Nghiên cứu trường hợp: Tối ưu hóa sản xuất nhũ dầu mỡ chứa thuốc bằng công nghệ nhũ dầu cắt cao
Trong ngành công nghiệp sản xuất dược phẩm, việc sản xuất nhũ dầu mỡ chứa thuốc là một thách thức điển hình trong quá trình chế biến hệ thống đa dạng.phục vụ như phương tiện phân phối quan trọng cho các thành phần dược phẩm hoạt tính hòa tan trong chất béo (API), yêu cầu kiểm soát chính xác về sự phân bố kích thước giọt, ổn định pha và sự đồng nhất API để đảm bảo hiệu quả điều trị và an toàn cho bệnh nhân. This case study details the implementation of advanced high-shear emulsification equipment in addressing process inefficiencies and quality inconsistencies in the production of a 10% drug-loaded fat emulsion (DHA fish oil-based).
1. Bối cảnh và các thách thức về quy trình
Quá trình sản xuất nhũ dầu mỡ chứa thuốc mục tiêu bao gồm hai giai đoạn chính: giai đoạn dầu bao gồm dầu đậu nành và lecithin bột và giai đoạn nước chứa nước tinh khiết,Glycerin, thuốc hoạt tính và chất trợ giúp Trước khi áp dụng thiết bị nhũ hóa mới, quy trình sản xuất phải đối mặt với ba thách thức cốt lõi:
Thứ nhất, các vấn đề phân tán lecithin. bột lecithin được sử dụng như một chất nhũ hóa cho thấy độ ẩm kém trong giai đoạn dầu. trong quá trình trộn truyền thống,nó có xu hướng tập hợp thành các cụm hoặc lắng đọng ở đáy của tàuĐiều này không chỉ làm giảm hiệu quả nhũ hóa mà còn đưa ra các tạp chất hạt ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm.
Thứ hai, không nhất quán emulsification ban đầu quá trình emulsification dựa trên thiết bị hỗn hợp thông thường, mà tạo ra lực cắt không đủ.các giai đoạn dầu và nước không thể phân tán hoàn toànCác dữ liệu thử nghiệm cho thấy D90 (kích thước hạt mà 90% các hạt nhỏ hơn) của nhũ dầu dao động từ 15 μm đến 25 μm,vượt xa phạm vi chấp nhận được từ 5 μm đến 10 μmSự không nhất quán như vậy trực tiếp làm tổn hại đến sự ổn định của nhũ dầu, với việc nhìn thấy dầu nổi trong vòng 24 giờ sau khi chuẩn bị.
Thứ ba, hiệu quả sản xuất thấp và tỷ lệ khiếm khuyết cao.Ngoài ra, sự ổn định kém của nhũ dầu ban đầu dẫn đến tỷ lệ đủ điều kiện sản phẩm chỉ là 85%, dẫn đến lãng phí vật liệu đáng kể và chậm sản xuất.Thiết bị thông thường thiếu khả năng kiểm soát quy trình hiệu quả, khiến việc duy trì các thông số nhất quán trong các lô trở nên khó khăn, làm trầm trọng thêm biến động chất lượng.
Tăng thêm những thách thức này là yêu cầu quy định nghiêm ngặt cho sản xuất dược phẩm.bao gồm việc sử dụng vật liệu cấp thực phẩm và cấp dược phẩm tiếp xúc với sản phẩm, và tương thích với các hệ thống CIP (Sửa sạch tại chỗ) và SIP (Khử trùng tại chỗ) để đảm bảo vô trùng trong suốt quá trình sản xuất.
2. Chọn thiết bị và tối ưu hóa quy trình
Sau khi đánh giá toàn diện các yêu cầu về quy trình và thông số kỹ thuật, một hệ thống nhũ hóa hai giai đoạn đã được áp dụng,bao gồm một máy trộn phân tán phun và một chất pha loãng cắt cao loại đường ốngViệc lựa chọn dựa trên nhu cầu cụ thể của sản xuất nhũ dầu mỡ chứa thuốc, với các cân nhắc chính bao gồm hiệu quả cắt, tương thích vật liệu và khả năng kiểm soát quy trình.
