Fluidized bed dryers are used in the pharmaceutical industry for the batch drying of pharmaceutical granulate. Maintaining optimal hydrodynamic conditions throughout the drying process is essential to product quality. Due to the complex interactions inherent in the fluidized bed drying process, mechanistic models capable of identifying these optimal modes of operation are either unavailable or limited in their capabilities. Therefore, empirical models based on experimentally generated data are relied upon to study these systems.<p> Principal Component Analysis (PCA) and Partial Least Squares (PLS) are multivariate statistical techniques that project data onto linear subspaces that are the most descriptive of variance in a dataset. By modeling data in terms of these subspaces, a more parsimonious representation of the system is possible. In this study, PCA and PLS are applied to data collected from a fluidized bed dryer containing pharmaceutical granulate. <p>System hydrodynamics were quantified in the models using high frequency pressure fluctuation measurements. These pressure fluctuations have previously been identified as a characteristic variable of hydrodynamics in fluidized bed systems. As such, contributions from the macroscale, mesoscale, and microscales of motion are encoded into the signals. A multiresolutional decomposition using a discrete wavelet transformation was used to resolve these signals into components more representative of these individual scales before modeling the data. <p>The combination of multiresolutional analysis with PCA and PLS was shown to be an effective approach for modeling the conditions in the fluidized bed dryer. In this study, datasets from both steady state and transient operation of the dryer were analyzed. The steady state dataset contained measurements made on a bed of dry granulate and the transient dataset consisted of measurements taken during the batch drying of granulate from approximately 33 wt.% moisture to 5 wt.%. Correlations involving several scales of motion were identified in both studies.<p> In the steady state study, deterministic behavior related to superficial velocity, pressure sensor position, and granulate particle size distribution was observed in PCA model parameters. It was determined that these properties could be characterized solely with the use of the high frequency pressure fluctuation data. Macroscopic hydrodynamic characteristics such as bubbling frequency and fluidization regime were identified in the low frequency components of the pressure signals and the particle scale interactions of the microscale were shown to be correlated to the highest frequency signal components. PLS models were able to characterize the effects of superficial velocity, pressure sensor position, and granulate particle size distribution in terms of the pressure signal components. Additionally, it was determined that statistical process control charts capable of monitoring the fluid bed hydrodynamics could be constructed using PCA<p>In the transient drying experiments, deterministic behaviors related to inlet air temperature, pressure sensor position, and initial bed mass were observed in PCA and PLS model parameters. The lowest frequency component of the pressure signal was found to be correlated to the overall temperature effects during the drying cycle. As in the steady state study, bubbling behavior was also observed in the low frequency components of the pressure signal. PLS was used to construct an inferential model of granulate moisture content. The model was found to be capable of predicting the moisture throughout the drying cycle. Preliminary statistical process control models were constructed to monitor the fluid bed hydrodynamics throughout the drying process. These models show promise but will require further investigation to better determine sensitivity to process upsets.<p> In addition to PCA and PLS analyses, Multiway Principal Component Analysis (MPCA) was used to model the drying process. Several key states related to the mass transfer of moisture and changes in temperature throughout the drying cycle were identified in the MPCA model parameters. It was determined that the mass transfer of moisture throughout the drying process affects all scales of motion and overshadows other hydrodynamic behaviors found in the pressure signals.

