Les solides divisés telles que les poudres pharmaceutiques nécessitent souvent des processus d'agrandissement de taille par agglomération pour améliorer leur comportement mécanique, notamment la coulabilité. Pour cette raison, le procédé de "granulation en voie sèche" est utilisé dans l'industrie pharmaceutique. Le procédé consiste à comprimer la poudre en la faisant passer entre deux rouleaux séparés par un entrefer, pour produire des plaquettes qui sont ensuite broyées en granulés et comprimés en compacts. Dans ce procédé, l'existence de différents modèles de compacteurs à rouleaux et de systèmes de broyage d’une part, et l'interaction entre les paramètres des procédés et des propriétés des produits (plaquettes, granulés et comprimés) d’autre part, rendent difficile la compréhension des phénomènes et des mécanismes sous-jacents. En particulier, le procédé entraîne une perte de résistance mécanique des comprimés formés à partir de granulés (comparativement à celles des comprimés de poudres non-granulés) et ce phénomène est encore mal compris. Ces aspects sont étudiés dans ce travail de thèse en menant des caractérisations expérimentales et des modélisations numériques permettant de mieux comprendre les modifications micro et macro structurales des poudres mises en forme par granulation sèche. Le but ultime est de progresser dans la compréhension des relations "propriétés des poudres - paramètres des procédés". Enfin, la compréhension des différences de comportement en compression de poudres granulées et non-granulées est menée à l’aide d’une modélisation du comportement dans le cadre de la mécanique des milieux continus poreux. / Particulate solids such as pharmaceutical powders often require size enlargement processes to improve the manufacturing properties like flowability. For that reason, dry granulation by roll compaction has been widely used in the pharmaceutical industry. The process consists of compressing powders between two counter-rotating rolls to produce ribbons that will be subsequently milled into granules. The obtained granules are tableted for oral dosage. In this process there are two main limitations: the existence of different designs of the roll compactors, milling systems and the interaction between process parameters and raw material properties are still a challenge and the roll-compaction process leads to an inferior tensile strength of tablets compared with direct compression. These aspects are investigated in this work. In the first part of this thesis, an analysis on the effect of different roll-compaction conditions and milling process parameters on ribbons, granules and tablet properties was performed, highlighting the role of the sealing system and the ribbon density distribution characteristics. In the second part, die compaction of roll-compacted powders, as the last stage of the process, is further investigated in terms of experimental analysis (effect of the granule size and composition and stress transmission measurements) and modelling the compaction behavior of granules.

O presente trabalho refere-se ao desenvolvimento de grânulos a partir de produto seco de A. satureioides obtido por spray drying, em escala semi-industrial, visando a superar as principais limitações tecnológicas apresentadas tais como a higroscopia excessiva do produto, baixa densidade, pequeno tamanho de partícula e instabilidade dos constituintes flavonoídicos frente à luz. Dois métodos foram empregados para a granulação: granulação em leito fluidizado e granulação via seca por desagregação. Estes métodos apresentaram, respectivamente, 15 e 60 % de rendimento do processo, levando a escolha da granulação seca para a produção dos grânulos do produto seco. A granulação seca resultou em grânulos assimétricos, de faixa granulométrica situada entre 0,3 mm e 1,9 mm e de superfície irregular e rugosa. O revestimento destes grânulos foi realizado em leito fluidizado, utilizando três tipos de polímeros, Eudragit® L 30D, Opadry® II e Opadry® AMB.O rendimento médio com o Opadry® II foi de 72 %. O revestimento com Opadry® AMB foi realizado utilizando-se um baixo e alto fluxo do líquido de revestimento, obtendo-se rendimentos de 75 e 85 %, respectivamente. A higroscopia dos grânulos foi avaliada em ambientes com umidade relativa controlada de 65 ou 99 %, comparando-se o comportamento dos grânulos revestidos com o dos grânulos sem a presença de revestimento. Ambos os filmes com Opadry® não protegeram os grânulos frente à umidade. As fotomicrografias por MEV, destes grânulos, revelaram que, ambos os tipos de revestimento, apresentaram superfícies rugosas e com presença de poros explicando, parcialmente, a falta de proteção contra a umidade. O estudo da fotoproteção indica, em um primeiro momento, que o filme de revestimento promove a proteção dos flavonóides frente a ação da luz. A avaliação preliminar da liberação dos flavonóides, a partir dos grânulos, foi realizada em células de fluxo Desaga® com os grânulos sem revestimento e revestidos com Opadry® AMB. A água não demonstrou ser o meio mais favorável para este ensaio. Em meio com pH 1,2 contendo 1 % de laurilsulfato de sódio, os flavonóides quercetina, luteolina e 3-Ometilquercetina foram liberados, respectivamente, após 90 minutos, em 70, 83 e 70 % a partir dos grânulos não revestidos, e 52, 54 e 45 % a partir dos grânulos revestidos com Opadry® AMB, denotando a influência do filme de revestimento sobre o perfil de liberação dos flavonóides. Em seu conjunto, os resultados obtidos nesta primeira abordagem deste tema abrem diversas perspectivas para oaprofundamento do estudo e desenvolvimento de granulados de A. satureioides, a partir de produto seco por spray drying. / The present work was designed to develop granules from Achyrocline satureioides spray dried powders in order to overcome the main technological limitations presented by this herbal raw material: high hygroscopy, low density, small particle diameter and flavonoid sensibility against light. Two methods were employed for granulation, fluidized bed and dry granulation. These methods presented, respectively, 15 and 60 % of process yield, leading to the selection of dry granulation for preparing the granules. By this method, the granules showed 0,3 to 1,9 mm particle mean diameter, rough surface and irregular morphology. For coating the granules, three types of polymers were employed, Eudragit® L30D, Opadry® II and Opadry® AMB, in fluidized bed. The first one resulted in atomizer obstruction becoming non viable its employment. The mean yield coating obtained with Opadry® II was 72 %. The Opadry® AMB was sprayed in low and high rates yielding, respectively, 75 % and 85 %. The hygroscopicity of the granules was evaluated in controlled conditions of 65 % or 99 % RH, comparing the behavior of the coated granules which that presented by non-coated particles. Both Opadry® coatings did not protect the granules against the humidity. The SEM photomicrographis of these granules revealed that both types of coating presented rough and porous surface explaining partially, at least, the lack of protection against the humidity. The preliminary photostability assay indicated, in a first view, that the coating promotes the flavonoid protection. The flavonoid release from the granules was performed in Desaga® flow cell from the non-coated granules and from Opadry® AMB coated granules. Water demonstrated not to be an appropriate media for both tested granules. In pH 1.2 media containing 1 % of sodium lauryl sulfate, the flavonoids quercetin, luteolin and 3-O-methylquercetin were, respectively, released, after 90 minutes, in 70 %, 83 % and 70 % from non coated granules and in 52 %, 54 % and 45 % from Opadry® AMB coated granules, denoting the influence of the coating on the flavonoid release profile. Taken together, the results of this first approach openmay perspectives for more detailed studies on Achyrocline satureioides granules from the corresponding spray dried powders.

