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湿法混合制粒的特点与高速混合制粒机的制造要求

 

查国才

  要:从制粒概念入手,阐述了湿法制粒工艺的特点,同时从工艺和GMP角度出发,叙述了高速混合制粒机的制造要求和和使用影响因素。

关键词:湿法制粒、高速混合制粒机、固体制剂 

在固体制剂片剂生产中,混合与制粒是决定压片或胶囊质量好坏的关键,从某种意义上说,制粒是其关键的基础。然而,制粒的目的是解决药物和辅料混合时组分分离和粒径差异问题,从而提高主药含量均匀度,也是解决药物粉末混合后粘集和流动性差的问题,制粒后颗粒提高了物料的流动性。同时,制粒的粘合剂在颗粒的分散均匀,改善了压片生产的可压性和胶囊生产的可填性。本文从制粒概念入手,阐述了湿法制粒工艺的特点,同时从工艺和GMP角度出发,叙述了高速混合制粒机的制造要求和使用影响因素。

1.制粒的概述与湿法制粒的特点

1.1制粒的常见方法与各自特点

制粒常有湿法制粒、一步法制粒和干法制粒。制粒是由原辅料的粉体与粘合剂混合成软材、颗粒干燥等过程。然而,制软材传统上沿用以槽式混合机制成软材再经摇摆式颗粒机制湿颗粒,然而用干燥箱烘干成干颗粒,此方法产量低、强度大、污染严重、生产周期长、设备占地面积大。近期,已逐渐被高速湿法制粒与沸腾干燥制粒的连续生产操作法或一步制粒法所取代。

1.1.1槽式混合+摇摆制粒

传统的槽式混合+摇摆制粒的工艺特点是各自工序相对独立、成本低,缺点是生产效率低、劳动强度大、槽内死区多、易交叉污染、“散尘”污染高、成形效果差、流动性不好及压片片重差异大。

1.1.2湿法制粒

当今湿法制粒装备已发展到高速湿法制粒,而其中高速混合制粒机是近年来发展的比较快、应用得最多的制粒设备,亦是最经济的。其把混合与制粒工艺合在一起,并在全封闭的容器内进行。其特点是既节约了时间又满足了GMP要求,混合效果好、生产效率高、颗粒与球度佳、流动性好、易清洗无污染、含量稳定和能耗低等。其是一种制粒量多、速度快、颗粒好、能耗省的设备,深受用户的欢迎。在目前几种固体制剂工艺已占全部固体制剂制粒设备中的70%但是,其对制粒的物料有一定的要求。

1.1.3一步法制粒

一步法制粒(也称流化床制粒)集混合、制粒、干燥于一体,制粒成品颗粒较松,粒度4080目左右。其特点是生产效率高、劳动强度低、受外界污染低和成品颗粒整齐,缺点是电耗较高,控制参数因品种而异。

1.1.4干式制粒

干式制粒是通过对粉末混合物加压制成大片后再经粉碎整粒制成所需粒度的颗粒,适用于湿热敏性药物。干式制粒设备特点是所需设备少、占地面积小、省时省工,同时由于制粒中不使用粘合剂,制成片剂容易崩解。缺点是压片时“逸尘”严重、易造成交叉污染,压制颗粒的溶出速率较慢,故不适用于水溶性药物。

 

1.2湿法制粒设备的原理与应用

在湿法制粒的设备中,现以卧式高速混合制粒机为主。卧式高速混合制粒机其制粒的原理是混合及制粒两道工序在同一容器中完成,采用下旋式搅拌,搅拌浆安装在锅底,并与锅底形成间隙。搅拌叶面能确保物料碰撞分散成半流动的翻滚状态,并达到充分的混合。随着粘合剂的注入,使粉料逐渐湿润,物料形状发生变化。而位于锅壁水平轴的切碎刀与搅拌浆的旋转运动产生涡流,使物料被充分混合、翻动及碰撞,此时处于物料翻动必经区域的切碎刀可将团状物料充分打碎成颗粒。同时,物料在三维运动中颗粒之间的挤压、碰撞、磨擦、剪切和捏合,使颗粒磨擦更均匀、细致,最终形成稳定球状颗粒从而形成潮湿均匀的软材。其中,制粒颗粒目数大小由物料的特性、制料刀的转速和制粒时间等因素制约。

湿法制粒在固体制剂中常适用于需要添加粘合剂(如酒精、糊精等)进行混合才能成粒的药品。其同时适用于压片时需加入粘合剂可增强粉末的可压缩性和粘着性;②胶囊充填或压片需流动性时,通常流动性与高剂量等物料可用此法;③对低剂量药物分布均匀、色彩良好,也可用此法解决;④固体制剂中也可用此法使用适当的溶媒和粘合剂增加药物溶出速率。