Fluidized bed dryers are used in the pharmaceutical industry for the batch drying of pharmaceutical granulate. Maintaining optimal hydrodynamic conditions throughout the drying process is essential to product quality. Due to the complex interactions inherent in the fluidized bed drying process, mechanistic models capable of identifying these optimal modes of operation are either unavailable or limited in their capabilities. Therefore, empirical models based on experimentally generated data are relied upon to study these systems.<p> Principal Component Analysis (PCA) and Partial Least Squares (PLS) are multivariate statistical techniques that project data onto linear subspaces that are the most descriptive of variance in a dataset. By modeling data in terms of these subspaces, a more parsimonious representation of the system is possible. In this study, PCA and PLS are applied to data collected from a fluidized bed dryer containing pharmaceutical granulate. <p>System hydrodynamics were quantified in the models using high frequency pressure fluctuation measurements. These pressure fluctuations have previously been identified as a characteristic variable of hydrodynamics in fluidized bed systems. As such, contributions from the macroscale, mesoscale, and microscales of motion are encoded into the signals. A multiresolutional decomposition using a discrete wavelet transformation was used to resolve these signals into components more representative of these individual scales before modeling the data. <p>The combination of multiresolutional analysis with PCA and PLS was shown to be an effective approach for modeling the conditions in the fluidized bed dryer. In this study, datasets from both steady state and transient operation of the dryer were analyzed. The steady state dataset contained measurements made on a bed of dry granulate and the transient dataset consisted of measurements taken during the batch drying of granulate from approximately 33 wt.% moisture to 5 wt.%. Correlations involving several scales of motion were identified in both studies.<p> In the steady state study, deterministic behavior related to superficial velocity, pressure sensor position, and granulate particle size distribution was observed in PCA model parameters. It was determined that these properties could be characterized solely with the use of the high frequency pressure fluctuation data. Macroscopic hydrodynamic characteristics such as bubbling frequency and fluidization regime were identified in the low frequency components of the pressure signals and the particle scale interactions of the microscale were shown to be correlated to the highest frequency signal components. PLS models were able to characterize the effects of superficial velocity, pressure sensor position, and granulate particle size distribution in terms of the pressure signal components. Additionally, it was determined that statistical process control charts capable of monitoring the fluid bed hydrodynamics could be constructed using PCA<p>In the transient drying experiments, deterministic behaviors related to inlet air temperature, pressure sensor position, and initial bed mass were observed in PCA and PLS model parameters. The lowest frequency component of the pressure signal was found to be correlated to the overall temperature effects during the drying cycle. As in the steady state study, bubbling behavior was also observed in the low frequency components of the pressure signal. PLS was used to construct an inferential model of granulate moisture content. The model was found to be capable of predicting the moisture throughout the drying cycle. Preliminary statistical process control models were constructed to monitor the fluid bed hydrodynamics throughout the drying process. These models show promise but will require further investigation to better determine sensitivity to process upsets.<p> In addition to PCA and PLS analyses, Multiway Principal Component Analysis (MPCA) was used to model the drying process. Several key states related to the mass transfer of moisture and changes in temperature throughout the drying cycle were identified in the MPCA model parameters. It was determined that the mass transfer of moisture throughout the drying process affects all scales of motion and overshadows other hydrodynamic behaviors found in the pressure signals.

COELHO, Raquel Macedo Dantas. Elaboração de pó do suco de limão prebiótico desidratado em secador de leito de jorro. 2013. 75 f. : Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Ceará, Centro de Ciências Agrárias, Departamento de Tecnologia de Alimentos, Fortaleza-CE, 2013 / Submitted by Nádja Goes (nmoraissoares@gmail.com) on 2016-06-23T12:38:29Z No. of bitstreams: 1 2013_dis_rmdcoelho.pdf: 2001518 bytes, checksum: 23082307fc5c0246da2168a87878c6b2 (MD5) / Approved for entry into archive by Nádja Goes (nmoraissoares@gmail.com) on 2016-06-23T12:38:59Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2013_dis_rmdcoelho.pdf: 2001518 bytes, checksum: 23082307fc5c0246da2168a87878c6b2 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-06-23T12:38:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2013_dis_rmdcoelho.pdf: 2001518 bytes, checksum: 23082307fc5c0246da2168a87878c6b2 (MD5) Previous issue date: 2013 / Dentre os vários alimentos que fazem parte do grupo dos funcionais, os alimentos prebióticos tem um destaque importante por auxiliarem no bom funcionamento do intestino. A síntese de oligossacarídeos com propriedades prebióticas pode ser realizada aproveitando os açúcares presentes nos sucos de frutas. Porém, os sucos necessitam de técnicas de preservação que garantam a sua