O presente trabalho refere-se ao desenvolvimento de grânulos a partir de produto seco de A. satureioides obtido por spray drying, em escala semi-industrial, visando a superar as principais limitações tecnológicas apresentadas tais como a higroscopia excessiva do produto, baixa densidade, pequeno tamanho de partícula e instabilidade dos constituintes flavonoídicos frente à luz. Dois métodos foram empregados para a granulação: granulação em leito fluidizado e granulação via seca por desagregação. Estes métodos apresentaram, respectivamente, 15 e 60 % de rendimento do processo, levando a escolha da granulação seca para a produção dos grânulos do produto seco. A granulação seca resultou em grânulos assimétricos, de faixa granulométrica situada entre 0,3 mm e 1,9 mm e de superfície irregular e rugosa. O revestimento destes grânulos foi realizado em leito fluidizado, utilizando três tipos de polímeros, Eudragit® L 30D, Opadry® II e Opadry® AMB.O rendimento médio com o Opadry® II foi de 72 %. O revestimento com Opadry® AMB foi realizado utilizando-se um baixo e alto fluxo do líquido de revestimento, obtendo-se rendimentos de 75 e 85 %, respectivamente. A higroscopia dos grânulos foi avaliada em ambientes com umidade relativa controlada de 65 ou 99 %, comparando-se o comportamento dos grânulos revestidos com o dos grânulos sem a presença de revestimento. Ambos os filmes com Opadry® não protegeram os grânulos frente à umidade. As fotomicrografias por MEV, destes grânulos, revelaram que, ambos os tipos de revestimento, apresentaram superfícies rugosas e com presença de poros explicando, parcialmente, a falta de proteção contra a umidade. O estudo da fotoproteção indica, em um primeiro momento, que o filme de revestimento promove a proteção dos flavonóides frente a ação da luz. A avaliação preliminar da liberação dos flavonóides, a partir dos grânulos, foi realizada em células de fluxo Desaga® com os grânulos sem revestimento e revestidos com Opadry® AMB. A água não demonstrou ser o meio mais favorável para este ensaio. Em meio com pH 1,2 contendo 1 % de laurilsulfato de sódio, os flavonóides quercetina, luteolina e 3-Ometilquercetina foram liberados, respectivamente, após 90 minutos, em 70, 83 e 70 % a partir dos grânulos não revestidos, e 52, 54 e 45 % a partir dos grânulos revestidos com Opadry® AMB, denotando a influência do filme de revestimento sobre o perfil de liberação dos flavonóides. Em seu conjunto, os resultados obtidos nesta primeira abordagem deste tema abrem diversas perspectivas para oaprofundamento do estudo e desenvolvimento de granulados de A. satureioides, a partir de produto seco por spray drying. / The present work was designed to develop granules from Achyrocline satureioides spray dried powders in order to overcome the main technological limitations presented by this herbal raw material: high hygroscopy, low density, small particle diameter and flavonoid sensibility against light. Two methods were employed for granulation, fluidized bed and dry granulation. These methods presented, respectively, 15 and 60 % of process yield, leading to the selection of dry granulation for preparing the granules. By this method, the granules showed 0,3 to 1,9 mm particle mean diameter, rough surface and irregular morphology. For coating the granules, three types of polymers were employed, Eudragit® L30D, Opadry® II and Opadry® AMB, in fluidized bed. The first one resulted in atomizer obstruction becoming non viable its employment. The mean yield coating obtained with Opadry® II was 72 %. The Opadry® AMB was sprayed in low and high rates yielding, respectively, 75 % and 85 %. The hygroscopicity of the granules was evaluated in controlled conditions of 65 % or 99 % RH, comparing the behavior of the coated granules which that presented by non-coated particles. Both Opadry® coatings did not protect the granules against the humidity. The SEM photomicrographis of these granules revealed that both types of coating presented rough and porous surface explaining partially, at least, the lack of protection against the humidity. The preliminary photostability assay indicated, in a first view, that the coating promotes the flavonoid protection. The flavonoid release from the granules was performed in Desaga® flow cell from the non-coated granules and from Opadry® AMB coated granules. Water demonstrated not to be an appropriate media for both tested granules. In pH 1.2 media containing 1 % of sodium lauryl sulfate, the flavonoids quercetin, luteolin and 3-O-methylquercetin were, respectively, released, after 90 minutes, in 70 %, 83 % and 70 % from non coated granules and in 52 %, 54 % and 45 % from Opadry® AMB coated granules, denoting the influence of the coating on the flavonoid release profile. Taken together, the results of this first approach openmay perspectives for more detailed studies on Achyrocline satureioides granules from the corresponding spray dried powders.

