Der Einsatz kontinuierlicher Herstellungsverfahren bei der Tablettierung von Nahrungsergänzungsmitteln und Süßwaren bringt zahlreiche Vorteile in puncto Effizienz und Prozesssicherheit mit sich. Mit einer Prozessanalysetechnik (PAT) lassen sich Qualität und Effizienz sogar noch weiter steigern. Ein neuer Ansatz von Fette Compacting zeigt nun, dass für eine entsprechende Systemlösung weder zusätzliche Software für die Einbindung in Produktionslinien noch erfahrene Spezialisten erforderlich sind.
Die Verpressung von Nahrungsergänzungsmitteln (NEM) macht sie länger haltbar und ist platzsparend. Auch lassen sich Inhaltsstoffe in Tablettenform besonders leicht dosieren und kostengünstig produzieren. In Kombination mit dem Vormarsch präventiver Medizin und einem weiter steigenden Gesundheitsbewusstsein liegen NEM deswegen zunehmend im Trend, etwa zur Versorgung mit Vitaminen und Mineralstoffen. Bei deren Herstellung in Tablettenform ist Fette Compacting mit mehreren Tausend installierten Maschinen weltweit führend. Hierbei gelang es Entwicklern des Unternehmens, über eine ganzheitliche Betrachtung des Produktionsprozesses einzelne Schritte und Technologien so anzupassen, dass die kontinuierliche Direktverpressung auch im Bereich der Nahrungsergänzungsmittel mit einem schlanken Design, hoher Qualität und maximaler Flexibilität möglich ist.
Ein zentraler Vorteil kontinuierlicher Produktionssysteme liegt darin, dass sie bei der Produktion von NEM oder Süßwaren in Tablettenform in der Regel eine schnelle Anpassung an sich ändernde Anforderungen ermöglichen. Im Vergleich zu vielen Batch-to-Batch-Verfahren ist das Continuous Manufacturing meist sogar durch integrierte, vollständig kontrollierbare Prozesse prozesssicherer und effizienter. Bei der Direktverpressung leitet ein kontinuierliches Verarbeitungssystem das Pulver ohne Granulation in die Tablettenpresse. Hierbei entfallen im Vergleich zur granulationsbasierten Herstellung mehrere Produktionsschritte, was zu einem reduzierten Platz- und Energiebedarf sowie zu einem schlankeren Gesamtprozess führt.
Ein weiterer Vorteil kontinuierlicher Verfahren liegt in einer möglichen Echtzeit-Inprozesskontrolle, da die Integration der Tablettenpresse und der analytischen Sensorik in den Gesamtprozess für die Leistungsfähigkeit entscheidend ist: Von ihr hängen letztlich sowohl die Produktionseffizienz als auch Tablettenqualität ab.
Fette Compacting hat die kontinuierliche Direktverpressung grundlegend neugestaltet und hierbei das kontinuierliche Verarbeitungssystem FE CPS (Continuous Processing System) entwickelt. Es bildet in Kombination mit einer Tablettenpresse und einem Bedienterminal eine vollständige kontinuierliche Direktverpressungslinie (Continuos Direct Compression, CDC). Die FE CPS verarbeitet ein breites Spektrum an Inhaltsstoffen in einem variablen Durchsatzbereich von fünf bis über 200 Kilogramm pro Stunde. Mit sechs Loss-in-Weight-Feedern (LIW) ist sie imstande, unterschiedliche pulverförmige Ausgangsmaterialien genau zu dosieren, zu mischen und an den nachgelagerten Tablettierprozess zu übergeben.
Im Hinblick auf die Besonderheiten der NEM-Produktion - bei der oft Pulver mit speziellen Eigenschaften etwa hinsichtlich Fließfähigkeit, Adhäsion und Kohäsion zum Einsatz kommen – sorgt ein spezielles Design dafür, dass unerwünschte Pulverphänomene wie Anhaftungen oder Brückenbildungen nicht auftreten. So wird selbst anspruchsvolles Rohmaterial zuverlässig und gleichmäßig in den Dosierprozess befördert. Das Anlagendesign ist hierbei so konzipiert, dass sich die gesamte Anlage auf nur einer Ebene in bestehende Produktionsräume integrieren lässt.
