胶塞处理过程对易吸潮类冻干制品的水分有影响以乳糖为例Word格式.docx

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Bothlyophilizedformulationandproductfillmassareimportantfactorsinassessingtheoverallriskofelevatedmoisturecontentonproductstability.Stoppermoisturecontrolwillbeofgreaterimportancewhendealingwithhygroscopicproducts,especiallyinlowfillmassdosagepresentations.

Finally,moisturetransferfromstoppertolyophilizedproductisdependentontheinitialstopperwatercontent.Tominimizetheriskofmoisture-relatedstabilityproblems,thechoiceofanappropriatestopper,processingparameters,andstorageconditionspriortouseareessential.

Keywords:

stopper,processing,lyophilizedproducts,lactose,moisturecontent

　绪　论

引言

由于一些药物在水溶液中不稳定，所以会将其进行冷冻干燥处理，以保证其在更长的时间内稳定。

冻干制品通常存放于小瓶里，使用前用合适的溶剂将其溶解。

冻干制品通常都很容易吸湿，因此需要进行一定的保护，以避免其水分含量的增长。

胶塞被广泛的用于冷冻干燥制品，因为它可以提供一个有效的屏障，以避免水分和氧含量的增加。

然而，胶塞在进行蒸汽灭菌时会吸收水分，这些水分也能转移至冻干品，导致冻干品稳定性的问题[1]。

我们在进行注射用拉氧头孢钠的研究中就遇到了这样的问题。

根据中国药典2010年版二部附录ⅩⅨJ药物引湿性实验指导原则的要求，拉氧头孢钠在温度为25℃±

1℃，相对湿度为80%±

2%的条件下存放24小时后，由于吸收的足量的水分而形成液体，发生潮解。

当拉氧头孢钠的水分含量超过1.0%（w/w）后，会导致其稳定性下降，杂质含量明显增加。

所以，在制备该品种时采用了冷冻干燥的工艺，以控制其初始水分含量不超过0.5%。

为了研究其在稳定性留样期间的水分含量的情况，我们制备了规格为0.25g的样品，并在温度为40±

2º

C，相对湿度为75±

5%的条件下存放，分别在第0个月，第1个月，第2个月，第3个月和第6个月取样检测样品的水分含量，每个时间点的样品均取3个样品进行检测，以其平均值作为报告值，结果见下图1:

