Verringerung der Feuchtigkeit hilfreich sein, aber wir wollen uns wirklich auf die Verringerung der Wasseraktivität konzentrieren, weil die Wasseraktivität eine viel höher aufgelöste Messung ist. Und sie hilft uns wirklich zu verstehen, wo wir uns auf der Isotherme befinden, um sicherzustellen, dass die Wasseraktivität niedrig genug ist. Auch hier sehe ich, dass viele Teams versuchen, nur die Feuchtigkeit zu messen, aber die meisten Feuchtigkeitsmethoden haben nicht die Auflösung, die wir brauchen, um den Einblick zu bekommen, den wir brauchen, um das Treten und Verklumpen zu verhindern.
Gute Frage, Adit.
Das war's. Ich danke Ihnen vielmals. In meiner Präsentation gab es ein paar zusätzliche Ressourcen.
Ich bin mir nicht sicher, ob mein Produzent meinen Bildschirm wieder einblenden kann, aber es gibt einige zusätzliche Ressourcen in der Präsentation, die Sie durchgehen können. Wir haben alle Arten von verschiedenen Anwendungshinweisen, Videos, frühere Webinare und so weiter. Es gibt also eine Menge zusätzlicher Ressourcen hier in meiner Präsentation und auf unserer Website.
Zum Schluss noch meine Kontaktinformationen. Wenn Sie Ihren regionalen AQUALAB-Berater kennen, können Sie sich gerne direkt an ihn wenden. Aber wenn Sie sich mit mir in Verbindung setzen möchten, wenn Sie mehr technische Fragen haben, dann folgen Sie mir bitte. Und natürlich werbe ich immer gerne für unseren Podcast namens The Drip. Hier konzentrieren wir uns auf etwas Wissenschaft, etwas Musik und etwas Mantra. Bitte hören Sie zu und abonnieren Sie ihn. Wenn Sie daran interessiert sind, als Gast in unserer Sendung aufzutreten, melden Sie sich bitte ebenfalls, und wir würden uns freuen, diese Möglichkeit mit Ihnen zu erkunden.
Wir haben also nur noch ein paar Minuten. Vielen Dank, dass Sie die ganze Zeit geblieben sind, aber ich würde jetzt gerne noch einige Fragen beantworten, falls es welche gibt.
Ja, gut. Ich danke dir, Daisy, für deine Kommentare. Danke, Julio.
Vielen Dank, Eric.
Ja, das stimmt. Vielen Dank, dass Sie alle hier sind. Ich werde nur ein oder zwei Fragen beantworten. Ich habe eine, die gerade reinkam. Jemand fragt, wie Delta t eigentlich für die Betreiber aussieht?
Ich habe hier ein Beispiel. Lassen Sie mich sehen, ob ich es schnell aufrufen kann.
Hier ist ein Beispiel dafür, wie es tatsächlich aussieht, wenn Sie delta t ausführen. Ich weiß, es ist viel auf dem Bildschirm, aber ich möchte nur auf ein paar Dinge hinweisen. Hier, in diesem Blau, ist die schnelle Schleife. Hier können Sie das Delta t einstellen, das Sie beibehalten müssen. Und hier drüben auf der linken Seite ist die langsame Rückkopplungsschleife der Automatisierung. Hier geben Sie Ihre Wasseraktivität der Proben stromabwärts ein.
Alle diese Zonen hier oben links sind die Temperaturunterschiede der verschiedenen Zonen im Trockner. Und dann können Sie auch die Vorschubgeschwindigkeit eingeben. Wenn Sie das alles eingeben, können Sie auf dem Bildschirm sehr schnell sehen, wie Sie all diese Schwankungen reduzieren können und dann viel konsistenter werden. Sie können den Delta-T-Ansatz also als eine Art Tempomat betrachten, der die Dinge innerhalb der richtigen Grenzen hält, sobald Sie diese erreicht haben. Sie können diese Funktion jederzeit abschalten und in den manuellen Modus wechseln. Aber das hier ist wirklich so konzipiert, dass es den Tempomaten trifft, vor allem, wenn man eine lange Laufzeit hat.
Schauen wir mal.
Haben Sie weitere Fragen?
Ich habe noch eine weitere Frage, die gerade eingegangen ist. Gilt die isotherme Vorhersagemodellierung für eine Mischung aus verschiedenen Pulvern nur, wenn die Pulver zu gleichen Teilen gemischt werden, oder gibt es eine Möglichkeit, die prozentuale Zusammensetzung zu korrigieren? Das ist eine gute Frage, Faith. Mit der DLP-Modellierung können Sie also unterschiedliche Massenverhältnisse berücksichtigen.
Wenn Sie also unsere Software verwenden, geben Sie die Inhaltsstoffe ein, wählen die Isotherme aus, geben die Ausgangswasseraktivität ein und geben dann die Menge ein. Sie können also mit verschiedenen Massenverhältnissen spielen, und das wirkt sich auf die endgültige Isotherme und die berechnete Gleichgewichts-Wasseraktivität aus. Ja, das kann also berücksichtigt werden. Danke, Faith.
Wenn es noch eine letzte Frage gibt, können wir sie jetzt stellen. Wenn es noch weitere Fragen gibt, in Ordnung. Lassen Sie uns die letzte Frage beantworten. Ich danke Ihnen, Tania. Haben Sie eine vergleichende Studie zwischen einem Experiment mit einer realen Probe unter Verwendung von Verpackung x und dem, was in der Software geschätzt wurde, durchgeführt, um die Berechnungen zu validieren?
Ja. Wir machen das oft mit Kunden, mit denen wir zusammenarbeiten. Wir führen direkt mit unseren Kunden Validierungsstudien durch, um zu beweisen, dass sie einen Teil ihrer Haltbarkeitsprüfungen durch diese Art von Erkenntnissen vollständig oder zumindest teilweise ersetzen können. Die Verwendung dieser Berechnungen ist also kein perfekter Ersatz für Haltbarkeitsprüfungen.
Meistens unterschätzen unsere Berechnungen die Haltbarkeitsdauer um etwa fünf bis zehn Prozent. Und ich denke, das ist eher wünschenswert als eine Überschätzung, so dass man das im Hinterkopf behalten kann. Allerdings sind manchmal Validierungstests erforderlich, um sicherzustellen, dass wir auf der gleichen Seite oder auf der richtigen Seite stehen. Aber wir haben das in der Vergangenheit bei verschiedenen Produkttypen direkt mit unseren Kunden gemacht.
Ich denke also, dass wir weiter daran arbeiten sollten. Wenn Sie jemand sind, der in diesem Bereich forscht und an einem Forschungsprodukt arbeiten möchte, dann können wir das gerne mit Ihnen tun.
Nun, vielen Dank, dass ihr hier seid. Ich weiß, dass wir ein bisschen lange gebraucht haben, aber es gab heute viel zu berichten. Ich hoffe, diese Einblicke waren wirklich hilfreich. Nochmals: Wenn Sie Themenvorschläge für künftige Webinare haben, wenden Sie sich bitte an uns. Wenn Sie die Kosten besprechen möchten, sehe ich hier eine Frage zu den Kosten. Bitte wenden Sie sich an mich. Wir werden Sie mit Ihrem AQUALAB-Berater in Kontakt bringen, damit Sie die richtigen Preisinformationen erhalten.
Nochmals vielen Dank, dass Sie hier waren. Ich hoffe, Sie haben einen schönen Rest des Tages und wir sehen uns hoffentlich beim nächsten Webinar. Bis zum nächsten Mal.