スプレー造粒：仕組みと、スプレードライより選ぶべき場面

スプレー造粒は、熱風の流れの中で動かし続けている粒子に液体を噴霧し、液体を粒子表面で乾かして顆粒を成長させる方法です。流動層スプレー造粒機では、粒子はキャリアまたは種粉末で、噴霧する液体が有効成分またはバインダーです。製品は、スプレードライ粉末より大きく緻密で、流動性が良く、粉塵が少なく、予測しやすく溶ける顆粒です。

スプレードライとスプレー造粒はどちらも液体を熱風に噴霧し、どちらも乾いた固体で終わるため、混同しやすいものです。違いは、液体が何の上に落ちるかです。スプレードライヤーでは、液体は自由落下の間に個々の液滴として乾き、微粉末として出てきます。スプレー造粒機では、液体はすでに層の中にある粒子の上に落ち、その上に積み重なっていきます。この1つの違いが、粒子径、温度プロファイル、そして各プロセスに適した処方を変えます。このガイドでは両者を説明し、それぞれが適する場面を示し、選び方を示します。

概要：液体から固体への3つのルート

自由落下のルートについてはスプレードライの仕組みをご覧ください。造粒機と乾燥機の違いを含む流動層のメカニズムについては流動層造粒機と流動層乾燥機をご覧ください。混合後の湿式造粒については湿式造粒と乾式造粒をご覧ください。

流動層スプレー造粒の仕組み

1. 1.層を形成する。キャリアまたは種粉末を容器に投入します。多孔板を通して上向きに吹き込まれた空気が粒子を持ち上げて循環させ、粒子は沸騰する液体のように振る舞います。
2. 2.液体を噴霧する。ノズルが、エキス、溶液、バインダーなどの液体を動いている層に噴霧します。トップスプレー、ボトムスプレー、タンジェンシャルスプレーの構成があり、選択が顆粒構造に影響します。
3. 3.濡れて、付着し、成長する。液滴が粒子表面を濡らします。粒子同士が衝突し、被覆されるか架橋し合い、より大きな顆粒を形成します。
4. 4.同じ層内で乾燥する。噴霧を続けながら、熱風が液体を蒸発させます。噴霧速度と乾燥速度のバランスが、層が湿りすぎたり乾きすぎたりするのを防ぎます。
5. 5.冷却して排出する。顆粒は容器内で冷却され、目標水分で排出されます。

混合、乾燥、冷却が1つの装置内で行われ、別個の移送工程はありません。

SINOTHERMOのキャリア方式：PGLスプレー造粒機

SINOTHERMOの流動層スプレー造粒機（PGLシリーズ）は、大部分がキャリアで、液状の有効成分の割合が小さい処方向けに設計されています。

• 投入：粉末状のキャリア材料と、液状の主材料。
• 方式：キャリアが流動層を形成し、種粒子として働きます。主材料は、通常は液状エキスでバッチの小さな部分ですが、上から噴霧され、層の縁でキャリア粒子と合わさります。
• 出力：水分3〜5パーセントの、中サイズの固形顆粒。
• プロセスタイプ：スプレー流動層湿式造粒。混合、乾燥、冷却を同じ層内で行います。
• 強み：低温でキャリアに支えられた方式は、熱に敏感な液状エキスや、より高温では劣化してしまう主材料に適しています。

ほかの造粒ニーズに対して、SINOTHERMOは流動層造粒機とウルスター型のコーティング造粒機も製造しています。流動層造粒機カテゴリーで製品ラインをご覧いただけます。

スプレー造粒とスプレードライ：選び方

液体が製品であり、微粉末が欲しく、連続的な高処理量の生産が必要で、製品がプロセス温度に耐えられるなら、スプレードライを選びます。

微粉末ではなく流動性の良い顆粒が欲しい、処方の大部分が賦形剤またはキャリアである、有効成分が熱に敏感な液状エキスである、あるいは後工程（カプセル充填、打錠、分包充填）が流動性と少ない粉塵を必要とする場合は、スプレー造粒を選びます。

スプレードライした粉末を取り扱いのために顆粒にする必要がある場合は、両者を順に使うことを検討します。微粉末では溶けにくい製品では、スプレードライヤーの後に造粒工程を置くのが一般的です。

用途

• ハーブ・植物エキス。液状エキスをマルトデキストリン、デンプン、賦形剤などのキャリアに噴霧し、流動して固まらない顆粒にします。同じ原料でスプレードライヤーのルートを扱ったハーブ・植物エキスのスプレードライもご覧ください。
• 医薬品顆粒。液状の有効成分をキャリア層に噴霧する、賦形剤の多い処方。
• 食品フレーバーと食品素材。液状のフレーバーやエキスを食品グレードのキャリアに造粒。
• 化粧品の有効成分。液状の有効成分を粉末キャリアに造粒して安定した処方に。
• バイオベース材料。キャリアの支えによる低温造粒が必要な液状材料。

顆粒品質を左右するプロセス変数

顆粒の成長は、濡らすことと乾かすことのバランスに左右されます。層が湿りすぎると粒子が付着して塊になり、流動化が失敗します。乾きすぎると、液滴が着地する前に乾いて微粉を作ります。スプレー造粒のトラブル対応の大半は、このバランスを取り戻すことです。