此外,卧式高速混合制粒机每批操作时间约10min不到,可生产80~200kg工效比传统工艺提高4-5倍。其次,较传统工艺减少25%粘合剂,干燥时间缩短。而成粒近似球形,流动性好。同时,其出口可与沸腾干燥相接,而粉料可用提升机或真空上料机加到湿法制粒机内。

 

1.3湿法制粒的常见方法与卧式高效湿法制粒方法的比较

湿法制粒的设备有卧式和立式二种,一般来说,卧式湿法制粒机比立式优越,以下就卧式和立式湿法制粒设备作一比较就能看出此点:

项目

某卧式制粒机

某立式制粒机

能耗

能耗低

能耗大(约一倍)

重量外观

设备紧凑、重量轻

结构高大、设备笨重(约3倍)

结构

结构简单、便于维修

搅拌筒沿床身导轨升降、结构复杂、维修复杂

操作

开盖方便、可通过观察孔观察制粒现况,可密闭操作,无油污和粉尘现象

锅沿导轨升降、搅拌位置受物料装置限制,有粉尘现象(瞬间),密封处易造成油污

联动

与沸腾干燥机能联动集成

难与其它干燥设备能联动集成

 

2.高速混合制粒机的制造要点

对照GMP规范和固体制剂相应工艺要求,对高速混合制粒机(卧式)的制造应达到以下要求。

 

2.1高速混合制粒机应具备的功能要求

1)搅拌桨对物料干混,加粘合剂后湿混。能根据物料和粘合剂的特性使搅拌桨的旋转速度确保运动产生涡流,物料充分混合。同时,制粒刀处交汇区域对翻腾的物料团充分打碎成颗粒。

2)搅拌桨与制粒刀的旋转速度能使物料产生三维运动,颗粒产生碰撞、磨擦、剪切,使其磨擦均匀、细致,最后形定稳定球状颗粒。混合的时间、搅拌桨与制粒刀的速度、干燥后制粒质量和均匀性满足固体制剂生产工艺要求。

3)混合制粒过程应在封闭状态下,混合制粒全过程(含加料、混合、切割制粒和卸料等)均应在10万级或30万级洁净度下工作,并保证无异物落下。

    4)机器能与沸腾干燥或提升加料或真空上料机设备联线配套。

 

2.2高速混合制粒机总体结构和制造要求

1)与物料直接接触部分采用奥氏体不锈钢,而采用非金属时应无毒、不与药品发生化学变化、不腐蚀不吸收药品的材质。

2)制粒筒体为上部圆锥的筒体,筒体底部应整板旋压而成,筒体底部应设有冷却夹套,确保筒体搅拌时不发热。筒体各处表面过渡处应圆弧过渡,易清洁,无清洗的死区。同时,

制粒筒体采用氩弧焊焊接而成,内外部均需抛光处理,特别内部表面抛光表面粗糙度 Ra0.8μm,确保物料不会粘于壁面

3)制粒筒体的进料口采用快开式结构,其法兰与桶体焊接应确保无死区,筒盖拆卸开启方便,进料口与筒盖密封垫应卫生级硅橡胶,密封垫调换方便,目进料口与筒盖结构应有相应气密性。另外,制粒筒体的出料口采用电控排料阀,阀板密封垫应卫生级硅橡胶,排料整个通道表面光滑,易清洁,无清洗的死角。

4)搅拌桨采用下旋式搅拌,其焊接采用氩弧焊,并均需抛光处理,搅拌叶轮与轴套连接处在强度应增加,以克服瞬间扭矩。另外,锅底与搅拌桨底距离要小(≤1mm),以解决锅底积料间题。同时,切碎刀采用侧置式,刀片调换方便,整个切碎刀组件无清洗死区。其中,搅拌驱动轴与筒体密封最好用气密封,能气封水冲转换。而搅拌驱动轴与筒体的密封以及制粒刀轴与筒体的密封应相应可靠密封,以防止粉层进入,避免交叉污染。

5)气、水管路用奥氏体不锈钢抛光管,采用氩弧焊或快开式连接。安装必要时,气、水管路应设终端过滤器。同时,内部清洗方便,气、水管可接在轴处分流环上,当水气转换后,水压能喷射到筒体的各个位置,确保无清洗的盲区,且排水口应设在最低位。

6)凡外露的零件表面不能使用润滑剂,传动内部需润滑的润滑点不能对外露结构构成任何污染。

7)要有机械过载保护装置。此外,压缩空气管路应设置减压或安全装置。

 

