生产过程

1.中药生产过程现状中药是我国独具特色和优势的民族产业，其在生物医药领域中具有重要的战略地位，并已逐渐发展成为我国制药经济的重要支柱之一。中药工业化生产流程融合了原料控制、生产控制、质量检测等多个步骤流程，具有工艺过程复杂、步骤繁琐、影响因素多、非线性及交互作用效应显著等技术特点。对于中药质量控制，国内的重点大多聚焦于药材和成品上，却忽略了生产过程及其中间体的质量控制；长期以来一直依靠人工抽样分析和离线检测对中间产品和最终产品的质量进行评估。这种检测方式具有耗时长、主观因素强、检测结果滞后于生产过程等缺点，难以依据实时质量波动情况来指导生产过程，进行及时调整。据了解，近年来由于质量问题，导致中间产物或最终产品的返工或报废的现象常有发生。2.近红外（NIR）在中药生产过程中的发展近年来，在线检测、过程分析技术（PAT）、质量控制体系等技术逐渐深入生产过程中，通过合理的过程设计、分析与控制，增强对工艺过程的理解，降低过程不确定性和风险，以此来保证最终产品的质量。目前常用的过程分析技术有近红外光谱在线分析技术、拉曼光谱在线分析技术、在线紫外等，其中，近红外光谱分析技术具有快速、高效、无需样品预处理等优势。由于无需样品预处理且近红外光谱可以通过光纤进行传输，近红外光谱分析技术十分适合复杂中药的原料药材质量快速分析以及体系生产过程的在线检测，包括药材产地鉴别、有效组分含量测定和制药过程的在线检测和监控。自“十三五”规划以来，泽达兴邦医药科技有限公司在中药生产领域已与众多“医药工业百强”企业合作成功实施了众多案例，如表1所示。表1 PAT在中药生产监测过程中的实施实例（泽达兴邦）客户单位实施品种说明扬子江蓝芩口服液离线、在线上药杏灵银杏酮酯离线、在线九芝堂六味地黄丸、驴胶补血颗粒在线、离线江苏康缘热毒宁、桂枝茯苓离线、在线华润三九（本溪）气滞胃痛颗粒离线、在线华润三九（枣庄）感冒灵颗粒离线、在线绿叶制药罗替戈汀离线、在线太极集团藿香正气口服液离线、在线北大维信血脂康离线、在线广东众生复方脑栓通离线、在线翔宇制药复方红衣补血口服液离线、在线… … 图1 中药生产过程近红外在线检测系统3.近红外在中药生产中的应用实例3.1华润三九感冒灵颗粒——浓缩、总混工段感冒灵颗粒功效为辛热解表，清热镇痛，其由三叉苦、野菊花、马来酸氯苯那敏、咖啡因等组成，被广泛用于因感冒引起的头疼、发热、鼻塞、流涕、咽痛等症状。野菊花中的蒙花苷等有效成分是感冒灵颗粒质量的重要检测指标，其生产过程复杂，因此保证每一个工艺环节产品质量的稳定是最终产品有效的依靠。但是目前的分析方法存在耗时、信息滞后等缺点，严重影响了产品的质量和生产成本，亟待开发一种快速、准确的检测技术。目前，近红外光谱检测技术已经逐渐从离线实验或者小规模的模拟实验向大生产过程的在线监测发展，与前者相比，近红外在线监测技术更具有实际指导意义，在保证对象中的指标可以用于建立准确的定量模型之上，还能够对生产过程的质量进行监控。泽达兴邦医药科技有限公司在国家工信部智能制造新模式应用课题的项目中，以华润三九的感冒灵颗粒、感冒清热颗粒、小儿感冒颗粒等公司重点产品，建立关键生产工艺环节生产过程快速检测和在线质量检测系统，并与SCADA系统集成，建立质量数据库。其中，包括对感冒灵颗粒、感冒清热颗粒和小儿感冒颗粒三种药物中流浸膏中有效成分和固含量、半成品中有效成分、原药材的水分和浸出物、浓缩液有效成分和浸出物等物质的快速测定和实时监测。