사례 연구: 제약 반고형 제제 생산에 사용되는 바닥 장착형 고전단 유화기
제약 산업에서 반고형 제제(예: 연고, 크림, 젤, 페이스트)를 생산하려면 성분 분산, 입자 크기 균일성 및 유화 안정성에 대한 엄격한 관리가 필요합니다. 고점도 물질, 열에 민감한 활성 의약품 성분(API) 및 혼합 사각지대의 위험은 종종 기존 생산 장비에 심각한 문제를 야기하여 제품 효능, 배치 일관성 및 규제 준수에 영향을 미칩니다. 이 사례 연구에서는 국소 제제 전문 제약 회사가 바닥 장착형 고전단 유화기를 채택하여 이러한 지속적인 문제를 해결하고 생산 품질, 운영 효율성 및 공정 신뢰성을 크게 개선한 방법을 자세히 설명합니다.
배경: 생산 과제
제조업체는 항염증 연고, 상처 치료 크림 및 고점도 피부과용 젤을 포함한 국소 제약 제품의 개발 및 생산에 주력합니다. 바닥 장착형 고전단 유화기를 구현하기 전에 회사는 기존의 상단 장착형 혼합 시스템에 의존했는데, 이 시스템은 생산 안정성과 품질 보증을 저해하는 중요한 제한 사항을 점차적으로 드러냈습니다.
1. 불균일한 성분 균질화 및 혼합 사각지대
기존의 상단 장착형 믹서는 탱크 바닥에서 불충분한 전단력을 생성하여 특히 왁스, API 및 미네랄 첨가제를 포함하는 고점도 제제(점도 ≥ 8000 cP)의 경우 물질 침전 및 혼합 사각지대를 유발했습니다. 배치에서 불일치한 입자 크기 분포(15-50 미크론 범위), 육안으로 보이는 과립성 및 상 분리가 자주 나타났습니다. 이러한 불일치는 API 생체 이용률에 직접적인 영향을 미쳐 약물 효과의 가변성과 불량한 제품 질감을 초래했습니다.
2. 열에 민감한 활성 성분의 안정성 저하
제조업체의 제제에 사용되는 많은 API 및 부형제(예: 비타민 C, 허브 추출물 및 화합물)는 과도한 전단력 및 온도 변동에 민감합니다. 기존 믹서는 기본적인 균질화를 달성하기 위해 장시간 혼합이 필요했는데, 이는 열 축적(공정 중 5-8℃ 온도 상승)을 증가시켰을 뿐만 아니라 활성 성분에 돌이킬 수 없는 손상을 초래했습니다. 이로 인해 제품 효능이 감소하고, 유통 기한이 단축되고, 배치 실패가 빈번하게 발생했습니다.
3. 낮은 생산 효율성 및 높은 운영 비용
기존 생산 공정은 침전을 방지하기 위해 탱크 바닥 물질을 주기적으로 수동으로 긁어내고 균일성을 개선하기 위해 혼합 사이클을 반복하는 등 광범위한 수동 개입이 필요했습니다. 500L의 고점도 젤 배치를 완료하는 데 약 5시간이 소요되었으며, 3-4명의 작업자가 감독하고 지원해야 했습니다. 또한 자동 세척 기능이 없어서 장비 세척 시간이 배치당 2.5시간으로 연장되어 생산 능력이 크게 제한되고 인건비 및 에너지 비용이 증가했습니다.
4. 불충분한 공정 추적성 및 규제 준수 위험
주요 공정 매개변수를 모니터링하기 위한 중앙 집중식 시스템이 없으면 제조업체는 각 배치에 대한 전단 강도, 혼합 시간 및 물질 온도 변화를 추적하는 데 어려움을 겪었습니다. 품질 편차가 발생한 경우 근본 원인(예: 불균일한 전단 분포, 과도한 혼합 시간 또는 장비 오작동)을 식별하는 데 시간과 노력이 많이 소요되었고 부정확했습니다. 이러한 추적성 부족은 우수 제조 관리 기준(GMP) 및 ISO 9001 표준 준수에 위험을 초래하여 규제 벌금 또는 제품 리콜로 이어질 수 있습니다.
솔루션: 바닥 장착형 고전단 유화기 시스템 채택
이러한 문제를 해결하기 위해 제조업체는 제약 등급 유화 장비를 평가하고 정밀한 전단 제어, 효율적인 물질 순환 및 지능형 공정 모니터링 기능을 갖춘 바닥 장착형 고전단 유화기 시스템을 선택했습니다. 시스템의 핵심 구성 요소에는 바닥 장착형 로터-스테이터 어셈블리, 이중 자켓 혼합 탱크, 가변 주파수 드라이브(VFD) 장치, 통합 세척-제자리(CIP) 모듈 및 레시피 저장 및 데이터 로깅 기능이 있는 중앙 제어 패널이 포함됩니다.