estabilidade. A secagem de sucos em leito de jorro tem se mostrado uma alternativa viável para elaboração de suco em pó. Entretanto, a aplicação desse processo em alimentos ricos em açúcares pode ser complicada devido à baixa temperatura de transição vítrea destes compostos, que contribui para a obtenção de pós higroscópicos e aglomerados. Diante disso, o objetivo desse trabalho foi desenvolver um suco prebiótico de limão e posteriormente desidratá-lo em secador de leito de jorro, elaborando um suco em pó prebiótico de limão. O suco de limão foi inicialmente caracterizado e os oligossacarídeos prebióticos foram obtidos através da síntese enzimática com a dextrana-sacarase. Essa enzima consome os açúcares presentes no suco (sacarose, glicose e frutose) para produzir dextrana e oligossacarídeos prebióticos. A fim de verificar as melhores condições para a obtenção dos oligossacarídeos, foi realizado um planejamento experimental com 11 pontos variando as concentrações de sacarose e açúcar redutor (glicose e frutose). O suco prebiótico de limão foi desidratado em leito de jorro nas temperaturas de 60ºC (10, 15 e 20% - p/p de maltodextrina) e 70ºC (10, 15% - p/p de maltodextrina). Os pós obtidos foram avaliados em relação ao rendimento do processo, umidade, Atividade de água, tempo de reconstituição, higroscopicidade e grau de caking. Posteriormente o suco em pó foi reconstituído e caracterizado físico-quimicamente. A síntese dos oligossacarídeos foi favorecida pela combinação do aumento das concentrações de sacarose (75 g/L) e de açúcar redutor (75 g/L). Utilizando 10% (p/p) de maltodextrina não foi possível coletar pó. Observou-se que maiores concentrações desse agente diminuem a higroscopicidade e a aglomeração dos pós. O pó escolhido para a reconstituição foi desidratado a 70ºC com 15% (p/p) de maltodextrina, tendo em vista que esse pó apresentou maior rendimento e menor atividade de água. A comparação das características físico-químicas do suco de limão, do suco prebiótico e do suco reconstituído, evidencia que a secagem em leito de jorro praticamente não altera as características originais do suco de limão, comprovando que esse método de secagem pode ser empregado para obtenção de suco prebiótico de limão em pó, garantido um produto de alta estabilidade e com suas propriedades conservadas. / Dentre os vários alimentos que fazem parte do grupo dos funcionais, os alimentos prebióticos tem um destaque importante por auxiliarem no bom funcionamento do intestino. A síntese de oligossacarídeos com propriedades prebióticas pode ser realizada aproveitando os açúcares presentes nos sucos de frutas. Porém, os sucos necessitam de técnicas de preservação que garantam a sua estabilidade. A secagem de sucos em leito de jorro tem se mostrado uma alternativa viável para elaboração de suco em pó. Entretanto, a aplicação desse processo em alimentos ricos em açúcares pode ser complicada devido à baixa temperatura de transição vítrea destes compostos, que contribui para a obtenção de pós higroscópicos e aglomerados. Diante disso, o objetivo desse trabalho foi desenvolver um suco prebiótico de limão e posteriormente desidratá-lo em secador de leito de jorro, elaborando um suco em pó prebiótico de limão. O suco de limão foi inicialmente caracterizado e os oligossacarídeos prebióticos foram obtidos através da síntese enzimática com a dextrana-sacarase. Essa enzima consome os açúcares presentes no suco (sacarose, glicose e frutose) para produzir dextrana e oligossacarídeos prebióticos. A fim de verificar as melhores condições para a obtenção dos oligossacarídeos, foi realizado um planejamento experimental com 11 pontos variando as concentrações de sacarose e açúcar redutor (glicose e frutose). O suco prebiótico de limão foi desidratado em leito de jorro nas temperaturas de 60ºC (10, 15 e 20% - p/p de maltodextrina) e 70ºC (10, 15% - p/p de maltodextrina). Os pós obtidos foram avaliados em relação ao rendimento do processo, umidade, Atividade de água, tempo de reconstituição, higroscopicidade e grau de caking. Posteriormente o suco em pó foi reconstituído e caracterizado físico-quimicamente. A síntese dos oligossacarídeos foi favorecida pela combinação do aumento das concentrações de sacarose (75 g/L) e de açúcar redutor (75 g/L). Utilizando 10% (p/p) de maltodextrina não foi possível coletar pó. Observou-se que maiores concentrações desse agente diminuem a higroscopicidade e a aglomeração dos pós. O pó escolhido para a reconstituição foi desidratado a 70ºC com 15% (p/p) de maltodextrina, tendo em vista que esse pó apresentou maior rendimento e menor atividade de água. A comparação das características físico-químicas do suco de limão, do suco prebiótico e do suco reconstituído, evidencia que a secagem em leito de jorro praticamente não altera as características originais do suco de limão, comprovando que esse método de secagem pode ser empregado para obtenção de suco prebiótico de limão em pó, garantido um produto de alta estabilidade e com suas propriedades conservadas.