O presente trabalho refere-se ao desenvolvimento de grânulos a partir de produto seco de A. satureioides obtido por spray drying, em escala semi-industrial, visando a superar as principais limitações tecnológicas apresentadas tais como a higroscopia excessiva do produto, baixa densidade, pequeno tamanho de partícula e instabilidade dos constituintes flavonoídicos frente à luz. Dois métodos foram empregados para a granulação: granulação em leito fluidizado e granulação via seca por desagregação. Estes métodos apresentaram, respectivamente, 15 e 60 % de rendimento do processo, levando a escolha da granulação seca para a produção dos grânulos do produto seco. A granulação seca resultou em grânulos assimétricos, de faixa granulométrica situada entre 0,3 mm e 1,9 mm e de superfície irregular e rugosa. O revestimento destes grânulos foi realizado em leito fluidizado, utilizando três tipos de polímeros, Eudragit® L 30D, Opadry® II e Opadry® AMB.O rendimento médio com o Opadry® II foi de 72 %. O revestimento com Opadry® AMB foi realizado utilizando-se um baixo e alto fluxo do líquido de revestimento, obtendo-se rendimentos de 75 e 85 %, respectivamente. A higroscopia dos grânulos foi avaliada em ambientes com umidade relativa controlada de 65 ou 99 %, comparando-se o comportamento dos grânulos revestidos com o dos grânulos sem a presença de revestimento. Ambos os filmes com Opadry® não protegeram os grânulos frente à umidade. As fotomicrografias por MEV, destes grânulos, revelaram que, ambos os tipos de revestimento, apresentaram superfícies rugosas e com presença de poros explicando, parcialmente, a falta de proteção contra a umidade. O estudo da fotoproteção indica, em um primeiro momento, que o filme de revestimento promove a proteção dos flavonóides frente a ação da luz. A avaliação preliminar da liberação dos flavonóides, a partir dos grânulos, foi realizada em células de fluxo Desaga® com os grânulos sem revestimento e revestidos com Opadry® AMB. A água não demonstrou ser o meio mais favorável para este ensaio. Em meio com pH 1,2 contendo 1 % de laurilsulfato de sódio, os flavonóides quercetina, luteolina e 3-Ometilquercetina foram liberados, respectivamente, após 90 minutos, em 70, 83 e 70 % a partir dos grânulos não revestidos, e 52, 54 e 45 % a partir dos grânulos revestidos com Opadry® AMB, denotando a influência do filme de revestimento sobre o perfil de liberação dos flavonóides. Em seu conjunto, os resultados obtidos nesta primeira abordagem deste tema abrem diversas perspectivas para oaprofundamento do estudo e desenvolvimento de granulados de A. satureioides, a partir de produto seco por spray drying. / The present work was designed to develop granules from Achyrocline satureioides spray dried powders in order to overcome the main technological limitations presented by this herbal raw material: high hygroscopy, low density, small particle diameter and flavonoid sensibility against light. Two methods were employed for granulation, fluidized bed and dry granulation. These methods presented, respectively, 15 and 60 % of process yield, leading to the selection of dry granulation for preparing the granules. By this method, the granules showed 0,3 to 1,9 mm particle mean diameter, rough surface and irregular morphology. For coating the granules, three types of polymers were employed, Eudragit® L30D, Opadry® II and Opadry® AMB, in fluidized bed. The first one resulted in atomizer obstruction becoming non viable its employment. The mean yield coating obtained with Opadry® II was 72 %. The Opadry® AMB was sprayed in low and high rates yielding, respectively, 75 % and 85 %. The hygroscopicity of the granules was evaluated in controlled conditions of 65 % or 99 % RH, comparing the behavior of the coated granules which that presented by non-coated particles. Both Opadry® coatings did not protect the granules against the humidity. The SEM photomicrographis of these granules revealed that both types of coating presented rough and porous surface explaining partially, at least, the lack of protection against the humidity. The preliminary photostability assay indicated, in a first view, that the coating promotes the flavonoid protection. The flavonoid release from the granules was performed in Desaga® flow cell from the non-coated granules and from Opadry® AMB coated granules. Water demonstrated not to be an appropriate media for both tested granules. In pH 1.2 media containing 1 % of sodium lauryl sulfate, the flavonoids quercetin, luteolin and 3-O-methylquercetin were, respectively, released, after 90 minutes, in 70 %, 83 % and 70 % from non coated granules and in 52 %, 54 % and 45 % from Opadry® AMB coated granules, denoting the influence of the coating on the flavonoid release profile. Taken together, the results of this first approach openmay perspectives for more detailed studies on Achyrocline satureioides granules from the corresponding spray dried powders.