제조업체의 문제를 해결한 바닥 장착형 고전단 유화기의 주요 기능:
- 바닥 장착형 고전단 균질화: 탱크 바닥에 설치된 로터-스테이터 어셈블리는 강력한 전단력(최대 10,000rpm)과 강력한 물질 흡입력을 생성하여 혼합 사각지대를 효과적으로 제거하고 물질 침전을 방지합니다. 입자 크기를 5-12 미크론으로 줄여 고점도 제제에서 API 및 부형제의 균일한 분산을 보장합니다.
- 가변 전단 강도 제어: VFD 장치를 통해 전단 속도(0-10,000rpm)를 무단계로 조정하여 다양한 제제에 전단 강도를 정확하게 일치시킬 수 있습니다. 전단에 민감한 성분의 경우 저속 전단(3,000-5,000rpm)을 사용하여 활성 성분을 보호하고, 고점도 물질의 경우 고속 전단(8,000-10,000rpm)을 사용하여 철저한 균질화를 보장합니다.
- 효율적인 물질 순환 및 온도 제어: 내장된 순환 임펠러는 물질 회전을 향상시켜 모든 물질이 전단 영역을 여러 번 통과하도록 합니다. 이중 자켓 탱크는 이중 온도 센서를 사용하여 공정 온도를 ±0.5℃ 이내로 유지하여 열 축적을 최소화하고 열에 민감한 성분의 분해를 방지합니다.
- 자동화된 워크플로우 및 데이터 추적성: 제어 패널은 최대 100개의 제제를 저장하여 원클릭 배치 시작을 가능하게 합니다. 전단 속도, 혼합 시간, 온도 및 물질 점도를 포함하여 12개 이상의 주요 공정 매개변수를 지속적으로 수집하고 기록합니다. 데이터는 배치 추적성 및 규제 보고를 위해 안전하게 저장됩니다.
- 통합 CIP 시스템: 탱크 바닥 긁기 기능이 있는 자동 세척 사이클은 세척 시간을 배치당 2.5시간에서 50분으로 단축하고 세척 용액 사용량을 35% 줄이며 물 낭비를 최소화합니다. 시스템은 장비 위생에 대한 GMP 요구 사항을 충족합니다.
구현 및 공정 최적화
구현 프로세스는 시스템 작동, 전단 속도 조정, 레시피 프로그래밍 및 장비 유지 관리를 다루는 작업자 및 유지 보수 직원을 위한 2주 교육 프로그램으로 시작되었습니다. 그런 다음 제조업체는 고점도 항염증 연고(점도 9,000 cP), 허브 추출물을 함유한 전단에 민감한 상처 치유 크림 및 미네랄 첨가제가 있는 피부과용 젤의 세 가지 핵심 제제로 시험 가동을 수행했습니다.
시험 단계에서 기술 팀은 각 제제에 대한 공정 매개변수를 최적화했습니다. 고점도 연고의 경우 초기 저속 전단(4,000rpm)을 사용하여 벌크 물질을 분산시킨 다음 고속 전단(9,000rpm)을 사용하여 입자 크기를 줄이고, 사각지대를 제거하기 위해 지속적인 물질 순환을 수행하는 2단계 전단 공정을 채택했습니다. 전단에 민감한 크림의 경우 전단 속도를 3,500rpm으로 제어하고 공정 시간을 기존 장비보다 40% 단축하여 API 유지를 보장했습니다. 미네랄 함유 젤의 경우 바닥 장착형 전단 어셈블리를 적당한 탱크 교반과 결합하여 미네랄 침전을 방지하고 균일한 분산을 보장했습니다.
성공적인 시험 가동(배치 일관성 ≥ 98%) 후, 바닥 장착형 고전단 유화기는 기존의 상단 장착형 믹서를 대체하고 생산 라인에 완전히 통합되었습니다. 전환은 중단을 최소화하기 위해 단계적으로 이루어졌습니다. 새로운 시스템은 첫 달에 배치의 40%, 둘째 달에 70%, 3개월 이내에 100%를 처리했습니다.