2.3高速混合制粒机的电气和控制要求

1)搅拌桨与切碎速度至少能双速电机变速,搅拌桨速度范围为30-500rpm、切碎刀速度范围为300-3000rpm最好能变频调速,并能设定显示

2)对双速简易式控制,控制上带起动、急仃、停止开关和故障显示,并有电流显示和二档电机变速显示。

3)当放料阀或排水口关闭时,搅拌浆与切碎刀的电机才能运转,反之亦然。此外,只有当放料阀关闭时,才能进入清洗工序。

4)电器控制应有自我保护功能,防止因误操作而可能给设备带来的损坏。其中包括主电机故障保护及紧急停止保护。

5)对高档配置的话,应PL+触摸式彩色液晶面板控制。界面设计分为手动试运行操作界面和正常运转操作界面,并有良好人机对话界面。界面能动态反映主要工序(加料、混合、切割制粒、卸料和CIP)的情况。能有工艺菜单的选择及参数(搅拌浆与制粒刀速度、混合与制粒时间和CIP时间等)的设定,能显示设定参数、实际工作参数以及故障原因等,同时有记忆功能。

 

2.4高速混合制粒机的基本技术和验证要求

1)运转噪音≤75dB(A)

2)搅拌桨与制粒刀的速度符合相应固体制剂的工艺要求;

3)混合制粒速度,符合产量要求;

4)混合制粒时间符合相应固体制剂的工艺要求(一般10-15min/批);

5)搅拌桨与切碎刀的速度符合相应固体制剂的工艺要求;

6)成品率>99%

7)制粒成品粒度范围在Φ0.17mm-Φ0.83mm20-80目)(或按工艺要求)

8)干燥后制粒质量应颗粒球形、粒度均匀及流动性好。

 

3.高速混合制粒机制粒成品影响因素的简述

一般来讲,湿法混合制粒制成的颗粒,形状不规则,粒度分布均匀,结构较其他传统制粒工艺完善,但其制粒成品又涉及到许多因素的影响,现将其影响作一简述。

3.1搅拌桨与切割刀转速的影响

可以说颗粒粒径的大小与分布与搅拌桨与切割刀转速直接相关,当切割刀转速慢时,颗粒粒径变大,而转速快则颗粒粒径变小;当搅拌桨转速慢时,颗粒粒径小,而转速逐快则颗粒粒径大,两者所起的作用相反。

 

3.2混合、制粒程序及时间的影响

由于在高速混合制粒机运行中,搅拌桨的转动使锅内物料向空间翻滚,从而使锅底物料沿锅壁旋转抛起,此动作接二连三软地把软材推向快速切割刀,并被切割成大小不同的颗粒,随着颗粒间相互翻滚一段时间被磨圆逐渐呈球形。从中可知,搅拌桨与切割刀的速度及时间对制粒的粒度影响。
 

3.3物料与浓度的影响
       在湿法混合制粒生产中,常用酒精制粒或糊精粘合剂制粒,而此二者粘是由一定差异的。常见用酒精制粒,其所制的颗粒为小而细,易烘干,这由于酒精不带粘度,而且它有松散作用,对粘度高的中药制粒用此法较为理想。而用糊精制粒的话,其所制的颗粒为大而粗,烘干慢,这由于糊精有粘性,有聚合作用,对没有粘度的西药用此法较为理想。

此外,无论是用浓浸膏经稀释后作为物料,还是采用糊精或其他粘合剂的物料,在生产较小颗粒时,物料的浆料浓度可稀一点,需较大颗粒时,则物料的浆料浓度则可稍浓一点。

 

4.结束语

以制粒概念和湿法制粒工艺的特点为基础,从相应工艺和GMP角度出发,叙述了高速混合制粒机的制造要求和使用影响因素注意,目的是把国产的高速混合制粒机能运用得更好以及制造得完美。而江苏一步干燥设备有限公司是专业生产混合、制粒、干燥等设备厂家,虽然以干燥类设备为主,但是混合、制粒及干燥是相互相存的,特别是混合制粒是固体制剂生产之基础。本公司生产的GHL系列高速混合制粒机是高质普及型产品,特别适用中小型和普及型药厂的生产,该产品已在以山东鲁抗集团、山东鲁南药业有限公司、山东新华制药股份有限公司、吉林通化东宝药业、石家庄科迪药业、北京巨能公司及新西兰BOMAC公司等单位使用,本公司也能按需定制,愿我们的产品为中国固体制剂生产作出更大贡献。

查国才,江苏一步干燥设备有限公司,213116

参考文献:

郭灏/郭维图,固体制剂制药装备的现状和展望,中国制药装备杂志,No12003

田耀华,制药装备符合GMP要求的设计和选型要点(二),中国制药装备行业协会,2003