Casestudy: toepassing van een high-shear emulsator in de productie van zalf
In de farmaceutische en dagelijkse chemische industrie wordt de kwaliteit van zalven primair bepaald door de uniformiteit van de emulsie, de deeltjesgrootteverdeling, de fasestabiliteit en de naleving van wettelijke normen. Zalven, als semi-vaste formuleringen, omvatten vaak olie-water tweefasensystemen die een precieze emulgering vereisen om een consistente textuur, huidvriendelijkheid en langdurige opslagstabiliteit te garanderen. Traditionele emulgeermethoden stuiten vaak op technische uitdagingen zoals ongelijke fasemenging, overmatige deeltjesgrootte, slechte batchconsistentie en het niet voldoen aan strenge stabiliteitstestvereisten. Deze casestudy richt zich op hoe een op maat gemaakte high-shear emulsator het zalfproductieproces optimaliseerde, de belangrijkste technische knelpunten oploste en de naleving van de productkwaliteit en de productie-efficiëntie verbeterde.
1. Achtergrond en productie-uitdagingen
De productiefaciliteit is gespecialiseerd in semi-vaste formuleringen, met zalven (waaronder olie-in-water en water-in-olie typen) als haar kernproducten. Vóór de upgrade van de apparatuur vertrouwde de faciliteit op conventionele roerwerk-emulgatoren en colloïdmolens voor de zalfproductie. Langdurige operationele praktijk onthulde verschillende prominente problemen die de productkwaliteit en de schaalbaarheid van de productie beperkten.
Ten eerste voldeed de deeltjesgroottecontrole niet aan de consistentienormen. Conventionele apparatuur miste voldoende schuifkracht om oliedruppels en vaste deeltjes af te breken tot uniforme micro-grote dispersies, wat resulteerde in een gemiddelde deeltjesgrootte van 20-30 μm. Sommige batches vertoonden zichtbare granulariteit, wat leidde tot een slechte smeerbaarheid op de huid en inconsistente geneesmiddelafgifte (voor farmaceutische zalven). Ten tweede was de fasestabiliteit onvoldoende. Onvoldoende fusie tussen olie- en waterfasen veroorzaakte stratificatie, oliescheiding of kristallisatieprecipitatie van de zalven na opslag, waardoor de versnelde stabiliteitstest (uitgevoerd bij 40℃±2℃, relatieve vochtigheid 75%±5%) en de langetermijnstabiliteitstest (uitgevoerd bij 25℃±2℃, relatieve vochtigheid 60%±10%) niet werden doorstaan, zoals vereist door de regelgevingsrichtlijnen.
Ten derde was de batchconsistentie moeilijk te garanderen. Handmatige bediening van traditionele apparatuur leidde tot variaties in emulgeertijd, temperatuur en mengintensiteit tussen batches, wat resulteerde in schommelingen in belangrijke kwaliteitsindicatoren zoals viscositeit (variërend van 15.000 tot 30.000 mPas) en pH-waarde. Dit verhoogde het risico op non-conformiteit tijdens kwaliteitsinspecties. Bovendien was het productieproces tijdrovend en energie-intensief. Het traditionele proces vereiste meerdere rondes van emulgering en malen, waarbij elke batch ongeveer 3,5 uur in beslag nam. Frequente slijtage van colloïdmolencomponenten en complexe reinigingsprocedures verhoogden ook de onderhoudskosten en verlengden de stilstand.
Om deze problemen aan te pakken, zocht de faciliteit naar een technische oplossing die een precieze deeltjesgroottecontrole kon bereiken, de fasestabiliteit kon verbeteren, de batchconsistentie kon verbeteren en kon voldoen aan de farmaceutische productienormen. Na het uitvoeren van procesverificatie in kleine batches en evaluatie van de apparatuurprestaties, werd een op maat gemaakte high-shear emulsator met steriel ontwerp en precisiecontrolefuncties geselecteerd voor de productielijn.
2. Apparatuurselectie en technische aanpassing
Gezien de kenmerken van de zalfproductie - waaronder olie-water tweefasencompatibiliteit, gevoeligheid van actieve ingrediënten voor temperatuur, vereiste voor deeltjesgrootte ≤5 μm en naleving van GMP-normen - werd de geselecteerde high-shear emulsator op maat gemaakt om te voldoen aan de formulering en procesbehoeften. De belangrijkste ontwerpkenmerken van de apparatuur zijn als volgt:
De emulsator maakt gebruik van een drietraps rotor-statorstructuur, met een maximale rotatiesnelheid van 15.000 rpm en een lineaire snelheid van 48 m/s. Deze structuur genereert intense schuif-, cavitatie- en turbulente krachten in de instelbare opening van 0,05-0,3 mm tussen de rotor en de stator, waardoor oliedruppels en vaste deeltjes effectief worden afgebroken tot uniforme dispersies. De Span-waarde van de deeltjesgrootteverdeling wordt onder de 0,95 gehouden, waardoor een consistente emulsiekwaliteit wordt gewaarborgd. De apparatuur is uitgerust met een precisie frequentieomzettingssysteem, waardoor een traploze snelheidsaanpassing van 1.000 tot 15.000 rpm mogelijk is om zich aan te passen aan verschillende zalfformuleringen (zoals typen met een hoog oliegehalte en een hoge viscositeit).