As folhas de Maytenus ilicifolia são amplamente utilizadas na medicina tradicional brasileira no tratamento de distúrbios gástricos. Após a comprovação de sua eficácia e segurança, a referida droga vegetal tem sido objeto de diversos estudos com a finalidade de estabelecer parâmetros para o controle de qualidade. Neste sentido, foi avaliada a viabilidade do desenvolvimento de um método analítico fundamentado na precipitação de taninos empregando povidona como agente seqüestrante. Os dados revelaram que a remoção de taninos em solução é satisfatória quando empregada a povidona insolúvel. Foi observado que o polímero também é capaz de precipitar outros polifenóis além dos taninos presentes na solução extrativa de M. ilicifolia. Entretanto, as interações do polímero ocorrem preferencialmente com os derivados catéquicos. Adicionalmente foi desenvolvido e validado um método por CLAE para separação e quantificação de catequina e epicatequina em produtos derivados de M. ilicifolia. Não foram detectadas variações nas áreas dos picos ou nos tempos de retenção durante os ensaios de avaliação do método, sugerindo que as condições cromatográficas empregadas são satisfatórias. Para viabilizar a preparação de produto seco por aspersäo (PSA) em torre de secagem piloto munida de aspersor rotatório, foi necessária a concentração da solução extrativa. A operação foi realizada sob pressão reduzida até alcangar um teor de sólidos mínimo de 15 % (m/m). A operação de secagem da solução concentrada apresentou rendimento de 90 % e o PSA obtido apresentou partículas esféricas, com superfície rugosa e tamanho médio de 22,5 um. A caracterização tecnológica do material revelou que as suas propriedades tecnológicas, tais como, densidades, compressibilidade e fluxo, foram incrementadas quando comparados com o produto preparado em equipamento de bancada. Entretanto, estas modificações não foram suficientes para viabilizar sua compressão direta. Assim sendo, o material foi compactado em máquina de comprimir e em rolos para produção de grânulos. A análise do perfil compressional do PSA e dos granulados, empregando o modelo de Heckel, revelou que o aumento da força de compactação durante a operação de granulação foi o principal responsável pela diminuição no potencial de deformação plástica dos grânulos. Como conseqüência, a recompressão dos grânulos em máquina de comprimir originou compactos com dureza inferior àqueles preparados diretamente do complexo farmacêutico. Enquanto o PSA apresentou reduzida tendência ao rearranjo particular nos estágios iniciais da compressão, os grânulos sofreram intensa reacomodação decorrente da fragmentação e formação de novas pontes, assumindo comportamento plástico em pressões de compressão mais elevadas. Por fim, comprimidos contendo teor elevado de granulado de PSA foram preparados utilizando como adjuvantes a celulose microcristalina, o dióxido de silício coloidal e a croscarmelose sódica. A influência da concentração de dióxido de silício coloidal e croscarmelose sódica na formulação, sobre as respostas de dureza, friabilidade e tempo de desintegração dos comprimidos foram avaliadas através de um Desenho Composto Central. Os dados experimentais foram analisados estatisticamente, utilizando os modelos matemáticos para gerar superfícies de resposta. Os resultados indicaram que a concentração de dióxido de silício coloidal foi inversamente relacionada às respostas de dureza e friabilidade, enquanto que a concentração de croscarmelose sódica foi a principal responsável pela redução no tempo de desintegração. As condições ótimas foram selecionadas através da sobreposição dos gráficos, buscando uma formulação com menor tempo de desintegração, menor friabilidade e o máximo de dureza. A formulação eleita deve conter 1,2 % (m/m) de dióxido de silício coloidal e 5,0 % (m/m) de croscarmelose sódica. Nestas condições os comprimidos apresentaram dureza de 107,9 N, friabilidade de 0,56 % (m/m) e desintegração máxima em 6,8 min. / The leaves of Maytenus ilicifolia are widely used within the traditional Brazilian medicine due to its properties against gastric disorders. Once proved its efficacy and safety, this vegetable drug has been the object of several studies to establish the basis for quality control. Taking this into consideration, it was necessary to evaluate the feasibility of developing an analytical method based on the precipitation of tannins, by using polyvinylpyrrolidone for precipitation. The data have shown that the removal of the tannins in solution was successful when insoluble polyvinylpyrrolidone was used. Hereby it was observed that the polymer has also the ability to precipitate other polyphenols besides the tannins from the aqueous solution of M. ilicifolia. However, the interactions of the polymer happened mostly with the condensed tannins. Further it was developed and also validated an HPLC method to separate and quantify catechin and epicatechin present in aqueous extracts of M. ilicifolia. No significant variations of peak areas or retention times were observed when the evaluation of the method was executed, showing satisfactory chromatographic conditions. In order to make a spray dried extract (SDE) using a spray-drier fitted out with a rotary atomizer, it was necessary to concentrate the extractive solution. This operation had been performed under reduced pressure until a content of 15 % solids was achieved. The drying of the concentrated solution lead to a yield of 90 %, and the obtained SDE presented spherical particles, which have a rough surface and a mean particle size of 22,51.1.m. The technological characterization of the SDE showed that attributes such as densities (tap and bulk), compressibility and flow, have been improved when compared to the product prepared using a mini spray-drier supplied with a pneumatic nozzle. However, these modifications were not enough to enable its direct compression. Therefore, the material was compacted to produce granules after slugging or roller compaction, The compressional analysis of the SDE and each granule batch using the Heckel equation proved that the increase in the compaction force once processing the granulation was the main factor to reduce the material's ability to undergo plastic deformation. Consequently, the recompression of the granules in a tablet press led to compacts with a lower crushing strength compared to that prepared by direct compression of the pharmaceutical complex. Whereas the SDE has shown a reduced tendency to particle rearrangement at early stage of compression, the granules showed an intense fragmentation and rebound behavior, presenting a plastic behavior when higher compaction pressures were used. Finally, tablets containing a high dose of granulated spray dried extract of M. ilicifolia were prepared by using the following excipients: microcrystalline cellulose (filler/binder), colloidal silicon dioxide (glidant and moisture adsorber) and cross-linked carboxymethylcellulose (disintegrant). The influences of colloidal silicon dioxide (CSD) and cross-linked carboxymethylcellulose (CMC-Na) on the tablet hardness, disintegration time and friability were evaluated by a central composite design. The data were analyzed statistically and mathematical models were used to create response surfaces. The results have indicated that the concentration of CSD shows an inverse relation to the responses of hardness and friability, while the concentration of CMC-Na was the most important factor that caused a reduction of the time necessary for total disintegration. The optimal conditions for processing were chosen by the overlapping of graphics, taking into consideration that the formulation should present a minimum of disintegration time, lower friability and a maximum of hardness. Thus, it was found that the best formulation should have a content of 1.2% (w/w) of CSD and 5.0% (w/w) of CMC-Na. Regarding these conditions, the tablets have shown a hardness of 107.9 N, friability of 0.56% (w/w) and a disintegration time of 6.8 min.