在项目实施过程中，近红外检测系统能够有效应用于感冒灵颗粒的生产过程，实现了产品关键工艺环节中间体质量的实时动态在线监测，降低了工艺运行过程中间体质量波动性，提高了中成药生产全过程的质量控制水平。下图展示的是近红外技术与感冒灵颗粒制粒总混工序的结合应用，以其半成品为例，针对蒙花苷、对乙酰氨基酚、咖啡因、马来酸氯苯那敏含量所建立模型预测结果令人满意，其相关系数R分别为0.9757、09523、0.9705、0.9803，RMSEP分别为0.0115、0.219、0.202、0.126，均能够满足感冒灵颗粒半成品实时分析的精度要求。图2 小儿感冒颗粒浓缩固含量在线检测效果图3.2上海上药集团银杏酮酯——柱层析工段银杏酮酯为银杏叶的提取物，为棕黄色至黄棕色的粉末，其主要活性物质为黄酮醇苷及萜类内酯，临床上主要用于血瘀型的胸痹、冠心病心绞痛以及血瘀型的轻度脑动脉硬化引起的眩晕，能增加脑血流量，降低脑血管的阻力，改善脑血管的循环功能，保护脑细胞，稳定细胞膜，使脑细胞避免缺血所致的损害。还可扩张冠状动脉，增加冠状动脉的血流量，改善心脏的供血，防止心绞痛以及心肌梗死的形成。但是其原料药材来源广泛，品种繁多，同一品种药材因其生长条件、采收季节、加工方式及贮藏条件的不同而在质量上存在差异，从而使中药制剂成品存在一定的质量差异。传统的质量评价方法步骤较为繁琐，耗时较长，不利于大批量的快速质量检测。因此，选取一种快速分析、样品无损、方法简单的分析技术将能够大大减少生产过程质量检测时间与人工成本，减少产品等待放行时间。为了实现银杏酮酯生产过程的智能监测，泽达兴邦医药科技有限公司与上海上药集团合作了银杏酮酯PAT项目，在项目实施过程中建立了实现大品种银杏药材、中间体（提取液、浓缩液、醇沉液、层析液、干燥物）及成品质量指标的在线及离线快速检测方法，实现全生命周期质量快速检测与控制，解决了现有检测模式存在的结果滞后、分析时间长、效率偏低等问题。以大品种银杏酮酯层析过程为例，将层析过程与在线检测技术相结合，实现了层析过程药液质量指标的实时快速检测，可用于生产过程实时采集药液质量数据，图3展示了层析过程的在线检测安装图以及层析过程在线监测结果。结合DCS系统采集的工艺数据，为构建工艺和质量数据库提供数据来源，同时为后期中生产线进行工艺与质量信息的数据挖掘奠定技术基础。图3 层析工段在线检测安装图图4 层析工段在线监测结果图4．经济效益近红外在线检测技术的应用可以减少检化验人员的岗位设置与劳动强度，提高数据的处理量与准确性并能实时指导生产操作，在一定程度上降低了加工生产能耗，缩短了中药的生产周期，为企业带来良好的经济效益，具有非常广阔的应用前景。以上述银杏酮酯为例，醇沉、柱层析的生产过程终点判断是中药制药过程中的常见问题，传统的中药生产过程终点判断方法主观性强且无实际理论依据。通过建立银杏酮酯层析工段的MBSD定性模型追踪不同生产批次，可以得到银杏酮酯层析工段洗脱过程的实时预测图。结合工艺，可将模型分为静置工段、水洗工段、洗脱阶段、乙醇回收阶段，其中明显可以看出洗脱工段的起点与终点，说明该模型可以判断洗脱起点与终点。利用近红外光谱技术对中药生产过程进行终点判断有助于及时、准确地识别过程终点，减少了收集时间，大大降低了能源损耗，提高原料利用率，保证产品质量的均一稳定，为银杏酮酯产品质量的提升奠定了理论基础。5.展望针对中药生产领域，近红外光谱技术的应用还存在一些局限。近红外作为一种分析技术，对所建立的模型依赖性较高，生产批次间的差异以及生产时间的不同均会影响模型的可靠性，因此模型的更新以及不同近红外设备之间的模型传递仍是目前需要解决的问题之一。