Op het gebied van materiaal en steriel ontwerp zijn alle onderdelen die in contact komen met het product gemaakt van 316L roestvrij staal, dat elektrolytisch is gepolijst om een oppervlakte ruwheid Ra ≤ 0,4 μm te bereiken. Dit ontwerp voorkomt materiaaladhesie en residu, vermindert de risico's op kruisbesmetting en vergemakkelijkt reiniging-ter-plaatse (CIP)-bewerkingen. Een mantel temperatuurregelsysteem met precisie ±1℃ regelt de procestemperatuur tussen 20-50℃, waardoor thermische denaturatie van actieve ingrediënten wordt vermeden en de stabiliteit van de zalfmatrix wordt gewaarborgd. De apparatuur integreert ook een steriel vacuümsysteem met een vacuümgraad tot -0,098 MPa, dat luchtbellen verwijdert die tijdens het emulgeren worden gegenereerd en oxidatieve degradatie van gevoelige componenten voorkomt.
Om de operationele veiligheid en naleving te verbeteren, is de emulsator uitgerust met een touchscreen automatisch controlesysteem dat belangrijke procesparameters (temperatuur, snelheid, emulgeertijd, vacuümgraad) in realtime registreert, ter ondersteuning van de traceerbaarheid van gegevens. De modulaire structuur maakt snelle vervanging van slijtdelen (zoals rotor-stator sets) en compatibiliteit met verschillende formulatievolumes mogelijk, van laboratoriumschaal pilot tests tot massaproductie. Bovendien voldoet de apparatuur aan de EHEDG-richtlijnen en 3A-certificering, in overeenstemming met de wereldwijde regelgevingsvereisten voor farmaceutische productie.
3. Implementatieproces en procesoptimalisatie
Vóór de formele massaproductie voerde het technische team pilot tests in meerdere batches uit om de emulsatorparameters voor verschillende zalfformuleringen te optimaliseren. De tests waren gericht op het aanpassen van de rotatiesnelheid, de emulgeertijd, de temperatuur en de volgorde van de fase-toevoeging om de optimale parametercombinatie voor elk producttype te bepalen, met de nadruk op deeltjesgroottecontrole en fasestabiliteit.
In de pilot testfase ontdekte het team dat de optimale parameters voor olie-in-water zalven waren: rotatiesnelheid 10.000 rpm, emulgeertijd 20 minuten, temperatuur 35℃ en waterfase toegevoegd aan de oliefase op een gradiëntmanier. Voor water-in-olie zalven waren de optimale parameters: rotatiesnelheid 12.000 rpm, emulgeertijd 25 minuten, temperatuur 40℃ en oliefase toegevoegd aan de waterfase onder vacuümomstandigheden. Onder deze parameters werd de gemiddelde deeltjesgrootte van de zalven gecontroleerd op 1,5-3 μm, de Span-waarde was ≤0,85 en er trad geen fasescheiding op na voorlopige stabiliteitstests. Op basis van deze resultaten werd de productielijn aangepast om de emulsator in de bestaande processtroom te integreren.
Het geoptimaliseerde productieproces is als volgt: Eerst worden olie-fase ingrediënten (zoals 凡士林 en lanoline) gesmolten en verwarmd tot de vooraf ingestelde temperatuur in een speciale tank, terwijl water-fase ingrediënten (inclusief actieve farmaceutische ingrediënten en stabilisatoren) worden opgelost en verwarmd tot dezelfde temperatuur om temperatuurverschillen te voorkomen die fasescheiding veroorzaken. De twee fasen worden vervolgens in de high-shear emulsator gepompt in de geoptimaliseerde toevoegingsvolgorde, waarbij het vacuümsysteem tegelijkertijd wordt geactiveerd. De emulsator werkt onder vooraf ingestelde parameters en het materiaal wordt 3-5 keer door het rotor-statorgebied gecirculeerd om een volledige dispersie te garanderen. Na emulgering wordt de zalf onder zacht roeren afgekoeld tot kamertemperatuur en vervolgens overgebracht naar de volgende fase voor vulling en verpakking.
Vergeleken met het traditionele proces integreert het geoptimaliseerde proces emulgeer- en dispersiefuncties, waardoor secundair malen overbodig wordt. De automatische parametercontrole en real-time monitoring verminderen handmatige interventie, waardoor een consistente werking tussen batches wordt gewaarborgd. Het team paste ook de toevoersnelheid aan om overeen te komen met de verwerkingscapaciteit van de emulsator, waardoor materiaalophoping werd voorkomen en een continue en stabiele productie werd gewaarborgd.