Roll compaction is a continuous process commonly used in the pharmaceutical industry for dry granulation of moisture and heat sensitive powder blends. It is intended to increase bulk density and improve flowability. Roll compaction is a complex process that depends on many factors, such as feed powder properties, processing conditions and system layout. Some of the variability in the process remains unexplained. Accordingly, modeling tools are needed to understand the properties and the interrelations between raw materials, process parameters and the quality of the product. It is important to look at the whole manufacturing chain from raw materials to tablet properties. The main objective of this thesis was to investigate the impact of raw materials, process parameters and system design variations on the quality of intermediate and final roll compaction products, as well as their interrelations. In order to do so, we have conducted a series of systematic experimental studies and utilized chemometric tools, such as design of experiments, latent variable models (i.e. PCA, OPLS and O2PLS) as well as mechanistic models based on the rolling theory of granular solids developed by Johanson (1965). More specifically, we have developed a modeling approach to elucidate the influence of different brittle filler qualities of mannitol and dicalcium phosphate and their physical properties (i.e. flowability, particle size and compactability) on intermediate and final product quality. This approach allows the possibility of introducing new fillers without additional experiments, provided that they are within the previously mapped design space. Additionally, this approach is generic and could be extended beyond fillers. Furthermore, in contrast to many other materials, the results revealed that some qualities of the investigated fillers demonstrated improved compactability following roll compaction. In one study, we identified the design space for a roll compaction process using a risk-based approach. The influence of process parameters (i.e. roll force, roll speed, roll gap and milling screen size) on different ribbon, granule and tablet properties was evaluated. In another study, we demonstrated the significant added value of the combination of near-infrared chemical imaging, texture analysis and multivariate methods in the quality assessment of the intermediate and final roll compaction products. Finally, we have also studied the roll compaction of an intermediate drug load formulation at different scales and using roll compactors with different feed screw mechanisms (i.e. horizontal and vertical). The horizontal feed screw roll compactor was also equipped with an instrumented roll technology allowing the measurement of normal stress on ribbon. Ribbon porosity was primarily found to be a function of normal stress, exhibiting a quadratic relationship. A similar quadratic relationship was also observed between roll force and ribbon porosity of the vertically fed roll compactor. A combination of design of experiments, latent variable and mechanistic models led to a better understanding of the critical process parameters and showed that scale up/transfer between equipment is feasible.

As folhas de Maytenus ilicifolia são amplamente utilizadas na medicina tradicional brasileira no tratamento de distúrbios gástricos. Após a comprovação de sua eficácia e segurança, a referida droga vegetal tem sido objeto de diversos estudos com a finalidade de estabelecer parâmetros para o controle de qualidade. Neste sentido, foi avaliada a viabilidade do desenvolvimento de um método analítico fundamentado na precipitação de taninos empregando povidona como agente seqüestrante. Os dados revelaram que a remoção de taninos em solução é satisfatória quando empregada a povidona insolúvel. Foi observado que o polímero também é capaz de precipitar outros polifenóis além dos taninos presentes na solução extrativa de M. ilicifolia. Entretanto, as interações do polímero ocorrem preferencialmente com os derivados catéquicos. Adicionalmente foi desenvolvido e validado um método por CLAE para separação e quantificação de catequina e epicatequina em produtos derivados de M. ilicifolia. Não foram detectadas variações nas áreas dos picos ou nos tempos de retenção durante os ensaios de avaliação do método, sugerindo que as condições cromatográficas empregadas são satisfatórias. Para viabilizar a preparação de produto seco por aspersäo (PSA) em torre de secagem piloto munida de aspersor rotatório, foi necessária a concentração da solução extrativa. A operação foi realizada sob pressão reduzida até alcangar um teor de sólidos mínimo de 15 % (m/m). A operação de secagem da solução concentrada apresentou rendimento de 90 % e o PSA obtido apresentou partículas esféricas, com superfície rugosa e tamanho médio de 22,5 um. A caracterização tecnológica do material revelou que as suas propriedades tecnológicas, tais como, densidades, compressibilidade e fluxo, foram incrementadas quando comparados com o produto preparado em equipamento de bancada. Entretanto, estas modificações não foram suficientes para viabilizar sua compressão direta. Assim sendo, o material foi compactado em máquina de comprimir e em rolos para produção de grânulos. A análise do perfil compressional do PSA e dos granulados, empregando o modelo de Heckel, revelou que o aumento da força de compactação durante a operação de granulação foi o principal responsável pela diminuição no potencial de deformação plástica dos grânulos. Como conseqüência, a recompressão dos grânulos em máquina de comprimir originou compactos com dureza