Introduction
Le lactose est un sucre présent dans le lait des mammifères. Il est fréquemment utilisé dans l'industrie pharmaceutique, où il sert de liant et de charge pour remplir la taille des comprimés et des gélules et de diluant dans les formulations d'inhalation de poudre sèche. Le lactose existe sous différentes formes, chacune ayant ses propres propriétés. Par exemple, le lactose amorphe a de bonnes propriétés de compression, mais il est moins stable que le lactose cristallin en raison de sa forte hygroscopicité. Même les deux isomères de la forme cristalline (appelés α- et β-lactose) ont des propriétés très différentes. L'α-lactose se présente généralement sous la forme d'un monohydrate et diffère de la forme β, par exemple en termes de solubilité [1]. Le lactose séché par atomisation combine deux types de lactose : Il s'agit d'une matrice de lactose amorphe dans laquelle sont incorporés des cristaux d'α-lactose monohydraté.
Les propriétés du lactose dépendent fortement de son état chimique : amorphe, α- ou β-cristallin. Par conséquent, l'utilisation du lactose pour une application spécifique implique son identification précise. Dans ce qui suit, nous montrons comment des méthodes d'analyse thermique faciles à utiliser permettent de caractériser des excipients pharmaceutiques tels que le lactose.
Identification pour le contrôle de la qualité - La DSC détectePhases cristallines et/ou amorphes
La DSC (calorimétrie différentielle à balayage) est une méthode fréquemment utilisée pour le contrôle de la qualité, car elle allie la facilité de ManipulationL'adhésivité décrit l'interaction entre deux couches de matériaux identiques (auto-adhésion) ou différents (cohésion) en termes d'adhérence de surface.manipulation à la capacité d'évaluer automatiquement les courbes de mesure, du moins pour les utilisateurs de la DSC sur le site NETZSCH.
La figure 1 illustre une courbe DSC typique de l'α-lactose monohydraté. Au début de la mesure, le matériau contient une molécule pour une molécule d'eau. Le pic détecté à 146°C (température du pic) est dû à la déshydratation de l'échantillon. L'eau liée au cristal s'évapore. Après ce processus, le lactose se trouve sous forme anhydre. Cet anhydrate fond alors à 216°C (température du pic).
La figure 2 compare les courbes DSC de l'α-lactose monohydraté (qui est cristallin à 100 %) avec les courbes d'un lactose neuf séché par atomisation et d'un lactose périmé séché par atomisation. Le pic d'évaporation de l'eau typique de la déshydratation de l'α-lactose monohydraté ainsi que le pic de Températures et enthalpies de fusionL'enthalpie de fusion d'une substance, également connue sous le nom de chaleur latente, est une mesure de l'apport d'énergie, généralement de la chaleur, nécessaire pour convertir une substance de l'état solide à l'état liquide. Le point de fusion d'une substance est la température à laquelle elle passe de l'état solide (cristallin) à l'état liquide (fusion isotrope). fusion du lactose anhydre ont été détectés pour les trois matériaux. Les différences d'enthalpie de déshydratation mettent en évidence les différences entre les produits.
- L'enthalpie de déshydratation est plus élevée pour le lactose cristallin que pour le lactose séché par atomisation (157 J/g contre 126 J/g). Ceci s'explique par le fait que le lactose séché par atomisation contient environ 10% de phase amorphe. L'enthalpie est calculée par rapport à la masse de la partie cristalline présente dans l'échantillon. Cette masse correspond à 100 % de l'échantillon pour l'α-lactose monohydraté (échantillon cristallin complet) et seulement à environ 90 % pour le lactose séché par pulvérisation.
- L'enthalpie de déshydratation du lactose séché par atomisation est très similaire à celle du lactose cristallin. Cela montre que le lactose séché par atomisation s'est modifié au cours du stockage.
- Un examen des courbes dans la plage zoomée entre 0°C et 120°C fournit une première explication à ce comportement. Une transition vitreuse n'a été détectée que dans la courbe DSC du nouveau lactose séché par pulvérisation. Il semble qu'au cours du stockage, la partie amorphe présente dans le lactose séché par atomisation se cristallise ; ainsi, après la date de péremption, le matériau ne contient plus de lactose amorphe, mais uniquement le produit cristallin. Cette conclusion est très importante car la partie amorphe contenue dans le lactose séché par atomisation est responsable de ses meilleures propriétés de compression par rapport au lactose cristallin.
Quantité d'eau dans le lactose : Un cas pour la balance thermo-gravimétrique
Afin de mieux comprendre le rôle de l'eau pour le lactose séché par atomisation, des analyses thermogravimétriques (TGA) ont été réalisées. Lors de ces tests, les variations de masse du matériau sont enregistrées au cours d'un programme temps/température spécifique.
Le couplage avec un spectromètre FT-IR permet d'identifier les gaz dégagés.
