Исследование процесса нанесения защитного покрытия на капсулированные формы пробиотических препаратов

УДК 664.144 ББК 36.94

Н. П. Васина, Ю. А. Максименко, И. Ю. Алексанян

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА НАНЕСЕНИЯ ЗАЩИТНОГО ПОКРЫТИЯ НА КАПСУЛИРОВАННЫЕ ФОРМЫ ПРОБИОТИЧЕСКИХ ПРЕПАРАТОВ

N. P. Vasina, Yu. A. Maksimenko, I. Yu. Aleksanyan

INVESTIGATION OF THE PROCESS OF PUTTING PROTECTIVE SHELL ON CAPSULED FORMS OF PROBIOTIC MEDICINE

На основе экспериментально-аналитических исследований изучалась основная характеристика защитной оболочки капсулированных форм - толщина. Для анализа и оценки выполнена аппроксимация эмпирических данных и получены поля значений h при фиксированных

и d соответственно. Анализ экспериментальных данных позволил выявить характер изменения зависимости толщины оболочки от влияющих факторов.

Ключевые слова: защитная оболочка, капсулированные лекарственные формы, толщина.

On the basis of experimental and analytical studies the main characteristic of protective shell of capsuled forms - thickness is studied. For the analysis and the evaluation the approximation of the empirical data is made and the ranges of values h at fixed wn and d respectively are fixed.

The analysis of the experimental data allowed revealing the character of changes of the dependence of the shell thickness on impact factors.

Key words: protective shell, capsuled medicine, thickness.

Введение

Важной задачей, которая стоит перед фармацевтической промышленностью, является обеспечение качества, безопасности и эффективности лекарственных препаратов, что может быть достигнуто как разработкой новых лекарственных форм, так и совершенствованием технологии существующих. К числу наиболее распространенных лекарственных форм следует отнести капсулы, в том числе покрытые оболочкой.

В производстве капсул нанесение покрытий, как правило, является заключительной технологической операцией, и такие показатели качества, как внешний вид, средняя масса, распа-даемость непосредственно зависят от нанесенной оболочки.

В процессе нанесения покрытий на поверхности капсул формируется оболочка заданной толщины. Учитывая, что толщина оболочки влияет на распадаемость этой лекарственной формы и время высвобождения из нее действующих веществ, очень важным является обеспечение равномерности покрытия в пределах одной технологической серии [1].

Исследования процесса нанесения энтеросолюбильной защитной оболочки на капсулиро-ванные формы пробиотических препаратов проводились на экспериментальной установке, которая позволяет наносить покрытия более равномерно и при соблюдении температурного режима, а также совместить нанесение с подсушкой (рис. 1).

Основу экспериментальной установки составляет сушильная камера, закрепленная для устойчивости в металлической раме.

Поток воздуха, подаваемый в сушилку вентилятором, подогревается в калорифере, проходит через воздушный фильтр и направляется под газораспределительную решетку, приводя капсулы во взвешенное состояние. Изменение расхода сушильного агента осуществлялось посредством регулировочного вентиля. Скорость потока теплоносителя определялась анемометром 6 марки DT 318, гибкий измерительный зонд которого устанавливали в камеру 4. Разбрызгивание материала оболочки производится через распылитель. Увлажненный воздух выводится из рабочей зоны сушилки через рукавный фильтр. Конечный продукт транспортируется на дальнейшую обработку.

За целевую функцию выбрана толщина h, мм, наносимой защитной оболочки.

В результате серии постановочных экспериментальных исследований установлены основные факторы, влияющие на целевые функции (толщина покрытия): скорость ожижающего агента

Ув, м/ч; давление воздуха в форсунке Рф, МПа; начальная влажность композиции ^н, кг/кг; расход композиции G, м3/ч; диаметр отверстия в форсунке d, мм. Выбор границ варьирования факторов осуществлялся исходя из технологических ограничений и возможностей технического осуществления процесса нанесения покрытия.

