Pendahuluan
Laktosa adalah gula yang terdapat dalam susu mamalia. Laktosa sering digunakan dalam industri farmasi, di mana ia berfungsi sebagai pengikat dan pengisi untuk mengisi ukuran tablet dan kapsul serta sebagai pengencer dalam formulasi inhalasi serbuk kering. Laktosa tersedia dalam berbagai bentuk, masing-masing memiliki sifat spesifiknya sendiri. Misalnya, laktosa amorf memiliki sifat kompresi yang baik, tetapi kurang stabil dibandingkan laktosa kristal karena higroskopisitasnya yang tinggi. Bahkan dua isomer dari bentuk kristal (disebut α- dan β-laktosa) memiliki sifat yang sangat berbeda. α-laktosa biasanya ditemukan sebagai monohidrat dan berbeda dengan bentuk β, misalnya dalam kelarutannya [1]. Laktosa kering semprot menggabungkan dua jenis laktosa: Ini adalah matriks laktosa amorf yang di dalamnya terdapat kristal α-laktosa monohidrat.
Sifat-sifat laktosa sangat bergantung pada keadaan kimianya: amorf, α- atau β-kristal. Oleh karena itu, penggunaan laktosa untuk aplikasi tertentu memerlukan identifikasi yang akurat. Berikut ini, kami menunjukkan bagaimana metode analisis termal yang mudah digunakan dapat digunakan untuk mengkarakterisasi eksipien farmasi seperti laktosa.
Identifikasi untuk Kontrol Kualitas - Deteksi DSCFase Kristal dan/atau Amorf
DSC (differential scanning calorimetry) adalah metode yang sering digunakan untuk kontrol kualitas karena metode ini menggabungkan kemudahan penanganan dengan kemampuan untuk mengevaluasi kurva pengukuran secara otomatis, setidaknya untuk pengguna NETZSCH DSC.
Gambar 1 menggambarkan kurva DSC khas α-laktosa monohidrat. Pada awal pengukuran, bahan mengandung satu molekul untuk satu molekul air. Puncak yang terdeteksi pada suhu 146°C (suhu puncak) disebabkan oleh dehidrasi sampel. Di sini, air yang terikat pada kristal menguap. Setelah proses ini, laktosa berada dalam bentuk anhidrat. Anhidrat ini kemudian meleleh pada suhu 216°C (suhu puncak).
Gambar 2 membandingkan kurva DSC α-laktosa monohidrat (yang 100% berbentuk kristal) dengan kurva laktosa baru yang dikeringkan dengan semprotan dan laktosa yang sudah kedaluwarsa. Puncak PenguapanPenguapan suatu unsur atau senyawa adalah transisi fase dari fase cair ke uap. Ada dua jenis penguapan: penguapan dan pendidihan.penguapan air yang khas untuk dehidrasi α-laktosa monohidrat serta puncak leleh laktosa anhidrat terdeteksi untuk ketiga bahan tersebut. Perbedaan dalam entalpi dehidrasi menyoroti perbedaan dalam produk.
- Entalpi dehidrasi lebih tinggi untuk laktosa kristal dibandingkan dengan laktosa yang dikeringkan dengan semprotan (157 J/g vs 126 J/g). Hal ini karena laktosa yang dikeringkan dengan semprotan mengandung sekitar 10% fase amorf. Entalpi dihitung relatif terhadap massa bagian kristal yang ada dalam sampel. Massa ini sesuai dengan 100% sampel untuk α-laktosa monohidrat (sampel kristal lengkap) dan hanya sekitar 90% untuk laktosa yang dikeringkan dengan semprotan.
- Entalpi dehidrasi laktosa kering semprot yang telah kedaluwarsa sangat mirip dengan laktosa kristal. Hal ini menunjukkan bahwa laktosa kering semprot berubah selama penyimpanan.
- Melihat kurva dalam kisaran yang diperbesar antara 0°C dan 120°C memberikan penjelasan awal untuk perilaku ini. Transisi gelas hanya terdeteksi dalam kurva DSC laktosa kering semprot yang baru. Tampaknya selama penyimpanan, bagian amorf yang ada dalam laktosa kering semprot mengkristal; dengan demikian, setelah melewati tanggal kedaluwarsa, bahan tersebut tidak lagi mengandung laktosa amorf, tetapi hanya produk kristal. Kesimpulan ini sangat penting karena bagian amorf yang terkandung dalam laktosa kering semprot bertanggung jawab atas sifat kompresi yang lebih baik daripada laktosa kristal.
Jumlah Air dalam Laktosa: Sebuah Kasus untuk Timbangan Termo-neraca Gravimetri
Untuk lebih memahami peran air untuk laktosa yang dikeringkan dengan semprotan, analisis termogravimetri (TGA) dilakukan. Dalam pengujian tersebut, variasi massa bahan dicatat selama program waktu/suhu tertentu.
Penggabungan dengan spektrometer FT-IR memungkinkan identifikasi gas yang terbentuk.
