Process Analytical Technology Approach on Fluid Bed Granulation and Drying : Identifying Critical Relationships and Constructing the Design Space

Fluid bed granulation is a key pharmaceutical process which improves many of the powder properties for tablet compression. Dry mixing, wetting and drying phases are included in the fluid bed granulation process. Granules of high quality can be obtained by understanding and controlling the critical process parameters by timely measurements. Physical process measurements and particle size data of a fluid bed granulator that are analysed in an integrated manner are included in process analytical technologies (PAT). Recent regulatory guidelines strongly encourage the pharmaceutical industry to apply scientific and risk management approaches to the development of a product and its manufacturing process. The aim of this study was to utilise PAT tools to increase the process understanding of fluid bed granulation and drying. Inlet air humidity levels and granulation liquid feed affect powder moisture during fluid bed granulation. Moisture influences on many process, granule and tablet qualities. The approach in this thesis was to identify sources of variation that are mainly related to moisture. The aim was to determine correlations and relationships, and utilise the PAT and design space concepts for the fluid bed granulation and drying. Monitoring the material behaviour in a fluidised bed has traditionally relied on the observational ability and experience of an operator. There has been a lack of good criteria for characterising material behaviour during spraying and drying phases, even though the entire performance of a process and end product quality are dependent on it. The granules were produced in an instrumented bench-scale Glatt WSG5 fluid bed granulator. The effect of inlet air humidity and granulation liquid feed on the temperature measurements at different locations of a fluid bed granulator system were determined. This revealed dynamic changes in the measurements and enabled finding the most optimal sites for process control. The moisture originating from the granulation liquid and inlet air affected the temperature of the mass and pressure difference over granules. Moreover, the effects of inlet air humidity and granulation liquid feed rate on granule size were evaluated and compensatory techniques used to optimize particle size. Various end-point indication techniques of drying were compared. The ∆T method, which is based on thermodynamic principles, eliminated the effects of humidity variations and resulted in the most precise estimation of the drying end-point. The influence of fluidisation behaviour on drying end-point detection was determined. The feasibility of the ∆T method and thus the similarities of end-point moisture contents were found to be dependent on the variation in fluidisation between manufacturing batches. A novel parameter that describes behaviour of material in a fluid bed was developed. Flow rate of the process air and turbine fan speed were used to calculate this parameter and it was compared to the fluidisation behaviour and the particle size results. The design space process trajectories for smooth fluidisation based on the fluidisation parameters were determined. With this design space it is possible to avoid excessive fluidisation and improper fluidisation and bed collapse. Furthermore, various process phenomena and failure modes were observed with the in-line particle size analyser. Both rapid increase and a decrease in granule size could be monitored in a timely manner. The fluidisation parameter and the pressure difference over filters were also discovered to express particle size when the granules had been formed. The various physical parameters evaluated in this thesis give valuable information of fluid bed process performance and increase the process understanding.

“Aivan sama vaikkei ne olis edes pelannut” – Jalkapallo elämyskulutuksen kohteena