La figure 4 illustre la courbe TGA obtenue sur du lactose séché par pulvérisation (vert). En outre, les traces d'eau, de dioxyde de carbone et d'éthanediol, détectées par le spectromètre FT-IR à la sortie de la balance thermogravimétrique dans les gaz dégagés, sont indiquées en noir, rose et bleu. Les deux premières étapes de perte de masse de 0,5 % et 4,5 % sont liées à l'évolution de l'eau. Bien que la même substance s'évapore, le processus se produit à des températures différentes. Cela s'explique par le fait que l'eau est liée différemment. La première étape, liée à une perte de masse de 0,5 %, provient de l'évaporation de l'eau de surface. La seconde, à 4,5 %, est détectée à une température plus élevée et correspond au pic de déshydratation DSC illustré à la figure 2. Il provient de l'évaporation de l'eau cristalline liée aux molécules de lactose.
L'étape supplémentaire de perte de masse détectée à 224°C (température d'apparition dans la courbe TGA) correspond à la Réaction de décompositionUne réaction de décomposition est une réaction thermiquement induite d'un composé chimique formant des produits solides et/ou gazeux. décomposition du lactose. La Réaction de décompositionUne réaction de décomposition est une réaction thermiquement induite d'un composé chimique formant des produits solides et/ou gazeux. décomposition du lactose dans une atmosphère inerte conduit à la formation d'éthanediol et de dioxyde de carbone.
La quantité d'eau cristalline peut être utilisée pour calculer la proportion d'α-lactose monohydraté présent dans le lactose séché par atomisation. Cela est possible parce qu'une molécule d'eau est liée à une molécule d'eau
molécule d'eau est liée à une molécule de lactose, de sorte qu'une perte de masse de 5 % indique que le matériau est entièrement constitué de lactose monohydraté sans aucune phase amorphe. Ce résultat est important pour des applications telles que la fabrication de comprimés, car les propriétés de compression du lactose amorphe et du lactose cristallin sont très différentes.
Affinité pour l'eau
Que se passe-t-il si le lactose séché par atomisation est stocké dans une atmosphère humide ? La figure 5 présente les courbes thermogravimétriques du lactose séché par atomisation, mesuré à réception (vert), comparées à la courbe résultante du même échantillon stocké deux semaines dans une atmosphère humide (bleu).
Le stockage entraîne une forte augmentation de la quantité d'eau en surface (0,5 % à 4,5 %). Cette information est d'une grande importance car une augmentation de la teneur en eau peut entraîner une prise en masse de la poudre. Il faut savoir que le lactose dont la taille des particules est de 300 μm se gélifie facilement dès que la teneur en eau est supérieure à 3%. [2]
Le stockage dans une atmosphère humide influence non seulement la teneur en eau de surface, mais aussi le rapport entre la phase cristalline et la phase amorphe. Le calcul de l'eau cristalline sans tenir compte de l'eau de surface, c'est-à-dire rapportée à la masse de l'échantillon sans eau de surface, conduit à une eau cristalline de 4,5 % dans le lactose initial, contre 4,9 % pour le lactose après stockage. Cela signifie qu'une partie du lactose amorphe a cristallisé dans l'α-lactose monohydraté au cours du stockage dans une atmosphère humide.
Le lactose amorphe est très sensible à l'eau, contrairement aux formes cristallines du lactose, qui ne sont pas hygroscopiques. Le stockage du lactose séché par atomisation dans une atmosphère humide entraîne une augmentation de la teneur en eau de surface et donc une CristallisationLa cristallisation est le processus physique de durcissement au cours de la formation et de la croissance des cristaux. Au cours de ce processus, la chaleur de cristallisation est libérée.cristallisation de la partie amorphe du produit. Il en résulte de nouvelles propriétés en termes de compressibilité et de fluidité de la poudre.
Conclusion
Le lactose existe sous différentes formes amorphes et cristallines, chacune ayant ses propres propriétés et applications dans l'industrie pharmaceutique.
La DSC est la méthode de choix pour identifier ces différentes formes. L'analyse thermogravimétrique complémentaire détermine, avec une grande précision, la quantité d'eau présente dans un matériau de lactose et identifie séparément l'eau de surface et l'eau cristalline. Comme il existe une corrélation entre la quantité d'eau cristalline et la proportion de monohydrate d'α-lactose, cet instrument peut également être utilisé pour déterminer le type de lactose.
Ces deux méthodes sont utilisées pour le contrôle de la qualité. Elles sont d'une grande importance si l'on considère que le lactose, ainsi que d'autres ingrédients pharmaceutiques, peut se transformer au fil du temps et dans différentes conditions de stockage. Ces changements finissent par entraver la production et compromettre la qualité du produit. Par exemple, au cours de la fabrication d'un comprimé, des problèmes de compressibilité, de fluidité de la poudre et de stabilité du comprimé peuvent se poser. La DSC et la TGA sont les outils qui permettent d'éviter ces problèmes.