inferior àqueles preparados diretamente do complexo farmacêutico. Enquanto o PSA apresentou reduzida tendência ao rearranjo particular nos estágios iniciais da compressão, os grânulos sofreram intensa reacomodação decorrente da fragmentação e formação de novas pontes, assumindo comportamento plástico em pressões de compressão mais elevadas. Por fim, comprimidos contendo teor elevado de granulado de PSA foram preparados utilizando como adjuvantes a celulose microcristalina, o dióxido de silício coloidal e a croscarmelose sódica. A influência da concentração de dióxido de silício coloidal e croscarmelose sódica na formulação, sobre as respostas de dureza, friabilidade e tempo de desintegração dos comprimidos foram avaliadas através de um Desenho Composto Central. Os dados experimentais foram analisados estatisticamente, utilizando os modelos matemáticos para gerar superfícies de resposta. Os resultados indicaram que a concentração de dióxido de silício coloidal foi inversamente relacionada às respostas de dureza e friabilidade, enquanto que a concentração de croscarmelose sódica foi a principal responsável pela redução no tempo de desintegração. As condições ótimas foram selecionadas através da sobreposição dos gráficos, buscando uma formulação com menor tempo de desintegração, menor friabilidade e o máximo de dureza. A formulação eleita deve conter 1,2 % (m/m) de dióxido de silício coloidal e 5,0 % (m/m) de croscarmelose sódica. Nestas condições os comprimidos apresentaram dureza de 107,9 N, friabilidade de 0,56 % (m/m) e desintegração máxima em 6,8 min. / The leaves of Maytenus ilicifolia are widely used within the traditional Brazilian medicine due to its properties against gastric disorders. Once proved its efficacy and safety, this vegetable drug has been the object of several studies to establish the basis for quality control. Taking this into consideration, it was necessary to evaluate the feasibility of developing an analytical method based on the precipitation of tannins, by using polyvinylpyrrolidone for precipitation. The data have shown that the removal of the tannins in solution was successful when insoluble polyvinylpyrrolidone was used. Hereby it was observed that the polymer has also the ability to precipitate other polyphenols besides the tannins from the aqueous solution of M. ilicifolia. However, the interactions of the polymer happened mostly with the condensed tannins. Further it was developed and also validated an HPLC method to separate and quantify catechin and epicatechin present in aqueous extracts of M. ilicifolia. No significant variations of peak areas or retention times were observed when the evaluation of the method was executed, showing satisfactory chromatographic conditions. In order to make a spray dried extract (SDE) using a spray-drier fitted out with a rotary atomizer, it was necessary to concentrate the extractive solution. This operation had been performed under reduced pressure until a content of 15 % solids was achieved. The drying of the concentrated solution lead to a yield of 90 %, and the obtained SDE presented spherical particles, which have a rough surface and a mean particle size of 22,51.1.m. The technological characterization of the SDE showed that attributes such as densities (tap and bulk), compressibility and flow, have been improved when compared to the product prepared using a mini spray-drier supplied with a pneumatic nozzle. However, these modifications were not enough to enable its direct compression. Therefore, the material was compacted to produce granules after slugging or roller compaction, The compressional analysis of the SDE and each granule batch using the Heckel equation proved that the increase in the compaction force once processing the granulation was the main factor to reduce the material's ability to undergo plastic deformation. Consequently, the recompression of the granules in a tablet press led to compacts with a lower crushing strength compared to that prepared by direct compression of the pharmaceutical complex. Whereas the SDE has shown a reduced tendency to particle rearrangement at early stage of compression, the granules showed an intense fragmentation and rebound behavior, presenting a plastic behavior when higher compaction pressures were used. Finally, tablets containing a high dose of granulated spray dried extract of M. ilicifolia were prepared by using the following excipients: microcrystalline cellulose (filler/binder), colloidal silicon dioxide (glidant and moisture adsorber) and cross-linked carboxymethylcellulose (disintegrant). The influences of colloidal silicon dioxide (CSD) and cross-linked carboxymethylcellulose (CMC-Na) on the tablet hardness, disintegration time and friability were evaluated by a central composite design. The data were analyzed statistically and mathematical models were used to create response surfaces. The results have indicated that the concentration of CSD shows an inverse relation to the responses of hardness and friability, while the concentration of CMC-Na was the most important factor that caused a reduction of the time necessary for total disintegration. The optimal conditions for processing were chosen by the overlapping of graphics, taking into consideration that the formulation should present a minimum of disintegration time, lower friability and a maximum of hardness. Thus, it was found that the best formulation should have a content of 1.2% (w/w) of CSD and 5.0% (w/w) of CMC-Na. Regarding these conditions, the tablets have shown a hardness of 107.9 N, friability of 0.56% (w/w) and a disintegration time of 6.8 min.