Рис. 1. Экспериментальная установка для исследования процесса нанесения энтеросолюбильной защитной оболочки на капсулированные формы: 1 - вентилятор; 2 - вентиль регулировки расхода сушильного агента; 3 - трубопровод; 4 - камера определения скорости сушильного агента; 5 - электрокалорифер;

6 - анемометр DT 318; 7 - трубопровод нагретого теплоносителя; 8 - газораспределительная решетка;

9 - сушильная камера; 10 - пробоотборник; 11 - микроманометр ММН-240; 12 - рама; 13 - пьезометрические трубки; 14 - распылитель; I - поток сушильного агента, поступающего в калорифер;

II - поток нагретого сушильного агента; III - поток отработавшего сушильного агента

Проведение экспериментальных исследований осуществлялось по полному многоуровневому многофакторному плану с помощью вероятностно-статистических методов планирования и обработки экспериментальных данных.

Основные факторы, влияющие на целевые функции и уровни их варьирования, приведены в табл. 1.

Таблица 1

Основные факторы, влияющие на целевые функции и уровни их варьирования

Уровень Факторы

Расход продукта G, м3/ч Скорость воздуха Vв, м/ч Давление воздуха в форсунке Рф, МПа Начальная влажность композиции м>н, кг/кг Диаметр отверстия в форсунке й, мм

1 0,0012 240 0,253 0,8 0,7

2 0,0048 330 0,456 0,5 1,4

Значительное влияние на толщину и равномерность наносимой защитной оболочки оказывает давление воздуха в форсунке, величину которого необходимо поддерживать в пределах Рф = 0,253...0,456 МПа. Увеличение Рф > 0,456 МПа приводит к увеличению дальнобойности, уменьшению корневого угла факела распыла и, как следствие, большим потерям наносимой оболочки. Снижение Рф < 0,253 МПа ведет к образованию крупных капель продукта на выходе из сопла, что значительно ухудшает качество покрытия.

Важным фактором является диаметр отверстия в форсунке d. Согласно результатам поисковых экспериментальных исследований, величину d следует выдерживать в пределах d = 0,7. 1,4 мм, что обусловливается технологическими особенностями процесса. Применение диаметра отверстия менее 0,7 мм нецелесообразно ввиду значительной густоты наносимой обо-

лочки, а также существенной вероятности засорения форсунки. Дальнейшее увеличение диаметра более 1,4 мм приводит к нестабильности факела, в процессе напыления происходит растекание оболочки.

Расход наносимой оболочки также является фактором, влияющим на целевые функции. При прочих одинаковых условиях повышение расхода в единицу времени ведет к снижению качества покрытия (равномерность) и увеличению толщины покрытия. Это объясняется увеличением дисперсности факела (образование крупных капель продукта) и изменением его формы (увеличивается корневой угол и уменьшается дальнобойность).

Варьирование влажности в серии экспериментов достигалось изменением состава исходной композиции.

Образец композиции распылялся на капсулированные формы посредством форсунки. Через равные промежутки времени распыление останавливали и вынимали капсулу. Затем вырезали сегмент капсулы для измерения полученной толщины на микроскопе Альтами БИО 2 (рис. 2).

Рис. 2. Фотография среза капсулы с толщиной покрытия h = 0,18 мм при увеличении в 10 раз

В результате экспериментальных исследований получены значения целевой функции h при различных ё, О, Ув, Рф.

Компьютерная обработка экспериментальных данных позволила получить адекватные аппроксимирующие зависимости целевой функции ^ мм, от варьируемых факторов:

- при диаметре отверстия форсунки d = 0,7:

[

^Р, О1 ,у, w) :=

- при диаметре отверстия форсунки d = 1,4:

Н (Р, О1,у, w): =

[(-2,53417778 х 10-4 • w +1,5712 х 10-4) V + (0,097310256 w-0,045006794)]О1... [(-6,0818537 х 10-7 • w + 7,05479796 х 10-7) V + (6,93380223 х 10-5 • w-2,42660418 хЮ-4)]Р. [(1,25843624 х 10-4 • w + 9,22211952 х 10-5) V + (-0,04313858 w-0,0308317)]О1...

+

Результаты расчета по уравнению зависимости целевой функции от влияющих факторов представлены на рис. 3 и 4 в виде полей значений h при фиксированных wн и ё соответственно.

