Coatingverfahren in Pharma- und Lebensmittelindustrie
  • Das Spektrum an Beschichtungsmedien und Ausgangsprodukten macht das Coating von Produkten in der Lebensmittel- und Pharmaindustrie zu einem anspruchsvollen Prozess.
  • Dabei ist die Auswahl des richtigen Prozessequipments entscheidend für das Ergebnis. Sie hängt vor allem von der Partikelgröße des zu beschichtenden Kerns ab.
  • Die Coatingaufgaben sind so vielfältig wie ihre Umsetzungen. Im Wesentlichen kommen drei Arten von Maschinen zum Einsatz: Wirbelschichtapparate, Trommelcoater und Mischer.

Im Wesentlichen kommen drei Arten von Maschinen zum Einsatz: Wirbelschichtapparate, Trommelcoater und Mischer. Die Wahl der optimalen Prozesstechnologie ist entscheidend für das Ergebnis.

Gründe für das Coaten
Sowohl in der Lebensmittelindustrie als auch in der pharmazeutischen Industrie wird Coating zum Beschichten von Produkten eingesetzt. Das Coating von Partikeln wird immer dann angewendet, wenn Oberflächeneigenschaften der Rohprodukte modifiziert werden sollen, etwa wenn die Rohprodukte in irgendeiner Art geschützt werden müssen. So kann durch Coating beispielsweise eine Hydrophobierung oder Versiegelung der Oberfläche erzielt werden. Im pharma-
zeutischen Bereich werden spezielle Überzüge zur Herstellung von sogenannten Retard-Präparaten eingesetzt, deren Wirkungsprinzip auf der verlangsamten Freisetzung von Arzneistoffen beruht. Nicht zuletzt dient das Coating auch dazu, den Geschmack eines Produktes zu beeinflussen – beispielsweise durch das Aufbringen einer Schokoladenschicht auf Frühstücks-Cerealien oder einer Zucker-
schicht, die den bitteren Geschmack von Arzneimitteln kaschiert.

Je nach Anforderung an das Endprodukt werden daher unterschiedliche Beschichtungsmedien verwendet. Das Spektrum umfasst dabei neben Schokolade und Zuckerlösungen auch geschmolzene Fette, wässrige oder alkoholische Suspensionen, Dispersionen oder andere Flüssigkeiten. Und auch die Beschaffenheit der Ausgangsprodukte variiert stark. So können Pulver und Presslinge ebenso den Kern eines Produkts bilden wie beispielsweise Granulate, Kapseln, Tablettenpresslinge, Dragee-Kerne oder Getreidekörner.

Abhängig vom Ausgangsprodukt unterscheidet man beim Coating grundsätzlich zwischen zwei Prinzipien: dem Filmcoating und dem Zuckercoating. Beim Filmcoating handelt es sich um einen sehr dünnen Überzug mit Filmdicken von 0,03 – 0,05 mm. Die Gewichts-
zunahme durch das Aufbringen des Überzugs liegt gegenüber dem Ausgangsprodukt im Bereich < 10 %. Beim Zuckercoating ist der Überzug bis zu 1 mm dick. Die Gewichtszunahme kann im Vergleich zum Kerngewicht mehr als 100 % betragen.

Auf die Größe kommt es an
Die Vielfalt an Beschichtungsmedien und Ausgangsprodukten macht das Coating zu einem anspruchsvollen Prozess, an dessen Ende immer ein Produkt stehen muss, das hohe Qualitätsanforderungen erfüllt. Messgrößen hierfür sind unter anderem die Gleichmäßigkeit der Beschichtung, die Gewichtszunahme und der Geschmack, aber auch die Stabilität des Produkts und beispielsweise seiner hydrophoben Oberfläche oder die Freigabezeit eines Wirkstoffs.