图1　注射用拉氧头孢钠在40±

C-75±

5%条件下存放过程中水分含量测定

由上图可知，样品的水分含量随着时间的延长而增加。

在前两个月里水分迅速增加，然后趋于平缓，达到一个平台。

样品在上述条件下存放3个月过后，水分含量超过要求的1.0%。

样品的颜色由白色变为微黄色，澄清度大于1号浊度标准液，不符合质量标准的要求。

在第6个月时取样测得样品总的杂质含量与0月相比增加了约2倍，不符合质量标准的要求。

因此，由于水分含量的增加，导致样品质量下降，不能保证本品的安全性和有效性。

为了解决这个问题，很有必要去研究样品水分增加的原因是否是因为胶塞，胶塞对样品的水分影响程度是怎样的，应怎样将其影响降低到最小的程度。

研究方案

胶塞的处理过程对易吸潮类冻干品水分的影响，实则是胶塞的处理过程会使胶塞中残留水分含量的不同，胶塞中的水分越多，迁移至冻干品的水分也就可能越多。

所以，在我们的研究中综合研究了胶塞处理过程对本公司常用的3个厂家生产的胶塞的水分的影响，并选用了模型药物以分析胶塞中的残留水分对冻干品水分含量的影响的程度。

模型药物的选择

乳糖常用于冷冻干燥制品。

乳糖包括α-乳糖和β-乳糖，其最稳定的形式为α-乳糖一水合物，其在空气中稳定，吸水性在室温不受湿气的影响。

但将其冷冻干燥后，可能会形成α-乳糖无水物或β-乳糖无水物，它们容易受到湿气的影响而转变为α-乳糖一水合物。

所以，经过冷冻干燥后的乳糖易吸潮。

可将其作为易吸潮类模型药物来考察胶塞的处理过程对冻干品水分的影响。

Dr.HeikeKofler[2]和P.D.Donovan[3]等人在其研究中也均使用了乳糖作为模型药物。

由于拉氧头孢钠原料药昂贵，所以并未直接将其用于研究，而选用了乳糖。

胶塞的处理过程对胶塞残留水分的影响

为了了解胶塞对水分的吸附作用，AllenC.Templeton等人进行了胶塞吸水性研究[4]。

实验的结果表明实验用溴化丁基橡胶塞的水分在湿度越高的环境下吸水越多，胶塞具有吸水性，这可能和胶塞的成分中含有亲水性物质有关。

胶塞在使用前通常会进行硅油、清洗、蒸汽灭菌，干燥和存放等过程。

正因为胶塞具有吸水性，所以这些过程中的很多因素可能会影响到胶塞的水分含量。

由于使用者进行硅化处理时并不易保证硅化的均匀性。

而且经胶塞生产厂家硅化后的胶塞在运输过程中可减少相互之间的磨擦，避免形成较多的颗粒物。

所以使用者一般都会选择购买胶塞生产厂家已经进行硅化的胶塞。

因此，在进行胶塞的处理时，使用者不再进行硅化，进而我们也为对其进行相应的研究。

研究中，我们选用了本公司常用的3个厂家生产的冻干胶塞（胶塞的生产厂家已经进行了硅化处理）来进行研究。

清洗和蒸汽灭菌均会导致胶塞水分含量的增加。

清洗的参数相对固定，且清洗过程中水分只是和胶塞的表面进行了接触，与蒸汽灭菌比，其对胶塞水分含量的影响相对较小。

另外胶塞清洗后一定会经历灭菌，所以我们在研究时未单独研究清洗对胶塞水分含量的影响，而将清洗和蒸汽灭菌作为一个过程，并研究这个过程对胶塞水分含量的影响。

研究中，所有的胶塞均经过了常规的清洗，并分别在121º

C条件下进行了30分钟和60分钟的蒸汽灭菌。

然后选择对胶塞水分影响较小的灭菌条件作为后续研究的蒸汽灭菌条件。

在对干燥过程的研究中，取清洗灭菌后的胶塞分别在105°

C（Dr.HeikeKofler[2]和P.D.Donovan[3]等人在其研究中均使用了这样的干燥温度），进行真空干燥和热空气干燥，干燥的时间分别为1h，2h，4h和8h。

另外，还对上海欣丽实业推荐的一种干燥的方式进行了研究，这种干燥的方式是使用胶塞清洗机清洗胶塞并灭菌后，利用蒸汽灭菌后的余热进行真空干燥。

由于胶塞具有吸水性，所以胶塞在使用前，为了保证胶塞的水分含量符合预期使用的要求，通常会选用合适的包装将灭菌并干燥后的胶塞密封保存。

由于胶塞的吸水性越大，其在存放过程中吸水的风险就越大。

所以我们将研究3个厂家生产的胶塞中吸水性最强的胶塞在一定的包装形式下存放于25°

C-65%RH的条件下30天的水分含量的情况。

这些包装形式为无包装，一层聚乙烯膜包装和两层聚乙烯（PE）膜包装。

最后，由于胶塞也经历了冷冻干燥的过程，其水分含量有可能会因此降低。

所以我们将对吸水性最强的胶塞在较高和较低的水分含量前提下，在经过冷冻干燥后，对其水分含量进行研究。

胶塞中的水分对冻干乳糖水分的影响

为了评估胶塞中的水分对乳糖冻干品水分含量的影响，我们将使用吸水性最强的胶塞（分别经过105°

C热空气干燥（常用干燥方式）1h，2h，8h）来制备乳糖（浓度：

5%，灌装量：

1ml/瓶）的冻干品。

将制得的样品存放于40±

2°

5%RH的条件下6个月，分别于第0个月，第1个月，第2个月，第3个月和第6个月取样检测乳糖的水分含量。

另外，样品的规格不同（乳糖的灌装量不同），胶塞中的水分对其影响的程度应不一样，所以我们也选择了经过处理后水分含量仍然较高的胶塞来制备灌装量为1ml/瓶和2ml/瓶的乳糖冻干品，并按上述方式留样，检测乳糖的水分含量。