Zusätzlich zum optimalen Zusammenspiel von Materialzufuhr, Dosierung, Mischung und Förderung sorgt vor allem die Prozessanalysetechnologie für die erforderliche Qualitätsüberwachung und Effizienz der kontinuierlichen Produktion. Hierbei werden die Vorteile der kontinuierlichen Inprozesskontrolle mit einer eingebetteten Prozessanalysetechnik (embedded Process Analytical Technology, ePAT) deutlich, die eine hohe Bedienerfreundlichkeit bei geringer Systemkomplexität sicherstellt.
ePAT überwacht entscheidende Qualitätsattribute mit hochentwickelten, in die Prozesseinheiten integrierten Nahinfrarotsensoren. Die Spektrometer sind direkt mit dem Controller der Maschine verbunden. Per Nahinfrarotspektroskopie (NIRS) erfolgt die Überwachung der Produktqualität in Echtzeit. Die NIRS hat sich bei der Auswahl möglicher Messmethoden als besonders effizient erwiesen. Ein wesentlicher Vorteil ist die Fähigkeit, im Spektralbereich zwischen 750 und 2.200 Nanometern zahlreiche unterschiedliche Inhaltsstoffe erfassen zu können. Hierbei dringen die Infrarotstrahlen tief in die Produktmischung oder fertige Tablette ein, ohne sie zu beschädigen.
Die NIRS ermöglicht ultraschnelle Qualitätskontrollen an größeren Probenmengen, sodass sie sich für Hochleistungsmaschinen wie Rundläuferpressen und den vorgelagerten Mischer eignet. Sie liefert außerdem Informationen über die chemischen und über bestimmte physikalische Probeneigenschaften wie Dichte und Feuchtigkeitsgehalt über chemometrische Vorhersagemodellle. Die Verwaltung der PAT-Methoden ist in die zentrale Produktrezepturverwaltung integriert. Das gesamte System inklusive der PAT-Methodenverwaltung ist cGMP konform und der Ein- und Ausbau erfolgen ohne Werkzeuge. Die Steuerung für das kontinuierliche Verarbeitungssystem, die Tablettenpresse, die Tablettenprüfgeräte sowie das ePAT-System erfolgt zentral und intuitiv über das Bedienerterminal (Human Machine Interface, HMI) der Tablettenpresse.
Bei ePAT lassen sich die Sensoren an verschiedenen Stellen der Prozesseinheiten positionieren und damit relevante Produktionsparameter durchgehend und unmittelbar im Produktionsfluss überwachen. Dadurch ist eine schnellere Reaktionsfähigkeit bei Qualitätsabweichungen möglich. Bei der beschriebenen Direktverpressungslinie stehen insgesamt bis zu vier Messpunkte zur Verfügung. Hierbei erfolgen grundsätzlich zwei Arten der Messung: Das System ermittelt zum einen über chemometrische Vorhersagemodelle die Homogenität der Mischung (Blend Uniformity, BU). Diese Messung übernimmt ein aktiver Messkopf, der eine automatische Weißreferenz durchführen kann. Hierbei lässt sich aktiv zwischen zwei Lichtquellen wechseln. Für die Messung per BU-Sensor lässt er sich an drei verschiedenen Positionen installieren: am Auslass des Mischers, am Füllrohr der Tablettenpresse oder in der Fill-O-Matic.
An einem vierten Messpunkt erfasst ePAT die Gleichförmigkeit der Tabletten (Tablet Uniformity, TU). Dieser Messvorgang erfolgt kurz vor dem Tablettenauswurf auf dem Matrizentisch und ermöglicht eine hundertprozentige Inspektion. Zudem übernimmt das System die Aussortierung von einzelnen nicht-spezifikationskonformen (out of spec, oos) Tabletten. Bei Produktversuchen wurde eine Inspizierungsquote von 100 Prozent der produzierten Tabletten bei einem Durchsatz von bis zu 432.000 Tabletten pro Stunde erreicht.
An welchen Messpunkten Sensoren eingesetzt werden, hängt von der Zielsetzung der Nutrition-Hersteller ab. In Phasen der Forschung und Entwicklung geht es meist darum, möglichst umfangreiche Daten zu erfassen und zu weitreichenden Prozesserkenntnissen zu gelangen. In diesem Fall würden Hersteller mehrere Messpunkte bestücken. Während einer laufenden Produktion steht hingegen eher die Festlegung von ein bis zwei relevanten Messpunkten für die Qualitätskontrolle im Fokus.
Hersteller von NEM oder Süßwaren erhalten mit ePAT ein präzises, schnelles und cGMP-konformes Messinstrument, das eine gleichermaßen robuste wie zuverlässige Prozesssteuerung gewährleistet. Die eingebettete Prozessanalysetechnik kann zudem die gesamte Qualität und Effizienz einer kontinuierlichen Tablettenproduktion überwachen und steigern. So erhalten Nutrition-Hersteller ein besseres Gesamtprozessverständnis und können alle wesentlichen Produktionsparameter kontrollieren.
Hier erfahren Sie mehr über das Continuous Processing System von Fette Compacting.