4. Toepassingsresultaten en prestatieverbeteringen
Nadat de high-shear emulsator in formele werking was gesteld, behaalde de productielijn aanzienlijke verbeteringen in de naleving van de productkwaliteit, de productie-efficiëntie en de operationele kosten. De specifieke resultaten worden weerspiegeld in de volgende aspecten:
Op het gebied van productkwaliteit werd de deeltjesgroottecontrole aanzienlijk verbeterd. De gemiddelde deeltjesgrootte van alle zalfformuleringen werd gestabiliseerd op 1,5-3 μm en de Span-waarde werd binnen 0,85 gehouden, waardoor granulariteit werd geëlimineerd en de smeerbaarheid van de huid werd verbeterd. De stabiliteitsprestaties voldeden volledig aan de wettelijke vereisten - na 6 maanden versnelde testen (40℃±2℃, RV 75%±5%) en 12 maanden langdurige testen (25℃±2℃, RV 60%±10%) trad geen fasescheiding, olieprecipitatie of kristallisatie op. Het gehalte aan actieve ingrediënten bleef binnen het toegestane variatiebereik (±5%), en pH-waarde en viscositeitsschommelingen werden gecontroleerd binnen respectievelijk ±0,3 en ±1.000 mPas. De batchconsistentie werd sterk verbeterd, waarbij de slagingspercentage van kwaliteitsinspecties steeg van 88% naar 99,5%.
Op het gebied van productie-efficiëntie werd de verwerkingscyclus per batch verkort van 3,5 uur naar 50 minuten, een vermindering van 76,2%. De hoge doorvoer van de emulsator stelde de faciliteit in staat om de dagelijkse productie te verhogen van 5 ton naar 18 ton, waardoor effectief werd voldaan aan de toegenomen marktvraag tijdens piekperioden. Het automatische controlesysteem en de traceerbaarheidsfunctie van gegevens verminderden de tijd die nodig was voor het sorteren van batchrecords met 60%, en het vereenvoudigde proces verminderde de arbeidsintensiteit, waarbij elke operator in staat was om twee productielijnen tegelijkertijd te bewaken.
Op het gebied van operationele kosten daalde het energieverbruik per ton product met 38% in vergelijking met het traditionele proces, dankzij de efficiënte emulgering en de frequentieomzettingssnelheidsregelfunctie. De onderhoudskosten werden met 45% verlaagd - de slijtvaste rotor-statorstructuur verlengde de levensduur van kerncomponenten met 2-3 keer, en het gemakkelijk te reinigen ontwerp verkortte de reinigingstijd met 50% en verminderde het detergentverbruik. Bovendien verminderde de naleving van de apparatuur van de farmaceutische regelgevingsnormen het risico op non-conformiteitsboetes en productterugroepingen, waardoor potentiële economische verliezen werden verlaagd.
Verder verbeterde de stabiele productkwaliteit de feedback van gebruikers - klachten over huidirritatie veroorzaakt door ongelijke deeltjes daalden met 90%, en de markt reputatie van het product werd aanzienlijk verbeterd. De compatibiliteit van de emulsator met meerdere formuleringen zorgde ook voor flexibiliteit bij de ontwikkeling van nieuwe producten, waardoor de pilot testcyclus voor nieuwe zalfproducten met 40% werd verkort.
5. Samenvatting en ervaring
De toepassing van de op maat gemaakte high-shear emulsator in de zalfproductie loste met succes de technische knelpunten van traditionele processen op, waardoor een evenwicht werd bereikt tussen de naleving van de productkwaliteit, de productie-efficiëntie en de aanpassing aan de regelgeving. De sleutel tot dit succes ligt in de precieze afstemming tussen de technische kenmerken van de apparatuur en de unieke vereisten van zalfformuleringen - de hoge schuifkracht, de precisie temperatuurregeling, de vacuümontluchting en de traceerbaarheidsfuncties van gegevens pakten effectief de problemen van ongelijke deeltjesgrootte, slechte fasestabiliteit en inconsistente batches aan.
Voor bedrijven die zich bezighouden met farmaceutische en dagelijkse chemische semi-vaste formuleringen, is het selecteren van emulgeerapparatuur die voldoet aan de regelgevingsnormen en overeenkomt met de formuleringseigenschappen een cruciale stap in procesoptimalisatie. Voldoende pilot tests om optimale parameters te bepalen en het integreren van apparatuurfuncties in de bestaande productiestroom kunnen de prestaties van de apparatuur maximaliseren. Het modulaire en intelligente ontwerp van de emulsator biedt ook schaalbaarheid voor toekomstige productieaanpassingen, waardoor een snelle aanpassing aan veranderingen in formulatiespecificaties en regelgevingsvereisten mogelijk is.
In de context van steeds strengere wereldwijde farmaceutische regelgevingsvereisten en de toenemende consumentenvraag naar productkwaliteit, is de toepassing van efficiënte, stabiele en conforme emulgeerapparatuur een belangrijke manier geworden om de kerncompetitiviteit te vergroten. Deze casestudy biedt praktische referentie voor de procesoptimalisatie van zalven en vergelijkbare semi-vaste formuleringen, en toont de aanzienlijke waarde van geavanceerde verwerkingsapparatuur bij het bevorderen van industriële upgrading en kwaliteitsverbetering in de farmaceutische en dagelijkse chemische industrieën.
Uw bericht moet tussen de 20-3.000 tekens bevatten!