Các tính năng thiết bị cốt lõi bao gồm:
1. Máy trộn phun phun: Được thiết kế để phân tán trước giai đoạn dầu, thiết bị này có cấu trúc hút và lưu thông chuyên biệt có hiệu quả hút và cắt lecithin bột.Thiết kế mô-đun của nó cho phép thay thế nhanh chóng các đầu làm việc, và nó được chế tạo từ thép không gỉ 316L với độ thô bề mặt Ra ≤ 0,4 μm, đáp ứng các yêu cầu GMP cho sản xuất dược phẩm.cho phép điều chỉnh chính xác dựa trên độ nhớt của giai đoạn dầu.
2. Ống ống loại cao cắt emulsifier: Được trang bị một hệ thống rotor-stator ba giai đoạn, emulsifier này đạt được một tốc độ tuyến tính tối đa là 40 m / s và một khoảng cách rotor-stator tối thiểu là 0,1 mm,tạo ra lực cắt mạnh để phá vỡ giọt dầu thành kích thước đồng đềuThiết kế đường ống dẫn tạo điều kiện cho việc ức chế và lưu thông liên tục trực tuyến, cho phép ức chế được lưu thông lại thông qua hệ thống để tinh chế thêm.Thiết bị cũng tích hợp một hệ thống điều khiển tốc độ chuyển đổi tần số, cho phép điều chỉnh chính xác tốc độ xoay với phạm vi lỗi ± 1%, đảm bảo khả năng lặp lại quy trình.Nó được thiết kế để chịu được nhiệt độ hoạt động lên đến 150 °C và áp suất lên đến 0.4 MPa, tương thích với các quy trình khử trùng tiếp theo.
Quá trình sản xuất tối ưu được thực hiện như sau:
1Giai đoạn xử lý trước: Giai đoạn dầu (dầu đậu nành + lecithin bột) được thêm vào bình trộn và máy trộn phun phun được kích hoạt để tạo ra một trường dòng chảy hỗn loạn.Lực hút mạnh mẽ của máy trộn kéo lecithin bột vào vùng cắt cao, ngăn ngừa sự tụ tập và đảm bảo sự phân tán hoàn toàn để tạo thành một giai đoạn dầu trong suốt.
2. Giai đoạn nhũ hóa ban đầu:Giai đoạn dầu phân tán trước và giai đoạn nước (nước tinh khiết + glycerin + API + chất trợ giúp) được tiếp tục đưa vào chất ướp cao cắt ống theo tỷ lệ được kiểm soátHệ thống ba giai đoạn rotor-stator đã đưa hai giai đoạn vào lực cắt, va chạm và cavitation mạnh mẽ, phá vỡ các giọt dầu thành các hạt mịn.
3. Giao dịch Giai đoạn tinh chế: Sản phẩm được nhũ hóa ban đầu được đưa trở lại thùng trộn và tái lưu thông qua chất nhũ hóa đường ống trong 2-3 chu kỳ,mỗi chu kỳ kéo dài khoảng 30 phútQuá trình nhiều chu kỳ này đảm bảo phân bố kích thước giọt đồng đều và tăng tính ổn định của nhũ nước.
4Giai đoạn sau chế biến: Nhũ nhũ cuối cùng đã bị khử trùng ở nhiệt độ 131-145 °C và 0,3-0,4 MPa,với thiết kế vật liệu và cấu trúc của thiết bị xăng đảm bảo tính tương thích với các thông số khử trùng này.
3Kết quả thực hiện và xác minh hiệu suất
Sau khi thực hiện quá trình và thiết bị tối ưu hóa, đã đạt được những cải tiến đáng kể về chất lượng sản phẩm, hiệu quả sản xuất và sự ổn định của quy trình,được xác minh bằng dữ liệu sản xuất liên tục và kiểm tra chất lượng:
Về chất lượng sản phẩm, sự phân bố kích thước giọt của nhũ dầu mỡ chứa thuốc đã được tinh chỉnh đáng kể.Kết quả thử nghiệm cho thấy D90 của nhũ dầu được kiểm soát ổn định giữa 5 μm và 10 μm, đáp ứng các tiêu chuẩn chất lượng được xác định trước. Kiểm tra trực quan đã xác nhận không có dầu nổi hoặc trầm tích trong nhũ dầu sau 72 giờ lưu trữ,và độ nhớt vẫn ổn định ở mức tương tự như dầu ănNgoài ra, sự đồng nhất của sự phân bố API đã được cải thiện,với độ lệch chuẩn tương đối (RSD) của hàm lượng API trong các mẫu khác nhau giảm từ 30,2% đến 0,8%, nằm trong phạm vi chấp nhận được ±1,0%.