Die verfahrenstechnischen Prozessschritte laufen in der Regel beim Coating in dieser Reihenfolge ab:

  • Mischen;
  • Besprühen;
  • Homogenisieren;
  • Formgebung (Zuckercoating);
  • Trocknen/Kristallisieren;
  • Wiederholung der oben genannten Schritte in Abhängigkeit von Produkt und Verfahren;
  • Polieren.

Geeignetes Equipment für den Coatingprozess sind Wirbelschichtapparate, Mischer oder Trommelcoater. Entscheidend für die Auswahl des optimalen Verfahrens zum Aufbringen des Coatings ist vor allem die Partikelgröße des zu beschichtenden Kerns. Bei Pulvern und Produkten mit einer Korngröße d50 < 1mm kommen Wirbelschichtanlagen, aber auch Mischer zum Einsatz. Bei größeren Produkten erzielen Trommelcoater optimale Ergebnisse.

Wirbelschichtapparate – für anspruchsvolle Anwendungen
Für sehr komplexe Anwendungen oder auch sensible Produkte wie Wirkstoffgranulate ist das Wirbelschichtverfahren das Prozessequipment der Wahl. Beim Wirbelschichtverfahren wird das Produktbett im Luftstrom fluidisiert und mit dem gewünschten Filmbildner solange besprüht, bis der gewünschte Coatinggrad erreicht ist. In der Regel wird die Coatingsubstanz in einem geeigneten Lösemittel gelöst und fein versprüht. In der Wirbelschicht benetzen die Flüssigkeitströpfchen die Partikeloberfläche. Gleichzeitig wird durch die Fluidisierungsluft das Lösemittel abgetrocknet, so dass die Coatingsubstanz auf der Oberfläche des zu coatenden Partikels verbleibt und den gewünschten Effekt bewirkt.

In der Pharmazie und der Kosmetikindustrie wird das Wirbelschichtverfahren beispielsweise zur Verkapselung und damit zum Schutz von Inhaltsstoffen eigesetzt. Für pharmazeutische Anwendungen steht der Wirbelschichtprozessor LFP zur Verfügung. Dieser kann je nach Aufgabenstellung konfiguriert werden: Speziell für das Beschichten von Pellets oder Mini-Tabletten ist der Produktbehälter des LFP mit einer sogenannten Bottom-Spray-Düse ausgestattet. Dieses Verfahrensprinzip wird mittels tangentialer Düsen gelöst. Sie ermöglichen die Zugabe von Coatingflüssigkeit direkt in das Produktbett. Auf diese Weise lassen sich ohne zusätzlichen Einsatz die gleichen Prozesse wie beim sogenannten Wurster-Verfahren durchführen. Beim Wurster-Verfahren werden zylindrische Rohre in den Produktbehälter eingesetzt. Dabei wird das zu coatende Produkt mit einer Lösung oder Suspension von unten – auf der Höhe des Conidurbodens – besprüht. Durch die zylindrischen Rohre erfolgt eine gerichtete Bewegung des Produktes im Produktbehälter.

Pflugschar-Mischer als wirtschaftliche Alternative
Wie in der pharmazeutischen Industrie bietet sich die Verkapselung von Produkten auch in der Lebensmittelindustrie zum Schutz mancher Inhaltsstoffe vor Aromaverlust, Feuchtigkeit oder Oxidation an. Doch sie setzt sich nur langsam durch – nicht zuletzt aus Kostengründen. Denn die üblicherweise verwendeten Wirbelschichtapparate sind in der Anschaffung rund fünf mal so teuer wie konventionelle Mischer. Und auch im laufenden Betrieb sind sie durch die hohen Luftmengen und die aufwendige Luftaufbereitung kostenintensiv.

Eine günstige und zuverlässige Alternative stellt die Verkapselung in Pflugschar-Mischern dar. Voraussetzung ist allerdings, dass die Coatingprodukte nicht getrocknet werden müssen. Denn beim Trocknungsprozess könnte die Schutzschicht bei diesem Verfahren durch Abrieb beschädigt werden.