最后，冻干制品通常会使用直径为13mm和20mm的胶塞，在具有同样的水分含量的前提下，含水的总量却不同。

因此，我们选择了同一厂家（海华），同一材质，直径分别为13mm和20mm的胶塞，分别考察其在经过处理后仍然含有较高水分含量的情况下，用其制备灌装量为1ml/瓶的乳糖冻干品，并按上述方式留样，检测乳糖的水分含量。

第1章胶塞处理过程对胶塞残留水分的影响

1物料与仪器

物料

1.1.1一般物料

表1　胶塞水分含量测定所用一般物料

名称

规格

生产厂家

卡尔费休试剂

KFR-T04（A液）

天津四友精细化学品有限公司

甲醇

色谱纯

Burdick&

Jackson

药用包装用聚乙烯无菌膜

0.05mm（厚度）

石家庄育才药用包装材料有限公司

1.1.2胶塞和管制瓶

表2　胶塞水分含量测定所用胶塞和管制瓶

聚合物类型

注射用冷冻干燥无菌粉末用溴化丁基橡胶塞

EPPRSsil1/4A

（直径：

20mm）

溴化丁基

西氏医药服务新加坡公司

注射用冷冻干燥用卤化丁基橡胶塞

20-D2

石家庄第一橡胶股份有限公司

注射用冷冻干燥无菌粉末用卤化丁基橡胶塞

江阴市海华橡塑有限公司

低硼硅管制瓶

7ml

-

重庆正川玻璃有限公司

备注：

为了便于叙述，研究中所用到的胶塞的名称均采用其生产厂家的简称（下划线部分）。

仪器

表3胶塞水分含量测定所用仪器设备

型号

天平

BS224S

Sartorius（赛多利斯）

蒸汽灭菌柜

TMQ.RSHINVA

山东新华医疗器械股份有限公司

旋片真空泵

2XZ-4B

上海真空泵厂

真空干燥箱

BZF-6020

巩义市英峪予华仪器厂

电热鼓风干燥箱

CS101-3ABN

重庆市永生实验仪器厂

卡尔费休水分测定仪

860KFThermoprep

万通

卡氏炉

832

冷冻干燥机

EPSILON2-4LSC

MarinChrist

胶塞清洗机

CDDA-12T

上海欣丽实业

胶塞水分含量测定方法

干燥失重系指被测物料在规定的条件下，经干燥至恒重后，所减失的重量，通常以百分率表示。

胶塞的成分中含有一些挥发性的物质（如硫化剂），在较高的温度下，这些挥发性的物质挥发出来，导致胶塞的重量减少，减失的重量增加，因此不能准确测定胶塞中水分的含量[5]。