Về hiệu quả sản xuất, tổng thời gian xử lý mỗi lô đã được giảm từ 4 giờ xuống còn 1,5 giờ, đại diện cho sự cải thiện hiệu quả sản xuất 62,5%.Tỷ lệ chứng nhận sản phẩm tăng từ 85% lên 98%Thiết kế đường ống của hệ thống nhũ hóa cũng cho phép tích hợp liền mạch với dây chuyền sản xuất hiện có,thực hiện hoạt động bán tự động và giảm can thiệp thủ công, do đó giảm thiểu nguy cơ lỗi của con người.
Về sự tuân thủ quy trình và ổn định, cấu trúc thép không gỉ 316L và độ thô bề mặt Ra ≤ 0, 4 μm của thiết bị đáp ứng các yêu cầu GMP cho sản xuất dược phẩm.Sự tương thích CIP / SIP của thiết bị đảm bảo làm sạch và khử trùng hiệu quả, không có chất gây ô nhiễm còn lại được phát hiện trong thử nghiệm sau khi làm sạch.Hệ thống điều khiển tốc độ chuyển đổi tần số và khả năng giám sát trực tuyến cho phép kiểm soát tham số quy trình nhất quán trên các lô, với hệ số biến đổi (CV) của các thông số quy trình chính (như tốc độ xoay và tốc độ cấp) được duy trì dưới 2%, đảm bảo sự nhất quán giữa các lô.
Dữ liệu hoạt động lâu dài cũng xác nhận độ tin cậy và độ bền của thiết bị nhũ hóa.Thiết bị duy trì hiệu suất ổn định mà không có lỗi lớn, với chu kỳ bảo trì kéo dài từ mỗi hai tháng một lần đến mỗi sáu tháng một lần, giảm chi phí bảo trì khoảng 60%.
4Những hiểu biết và kết luận quan trọng
Nghiên cứu trường hợp này chứng minh vai trò quan trọng của công nghệ nhũ hóa tiên tiến trong việc giải quyết các thách thức liên quan đến sản xuất nhũ hóa chất béo chứa thuốc.Việc giải quyết thành công của lecithin tập hợp, kích thước giọt không nhất quán,và hiệu quả sản xuất thấp làm nổi bật tầm quan trọng của việc lựa chọn thiết bị phù hợp với các đặc điểm cụ thể của công nghệ dược phẩm và quy trình sản xuất.
Những hiểu biết quan trọng từ việc thực hiện này bao gồm: Thứ nhất, việc phân tán trước các chất pha hóa (như lecithin) là một bước quan trọng trong việc đảm bảo chất lượng pha hóa,và các thiết bị phân tán phun chuyên dụng có thể ngăn ngừa sự tụ tập hiệu quả và cải thiện hiệu quả nhũ hóaThứ hai, ức chế cắt cao nhiều giai đoạn với tinh chế lưu thông là rất cần thiết để đạt được sự phân bố kích thước giọt đồng đều và tăng sự ổn định của nhũ khí.đặc biệt là cho các công thức dược phẩm phức tạpThứ ba, sự tương thích của thiết bị với các yêu cầu GMP, hệ thống CIP / SIP và các quy trình khử trùng tiếp theo là một điều kiện tiên quyết cơ bản cho sản xuất dược phẩm,đảm bảo an toàn sản phẩm và tuân thủ quy định.
Tóm lại,Việc áp dụng hệ thống nhũ hóa hai giai đoạn cắt cao không chỉ giải quyết các thách thức quy trình cụ thể đối với sản xuất nhũ hóa chất béo chứa thuốc mà còn thiết lập một hệ thống ổn định, quy trình sản xuất hiệu quả và phù hợp. Việc thực hiện này cung cấp một tài liệu tham khảo có giá trị cho các nhà sản xuất dược phẩm tìm cách tối ưu hóa các quy trình nhũ hóa cho các công thức phức tạp,góp phần cải thiện chất lượng sản phẩm, tăng hiệu quả sản xuất và giảm chi phí.