Im Gegensatz zum Wirbelschichtverfahren wird das Wirbelbett beim Pflugschar-Mischer mechanisch erzeugt. Ein Beispiel für den Einsatz des Pflugschar-Mischers ist die Verkapselung mit Fett. Die Verteilung der Fettschmelze auf der Oberfläche der Partikel wird durch das intensive Aneinanderreiben der Partikel im Wirbelbett erreicht.

Nachdem die Partikel ausreichend mit Fett verkapselt sind, erfolgt der Abschluss der Fettkristallisation durch die direkte Einleitung von flüssigem Stickstoff in das Wirbelbett. Bei Erreichen der Raumtemperatur wird das frei fließende Produkt ausgetragen. Voraussetzung für die Umsetzung anspruchsvoller Coatingaufgaben mittels Pflugschar-Mischern ist eine exakte Steuerung der Prozessparameter wie Drehzahl, Zugabemenge der Zutaten, Produkt- Temperatur und Stickstoff-Volumen pro Zeiteinheit.

Trommelcoater – Spezialisten für Beschichtungsaufgaben
Während beim Coating sehr kleiner Partikel Mischer und Wirbelschichtapparate das Prozessequipment der allerersten Wahl sind, erzielen Trommelcoater bei größeren Korngrößen die besten Ergebnisse. Sie eigenen sich auch für lebensmitteltechnische Anwendungen, werden aber vor allem in der pharmazeutischen Industrie zum Beschichten von Tabletten eingesetzt. Coatinganlagen sind so konzipiert, dass sie individuell an die anspruchsvollen Produkte und Prozesse in der Pharmaindustrie angepasst werden können. So ist es beispielsweise auch möglich, Coatinganlagen für High-containment-Anforderungen zu modifizieren.

Darüber hinaus können explosionsgeschützte Anlagen realisiert werden. Hocheffiziente Reinigungssysteme gehören heute ebenfalls zum Standard solcher Anlagen. Speziell für das Beschichten von Tabletten wurde die Coaterserie LC entwickelt. Bei der Konzeption hatte neben der Bediener- und Reinigungsfreundlichkeit eine optimale Prozessführung oberste Priorität. Alle Teilprozesse, die für das Beschichten mit einem Filmüberzug relevant sind, wurden optimiert: das Sprühen des Lacks, das Durchmischen sowie das Trocknen des Produkts. Aufgrund der Prozesstechnologie arbeiten die Coater der Serie LC bis zu 40 % schneller als herkömmliche Geräte. Damit sind kürzere Prozesszeiten bei gleichbleibender Produktqualität möglich, sodass die Investitionsendscheidung gegebenenfalls zugunsten kleinerer Apparate fallen kann. Darüber hinaus ist das Zuckerdragieren in diesem Coater auch weiterhin möglich.

Fazit: Das Spektrum an Beschichtungsmedien und Ausgangsprodukten macht das Coating von Produkten in der Lebensmittel- und Pharmaindustrie zu einem überaus anspruchsvollen Prozess. Dabei ist die Auswahl des richtigen Prozessequipments entscheidend für das Ergebnis. Sie hängt in allererster Linie von der Partikelgröße des zu beschichtenden Kerns ab. Für einige komplexe Anwendungen ist die Wirbelschichttechnologie die einzig mögliche Option. Doch vor allem in der Lebensmittelindustrie steht mit den Pflugschar-Mischern eine interessante und kostengünstige Alternative zur Verfügung. Für Aufgaben wie das Beschichten von Tabletten mit Filmüberzügen sind Trommelcoater besonders geeignet. Zum einen erfüllen sie die Ansprüche der Pharmaindustrie an Qualität, Schnelligkeit und Wirtschaftlichkeit in der Produktion. Zum anderen können sie durch Modifikationen auf die besonderen Anforderungen der Branche zugeschnitten werden.

Achema Halle 6.0 – C2

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