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Herstellung von Pellets durch Extrusion und Spheronisation : systematische Rezepturentwicklung als Grundlage für ein wissensbasiertes System

Groebel, Christoph Andreas

English Title: Production of Pellets by Extrusion and Spheronisation : systematic development of formulations as a basis of a knowledge-based system

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PDF, German
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Abstract

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Herstellung von Pellets mittels Extrusion und Spheronisation. Variablen der Rezepturzusammensetzung und der Verfahrensbedingungen sollten im Hinblick auf ihren Einfluss auf charakteristische Kenngrößen der hergestellten Pellets untersucht werden. Ziel dieser Untersuchungen war es, Möglichkeiten der Prognose für bestimmte Pelleteigenschaften zu entwickeln. Es konnte gezeigt werden, dass der Nutzanteil einer Pelletcharge vom zugesetzten Wasseranteil abhängt. Für binäre Mischungen aus einem Arzneistoff und dem Extrudierhilfsmittel mikrokristalline Cellulose konnten lineare Abhängigkeiten für den optimalen Wasseranteil festgestellt werden. Über substanzspezifische Konstanten für den Wasseranteil konnte eine Möglichkeit zur Berechnung der benötigten Wassermenge entwickelt werden. Auch der Pelletdurchmesser ist von der Rezepturzusammensetzung abhängig. Als Hauptkomponente wurden Avicel- und Wasseranteil identifiziert. Drei mathematische Modelle zur Prognose des mittleren Pelletdurchmessers wurden entwickelt und verglichen. Das beste Modell basiert auf der experimentellen Bestimmung einiger Stoffkonstanten. Die Rundheit der Pellets wird ebenfalls durch den Wasseranteil beeinflusst und lag bei optimalem Wasseranteil (der über den Nutzanteil definiert wird) immer im geforderten Bereich. Für die Pellet-Schüttdichte konnten keine eindeutigen Abhängigkeiten gefunden werden, bei der Pellet-Bruchfestigkeit erschwerten stark streuende Messergebnisse die Auswertung; jedoch konnte eine Prognosegleichung für die Bruchfestigkeit aufgestellt werden, die im Rahmen der Messgenauigkeit eine gute Berechnung ermöglicht. Es zeigte sich, dass die Freigabe aus diesen Matrixarzneiformen maßgeblich durch Eigenschaften des Arzneistoffs bestimmt wird. Anhand der verwendeten Substanzen wurden drei Gruppen definiert, die sich im Hinblick auf die Freisetzung unterschiedlich verhalten. Beim Vergleich der Verfahren wurde deutlich, dass zwar mit allen untersuchten Gerätekombinationen Pellets hergestellt werden können, die Anforderungen an die Rezepturzusammensetzung und die Eigenschaften der erhaltenen Pellets jedoch unterschiedlich sind. Diese Unterschiede konnten über verfahrensspezifische Korrekturfaktoren ausgeglichen werden. Die Spheronisation wurde getrennt vom Gesamtverfahren betrachtet. Hier ging es vornehmlich um die Festlegung optimaler Verfahrensparameter. Ebenso wurden zwei Trocknungsverfahren einander gegenübergestellt. Dabei zeigte sich, dass die Hordentrocknung und die Wirbelschichttrocknung in den untersuchten Fällen vergleichbare Ergebnisse bringen und daher austauschbar sind.

Translation of abstract (English)

The present work deals with the production of pellets by extrusion and spheronisation. The effects of formulation and process parameters and their influence on pellets characteristics were investigated. The aim of these investigations was to obtain formula to predict the pellet properties in advance. The yield of a pellet batch was found to be dependent on the amount of added water. For binary mixtures of a model drug and microcrystalline cellulose (MCC), a linear relationship between the optimum water content and the fraction of MCC was found. With the aid of substance-specific constants the optimum water content of a mixture could be calculated. The pellet diameter depends on the formulation as well. The main influence results from the fraction of MCC in the mixture and the related water content. Three mathematical models for the prediction of the pellet diameter were compared. The model showing the best correspondence was based on the experimental determination of substance-specific factors. The roundness of pellets was influenced by the amount of added water. At an optimum water content (defined by the yield of pellets), the roundness was always in an optimum range, too. No clear dependency could be found for the bulk density of the pellets and values for the pellets� tensile strength showed a wide variation, which made it difficult to evaluate the results. Nevertheless, a formula to predict the tensile strength could be set up and works well with regard to the accuracy of the measurements. Drug release rate from these matrix formulations was mainly influenced by physical characteristics of the drug. For the three model drugs used in this work, three different groups of drug release properties could be defined. By classifying a substance to one of these groups, the drug release behavior could be predicted. Several combinations of equipment were used to produce pellets in this work. The comparison of these methods showed that pellets can be obtained with all investigated combinations, but each method had different requirements on the formulation, and pellets showed some differences in their properties. These differences can be compensated by using method-specific factors, for example for optimum water content, diameter and tensile strength. The Spheronisation step was investigated separately from the complete process to determine the optimum process conditions. Two drying methods for the pellets were also compared regarding their interchangeability in the manufacturing process. It could be shown that tray- and fluidized-bed drying led to the same results.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Stricker, Prof. Dr. Herbert
Date of thesis defense: 15 July 2004
Date Deposited: 11 Oct 2004 07:19
Date: 2004
Faculties / Institutes: The Faculty of Bio Sciences > Institute of Pharmacy and Molecular Biotechnology
Subjects: 570 Life sciences
Controlled Keywords: Pellet, Rezeptur, Extruder, Wissensbasiertes System, Pharmazeutische Technologie
Uncontrolled Keywords: Extrusion , Spheronisation , RezepturentwicklungExtrusion , Spheronisation , knowledge-based System , Development of formulations
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