同时，中药制药过程涉及的化学物质种类相对较多，原料可能存在较大变异，常需要监控多个CPP或CQA，过程监测难度大，工艺控制相对复杂，不可控因素较多；而且目前中药原料的近红外检测过程往往需要对原料进行打粉处理，能否实现完全无需预处理的近红外在线检测也是值得研究的问题。连续制造作为未来药品制造的发展趋势，药品开发者和制造商们对此表现出极大的兴趣，下图为中药颗粒的连续制造概念图，设计连续配料、连续制软材、连续制粒、连续干燥、连续总混工序，通过设备和控制系统设计，使得每一单元操作之间物料/产品不间断通过。通过实时监测和控制将制软材颗粒、干燥颗粒、总混颗粒后测得的水分、对乙酰氨基酚、马来酸氯苯那敏、咖啡因构成实时联动的反馈控制系统，并结合物料的物理和化学性质，生成模拟出用于放行的数据模型，并对包装后的制剂进行实时放行检验。图5 颗粒剂的连续制造概念图与西药相比，中药的药材原产物具有质量波动较大的特点，不同批次中药质量差异在一定程度上影响了中药临床药效的稳定发挥，“均化”指导原则的提出旨在为不同批次的合格处方药味等按适当比例投料并到达预期质量目标。此外，随着数据技术和网络技术的发展，数据智能化概念与近红外节点进行联合应用是未来近红外技术发展的重要方向之一，通过近红外在线监测技术为连续制造过程中药品关键质量属性的在线实时监测提供了更多选择，支撑中药生产制造逐步向连续制造方向发展。（作者：王钧）作者简介王钧，2013年参加工作，现任苏州泽达兴邦医药科技有限公司过程分析控制部技术总负责人，苏州市姑苏紧缺人才，苏州高新区重点产业人才引进，同时担任中国仪器仪表学会近红外分会协会理事。近年来主要从事过程分析技术及其应用研究，先后参与国家工信部智能制造新模式项目5项、工业转型升级（中国制造2025）1项。先后完成多个中药上市企业的制药过程质量控制技术研究与工业应用项目，包括山东绿叶制药有限公司“罗替戈汀”生产过程质量控制技术研究、扬子江药业集团江苏龙凤堂中药有限公司国家工信部智能制造新模式应用项目子课题：“蓝芩口服液”生产过程质量控制技术及产业化应用研究、江苏康缘药业股份有限公司工信部智能制造试点示范项目“中药生产智能工厂”项目-热毒宁注射液生产全过程质量控制体系构建、重庆天圣制药集团股份有限公司国家工信部智能制造新模式应用项目子课题“银参通络等中药单品种生产过程分析技术研究及系统构建”及国家重大新药创制课题“中药新药地贞颗粒先进制造与信息化技术融合示范研究”。发表相关论文23篇，其中SCI 5篇，申请发明专利3项，团体标准1项（在线近红外）。单位简介：泽达兴邦成立于2011年，是依托浙江大学苏州工业技术研究院和浙江大学药学院的科研创新体系孵化出来的医药领域高水平科技创新企业，是国内医药制造大健康方向既有竞争力的信息化解决方案供应商和系统集成商。公司联合浙江大学主导制定了国际首个中药生产工艺语义关联的ISO国际标准并于2020年1月出版，先后荣获中国科协“智能制造十大科技进展”、中华中医药学会“科学技术奖一等奖”、荣登中国科协2020年度“科创中国”先导技术榜单等荣誉，入选工信部2019年智能制造系统解决方案供应商。公司专注于新一代信息技术与医药健康领域的创新融合，致力于中药、疫苗等制药全产业链智能制造解决方案，推动具有行业示范效应的核心技术应用，开发了一系列具有核心竞争优势的信息化技术及软件产品。已在国内近百家中药制药企业进行产业化应用，为国内中药领军企业开展中药全产业链智能制造整体解决方案设计与实施服务，核心在于PAT系统的构建。

