Mit Emulatoren reibungslos in die Produktion
Prozessentwicklung in der Tablettenproduktion
Nicolas Ender, Group Lead Application Testing bei Fette Compacting
Der Übergang von der Prozessentwicklung zur kommerziellen Tablettenproduktion ist ein neuralgischer Punkt: Was im Labor oder kleinen Maßstab funktioniert, kann sich auf der Produktionslinie anders verhalten. Emulatoren ermöglichen einen besonders effizienten und zuverlässigen Übergang, da sie die realen Prozessbedingungen abbilden. So lassen sich kritische Parameter und Einflussfaktoren frühzeitig verstehen und validieren, bevor sie in der Produktion eingesetzt werden.
Die Pharmaindustrie steht unter hohem Zeit- und Kostendruck: Neue Formulierungen werden zunehmend komplexer, Material ist teuer und regulatorische Anforderungen steigen. Gleichzeitig soll der Transfer in die Produktion möglichst schnell und reibungslos funktionieren. Genau hier liegt die Herausforderung, denn Pulvermischungen verhalten sich komplex und je nach Menge unterschiedlich, was das Scale-up erschwert: Dosiermechaniken reagieren sensibel auf Fließeigenschaften, Mischdynamiken ändern sich mit dem Durchsatz und im Labor entwickelte analytische Methoden stoßen unter Produktionsbedingungen auf neue Umgebungsbedingungen.
Reale Bedingungen statt Annahmen
Abhilfe schaffen Emulatoren: Anders als Simulatoren, die auf Modellannahmen und Umrechnungen basieren, bilden Emulatoren tatsächliche Prozessbedingungen im gleichen Maßstab physikalisch exakt nach. Dafür bieten sie identische Prozesse und Bedienung wie Anlagen im Produktionsmaßstab und reproduzieren deren Prozessdynamik. So lassen sich Parameter, Rezepte und analytische Methoden von Teilprozessen entwickeln und validieren, ohne die kommerzielle Anlage zu blockieren. Zudem erfordert die Prozessentwicklung mit Emulatoren deutlich weniger Material, welches unter Umständen sogar mehrfach verwendet werden kann. Die Optimierung konzentriert sich auch auf einzelne Teilprozesse, was die Komplexität reduziert.
Ein typisches Anwendungsbeispiel ist der aus Kostengründen erwogene Wechsel eines Inhaltsstoff-Lieferanten oder dessen Qualität. Mit Emulatoren lässt sich dessen Verhalten vorab unter produktionsnahen Bedingungen testen, bevor eine tatsächliche Umstellung der Produktion erfolgt. Auch die Feinabstimmung einzelner Prozessparameter kann man auf diese Weise zunächst im kleineren Maßstab erproben. So werden nur erprobte Änderungen in die Produktion gegeben und damit die Stabilität und Qualität stets gewährleistet.
Drei Emulatoren in der Anwendung
Wo sich Emulatoren entlang zentraler Prozessschritte der Tablettenproduktion konkret einsetzen lassen, zeigen drei Beispiele aus dem Portfolio von Fette Compacting. Der FE CPS Process Emulator (Abb. 1) kommt bei der kontinuierlichen Direktverpressung mit Loss-in-Weight-Dosierung zum Einsatz und bildet diese 1:1 ab. Dosierparameter, Schneckentypen und Nachfüllstrategien lassen sich systematisch testen und optimieren. Die Rezepte können anschließend direkt auf das kontinuierliche Verarbeitungssystem FE CPS im Produktionsmaßstab übertragen werden, das zusammen mit einer Tablettenpresse eine Linie zur kontinuierlichen Direktverpressung bildet (Abb. 2).
Beim ePAT Emulator (Abb. 3) steht die Prozessanalytik im Mittelpunkt. Auf Basis der Nahinfrarot-Spektroskopie lassen sich chemometrische Modelle unter maßstabsgetreuer Produktionsdynamik einrichten, kalibrieren und validieren. Das schafft die Grundlage für zuverlässige In-Line-Messungen. Dabei werden Tabletten 1:1 mit der gleichen Trajektorie und Geschwindigkeit an dem TU Sensor vorbeigeführt, wie es in der Tablettenpresse im Produktionsmaßstab erfolgt.
Der ePAT BU Emulator (BU = Blend Uniformity) wiederum bildet die Pulverdynamik im Füllsystem der Tablettenpresse ab. So können Anwender Methoden zur Bestimmung der Mischhomogenität entwickeln und prüfen, ohne dass eine vollständige Tablettierung erforderlich ist und das Pulver kann für Folgetests weiterverwendet werden.
Bindeglied für die industrielle Produktion
Die drei Beispiele zeigen, wie Emulatoren den Weg von der Materialcharakterisierung über die Prozessentwicklung bis zur Produktionsoptimierung begleiten. Idealerweise sind sie dabei in ein ganzheitliches Prozessverständnis eingebettet. Diesen Ansatz verfolgt Fette Compacting mit der Strategie „Together – from lab to production“ (Abb. 4). In Kombination mit einer standardisierten Produktionslinie des Herstellers lassen sich dann kritische Zustände gezielt untersuchen, Prozessgrenzen systematisch ausloten und Störungen kontrolliert simulieren. So beschleunigen Emulatoren die Entwicklung, da Rezepturen unter nahezu identischen Bedingungen getestet und Schwachstellen früh erkannt und optimiert werden.
Fazit: Reduzierte Risiken, beschleunigte Optimierung
Dank Emulatoren verringern sich die Risiken in der Produktion durch die direkte Übertragbarkeit von Parametern und Messmethoden deutlich. Abweichungen im Dosierverhalten oder in der Analytik werden früh sichtbar. Neben dem Einsatz in Kompetenzzentren von Fette Compacting haben sich Emulatoren wegen der moderaten Investitionskosten auch direkt bei Kunden bewährt.
Nicolas Ender
Group Lead Application Testing bei Fette Compacting