As folhas de Maytenus ilicifolia são amplamente utilizadas na medicina tradicional brasileira no tratamento de distúrbios gástricos. Após a comprovação de sua eficácia e segurança, a referida droga vegetal tem sido objeto de diversos estudos com a finalidade de estabelecer parâmetros para o controle de qualidade. Neste sentido, foi avaliada a viabilidade do desenvolvimento de um método analítico fundamentado na precipitação de taninos empregando povidona como agente seqüestrante. Os dados revelaram que a remoção de taninos em solução é satisfatória quando empregada a povidona insolúvel. Foi observado que o polímero também é capaz de precipitar outros polifenóis além dos taninos presentes na solução extrativa de M. ilicifolia. Entretanto, as interações do polímero ocorrem preferencialmente com os derivados catéquicos. Adicionalmente foi desenvolvido e validado um método por CLAE para separação e quantificação de catequina e epicatequina em produtos derivados de M. ilicifolia. Não foram detectadas variações nas áreas dos picos ou nos tempos de retenção durante os ensaios de avaliação do método, sugerindo que as condições cromatográficas empregadas são satisfatórias. Para viabilizar a preparação de produto seco por aspersäo (PSA) em torre de secagem piloto munida de aspersor rotatório, foi necessária a concentração da solução extrativa. A operação foi realizada sob pressão reduzida até alcangar um teor de sólidos mínimo de 15 % (m/m). A operação de secagem da solução concentrada apresentou rendimento de 90 % e o PSA obtido apresentou partículas esféricas, com superfície rugosa e tamanho médio de 22,5 um. A caracterização tecnológica do material revelou que as suas propriedades tecnológicas, tais como, densidades, compressibilidade e fluxo, foram incrementadas quando comparados com o produto preparado em equipamento de bancada. Entretanto, estas modificações não foram suficientes para viabilizar sua compressão direta. Assim sendo, o material foi compactado em máquina de comprimir e em rolos para produção de grânulos. A análise do perfil compressional do PSA e dos granulados, empregando o modelo de Heckel, revelou que o aumento da força de compactação durante a operação de granulação foi o principal responsável pela diminuição no potencial de deformação plástica dos grânulos. Como conseqüência, a recompressão dos grânulos em máquina de comprimir originou compactos com dureza inferior àqueles preparados diretamente do complexo farmacêutico. Enquanto o PSA apresentou reduzida tendência ao rearranjo particular nos estágios iniciais da compressão, os grânulos sofreram intensa reacomodação decorrente da fragmentação e formação de novas pontes, assumindo comportamento plástico em pressões de compressão mais elevadas. Por fim, comprimidos contendo teor elevado de granulado de PSA foram preparados utilizando como adjuvantes a celulose microcristalina, o dióxido de silício coloidal e a croscarmelose sódica. A influência da concentração de dióxido de silício coloidal e croscarmelose sódica na formulação, sobre as respostas de dureza, friabilidade e tempo de desintegração dos comprimidos foram avaliadas através de um Desenho Composto Central. Os dados experimentais foram analisados estatisticamente, utilizando os modelos matemáticos para gerar superfícies de resposta. Os resultados indicaram que a concentração de dióxido de silício coloidal foi inversamente relacionada às respostas de dureza e friabilidade, enquanto que a concentração de croscarmelose sódica foi a principal responsável pela redução no tempo de desintegração. As condições ótimas foram selecionadas através da sobreposição dos gráficos, buscando uma formulação com menor tempo de desintegração, menor friabilidade e o máximo de dureza. A formulação eleita deve conter 1,2 % (m/m) de dióxido de silício coloidal e 5,0 % (m/m) de croscarmelose sódica. Nestas condições os comprimidos apresentaram dureza de 107,9 N, friabilidade de 0,56 % (m/m) e desintegração máxima em 6,8 min. / The leaves of Maytenus ilicifolia are widely used within the traditional Brazilian medicine due to its properties against gastric disorders. Once proved its efficacy and safety, this vegetable drug has been the object of several studies to establish the basis for quality control. Taking this into consideration, it was necessary to evaluate the feasibility of developing an analytical method based on the precipitation of tannins, by using polyvinylpyrrolidone for precipitation. The data have shown that the removal of the tannins in solution was successful when insoluble polyvinylpyrrolidone was used. Hereby it was observed that the polymer has also the ability to precipitate other polyphenols besides the tannins from the aqueous solution of M. ilicifolia. However, the interactions of the polymer happened mostly with the condensed tannins. Further it was developed and also validated an HPLC method to separate and quantify catechin and epicatechin present in aqueous extracts of M. ilicifolia. No significant variations of peak areas or retention times were observed when the evaluation of the method was executed, showing satisfactory chromatographic conditions. In order to make a spray dried extract (SDE) using a spray-drier fitted out with a rotary atomizer, it was necessary to concentrate the extractive solution. This operation had been performed under reduced pressure until a content of 15 % solids was achieved. The drying of the concentrated solution lead to a yield of 90 %, and the obtained SDE presented spherical particles, which have a rough surface and a mean particle size of 22,51.1.m. The technological characterization of the SDE showed that attributes such as densities (tap and bulk), compressibility and flow, have been improved when compared to the product prepared using a mini spray-drier supplied with a pneumatic nozzle. However, these modifications were not enough to enable its direct compression. Therefore, the material was compacted to produce granules after slugging or roller compaction, The compressional analysis of the SDE and each granule batch using the Heckel equation proved that the increase in the compaction force once processing the granulation was the main factor to reduce the material's ability to undergo plastic deformation. Consequently, the recompression of the granules in a tablet press led to compacts with a lower crushing strength compared to that prepared by direct compression of the pharmaceutical complex. Whereas the SDE has shown a reduced tendency to particle rearrangement at early stage of compression, the granules showed an intense fragmentation and rebound behavior, presenting a plastic behavior when higher compaction pressures were used. Finally, tablets containing a high dose of granulated spray dried extract of M. ilicifolia were prepared by using the following excipients: microcrystalline cellulose (filler/binder), colloidal silicon dioxide (glidant and moisture adsorber) and cross-linked carboxymethylcellulose (disintegrant). The influences of colloidal silicon dioxide (CSD) and cross-linked carboxymethylcellulose (CMC-Na) on the tablet hardness, disintegration time and friability were evaluated by a central composite design. The data were analyzed statistically and mathematical models were used to create response surfaces. The results have indicated that the concentration of CSD shows an inverse relation to the responses of hardness and friability, while the concentration of CMC-Na was the most important factor that caused a reduction of the time necessary for total disintegration. The optimal conditions for processing were chosen by the overlapping of graphics, taking into consideration that the formulation should present a minimum of disintegration time, lower friability and a maximum of hardness. Thus, it was found that the best formulation should have a content of 1.2% (w/w) of CSD and 5.0% (w/w) of CMC-Na. Regarding these conditions, the tablets have shown a hardness of 107.9 N, friability of 0.56% (w/w) and a disintegration time of 6.8 min.