所以使用卡尔费休-卡氏炉法比专属性不强的干燥失重法更适合于胶塞水分含量的测定。

卡尔费休法是测定物质水分的各类化学方法中，对水最为专一、最为准确的方法。

卡尔费休法（KarlFischermethod）属于碘量法，是德国人KarlFischer在1935年发明的。

此法可以测量气体、液体、固体物料的水分。

这种方法的原理是利用水与KarlFischer试剂的化学反应，根据容量分析方法来确定含水的量。

KarlFischer试剂是由碘（I2）、二氧化硫（SO2）、吡啶（C5H5N5）以及甲醇（CH3OH）组成。

此试剂中的碘起定量试剂作用；

吡啶用来中和反应中产生的酸性物；

二氧化硫是与碘结合，起到防止试剂蒸发的功能；

甲醇既参与反应又作为反应生成物的溶剂。

用卡氏滴定法测量时，所需的样品量可以比质量法要少2-4倍。

用卡氏滴定法来测量冻干品的水分含量时，先将称重后样品溶于甲醇溶液中，用KarlFischer试剂进行滴定，直到溶液由棕色变成黄色为止。

如果用电流代替视觉观测，则测定结束时电流有一个明显的上升，用下式计算含水量：

物料中的含水量（g水/g干物料）=af/m

式中：

a为滴定所需的KarlFischer试剂，mL；

f为KarlFischer试剂的滴定度，mg/ml；

m为物料的质量，mg。

由于胶塞不溶于甲醇，其中的水分不能溶解到甲醇中并参与反应。

所以不能直接将胶塞切块后加入卡氏水分测定仪的滴定杯中进行水分含量的测定。

因此在测定胶塞水分含量时，可使用卡氏加热炉和卡尔费休水分滴定仪连接使用的方法。

该方法可测量固体的水分含量。

卡氏炉可在一定的温度下将样品中的水分蒸发后，通过干燥氮气或空气等载气导引至滴定池内，实施水分含量分析。

国际标准化组织（ISO）推荐使用卡尔费休-卡氏炉法进行胶塞水分含量的测定。

其方法为将胶塞置于卡氏炉中，设定其温度为140°

C，以将胶塞中的水分蒸发出来并导入KarlFischer试剂中进行测量[6]。

某卡尔费休测定仪生产商推荐测定胶塞水分含量时将卡氏炉的温度设置为150°

C[7]。

另外，也有使用更高的温度的报告。

ZerenWang[8]等人在其研究中证明了因为一部分水分被胶塞中亲水性的成分束缚，随着卡氏炉温度的升高，更多被束缚的水分会释放出来，所以将卡氏炉设定为不同的温度，将测得不同的水分含量。