Submitted by Johnny Rodrigues (johnnyrodrigues@ufcg.edu.br) on 2018-10-17T16:51:04Z No. of bitstreams: 1 VIMÁRIO SIMÕES SILVA - TESE PPGEP 2004..pdf: 7946663 bytes, checksum: d4d441a16d5722370a6af66bb77ae188 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-10-17T16:51:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 VIMÁRIO SIMÕES SILVA - TESE PPGEP 2004..pdf: 7946663 bytes, checksum: d4d441a16d5722370a6af66bb77ae188 (MD5) Previous issue date: 2004-08-31 / Os microrganismos, além de sua importância industrial na obtenção por via biotecnológica de diversos produtos, podem ser utilizados diretamente como alimento para humanos e animais. Neste contexto, vem crescendo o interesse pelo aproveitamento de fontes proteicas não tradicionais, na formulação de ração animal. A utilização de leveduras, tem por meta suprir a carência de proteínas e vitaminas BI. A operação de secagem é importante porque prepara o produto com as características necessárias para atender as exigências de mercado e dentro deste contexto, o leito de jorro e leito fluidizado podem ser utilizados como mais uma opção dentro dos diversos tipos de secadores ora empregados nesta operação. A matéria prima utilizada neste trabalho foi à levedura do gênero Saccharomyces cerevisiae prensada do tipo comercial (fermento biológico fresco da marca Fleischmann"), com umidade média de 70% em base úmida, de cor creme, e granulometria média de 0,991 mm. Os experimentos de secagem de levedura foram realizados em leito de inertes constituído de partículas de poliestireno de 3,26 mm em coluna de 10,3 cm de diâmetro e 25,3 cm de altura. Inicialmente foram levantados dados de equilíbrio higroscópico da levedura a 25, 30, 40 e 49 °C e as isotermas de dessorção obtidas foram ajustadas pelos modelos de GAB e BET Numa segunda etapa, foi estudada a fluidodinâmica do leito de jorro e leito fluidizado para analisar o efeito da presença de leveduras sobre o comportamento do leito de inertes e definir as condições mínimas de operação de modo a estabelecer a matriz de planejamento fatorial. Com o objetivo de analisar e comparar o desempenho dos leitos fluidodinamicamente ativos foi estudada a secagem em leito de jorro e leito fluidizado. Para isto, foi seguido um planejamento fatorial tendo como variáveis de entrada a velocidade do ar e a quantidade de leveduras alimentada, e, como respostas, o rendimento, retenção, perdas, umidade do produto e teor de proteínas. A temperatura foi fixada entre 38 e 44 °C. para todos os experimentos. As taxas instantâneas de evaporação de água apresentaram flutuações na maioria dos ensaios, tanto em leito de jorro como em leito fluidizado, as eficiências energéticas de secagem foram relativamente baixas nos dois processos, em torno de 5 a 50%. A cinética de produção de pó mostrou comportamento crescente e praticamente linear em todos os experimentos. Foi obtido nos ensaios em leito de jorro, um conteúdo de umidade no produto entre 11,65 a 31,34%, em base úmida, e teor proteínas entre 50,09 e 52,68%. Para o leito fluidizado em 7,98 a 48,72% de umidade e 40,6 a 49,7% de proteínas Diante do exposto, o secador de leito de jorro apresentou melhor desempenho, visto que, na qualidade do produto, a umidade e teor de proteínas apresentaram melhores resultados, e um maior rendimento e menor retenção de pó. Comparado com outros secadores, apresentou desempenho maior em termos de proteínas e performance, sendo recomendado estudar o processamento com temperaturas maiores de modo a reduzir o teor de umidade do produto. / Microorganisms, aside from their industrial importance in obtaining several products by biotechnology, can be used directly as food for humans and animals. In this context, an interest in non-conventional sources of protein for animal feed has been growing. The use of yeasts has the aim of supplying the proteins and vitamin B1 requirement. The drying operation is important because it prepares the product with the characteristics necessary for attending to the market demands and in this context the spouted bed and the fluidized bed can be used as one more option in the various types of dryers used in this operation. The raw material used in this work was pressed Saccharomyces cerevisiae commercial type yeast (fresh biological Fleischmann yeast), with an average moisture of 70% in a wet base, cream-colored, and an average size of 0.991 mm. The yeast drying experiments were performed in inert beds constituted by polystyrene particles of 3.26 mm in a column of 10.3 cm of diameter and 25.3 cm of height. The yeast was fed at the top of the column in an intermittent regime. Initially data of hygroscopic equilibrium of the yeast were studied at 25. 30, 40 and 49 °C and the obtained desorption isotherms were adjusted by the GAB and BET models. In a second stage, the fluid dynamics of the spouted bed and the fluidized bed was studied to analyze the effect of the presence of yeast on the behavior of the inert particles bed and to define the minimal operating conditions so that the matrix of factorial design was established. With the objective of analyzing and comparing the performance of the dynamically active beds, the drying of yeast in the spouted and the fluidized bed was studied. For this, a factorial experimental design was followed. The input variables were the velocity of the air and the quantity of yeast fed and as response variables the product yield, retention, loses, moisture and protein content of the dried yeast. The temperature was fixed between 38 and 44 °C for all the experiments. The instant water evaporation rate presented fluctuations in most of the experiments, both in the spouted bed and in the fluidized bed. The drying energy efficiency was relatively low in both processes, in turn of 5 and 50 %. The powder production kinetics showed an increasing and practically linear behavior in all the experiments. The moisture content of the product varied between 11.65 and 31.34% in a wet base and a protein content between 50.09 and 52.68% was obtained in the spouted bed tests. For the fluidized bed a 7.98 to 48.72% moisture and 40.6 to 49.7% proteins were obtained. The spouted bed dryer presented a better performance, inasmuch as, in the quality of the product, the moisture and the protein content presented best results and a greater yield and less retention of powder. Compared to other dryers, it presented a better operation in terms of protein and performance. It is recommended to study the process in a higher temperature interval so as to reduce the moisture content of the product.