Wprowadzenie
Laktoza jest cukrem występującym w mleku ssaków. Może być otrzymywana w postaci amorficznej lub krystalicznej. α-laktoza krystalizuje jako monohydrat, podczas gdy ß-laktoza nie zawiera krystalicznej wody; dlatego często jest opisywana jako laktoza bezwodna. Szczególną postać laktozy uzyskuje się poprzez suszenie rozpyłowe roztworu drobno zmielonego monohydratu α-laktozy. Podczas tego procesu, oprócz krystalicznej laktozy, powstaje laktoza amorficzna. Otrzymany produkt jest matrycą szkła laktozowego, w której osadzone są kryształy monohydratu laktozy o wąskim rozkładzie wielkości. Obecność struktury amorficznej ułatwia procesy kompresji i prowadzi do lepszych właściwości tabletkowania [1, 2, 3].
Laktoza, wilgotność i zbrylanie
Powinowactwo produktów laktozowych do wilgotnego powietrza zależy od ich modyfikacji. Czyste monohydraty α-laktozy są bardzo stabilne w wilgotnym powietrzu. Natomiast amorficzna laktoza jest bardzo higroskopijna: Przy pewnej wilgotności amorficzna laktoza przekształca się w krystaliczną postać monohydratu α-laktozy i wykazuje zmiany właściwości ściskających [2].
Zbrylanie (pojawianie się grudek o różnych rozmiarach w proszku laktozy) jest częstym problemem, który może wystąpić podczas produkcji, przechowywania lub transportu proszków. Jeśli proszek jest zbrylony, powoduje to wydłużenie czasu przetwarzania i obniżenie jakości produktu. Zbrylanie wynika z tworzenia się stałych mostków między cząstkami z powodu wilgotności, wahań temperatury, ciśnienia i migracji cząstek small [4, 5]. Zdolność do zbrylania zależy również od rozkładu wielkości cząstek. Na przykład, kryształy laktozy small o wielkości cząstek mniejszej niż 300 μm mogą łatwo zbrylać się, gdy zawartość wody jest wyższa niż 3% [4].
Poniżej zbadano wpływ wilgoci na zachowanie podczas przechowywania laktozy FlowLac® 90 firmy MEGGLE za pomocą TGA. FlowLac® 90 to suszony rozpyłowo monohydrat α-laktozy zawierający od 8% do 12% amorficznej laktozy.
Warunki pomiaru
W przypadku obróbki wilgocią próbka była przechowywana w otwartym pojemniku umieszczonym w zamkniętym naczyniu wypełnionym wodą (bez bezpośredniego kontaktu próbki z wodą) przez dwa tygodnie (rysunek 2).
Pomiary przeprowadzono za pomocą aparatu TG 209 F1 Libra® w dynamicznej atmosferze azotu (40 ml/min). Dwie próbki laktozy przygotowano w zamkniętych tyglach aluminiowych: jedną w stanie, w jakim ją otrzymano (6,43 mg), a drugą po dwutygodniowym okresie przechowywania w wilgotnej atmosferze (7,62 mg). Pokrywka każdej szalki na próbki została automatycznie przekłuta z urządzenia tuż przed pomiarem. Próbki były podgrzewane od temperatury pokojowej do 600°C z prędkością 10 K/min.
Wyniki testów
Rysunek 3 przedstawia zmiany masy w obu próbkach podczas ogrzewania do 600°C. Rysunek 4 przedstawia powiększenie zakresu temperatur od temperatury pokojowej do 200°C. Dwie krzywe TGA różnią się znacznie w pierwszym etapie utraty masy wynikającym z uwolnienia wody powierzchniowej: Dwutygodniowe przechowywanie w wilgotności powoduje wzrost zaadsorbowanej wody z 0,5% do 4,5% (niebieskie krzywe). Nie wykryto znaczącej różnicy w drugim etapie ubytku masy wynoszącym odpowiednio 4,5% i 4,7%. Ten etap jest spowodowany uwolnieniem krystalicznej wody obecnej w monohydracie α-laktozy. Następnie następujeReakcja rozkładuReakcja rozkładu to wywołana termicznie reakcja związku chemicznego tworząca produkty stałe i/lub gazowe. rozkład w temperaturze 224°C (ekstrapolowany początek krzywej TGA), który odbywa się w dwóch etapach, niezależnie od obróbki wilgocią. Więcej informacji na temat procesu rozkładu podano w [7].
Wnioski
Termograwimetria pozwala na oznaczenie wody powierzchniowej i krystalizacyjnej w pojedynczej analizie. Classical metody oznaczania wody, takie jak Karla Fischera, destylacja toluenu i konwencjonalne metody piecowe, wymagają w niektórych przypadkach dłuższego czasu analizy i dostarczają mniej wyników niż pojedynczy pomiar TGA [8]. Dwutygodniowe przechowywanie w wilgotnej atmosferze w temperaturze pokojowej powoduje gwałtowny wzrost zawartości wody powierzchniowej w suszonym rozpyłowo monohydracie α-laktozy. W tym przypadku metoda TGA służy jako narzędzie kontroli jakości poprzez monitorowanie ilości wody powierzchniowej w produkcie, aby nie doszło do zbrylenia proszku podczas przechowywania, transportu i przetwarzania laktozy.