Inleiding
Lactosemonohydraat is een van de meest gebruikte hulpstoffen in de farmaceutische industrie. Dankzij de goede beschikbaarheid, gunstige verwerkingseigenschappen, samendrukbaarheid en strooibaarheid wordt het vaak gebruikt als vulstof of verdunningsmiddel in tabletten en capsules. Om een consistente productkwaliteit te waarborgen, is het van essentieel belang om eventuele veranderingen in het materiaal tijdens opslag en verwerking betrouwbaar te detecteren.
Opslag, vochtopname of structurele veranderingen kunnen de fysische eigenschappen van farmaceutische grondstoffen in poedervorm beïnvloeden. Naast gevestigde methoden voor thermische karakterisering is Light Flash Analysis (LFA, schematisch weergegeven in figuur 1) een snelle, contactloze en niet-destructieve techniek voor het bepalen van de thermische diffusiviteit van materialen. Bij deze methode wordt het voorvlak van een vlak-parallel monster verwarmd door een korte energiepuls; de daaruit voortvloeiende temperatuurstijging aan het achtervlak wordt geregistreerd door een infrarooddetector en gebruikt om de thermische diffusiviteit te bepalen.
Opslageffecten zichtbaar maken: verse versus verlopen lactose
Er werden twee poeders van lactosemonohydraat onderzocht: een vers monster en een monster waarvan de houdbaarheidsdatum was verstreken. Beide poeders werden onder identieke omstandigheden (bij 20 kN gedurende 20 minuten) tot pellets geperst om vergelijkbare monstergeometrieën en contactomstandigheden te verkrijgen. Het doel van het onderzoek was om mogelijke verschillen in de thermische diffusiviteit van de twee materialen in het lage temperatuurbereik, van kamertemperatuur tot 80 °C, aan het licht te brengen.
Nauwkeurige LFA-metingen met de LFA 717 HyperFlash®
De metingen werden uitgevoerd met behulp van de LFA 717 HyperFlash®. Dit instrument is ontworpen voor uiterst nauwkeurige en snelle metingen van de thermische diffusiviteit van een breed scala aan materialen en maakt analyses onder gedefinieerde atmosferen mogelijk. In deze reeks metingen werd de analyse uitgevoerd onder een argonatmosfeer op cilindrische pellets met een diameter van 12,6 mm en een hoogte van 3 mm.
Duidelijke verschillen worden betrouwbaar gedetecteerd
Figuur 2 toont de thermische diffusiviteit van beide lactosemonohydraatkorrels als functie van de temperatuur in het bereik van 25 °C tot 80 °C. Voor beide monsters is een afname van de thermische diffusiviteit bij stijgende temperatuur waarneembaar. Dit gedrag komt overeen met de typische trend die bij veel materialen wordt waargenomen, waarbij toenemende fonon-fonon-interacties bij hogere temperaturen het warmtetransport beïnvloeden.
Het verse lactosemonster vertoont over het gehele onderzochte temperatuurbereik lagere waarden dan het monster waarvan de houdbaarheidsdatum is verstreken. Het verschil bedraagt maximaal ongeveer 16%. Dit verschil kan worden toegeschreven aan een hoger aandeel amorfe componenten in het verse monster. Amorfe gebieden kunnen de warmteoverdracht binnen de korrel sterker belemmeren dan kristallijne structuren, wat resulteert in een lagere thermische diffusiviteit.
LFA als waardevol hulpmiddel voor het beoordelen van de kwaliteit van geneesmiddelen
Uit het onderzoek blijkt dat de analyse met behulp van de „ LFA 717 HyperFlash® ” gevoelig is voor materiaalgerelateerde verschillen tussen monsters van lactosemonohydraat. Zelfs binnen het gematigde temperatuurbereik tussen 25 °C en 80 °C konden duidelijke verschillen in thermische diffusiviteit tussen verse en verlopen lactose worden vastgesteld. Lichtflitsanalyse vormt derhalve een waardevolle methode voor het karakteriseren van farmaceutische hulpstoffen en het beoordelen van veranderingen als gevolg van opslag.
Overzicht van meetgegevens
| Parameter | Instelling |
|---|---|
| Monster | Lactosemonohydraat, vers en verlopen |
| Instrument | LFA 717 HyperFlash® |
| Detector | MCT |
| Monsterhouder | Ø 12,7 mm, standaard |
| Atmosfeer | Argon |
| Verwarmingssnelheid | 10 K/min |
| Temperatuurbereik | 25 °C tot 80 °C |
| Afmetingen van het monster | Ø 12,6 mm, hoogte 3 mm |
| Evaluatiemodel | Standaard |
| Voorbereiding van het proefstuk | Geperst bij 20 kN gedurende 20 minuten |
Conclusie
De thermische diffusiviteit bepaalt hoe snel warmte zich binnen lactosepoeder verspreidt. Deze factor beïnvloedt indirect de stabiliteit van lactose, aangezien zij bepalend is voor het temperatuurprofiel en daarmee voor de thermische belasting van het poeder. Een hoge thermische diffusiviteit leidt tot een snellere en gelijkmatigere verwarming of afkoeling, terwijl een lage thermische diffusiviteit kan leiden tot temperatuurgradiënten, waardoor verschillende delen van het poeder gedurende uiteenlopende tijdsduur aan thermische belasting worden blootgesteld.
Naast de thermische diffusiviteit zijn ook de temperatuur, de blootstellingstijd en het vochtgehalte cruciale factoren die de stabiliteit beïnvloeden. Bij verhoogde temperaturen en luchtvochtigheid kunnen Maillard-reacties*, verkleuring en veranderingen in de kristalstructuur van de lactose of het kristalwatergehalte optreden.
*De Maillard-reactie is een chemische reactie tussen reducerende suikers en de aminogroepen van eiwitten of aminozuren. Deze reactie wordt voornamelijk versneld door hogere temperaturen en vaak ook door vocht. Typische gevolgen zijn onder meer de vorming van bruine en geelachtige pigmenten, evenals andere mogelijke reactieproducten, die de eigenschappen van het product kunnen veranderen.