颗粒分析在医药行业中，无论是对生产结果或生产过程，都起着关键性的作用。粒径可以影响辅料或活性药物成份（ API ）的溶解度，并也可能会影响到药物制剂。各种已有的颗粒分析技术完全能满足今天的药品市场所需的颗粒粒度测量要求。 然而，在某些情况下，简单的控制颗粒大小并不能完全的控制最终产品。对监测和控制颗粒的形状尤为重要。近年来，在制药行业的研究和质量控制中，了解颗粒形状的信息促进了图像分析的发展。 大多数粒度分析方法在分析颗粒时，都把颗粒假定为球形，输出的报告也为&ldquo 相当于球形直径&rdquo 的结果。这种假设在大多数情况下是不能接受的。例如，样品在流动生产过程中，单独监测颗粒大小是不准确的。有些粒子可能是球形，一些可能是矩形，球形颗粒比长方形颗粒流动性更好些&mdash 需要更少的能量。为确保矩形颗粒均匀流动，则需要更多的能量。颗粒形状影响流动性，颗粒与其他样品组成成分正确地混合能力将影响最终产品的结果。 图像分析系统可以测量颗粒大小、形状和浓度，并且允许用户对特定的颗粒设置测量参数。在选择辅料时，对颗粒形状的测量在生产过程中是非常重要的。像润滑油一样，具有低表面粗糙度的或者高形状因素的辅料可以促进粉末的流动和压片的形成。在生产过程中，表面粗糙的辅料填充剂会影响药物的粘结和溶解，并且影响API在消化道里释放的位置。动态图像分析仪的出现实现了前所未有的自动化信息的传递。在这种情况下，Particle Insight根据表面粗糙度来区分辅料的种类，并且在生产过程中，表面粗糙度也是颗粒的一个重要特征。

奶酪生产过程的实时监测奶酪是以乳、脱脂乳或部分脱脂乳、稀奶油、酪乳或者这些原料的混合物为原料，经过凝乳酶或者其他凝乳剂凝乳，并排除部分乳清而制成的新鲜或经发酵成熟的乳制品。奶酪的营养成分丰富，富含乳蛋白、钙、磷等营养成分，既能满足人体的营养需求，还具有重要的生理作用，经发酵后生成的多肽，氨基酸等可溶性物质极易被人体消化吸收。在奶酪的生产过程中，混合是一个重要的生产步骤，各种原料需要达均匀状态，为了保证混合的均匀性，避免返工，生产出稳定的高质量产品，利用在线近红外技术监控奶酪原料的混合过程，实时检测主要参数，为稳定的生产提供依据。近红外光谱主要是由于分子振动从基态向高能级跃迁时吸收特定波长的近红外光产生的。近红外光谱记录的是分子中单个化学键的基频振动倍频和合频信息，测量的主要是含氢基团 X-H 振动的倍频和合频吸收。因此通过扫描样品的近红外光谱，可以得到样品中有机分子含氢基团的振动信息。通过对奶酪原料混合物的近红外光谱分析，建立各个成分的定标模型，从而可以快速的获得混合物成分的含量。▲在线近红外光谱仪 X-ONE▲安装示意图BUCHI NIR-Online® (在线近红外)在奶酪的生产过程中，只需几秒，便可持续提供精确测量值，确保最大生产效率。在控制室中可清晰显示实时趋势，方便操作员及时应对加工过程产生的偏差。监控奶酪生产过程，及时停止凝固，发酵，搅拌和融化，优化水分含量和储存稳定性。检测效果通过建立奶酪的脂肪和干物质的定标模型，模型结果见下表：样品检测参数参数范围 (%)偏差奶酪脂肪25.0 35.00.20总固58.0 68.00.15除上述两个指标外，步琦在线近红外光谱仪还能同时测量蛋白质，乳糖等多个指标，更好的服务于您的日常工作，通过实时检测方式为工艺优化提供科学的依据，降低生产成本，提高生产效率。