最终为了保证测定结果的准确度和精密度，可将卡氏炉的温度设置为250º

C。

SamCorveleyn[9]等人在测定胶塞水分含量的过程中，也将卡氏炉的温度设置为250º

所以我们亦选择将卡氏炉的温度设置为250º

AllenC.Templeton等人在其研究中证明在卡氏炉温度为250º

C的条件下，测得完整的一个胶塞，被平均切成8块的胶塞和被平均切成16块的胶塞的水分含量结果一致，只是测定样品所需时间不一样。

胶塞被切得越小，测定所需的时间越短。

因此在卡氏炉温度为250º

C的条件下，胶塞的处理方式对水分测定结果的准确度并没有太大的影响[4]。

所以我们参照了西氏医药服务新加坡公司在其药用溴化丁基橡胶塞的质量标准[10]中所使用的样品处理方式，制定了卡尔费休-卡氏炉具体的测定方法如下：

1）取胶塞10个，每个胶塞沿顶面的垂直方向切取冠部部分一块，切块的长度约7mm；

2）将样品加入卡氏炉的样品瓶中并密封，设定卡氏炉温度为250º

C，以300ml/min的流速通入干燥的氮气；

3）将样品中蒸发出来的水分导引至卡尔费休滴定池内，测定其水分。

4）当卡尔费休滴定速度小于0.1µ

g/sec时，即判断滴定结束。

注意：

所有样品的处理均在环境受控（25±

C-65±

5%RH）的条件下进行。

清洗和蒸汽灭菌对胶塞的残留水分影响

胶塞经清洗后，为了保证其无菌，一般会进行蒸汽灭菌。

一些文献的研究的结果表明蒸汽灭菌会增加胶塞中水分的含量[6][8][9][11]。

胶塞总的吸水量取决于胶塞的材质和灭菌的时间。

Corveleyn等人研究了蒸汽灭菌过程，胶塞的材质与其吸收的总的水分量之间的关系，结果表明氯化丁基橡胶塞吸收的水分是溴化丁基橡胶塞的2倍[9]。

此外，Thomas等人证明了胶塞中所含的较少量的亲水性物质与胶塞吸收水分的量有关[12]。

西氏公司推荐的灭菌条件为121°

C灭菌30min，且一般不应超过60min。

以避免因为灭菌时间过长而导致胶塞的一些物理性质的改变（如密封性），不利于胶塞的正常使用。

在我们的研究中，分别取3个不同厂家（西氏、石家庄、海华）生产的胶塞各200个，用25°

C的纯化水漂洗30分钟，再用70～80°

C的注射用水漂洗30分钟，最后将清洗后的胶塞置于蒸汽灭菌柜中，分别于121°

C恒温灭菌30min和60min，取灭菌前后的胶塞测定其水分含量，结果见下图2：

图2三个厂家胶塞灭菌前后的水分含量测定结果

由上图可知，清洗和灭菌会导致胶塞的水分含量显著增加。

灭菌60min的胶塞的水分含量略高于灭菌30min的胶塞。

与清洗灭菌前的胶塞的水分含量比较，三个厂家胶塞水分含量增加的量不一致，西氏胶塞增加的量最少，灭菌30min和60min水分含量的增加值分别为0.28%和0.34%。

海华胶塞增加的量最多，灭菌30min和60min水分含量的增加值分别为0.53%和0.64%。

干燥过程对胶塞的残留水分影响

本研究所用的（西氏、石家庄、海华）胶塞在经过清洗和灭菌后，其水分含量会显著增加，可能会导致胶塞的水分含量水平不符合产品使用时的要求。

为了避免胶塞中过多的水分转移至冻干品，最对其造成不良的影响，在保证无菌的前提下，可选择影响相对较小的灭菌方式，即121°

C恒温灭菌30min。

然后再选择合适的干燥方式除去胶塞中过多的水分。

在冻干制品存放的货架期内，胶塞中的水分会转移至冻干制品，进而导致冻干制品水分含量高于要求的值，给冻干制品的稳定性带来不良影响。

对胶塞进行干燥处理的目的就是在于减少胶塞中的这些水分。

文献中广泛地研究了多种胶塞的干燥处理方式。

Earle等人所使用的干燥方式为143°

C热空气干燥4小时[11]，Wang等人使用的干燥方式为100°

C热空气干燥24小时[8]。

Dr.HeikeKofler[2]和P.D.Donovan[3]等人则在其研究中均使用了105°

C的干燥温度。

另外西氏胶塞公司也推荐使用105°

C的干燥温度，常用的干燥方式为真空干燥和热空气干燥。

在进行干燥处理时，一个很重要的原则是这种干燥处理应不会改变胶塞的性能和质量。

当胶塞暴露在较高的温度下过长时间后会产生许多问题。

最常见的问题就是胶塞相互粘在一起，这是由于胶塞在先前制备中加入了硫化剂。

另外还有一些潜在的问题，如机械性能的改变；

颜色的改变；

析出物/萃取物析出的方式和量的改变；

胶塞使用时密封性能的改变[2]。

在我们的研究中，取三个厂家（西氏、石家庄、海华）的胶塞各200个，分别经过清洗，121°

C蒸汽灭菌30min。

将处理的胶塞单层平铺在不锈钢容器中，分别在干燥箱中进行真空干燥（压力为-0.8MPa）和热空气干燥，干燥温度为105°

C，干燥时间分别为1h，2h，4h和8h。

为了避免存放过程可能对水分造成的影响，我们取干燥后的胶塞立即进行水分含量检测，测定结果如下图3和图4：

图3胶塞经真空干燥后水分含量的测定结果

图4胶塞经热空气干燥后水分含量的测定结果

由图3和图4的结果可知：

1）　两种干燥方式下，干燥1小时后，胶塞的水分含量明显下降，且3个厂家（西氏、石家庄、海华）的胶塞的水分含量均小于未经处理（从供应商购得胶塞后）的胶塞。

2）　105°

C干燥能够除去由于清洗和灭菌过程中胶塞所吸收的水分，与干燥前的胶塞水分含量相比，所有胶塞中水分含量最大差值为1.22%（海华，105°

C真空干燥8小时）；

3）　随着干燥时间的延长，胶塞中水分减少的速度减慢，大多数的水分主要是在起初的1小时内被除去。

这样的结果表明了因灭菌而增加的水分主要集中在胶塞的表面，这些水分能