1

G, м3/ч

Рис. 3. Поле значений толщины покрытия при начальной влажности 80 % и диаметре отверстия форсунки 0,7 мм: 1 - V?, = 240 м/ч; 2 - VB = 330 м/ч

1

О, м3/ч

Рис. 4. Поле значений толщины покрытия при начальной влажности 80 % и диаметре отверстия форсунки 1,4 мм: 1 - Ув = 240 м/ч; 2 - ^ = 330 м/ч

Для определения характера влияния параметров процесса на толщину покрытия капсулиро-ванных форм проводили экспериментальное исследование. В качестве факторов были выбраны: расход наносимой композиции; давление воздуха, подаваемого на форсунку для распыла композиции; скорость ожижающего агента; диаметр отверстия в распылителе. Что касается температуры подаваемого воздуха, то диапазон изменения этого параметра ограничен сверху термолабильностью лекарственных веществ, заключенных в капсулированной форме, а нижняя граница связана с уменьшением производительности установки. Влияние каждого из указанных параметров исследовали при фиксированных значениях остальных.

Исследование влияния скорости ожижающего агента в аппарате показало, что увеличение скорости способствует более равномерному покрытию капсул. Это объясняется следующим образом: с повышением скорости ожижающего агента возрастает интенсивность циркуляции частиц в слое, что, в свою очередь, приводит к более равномерному распределению материала покрытия между капсулами. Однако толщина покрытия уменьшается. Объясняется это тем, что увеличивается порозность псевдоожиженного слоя, приводящая к увеличению проскока наносимой оболочки через слой капсул.

Исследование влияния давления воздуха в распылителе показало: с повышением давления увеличивается дисперсность факела, уменьшается корневой угол распыла и увеличивается дальнобойность, что, в свою очередь, приводит к возрастанию уноса частиц материала покры-

тия. Растет поверхность контакта фаз, а также увеличивается интенсивность перемещения капсул в слое, т. к. направление распыла совпадает с направлением движения ожижающего агента. При этом толщина покрытия уменьшается.

Существенное влияние на толщину оболочки оказывает также диаметр отверстия в распылителе. При большем диаметре отверстия в распылителе увеличивается дисперсность факела и расход на выходе из сопла. Меняется также форма факела (увеличивается корневой угол и уменьшается дальнобойность), что приводит к увеличению толщины наносимой оболочки.

Заключение

Таким образом, разработан способ нанесения покрытий на капсулы, обеспечивающий требуемую толщину защитной оболочки.

Предложена математическая модель процесса нанесения покрытий на капсулированные формы пробиотических препаратов. По результатам экспериментального исследования процесса определены технологические параметры процесса, при которых обеспечивается достаточно высокая равномерность покрытия капсул и устойчивость процесса.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Флисюк Е. В. Исследование процесса покрытия гранул в псевдоожиженном слое / Е. В. Флисюк, С. А. Минина, М. В. Мурзакаева, Л. С. Ефимова // Химия и технология лекарственных веществ: Всерос. науч. конф. - СПб., 1994. - С. 51.

REFERENCES

1. Flisiuk, E. V., Minina, S. A., Murzakaeva, M. V., Efimova, L. S. Issledovanie protsessa pokrytiia granul v psevdoozhizhennom sloe [Investigation of the process of covering granules in pseudo liquid layer]. Khimiia i tekhnologiia lekarstvennykh veshchestv. Vserossiiskaia nauchnaia konferentsiia. Saint Petersburg, 1994, p. 51.

Статья поступила в редакцию 23.04.2013

ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ

Васина Наталия Павловна — Астраханский государственный технический университет; ассистент кафедры «Технологические машины и оборудование»; zolinatashka@mail.ru.

Vasina Natalia Pavlovna — Astrakhan State Technical University; Assistant of the Department "Technological Machines and Machinery"; zolinatashka@mail.ru.

Максименко Юрий Александрович — Астраханский государственный технический университет; канд. техн. наук, доцент; доцент кафедры «Технологические машины и оборудование»; amxs@yandex.ru.

Maksimenko Yuriy Aleksandrovich — Astrakhan State Technical University; Candidate of Technical Sciences, Assistant Professor; Assistant Professor of the Department 'Technological Machines and Machinery"; amxs@yandex.ru.

Алексанян Игорь Юрьевич — Астраханский государственный технический университет; д-р техн. наук, профессор; профессор кафедры «Технологические машины и оборудование»; amxs@yandex.ru.

Aleksanyan Igor Yurievich — Astrakhan State Technical University; Doctor of Technical Sciences, Professor; Professor of the Department 'Technological Machines and Machinery"; amxs@yandex.ru.