Bartłomiej Pesta, Marzena Jamrógiewicz, Małgorzata Sznitowska

Charakterystyka procesu i produktu granulacji z wykorzystaniem zaawansowanych technik analizy fizycznej

 

2025-10-31

Granulacja mokra jest najczęściej stosowanym procesem pośrednim w produkcji tabletek i kapsułek. W tej metodzie granulacji szczególnie istotną rolę odgrywa granulacja szybkoobrotowa, głównie dzięki dostępności urządzeń i możliwości stosunkowo łatwego wprowadzania zmiennych procesowych, co skutkuje kontrolą właściwości otrzymanego granulatu. Mimo że technika ta nie jest nowa, w świetle obecnego podejścia „Jakość przez projektowanie, QbD”, wyzwaniem staje się dogłębne poznanie i zrozumienie procesu. Pomocne w realizacji tych założeń może być wykorzystanie opisanych w pracy zaawansowanych technik analizy fizycznej jako narzędzi kontroli procesowej, a także narzędzi on-line służących do oceny właściwości finalnego produktu.

W celu optymalizacji procesu granulacji na mokro wykorzystuje się wiele fizycznych i termodynamicznych zależności, które pomagają scharakteryzować i zrozumieć zjawiska fizyczne zachodzące podczas aglomeracji cząstek proszku przy użyciu cieczy wiążącej. W artykule zdefiniowano i wyjaśniono znaczenie liczby Webera, sił kapilarnych, stopnia zwilżenia proszku oraz gęstości nasypowej granulatu. Zaprezentowano też różne stosowane lepiszcza z omówieniem przykładów zachodzących oddziaływań fizykochemicznych i wykorzystania w technologii farmaceutycznej. Przygotowano zestawienie parametrów zmiennych granulacji szybkoobrotowej i omówiono ich wpływ na jakość granulatu. Dokonano przeglądu narzędzi analitycznych i technologii analizy procesowej wykorzystywanych do charakterystyki procesu granulacji, przy czym po raz pierwszy zestawiono je w kontekście ich praktycznego zastosowania w granulacji szybkoobrotowej. Oryginalnym elementem opracowania jest przegląd nowoczesnych metod analitycznych w kontekście ich aktualnego zastosowania do oceny właściwości fizycznych cząstek granulatu, nie tylko w otrzymanym produkcie, ale też w trakcie trwania procesu.

W niniejszej pracy przeglądowej scharakteryzowano składniki granulatów i proces granulacji szybkoobrotowej, szczególną uwagę poświęcając wpływowi parametrów procesowych na jakość otrzymywanego granulatu. Nowatorskim elementem opracowania jest interdyscyplinarne powiązanie parametrów technologicznych z fizykochemicznymi mechanizmami wiązania cząstek, co pozwala na pełniejsze zrozumienie procesu. Zaprezentowane zostały zaawansowane techniki analizy fizycznej, które mogą być zastosowane do analizy przebiegu procesu granulacji w ramach tzw. technologii analizy procesu (PAT), służące lepszemu poznaniu i kontroli procesu zgodnie z założeniami koncepcji QbD, a nowością niniejszego opracowania jest ich krytyczne zestawienie z perspektywą wdrożeń.

Słowa kluczowe: granulacja szybkoobrotowa, jakość przez projektowanie (QbD), technologia analizy procesowej (PAT).

© Farm Pol, 2025, 81(2): 81–94

Characterization of granulation process and product with the usage of advanced physical methods

Wet granulation is the most commonly used indirect process in the production of solid oral dosage forms when direct compression is not possible. This method of granulation is particularly important due to availability of equipment and the relatively easy implementation of numerous process variables, which allows control of the properties of the granulate. Although this technique is not new, in light of the current “Quality by Design, QbD” approach, in-depth knowledge and understanding of the process becomes a challenge. The usage of advanced physical analysis techniques, including online process control tools for assessing the properties of the final product can be helpful in achieving these goals.

To optimize the wet granulation process, numerous physical and thermodynamic associations are used to characterize and understand the physical phenomena that occur during the agglomeration of powder particles using wetting liquid binders. This article defines and explains the importance of the Weber number, capillary forces, wettability index, and granulate bulk density. Various liquid binders are also presented, along with examples of the physicochemical interactions and their applications in pharmaceutical technology. A summary of variable parameters that characterizes high-shear granulation is prepared and their impact on granulate quality is discussed. A list of the process variable parameters was prepared and their impact on the quality of granules was discussed. The original element of the study is a review of modern analytical methods in the context of their current application in assessing the physical properties of granules, not only in the obtained product, but also during the process. Analytical tools and process analysis technologies used for the characteristics of the granulation process were reviewed, with a special emphasis to their practical use in high-shear wet granulation.

This review provides a comprehensive characterization of granulates and the high-shear granulation process, with particular attention paid to the impact of process parameters on the quality of the obtained granulate. The novelty element of the study is the interdisciplinary connection of technological parameters with physicochemical particle binding mechanisms, which allows for a fuller understanding of the process. Advanced physical analysis techniques have been presented, which can be used to analyze the granulation process under the so-called Process Analytical Technology (PAT), for better knowledge and process control in accordance with the assumptions of the QBD concept, and the novelty of this study is their critical combination with the prospect of implementation.

Keywords: high-shear wet granulation, Quality by Design, Process Analytical Technology (PAT).

© Farm Pol, 2025, 81(2): 81–94