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diciembre 11, 2023

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OPTIMIZACIÓN DEL RECUBRIMIENTO DE PELLETS CON ESTIMACIÓN DE AGLOMERACIÓN EN LÍNEA


La optimización de procesos es una de las actividades clave en la I+D de la industria farmacéutica. El objetivo de la optimización de procesos es reducir el coste de producción, ahorrar tiempo y material, y aumentar la calidad del producto. La optimización de procesos se logra sometiendo numerosas ejecuciones del proceso a prueba y error, ya que el rendimiento del proceso solo se evalúa habitualmente fuera de línea en el producto final. La optimización puede avanzar aún más con el uso de mediciones en línea del comportamiento del proceso. En un proceso de recubrimiento de pellets, la tasa de pulverización es un parámetro importante del proceso que influye directamente en los indicadores de rendimiento de este, como la calidad final del producto, la eficiencia del proceso y el tiempo de producción. Durante el desarrollo del proceso de recubrimiento de pellets, se deben efectuar varias pruebas de recubrimiento con diferentes tasas de pulverización. La aglomeración total de los pellets se determina una vez finalizado el proceso mediante un análisis de tamiz. Al emplear un sistema de inspección visual en línea, se puede observar la aglomeración de pellets dependiendo de la tasa de pulverización y la temperatura del producto durante el proceso de recubrimiento.

En este estudio de caso, variamos la tasa de pulverización a lo largo de un único proceso de recubrimiento de pellets. Al utilizar mediciones de aglomeración en línea, pudimos determinar la tasa de pulverización óptima (el proceso más rápido con la menor cantidad de aglomeración) dentro de una sola ejecución del proceso.

El estudio fue realizado por investigadores de Sensum y Shin-Etsu Pharma.

Proceso de recubrimiento de pellets

Recubrimos 800 g de núcleos de pellets de azúcar (595 µm – 707 µm) en una recubridora de lecho fluidizado Wurster a escala de laboratorio (Minilab XP, Diosna) en el laboratorio de aplicaciones de Shin-Etsu en Wiesbaden. Se preparó una dispersión de recubrimiento acuosa con 7 % de metilcelulosa (Metolose® SM-4, Shin-Etsu) y 0,1 % de colorante azul. La viscosidad de la dispersión del recubrimiento fue de 67 mPas. Se inició un proceso de recubrimiento con una tasa de pulverización de 8 g/min. Durante el proceso, aumentamos la tasa de pulverización (SR) desde los 8 g/min iniciales hasta los 14 g/min finales en incrementos de 1 g/min. De esta forma, probamos la tasa de pulverización en 6 niveles. La temperatura del aire de entrada fue constante durante todo el proceso de recubrimiento para lograr una disminución de la temperatura del producto de 39 °C a 31 °C como consecuencia del aumento de la tasa de pulverización. Los pellets se tamizaron después del proceso de recubrimiento para estimar el porcentaje final de aglomerados utilizando un tamiz de 1000 µm.

Monitorización de procesos

Monitorizamos el proceso con un sistema de inspección visual en línea (PATVIS APA, Sensum) (Figura 1). El sistema adquirió imágenes de pellets a través de la pared de vidrio de la recubridora de lecho fluidizado y las analizó en tiempo real. Los pellets fueron monitorizados en caída libre, lo que permitió al sistema detectar y medir la presencia de pellets aglomerados en el proceso (Imagen 2). La tasa de adquisición de imágenes se realizó a alta velocidad (100 fotogramas por segundo) y se obtuvo una media de 100 000 mediciones de partículas en tiempo real por minuto. El porcentaje de pellets aglomerados se expresó como una relación volumétrica entre todos los pellets aglomerados detectados y todos los pellets analizados en intervalos de tiempo de un minuto.

 

Imaging setup, equipment and materials used for the coating process
Imagen 1: Configuración de imágenes, equipos y materiales utilizados para el proceso de recubrimiento
The visual inspection system uses advanced computer vision algorithms to detect single and agglomerated pellets.
Imagen 2: El sistema de inspección visual utiliza algoritmos avanzados de visión por ordenador para detectar pellets individuales y aglomerados.

Determinación de la tasa de pulverización óptima

presents an in-line estimation of the percentage of agglomerated pellets during the single coating process, where the spray rate (SR) was tested at 6 levels. At the start of the process, we could observe the formation of soft agglomerates
Imagen 3: presenta una estimación en línea del porcentaje de pellets aglomerados durante un único proceso de recubrimiento, donde la tasa de pulverización (spray rate, SR) se probó en 6 niveles. Al inicio del proceso, pudimos observar la formación de aglomerados blandos. Los aglomerados blandos comenzaron a romperse después de los primeros 8 minutos de pulverización, cuando el proceso se estabilizó. El porcentaje de aglomerados comenzó a aumentar exponencialmente después del tercer incremento. Se ajustó una línea de tendencia lineal a cada incremento para determinar la velocidad o tasa de aglomeración (agglomeration rate, AR). Al final del proceso, el análisis de tamiz fuera de línea confirmó un alto porcentaje final de aglomerados del 64,6 %.

Imagen 4: A partir de la pendiente de las líneas de tendencia ajustadas en la Imagen 3, obtuvimos la tasa de aglomeración (AR) para cada nivel de tasa de pulverización (SR). Con el aumento de la tasa de pulverización y la temperatura constante del aire de entrada, la temperatura del producto disminuyó y el porcentaje de aglomerados aumentó. Podemos observar un aumento en la tasa de aglomeración por cada aumento incremental de la tasa de pulverización (SR). Las mediciones en línea nos muestran que el proceso se encuentra en su punto óptimo con una tasa de pulverización (SR) entre 9,3 g/min y 10,5 g/min, donde no se forman nuevos aglomerados. Por el contrario, la tasa de pulverización (SR) final probada a 14 g/min produjo casi un porcentaje de nuevos aglomerados cada minuto.

Conclusiones

Utilizamos una herramienta de inspección visual en línea (PATVIS APA, Sensum) para monitorizar un proceso de recubrimiento de pellets con metilcelulosa (Metolose® SM-4, Shin-Etsu), donde la tasa de pulverización aumentó gradualmente durante todo el proceso. Las mediciones de aglomeración en línea nos proporcionaron información inmediata sobre el rendimiento del proceso y nos dieron una idea y comprensión de la influencia de la tasa de pulverización en el proceso de recubrimiento. Con un enfoque tan eficaz, pudimos determinar la tasa de pulverización óptima en una sola ejecución del proceso. Este es un gran paso hacia el ahorro de tiempo y costes en I+D de la industria farmacéutica.


Información adicional

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