Gea Homo­ge­nisa­to­ren wer­den in phar­ma­zeu­ti­schen und kos­me­ti­schen Anwen­dun­gen ein­ge­setzt und erzie­len bereits seit vie­len Jah­ren opti­ma­le Resul­ta­te in Bezug auf Zellauf­schluss und Emul­gier­ef­fek­te. Mit dem Nisox-Ven­til ver­än­dert der Anbie­ter das Homo­ge­ni­sie­rungs­ver­fah­ren zu Ver­ar­bei­tung von Mikro- und Nano­emul­sio­nen für die Che­mie-, Phar­ma- und Kos­me­tik­in­dus­trie grund­le­gend und stärkt so sei­ne Markt­po­si­ti­on. Nach­dem das Unter­neh­men die Inno­va­ti­on auf der Ache­ma 2018 vor­ge­stellt hat­te, lagen pünkt­lich zur Pow­tech 2019 die Ergeb­nis­se der ers­ten Feld­stu­die beim Kun­den vor: „Wir haben unse­re Labor­stu­di­en aus unse­rem Pro­cess Tech­no­lo­gy Cen­ter in Par­ma erst­mals dem Belas­tungs­test einer rea­len Anwen­dung unter­zo­gen und freu­en uns, dass wir die Effek­te sogar über­tref­fen konn­ten“, resü­miert Kai Becker, Lei­ter des Pro­duct Group Manage­ment Homo­ge­ni­sie­rung. „Uns ist es gelun­gen, eine nahe­zu trans­pa­ren­te Emul­si­on her­zu­stel­len.“ Die neue Ven­til­geo­me­trie opti­miert die Ener­gie­ver­tei­lung wäh­rend des Homo­ge­ni­sie­rens und redu­ziert dadurch die Par­ti­kel­grö­ße; der Homo­ge­ni­sie­rungs­ef­fekt wird deut­lich ver­bes­sert.

Feldstudie bestätigt verbesserte Produkteigenschaften

Seit 2018 hat der Anbie­ter gemein­sam mit dem Kun­den das neue Ver­fah­ren inten­siv in der Pro­duk­ti­on getes­tet, um die Redu­zie­rung der Par­ti­kel­grö­ßen und die gleich­mä­ßi­ge Par­ti­kel­ver­tei­lung mit­tels des Nisox-Ven­tils im Feld zu bewei­sen. Im Fall­bei­spiel bestand die Emul­si­ons­for­mu­lie­rung aus Was­ser (80 Pro­zent), Fett­pha­se (15 Pro­zent) und Ten­sid (5 Pro­zent). Die Pra­xis­tests bestä­ti­gen, dass das Ven­til­mo­dell Par­ti­kel gleich­för­mi­ger, klei­ner und kon­stan­ter in hoher Qua­li­tät homo­ge­ni­siert. Der Poly­di­sper­si­täts­in­dex ist nied­ri­ger ist als bei kon­ven­tio­nel­len Ven­ti­len, ins­be­son­de­re für Anwen­dun­gen im Hoch­druck­be­reich von 700 bis 1.500 Bar. Dadurch wer­den die phy­si­ka­li­schen und visu­el­len Eigen­schaf­ten wie Vis­ko­si­tät, Trans­pa­renz und Glanz ver­bes­sert, wie es bei der Ver­ar­bei­tung von phar­ma­zeu­ti­schen und kos­me­ti­schen Nano­emul­sio­nen gewünscht ist. Nisox führt zu nahe­zu trans­pa­ren­ten Emul­sio­nen.