Gambar 4 menggambarkan kurva TGA yang dihasilkan yang dilakukan pada laktosa yang dikeringkan dengan semprotan (hijau). Selain itu, jejak air, karbon dioksida, dan etanediol, yang terdeteksi oleh spektrometer FT-IR di outlet neraca termogravimetri pada gas yang dievolusi, dilaporkan dalam warna hitam, merah muda, dan biru. Dua langkah kehilangan massa pertama yaitu 0,5% dan 4,5% terkait dengan perkembangan air. Meskipun zat yang sama menguap, prosesnya terjadi pada suhu yang berbeda. Hal ini karena air terikat secara berbeda. Langkah pertama, terkait dengan kehilangan massa 0,5%, berasal dari PenguapanPenguapan suatu unsur atau senyawa adalah transisi fase dari fase cair ke uap. Ada dua jenis penguapan: penguapan dan pendidihan.penguapan air permukaan. Yang kedua, pada 4,5%, terdeteksi pada suhu yang lebih tinggi dan sesuai dengan puncak dehidrasi DSC yang ditunjukkan pada gambar 2. Hal ini berasal dari PenguapanPenguapan suatu unsur atau senyawa adalah transisi fase dari fase cair ke uap. Ada dua jenis penguapan: penguapan dan pendidihan.penguapan air kristal yang terikat pada molekul laktosa.
Langkah kehilangan massa lebih lanjut yang terdeteksi pada 224°C (suhu awal dalam kurva TGA) sesuai dengan Reaksi penguraianReaksi penguraian adalah reaksi yang diinduksi secara termal dari senyawa kimia yang membentuk produk padat dan/atau gas. penguraian laktosa. Reaksi penguraianReaksi penguraian adalah reaksi yang diinduksi secara termal dari senyawa kimia yang membentuk produk padat dan/atau gas. Penguraian laktosa dalam atmosfer lembam mengarah pada pembentukan etanediol dan karbon dioksida.
Jumlah air kristal dapat digunakan untuk menghitung proporsi α-laktosa monohidrat yang ada dalam laktosa yang dikeringkan dengan semprotan. Ini dimungkinkan karena satu
molekul air terikat pada satu molekul laktosa, sehingga langkah kehilangan massa sebesar 5% menunjukkan bahwa bahan tersebut seluruhnya adalah laktosa monohidrat tanpa fase amorf. Hasil ini penting untuk aplikasi seperti pembuatan tablet karena laktosa amorf dan kristal sangat berbeda dalam sifat kompresinya.
Afinitas untuk Air
Apa yang terjadi jika laktosa yang dikeringkan dengan semprotan disimpan di atmosfer yang lembap? Gambar 5 menyajikan kurva termogravimetri laktosa kering semprot, yang diukur saat diterima (hijau) dibandingkan dengan kurva yang dihasilkan dari sampel yang sama yang disimpan selama dua minggu di atmosfer yang lembap (biru).
Penyimpanan menyebabkan peningkatan tajam dalam jumlah air permukaan (0,5% hingga 4,5%). Informasi ini sangat penting karena peningkatan kadar air dapat menyebabkan penggumpalan bubuk. Perlu dicatat bahwa laktosa dengan ukuran partikel 300 μm dapat mengeras dengan mudah segera setelah kadar air lebih tinggi dari 3%. [2]
Penyimpanan dalam atmosfer yang lembab tidak hanya memengaruhi kadar air permukaan, tetapi juga rasio fase kristal-ke-amorf. Perhitungan air kristal tanpa mempertimbangkan air permukaan, yaitu terkait dengan massa sampel tanpa air permukaan, menghasilkan air kristal sebesar 4,5% pada laktosa awal, dibandingkan dengan 4,9% untuk laktosa setelah penyimpanan. Ini berarti bahwa sebagian laktosa amorf mengkristal dalam α-laktosa monohidrat selama penyimpanan di atmosfer yang lembab.
Laktosa amorf sangat sensitif terhadap air, berbeda dengan laktosa berbentuk kristal yang tidak bersifat higroskopis. Penyimpanan laktosa yang dikeringkan dengan semprotan dalam atmosfer yang lembab menghasilkan peningkatan kadar air permukaan, dan karenanya terjadi KristalisasiKristalisasi adalah proses fisik pengerasan selama pembentukan dan pertumbuhan kristal. Selama proses ini, panas kristalisasi dilepaskan.kristalisasi pada bagian amorf produk. Hal ini menghasilkan sifat baru dalam hal kompresibilitas dan kemampuan aliran bubuk.
Kesimpulan
Laktosa ada dalam berbagai bentuk amorf dan kristal, masing-masing memiliki sifat dan aplikasinya sendiri dalam industri farmasi.
DSC adalah metode pilihan untuk mengidentifikasi berbagai bentuk ini. Analisis termogravimetri komplementer menentukan dengan sangat akurat jumlah air yang ada dalam bahan laktosa dan secara terpisah mengidentifikasi air permukaan dan air kristal. Karena terdapat korelasi antara jumlah air kristal dan proporsi α-laktosa monohidrat, instrumen ini juga dapat digunakan untuk menentukan jenis laktosa.
Kedua metode ini digunakan untuk kontrol kualitas. Kedua metode ini sangat penting mengingat laktosa, serta bahan farmasi lainnya, dapat berubah seiring waktu dan dalam kondisi penyimpanan yang berbeda. Pada akhirnya, perubahan ini akan menghambat produksi dan mengganggu kualitas produk. Misalnya, selama pembuatan tablet, masalah yang berkaitan dengan kompresibilitas, kemampuan aliran bubuk dan stabilitas tablet dapat muncul. DSC dan TGA adalah alat untuk menghindari masalah tersebut.