결과: 측정 가능한 개선
전체 구현 후 6개월 만에 제조업체는 주요 성과 지표(KPI)에서 상당한 개선을 기록하여 바닥 장착형 고전단 유화기 시스템의 효과를 입증했습니다.
1. 향상된 제품 품질 및 일관성
배치 일관성은 82%에서 99.3%로 개선되었으며, 모든 제제에 대해 입자 크기 분포가 5-12 미크론으로 안정적으로 유지되었습니다. 혼합 사각지대와 물질 침전이 완전히 제거되었고 제품 질감은 과립 없이 균일하게 부드러워졌습니다. 전단에 민감한 상처 치유 크림의 경우 API 유지율이 35% 증가하여 일관된 제품 효능을 보장했습니다. 고점도 연고의 유통 기한은 유화 안정성 개선 및 성분 분해 감소로 인해 22% 연장되었습니다.
2. 생산 효율성 및 생산 능력 향상
500L 배치에 대한 공정 시간은 5시간에서 2.8시간으로 단축되었습니다(44% 개선). 통합 CIP 시스템은 세척 시간을 60% 단축하여 공장에서 일일 생산 능력을 2배치에서 4배치로 늘릴 수 있었습니다(100% 출력 증가). 자동화된 시스템으로 인해 필요한 작업자 팀이 교대당 3-4명에서 1-2명으로 줄어 수동 물질 긁기가 필요 없어 인건비가 45% 감소했습니다.
3. 운영 비용 및 폐기물 감소
배치 실패율이 9%에서 0.4%로 감소하여 원자재 낭비 및 재작업 비용이 제거되었습니다. 최적화된 전단 속도 제어 및 공정 시간 단축으로 인해 에너지 소비가 25% 감소했습니다. 특히 고점도 제제의 경우 바닥 장착형 시스템이 기존 상단 장착형 믹서에 비해 물질 저항을 극복하는 데 더 적은 전력이 필요했습니다. CIP 시스템은 물과 화학 물질 소비를 35% 줄여 운영 비용을 더욱 낮췄습니다.
4. 규제 준수 및 추적성 강화
실시간 데이터 로깅 및 배치 보고는 GMP 및 ISO 준수를 단순화했습니다. 경미한 품질 편차(예: 약간의 점도 변동)가 발생한 경우 제조업체는 공정 매개변수 변화로 문제를 신속하게 추적하고 20시간 이내에 시정 조치를 구현하여 잠재적인 제품 리콜을 방지할 수 있었습니다. 구현 후 규제 감사는 개선된 공정 문서화 및 생산 매개변수의 완전한 추적성을 칭찬했습니다.
장기적인 영향 및 확장성
즉각적인 개선 외에도 바닥 장착형 고전단 유화기 시스템은 제조업체가 시장 수요에 적응하는 능력을 향상시켰습니다. 가변 전단 제어 및 레시피 저장 기능을 통해 다양한 제제 간에 빠르게 전환할 수 있어 특수 피부과 제품 및 신제품 R&D의 소규모 배치 생산을 지원합니다. 이러한 유연성을 통해 회사는 상당한 추가 장비 투자 없이 제품 라인을 확장할 수 있었습니다.
시스템의 산업 4.0 기술과의 호환성은 장기적인 성장을 지원합니다. 유화기 데이터를 회사의 전사적 자원 관리(ERP) 시스템과 통합하여 엔드 투 엔드 공급망 가시성 및 예측 유지 관리를 가능하게 할 수 있습니다. 과거 공정 데이터는 전단 매개변수 및 제제 레시피를 추가로 최적화하여 신제품 개발 주기를 32% 단축하는 데 사용됩니다.
결론
이 사례 연구는 제약 반고형 제제 생산에서 바닥 장착형 고전단 유화기의 실용적인 가치를 보여줍니다. 혼합 사각지대, 불균일한 균질화, 전단 유도 성분 손상 및 낮은 효율성을 포함한 핵심 문제를 해결함으로써 장비는 제품 품질, 운영 성능, 규제 준수 및 확장성을 크게 개선했습니다.
고점도 또는 전단에 민감한 반고형 제제를 생산하는 제약 제조업체의 경우 바닥 장착형 고전단 유화기는 생산 안정성 및 제품 우수성을 보장하는 데 중요한 도구입니다. 제조업체의 경험은 제약 생산의 고유한 요구 사항에 맞춰진 공정 기술에 투자하면 환자 안전 및 규제 준수에 대한 약속을 유지하면서 측정 가능한 수익을 제공한다는 점을 강조합니다.
귀하의 메시지는 20-3,000 자 사이 여야합니다!