Prinzip der Homogenisierung umkehren

Das Nisox-Ventil homogenisiert Nanoemulsionen für Kosmetik, Pharmazie und Biotechnologie schneller, gleichmäßiger und flexibler. Bild: Gea

Das Nisox-Ven­til homo­ge­ni­siert Nano­emul­sio­nen für Kos­me­tik, Phar­ma­zie und Bio­tech­no­lo­gie schnel­ler, gleich­mä­ßi­ger und fle­xi­bler. (Bild: Gea)

Bis­her waren Homo­ge­ni­sier­ven­ti­le dar­auf aus­ge­legt, den Abstand zwi­schen dem Durch­gangs­kopf und dem Schlag­kopf auf ein Mini­mum zu redu­zie­ren, um die erfor­der­li­che Mikro­ni­sie­rung der Par­ti­kel zu errei­chen. Das neue Ven­til jedoch dreht die­ses Prin­zip um: Im Gegen­satz zum Stan­dard­pro­zess presst Gea die zu emul­gie­ren­den Stof­fe nicht in einen Ring­spalt, son­dern aus ihm her­aus. Dadurch wer­den die Par­ti­kel viel wei­ter aus­ge­dehnt, ver­dünnt und ihre Kohä­si­ons­kräf­te ver­rin­gert. Die Stof­fe kol­li­die­ren anschlie­ßend radi­al in der Kam­mer des CCMS (Cavi­ta­ti­on Cloud Modu­la­ting Sys­tem). Die implo­die­ren­den Gas­bläs­chen in der jus­tier­ba­ren Kavi­ta­ti­ons­wol­ke kön­nen die Par­ti­kel des­halb leich­ter mikro­ni­sie­ren.

Prozessbedingungen kontrollieren, konstantes Produktergebnis erreichen

Matteo Folez­za­ni, Pro­dukt­ent­wick­ler für Homo­ge­ni­sie­rung bei Gea, erklärt die Tech­no­lo­gie: „Mit dem Nisox-Ven­til haben wir flu­id­dy­na­mi­sche Effek­te genutzt, die inner­halb des Nisox-Ven­tils auf­tre­ten. Wir sind nun in der Lage, die Effek­ti­vi­tät und Effi­zi­enz zu kon­trol­lie­ren, indem wir die so genann­te Kavi­ta­ti­ons­wol­ke bewe­gen. Sie kann ent­spre­chend dem ver­ar­bei­te­ten Pro­dukt und den Ein­lass­be­din­gun­gen ange­passt wer­den.“ Zudem stellt sich ein zwei­ter Effekt ein: Rezep­tu­ren sind nun exak­ter repro­du­zier­bar. Die Her­stel­ler brau­chen weni­ger Batch-Zir­ku­la­tio­nen für das gewünsch­te Ergeb­nis. Die Anzahl der Durch­gän­ge bei einem bestimm­ten Druck kann redu­ziert wer­den.

Weitere Anwendungen in Vorbereitung

Neben der Her­stel­lung von Nano­emul­sio­nen sieht Kai Becker in der Zukunft auch ande­re Anwen­dun­gen: „Dank der flu­id­dy­na­mi­schen Effek­te des Gea Nisox attes­tie­ren die Feld­ver­su­che ein Viel­fa­ches der Stand­zei­ten für Ver­schleiß­tei­le. Das wird zum Bei­spiel für Disper­sio­nen in Che­mie- und Phar­maap­pli­ka­tio­nen inter­es­sant, denn die­se sind gemein­hin sehr abra­siv. Gea wird die­ses Ein­satz­ge­biet wei­ter unter­su­chen. Die ers­ten Ergeb­nis­se sind sehr viel­ver­spre­chend und bestä­ti­gen das hohe Poten­zi­al die­ser neu­en Tech­no­lo­gie, das sich bereits bei Emul­sio­nen gezeigt hat. Wir ste­hen unse­ren Kun­den zur Ver­fü­gung, um ihr Disper­si­ons­ge­misch zu tes­ten und die Vor­tei­le in Bezug auf Druck­re­du­zie­rung und Ener­gie­rück­ge­win­nung zu bezif­fern.“

Try and Buy”-Option für Kundentests

Kun­den haben die Mög­lich­keit, die Ergeb­nis­se an ihrem Pro­dukt in den Labo­ren des Gea Pro­cess Tech­no­lo­gy Cen­ter in Par­ma, Ita­li­en, zu vali­die­ren. Dar­über hin­aus bie­tet der Her­stel­ler eine „Try and Buy“-Option, um das Niso-X-Ven­til direkt in den Anla­gen beim Kun­den zu tes­ten.