Introduktion
Laktose er et sukkerstof, der findes i mælken hos pattedyr. Det kan fås i en amorf eller krystallinsk form. α-laktose krystalliserer som et monohydrat, mens ß-laktose ikke indeholder krystalvand; derfor beskrives det ofte som vandfri laktose. En særlig form for laktose opnås ved spraytørring af en opløsning af fintmalet α-laktosemonohydrat. Under denne proces dannes der amorf laktose ud over krystallinsk laktose. Det opnåede produkt er en matrix af laktoseglas, hvori laktosemonohydratkrystaller med smal størrelsesfordeling er indlejret. Tilstedeværelsen af den amorfe struktur letter kompressionsprocesserne og fører til bedre tabletteringsegenskaber [1, 2, 3].
Laktose, fugt og sammenklumpning
Laktoseprodukters affinitet over for fugtig luft afhænger af deres modifikation. Rene α-laktosemonohydratprodukter er meget stabile over for fugtig luft. I modsætning hertil er amorf laktose meget hygroskopisk: Ved en vis luftfugtighed omdannes amorf laktose til den krystallinske α-laktosemonohydratform og udviser ændringer i dens kompressionsegenskaber [2].
Sammenklumpning (klumper af forskellig størrelse i laktosepulver) er et almindeligt problem, der kan opstå under produktion, opbevaring eller transport af pulver. Hvis et pulver koger, resulterer det i længere behandlingstider og reduceret produktkvalitet. Sammenklumpning skyldes, at der dannes faste broer mellem partiklerne på grund af fugt, temperatursvingninger, tryk og migration af small partikler [4, 5]. Evnen til sammenklumpning afhænger også af partikelstørrelsesfordelingen. For eksempel kan small laktosekrystaller med en partikelstørrelse på mindre end 300 μm let blive til kage, så snart vandindholdet er højere end 3 % [4].
I det følgende undersøges fugtindflydelsen på opbevaringsadfærden for laktosen FlowLac® 90 fra MEGGLE ved hjælp af TGA. FlowLac® 90 er et spraytørret α-laktosemonohydrat, der indeholder 8-12 % amorf laktose.
Målebetingelser
Til fugtbehandlingen blev prøven opbevaret i en åben beholder placeret i et lukket kar fyldt med vand (ingen direkte prøvekontakt med vand) i to uger (figur 2).
Målingerne blev udført med TG 209 F1 Libra® under en dynamisk nitrogenatmosfære (40 ml/min). To laktoseprøver blev fremstillet i lukkede aluminiumdigler: den ene som modtaget (6,43 mg) og den anden efter en to ugers opbevaringsperiode i en fugtig atmosfære (7,62 mg). Låget på hver prøvebeholder blev automatisk taget ud af instrumentet lige før målingen. Prøverne blev opvarmet fra stuetemperatur til 600 °C ved 10 K/min.
Testresultater
Figur 3 viser masseændringerne i begge prøver under opvarmning til 600 °C. Figur 4 viser et zoom af temperaturområdet fra stuetemperatur til 200 °C. De to TGA-kurver adskiller sig markant i det første massetabstrin som følge af frigivelse af overfladevand: Den to uger lange fugtopbevaring giver en stigning i adsorberet vand fra 0,5 % til 4,5 % (blå kurver). Der er ingen signifikant forskel i det andet massetabstrin på henholdsvis 4,5 % og 4,7 %. Dette trin skyldes frigivelse af krystalvand, der findes i α-lactosemonohydratet. Det efterfølges af nedbrydningen ved 224 °C (ekstrapoleret begyndelse af TGA-kurven), som finder sted i to trin, uafhængigt af fugtbehandlingen. Flere oplysninger om nedbrydningsprocessen findes i [7].
Konklusion
Termogravimetri gør det muligt at bestemme overfladevand og krystallisationsvand i en enkelt analyse. Klassiske metoder til vandbestemmelse, såsom Karl Fischer, toluoldestillation og konventionelle ovnmetoder, kræver i nogle tilfælde mere analysetid og giver færre resultater end blot en enkelt TGA-måling [8]. To ugers opbevaring i en fugtig atmosfære ved stuetemperatur resulterer i en kraftig stigning i overfladevand i spraytørret α-lactosemonohydrat. Her fungerer TGA-metoden som et værktøj til kvalitetskontrol ved at overvåge mængden af overfladevand i produktet, så der ikke sker sammenklumpning af pulveret under opbevaring, transport og forarbejdning af laktose.