処方を読む：どのルートを指しているか

2つの例の処方を取り上げて、判断が実際にどう働くかを見てみましょう。数字は例示であり、製品データではありません。

処方A：最終製品の重量の15パーセントが有効成分固形分、85パーセントが賦形剤であるハーブエキス。有効成分は液状エキスで、粘着性があり熱に敏感です。顧客はカプセルと分包に充填し、粉塵なしで流れる顆粒を必要としています。エキスはバッチのごく一部で、残りはキャリアです。これはまさに、キャリア式スプレー造粒機が想定している状況です。エキスだけをスプレードライすると、粘着性で吸湿性のある微粉末になり、そのあと賦形剤と混合し、おそらくどのみち造粒する必要が出てきます。

処方B：有効成分固形分90パーセントの水溶性フレーバーで、流動性のある粉末として販売。液体が製品であり、量が多く、微細な粒子径で問題ありません。その上に積み上げるキャリア層がないため、スプレー造粒には成長の元になるものがありません。必要に応じて原料にマルトデキストリンなどのキャリアを加えたスプレードライヤーが適したプロセスです。

パターンは単純です。キャリアまたは賦形剤の割合が高ければ造粒を指し、液体中の有効成分の割合が高ければスプレードライを指します。半分がキャリアの処方のような境界的なケースは、試験がコストに見合う場面です。

スケールアップのメモ

スプレー造粒はバッチサイズでスケールします。パイロット層から、噴霧速度、製品温度、排気湿度の目標値が得られ、それをより大きな容器に持ち込みます。移管には3つの点が役立ちます。

1. 1.絶対的な噴霧速度ではなく、噴霧速度と風量の比を保つ。大きな層はそれに比例して多くの液体を受け入れますが、濡らすことと乾かすことのバランスは保たれなければなりません。
2. 2.ノズル配置を合わせる。トップスプレーの結果は、ボトムスプレーの装置には移せません。
3. 3.より大きな直径で流動化を確認する。デッドゾーンやチャネリングは、大きな層では現れ方が異なります。パイロット試験中の層の動きを記録してください。

連続式の代替として、生産規模のスプレードライヤーは水の蒸発量で容量を決めます。その方法はスプレードライヤーの容量計算にあります。

避けるべきよくある間違い

造粒が必要なのに流動層乾燥機を指定する。乾燥機には噴霧システムがありません。見積もりにノズル、ポンプ、噴霧制御が含まれているか確認してください。流動層造粒機と流動層乾燥機をご覧ください。

微粉末のプロセスとして扱う。造粒は顆粒を作ります。製品が微粉末でなければならないなら、スプレードライヤーを使ってください。

キャリアの選択を軽視する。キャリアは流動性、溶解、有効成分との適合性を決めます。試験で確かめてください。

噴霧速度を感覚で決める。製品温度または排気湿度に対して測定した噴霧速度を使い、スケールアップのために記録してください。

試験を省く。顆粒のサイズ、強度、溶解は処方に依存します。お客様自身のキャリアと液体によるパイロット試験で、得られるものが分かります。当社の試験ラボは乾燥機だけでなく造粒機も試験し、粒子径、強度、流動性、溶解を報告します。これは有償サービスです。

まとめ

スプレー造粒は、噴霧した液体からキャリア上に顆粒を形成します。キャリアの多い処方で、流動性、低い粉塵、液状有効成分への穏やかな処理が欲しいときに適したルートです。スプレードライは、微粉末と連続的な処理量が欲しく、液体そのものが製品であるときに適したルートです。迷う場合は、お客様の材料で両方を試験してください。

次のステップ：パイロット試験を依頼（お客様の液体とキャリアで）。パイロット試験は有償サービスで、レポートでは顆粒または粉末の特性を比較するため、測定結果に基づいてプロセスを選べます。

よくある質問

スプレー造粒とは何ですか？

スプレー造粒は、熱風中で動かし続けている粒子に、通常は流動層の中で液体を噴霧します。液体が粒子の上で乾き、顆粒を形成します。その結果、緻密で流動性が良く、粉塵の少ない顆粒が得られます。

スプレー造粒とスプレードライの違いは何ですか？

スプレードライでは、液体は自由落下の間に個々の液滴として乾き、微粉末になります。スプレー造粒では、液体は層の中の粒子の上に落ち、その上に積み重なるため、製品はより大きく緻密な顆粒になります。

流動層スプレー造粒機とは何ですか？

噴霧システムを備えた流動層の容器です。キャリアまたは種粉末が上向きの熱風の中に浮遊し、そこに液体が噴霧され、顆粒が同じ層の中で成長し乾燥します。SINOTHERMOのPGLモデルは、液状エキスを噴霧するキャリア層を使います。

顆粒の水分はどのくらいですか？

SINOTHERMOの流動層スプレー造粒機は、プロセス設定により、水分3〜5パーセントの顆粒を供給します。

どんな製品がスプレー造粒に向いていますか？

キャリア上の液状ハーブ・植物エキス、賦形剤の多い医薬処方、食品フレーバー、化粧品の有効成分、低温造粒が必要なバイオベースの液体です。

代わりにスプレードライヤーを使えますか？

微粉末が欲しく、製品がプロセスに耐えられるなら、使えます。流動性が良く粉塵の少ない顆粒が必要な場合や、処方の大部分がキャリアの場合は、通常はスプレー造粒のほうが適します。お客様の材料での試験で確認できます。

自社製品にどのプロセスが合うかをどう調べればよいですか？

試験を行ってください。パイロット試験は有償サービスで、お問い合わせページからご依頼いただけます。各ルートの粉末または顆粒の特性を比較します。