TECNOLOGIA FARMACEUTICA #4: L'ESSICCAMENTO

Il meccanismo di essiccamento è il processo per la rimozione di un liquido da un solido umido. Durante questo processo si ottiene un cambiamento del solvente da liquido a gas. Qualora le quantità del liquido da eliminare fossero elevate, si preferisce utilizzare la tecnica di distillazione, della quale parleremo in un articolo a seguire. Si usa questa tecnica dell'essiccamento in quanto un materiale essiccato è più semplice da lavorare rispetto ad uno umido. Inoltre è anche più stabile nel tempo. Una volta che il materiale solido è stato essiccato deve essere conservato opportunamente, in modo tale che non riassorba umidità dall'aria. Generalmente i materiali vengono stoccati in ambienti ad umidità controllata, o meglio ancora in contenitori sigillati impermeabili all'aria. Per capirci meglio, come le confezioni del caffè. Il liquido che principalmente viene fatto evaporare è l'acqua, ma si ricorre a questa tecnica anche per l'evaporazione di alcol etilico, alcol isopropilico, cloroformio, acetone. Altro aspetto importante quando si fanno evaporare solventi differenti dall'acqua è la necessità di recuperarli per evitare inquinamento atmosferico o rischio di esplosioni durante le fasi di essiccamento.

TEORIA DELL'ESSICCAMENTO

Questa tecnica si basa su due processi:

• Trasferimento di calore al materiale da essiccare
• Trasferimento di solvente (sotto forma di vapore) dal materiale da essiccare all'aria che lo circonda

Il calore viene usato per aumentare ovviamente la temperatura fino a valori ottimali all'evaporazione del solvente dal materiale da essiccare. Questo calore può essere trasferito al materiale da essiccare in tre modi:

• Convezione: trasferimento calore da parte a parte di un fluido attraverso la miscelazione di alcune porzioni del fluido stesso
• Conduzione: trasferimento calore da parte a parte dello stesso corpo, o da un corpo ad un altro mediante contatto diretto
• Irraggiamento: trasferimento calore tra corpi non in contatto, quindi l'energia è scambiata sotto forma di onde ellettromagnetiche

Oltre quindi al trasferimento di calore, c'è il trasferimento di solvente, che una volta evaporato si diffonde nell'aria che lo circonda.

UMIDITA' DI UN SOLIDO

Possiamo esprimere l'umidità di un solido come perdita dell'essiccamento o come contenuto d'umidità.

%MC= (%LOD) / (100-%LOD) X100

• LOD: perdita essiccamento
• MC: contenuto umidità

CONTENUTO D'UMIDITA' ALL'EQUILIBRIO

Quando un solido umido si trova in specifiche condizioni d'umidità e temperatura dell'aria, una determinata quantità di solvente evapora spontaneamente fino al raggiungimento di una condizione di equilibrio. L'umidità rimasta viene chiamata appunto contenuto d'umidità all'equilibrio. Anche qui per capirci meglio facciamo un esempio: una polvere lasciata all'aria; se l'aria è secca, anche la nostra polvere sarà secca, mentre diversamente sarà l'opposto. Quindi questo fenomeno è direttamente collegato all'umidità dell'aria. In funzione di questi dati, possiamo dividere i materiali in due categorie:

• Cristallini (basso contenuto d'umidità all'equilibrio)
• Amorfi (alto contenuto d'umidità all'equilibrio)

L'acqua contenuta in un materiale può essere legata o non è legata, ovvero è libera. Lo si intuisce facilmente che la libera è semplice da estrarre, la legata è appunto legata chimicamente al solido.

MISURAZIONE UMIDITA' DELL'ARIA

Abbiamo quattro metodi per la misurazione dell'umidità dell'aria:

• Metodo gravimetrico: metodo di misura altamente accurato, ma purtroppo costoso e molto lento per l'elaborazione dei dati. Si basa sulla valutazione dell'aumento di peso di un solido che assorbe acqua
• Psicrometro: strumento costituito da due termometri fissati in un unico corpo che viene fatto roteare nell'aria. I due termometri hanno una costituzione differente, infatti uno è a bulbo secco e l'altro a bulbo umido. Tramite una carta psicrometrica si riesce poi a ricavare i dati di umidità.
• Misurazione del punto di rugiada: metodo più che altro di osservazione, ovvero si aspetta nel vedere a quale temperatura inizia a depositarsi l'acqua sulla superficie del solido
• Igrometro: strumento che utilizza materiali con proprietà che cambiano una volta a contatto con aria a diversa contenuto d'umidità.

PROFILO D'ESSICCAMENTO

Questa equazione va a descriverci la velocità d'evaporazione durante la fase di velocità stazionaria, nella quale si può immaginare un sottile strato di aria ferma e satura sulla superficie di una polvere:

W = kA (Ps - Pa)

dove:

• W: massa acqua che evapora
• k: coefficiente di trasferimento di massa funzione della velocità dell'aria
• A: area di evaporazione
• Ps: pressione parziale del vapore acqueo nello strato sottile
• Pa: pressione parziale del vapore acqueo nell'aria di essiccamento

dove si capisce che la W è tanto più elevata quanto più differiscono Ps e Pa, ovvero più è elevata la temperatura più è bassa l'umidità relativa dell'aria.

ESSICCATORI

Possiamo classificare le apparecchiature in basa alle caratteristiche che li differenziano e queste sono:

1)Continuità del processo

• processi discontinui (produzioni discrete)
• processi in continuo (produzioni industriali)

2)Trasferimento di calore

• a calore diretto (convezione)
• a calore indiretto (conduzione)
• a calore radiante (irraggiamento)

3)Movimentazione del materiale da essiccare

• a letto statico (materiale fermo)
• a letto fluido (materiale in movimento)

Tra le apparecchiature, chiamati essiccatori, abbiamo:

• Essiccatori a letto statico
• Essiccatori a letto fluido
• Essiccatori sotto vuoto
• Essiccatori a microonde
• Essiccatore a spruzzo

LIOFILIZZAZIONE

La liofilizzazione è un processo che fa parte dell'essiccamento sotto vuoto e viene condotta su materiale congelato. In questa tecnica l'essiccamento avviene in quanto il solvente sublima, ovvero passa direttamente da solido a vapore. Questa tecnica viene anche chiamata crio-essiccamento. Grazie alla liofilizzazione riusciamo ad avere un prodotto a basso contenuto d'umidità, praticamente nullo, e facilmente solubile. Infatti con l'aggiunta di acqua il prodotto riacquista immediatamente le caratteristiche iniziali. Purtroppo la liofilizzazione è un processo non poco costoso, anzi, ed è inoltre molto complesso. Viene quindi utilizzata se strettamente necessaria. Viene usata ad esempio per la produzione di derivati del plasma, di antibiotici, di batteri disidratati, di vaccini e di parti di tessuto. Possiamo dividere le fasi della liofilizzazione in:

• preparazione del prodotto
• congelamento
• essiccamento primario
• essiccamento secondario
• ripristino della pressione atmosferica
• confezionamento

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fonti

• Fundamentals of freeze-drying
• Lyophilization
• Intermittent drying of bioproducts--an overview
• Drying in Pharmaceutical and Biotechnological Industries

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bibliografia: equazioni

• Principi di tecnologia farmaceuica - casa ed. Ambrosiana

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ARTICOLI PRECEDENTI

TECNOLOGIA FARMACEUTICA #1: LA MACINAZIONE
TECNOLOGIA FARMACEUTICA #2: LA MISCELAZIONE
TECNOLOGIA FARMACEUTICA #3: LA FILTRAZIONE

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