<p dir="ltr">We present a systematic approach for integrating reduced-order models of tableting with upstream pharmaceutical unit operations. This method identifies critical material attributes (CMAs) and process parameters (CPPs) from upstream operations, describing their coupling to both first and second orders, while selecting the appropriate mathematical forms and estimating parameters. The coupling is modeled using normalized bivariate rational functions.</p><p dir="ltr">The approach is demonstrated for dry granulation, a process that enhances powder flowability but compromises tabletability by reducing particle porosity and increasing plastic work. Using a formulation of 10\% w/w acetaminophen and 90\% w/w microcrystalline cellulose, granules with varying densities and size distributions are produced, and tablets of different relative densities are fabricated. This work provides essential insights for end-to-end process integration, control, and optimization of dry granulation and tableting. It also identifies granule properties that predominantly influence the four stages of powder compaction: die filling, compaction, unloading, and ejection.</p><p dir="ltr">Furthermore, we examine the effects of excipients such as lubricants (magnesium stearate) and glidants (silica) on tablet critical quality attributes (CQAs) in continuous manufacturing. Lubricants were found to affect all compaction stages, with sensitivity to mixing time, while glidants influenced bulk density and tensile strength without significantly impacting tablet density or compaction force. Reduced-order models are developed to predict tablet weight, density, and tensile strength based on excipient concentration and mixing time. These models are integral to implementing real-time control under the quality-by-control paradigm.</p>

<p>To apply Industry 4.0 technologies and accelerate the modernization of continuous pharmaceutical manufacturing, digital twin (DT) and advanced process control (APC) strategies are indispensable. The DT serves as a virtual representation that mirrors the behavior of the physical process system, enabling real-time monitoring and predictive capabilities. Consequently, this facilitates the feasibility of real-time release testing (RTRT) and enhances drug product development and manufacturing efficiency by reducing the need for extensive sampling and testing. Moreover, APC strategies are required to address variations in raw material properties and process uncertainties while ensuring that desired critical quality attributes (CQAs) of in-process materials and final products are maintained. When deviations from quality targets are detected, APC must provide optimal real-time corrective actions, offering better control performance than the traditional open loop-control method. The progress in DT and APC is beneficial in shifting from the paradigm of Quality-by-Test (QbT) to that of Quality-by-Design (QbD) and Quality-by-Control (QbC), which emphasize the importance of process knowledge and real-time information to ensure product quality.</p> <p><br></p> <p>This study focuses on four key elements and their applications in a continuous dry granulation tableting process, including feeding, blending, roll compaction, ribbon milling and tableting unit operations. Firstly, the necessity of a digital infrastructure for data collection and integration is emphasized. An ISA-95-based hierarchical automation framework is implemented for continuous pharmaceutical manufacturing, with each level serving specific purposes related to production, sensing, process control, manufacturing operations, and business planning. Secondly, investigation of process analytical technology (PAT) tools for real-time measurements is highlighted as a prerequisite for effective real-time process management. For instance, the measurement of mass flow rate, a critical process parameter (CPP) in continuous manufacturing, was previously limited to loss-in-weight (LIW) feeders. To overcome this limitation, a novel capacitance-based mass flow sensor, the ECVT sensor, has been integrated into the continuous direct compaction process to capture real-time powder flow rates downstream of the LIW feeders. Additionally, the use of near-infrared (NIR)-based sensor for real-time measurement of ribbon solid fraction in dry granulation processes is explored. Proper spectra selection and pre-processing techniques are employed to transform the spectra into useful real-time information. Thirdly, the development of quantitative models that establish a link between CPPs and CQAs is addressed, enabling effective product design and process control. Mechanistic models and hybrid models are employed to describe the continuous direct compaction (DC) and dry granulation (DG) processes. Finally, applying APC strategies becomes feasible with the aid of real-time measurements and model predictions. Real-time optimization techniques are used to combine measurements and model predictions to infer unmeasured states or mitigate the impact of measurement noise. In this work, the moving horizon estimation-based nonlinear model predictive control (MHE-NMPC) framework is utilized. It leverages the capabilities of MHE for parameter updates and state estimation to enable adaptive models using data from the past time window. Simultaneously, NMPC ensures satisfactory setpoint tracking and disturbance rejection by minimizing the error between the model predictions and setpoint in the future time window. The MHE-NMPC framework has been implemented in the tableting process and demonstrated satisfactory control performance even when plant model mismatch exists. In addition, the application of MHE enables the sensor fusion framework, where at-line measurements and online measurements can be integrated if the past time window length is sufficient. The sensor fusion framework proves to be beneficial in extending the at-line measurement application from just validation to real-time decision-making.</p>