Tutkielmassa tarkastellaan jalkapallon seuraamista elämyskuluttamisen näkökulmasta. Elämyskulutuksella tarkoitetaan tässä yhteydessä tapahtumia ja hetkiä, jolloin ihminen kokee tavallisuudesta poikkeavan ja mieleenpainuvan tunnetilan. Elämyksiä tarjoavat palvelut ovat lisänneet jatkuvasti suosiotaan, kun arjessa rationaalisuus ylikorostuu ja sille halutaan vastapainoa. Aihetta taustoitetaan elämysyhteiskunnan, yhteisöllisyyden ja kuluttajaheimojen käsitteiden avulla. Erityishuomion saavat kulttuuritapahtumat elämystuotteina, penkkiurheilu yhteiskunnallisena ilmiönä sekä erilaiset jalkapalloon liittyvät kulutustavat. Tutkielma on luonteeltaan fenomenologis-etnografinen kuvaileva tutkimus. Tutkimusmenetelminä on käytetty osallistuvaa havainnointia ja haastatteluita. Tutkimusperinteen mukaisesti ilmiön ymmärtäminen, kuvaaminen ja kirjoittaminen ovat tärkeässä osassa. Havainnointiaineisto on kerätty kolmessa eri tapahtumassa seuraamalla katsojien käyttäytymistä ja tunnelman syntymiseen vaikuttavia tekijöitä. Haastateltavat on valittu harkinnanvaraisesti jalkapalloa aktiivisesti seuraavista henkilöistä ja menetelmänä on käytetty avoimia teemahaastatteluita. Urheilun vetovoima ajanvietteenä perustuu vahvojen tunteiden herättämiseen, joten penkkiurheilu on elämyskulutusta puhtaimmillaan. Urheilu elämystuotteena on oivallinen, sillä sen lukuisten kulutustapojen lisäksi tapahtumat muodostavat päättymättömän jatkumon. Myös oman aineistoni perusteella osoittautui, että menneiden tapahtumien avulla ankkuroidutaan yhteisöön ja tulevien tapahtumien avulla pidetään innostusta yllä. Pettymysten hetkelläkään koukusta ei haluta irti, sillä jokainen kokemus lisää tunteita omaa urheilulajia ja yhteisöä kohtaan. Urheilutapahtumissa katsojan elämys syntyy subjektiivisen kokemuksen kautta, mutta yhteisö luo elämyksen toteutumisen välttämättömät edellytykset. Jalkapalloyleisöön kuuluvissa henkilöissä yhdistyvät halu kuulua ryhmään ja olla samaan aikaan sen ulkopuolella. Peliä voidaan tarkkailla itsekseen ja keskittyneesti suuren joukon keskellä tai hurrata muiden mukana. Aineistoni perusteella jalkapallofanin innostus pulppuaa kahdesta lähteestä: yhteisöllisyydestä ja kiinnostuksesta lajiin. Yhteisöllisyyden tunne syntyy kuulumisesta globaaliin jalkapalloyhteisöön, oman suosikkijoukkueen kannattajiin ja samaa lajia seuraavien kaverien muodostamaan lähipiiriin. Urheilullinen puoli innostuksesta syntyy kiinnostuksesta jalkapalloa kohtaan lajina, aktiivisesti seuratuista säännöllisistä tapahtumista ja oman joukkueen kannattamisesta. Jalkapallon seuraajiin teoria jatkuvasti muuttuvista uusyhteisöistä pätee melko huonosti, sillä lajille ja seuralle ollaan hyvin uskollisia. Faneille on tärkeää sitoutua pieneen lähiyhteisöön, jonka kanssa heillä on yhteinen historia ja mahdollisuus jakaa kokemuksia keskustelemalla ja muistelemalla.

Aspergillus niger -proliiniendopeptidaasi prolamiinien eliminoinnissa

Tutkielman kirjallisuusosassa perehdyttiin vehnän, rukiin ja ohran, eli Triticeaeprolamiinien erityisasemaan keliakianäkökulmasta tarkasteltuna ja prolamiinien hydrolyysiin proliinispesifeillä entsyymeillä. Lisäksi tarkasteltiin prolamiinien immunologisia määritysmenetelmiä. Keliakiassa haitalliset gluteenipeptidit sisältävät runsaasti proliinia ja ovat hankalia pilkkoa muilla kuin proliinispesifeillä peptidaaseilla. Suurin osa immunologisen reaktion aiheuttavista gluteenilähtöisistä peptideistä voidaan pilkkoa idätetyn viljan endogeenisilla entsyymeillä happamissa olosuhteissa, mutta jäljellejäävä prolamiinipitoisuus ylittää edelleen gluteenittomille tuotteille sallitun rajan. Kokeellisen työn tavoitteena oli eliminoida happamalla mallasinkubaatiolla valmistettujen vehnä-, ohra- ja ruismallasautolysaattien sisältämä jäännösprolamiini Aspergillus niger -homeen tuottamalla proliinispesifillä endopeptidaasilla (AN-PEP) siten, että hydrolysaattia voitaisiin käyttää gluteenittomissa leivontasovelluksissa. Proteiinien hydrolyysiä tarkkailtiin kokoekskluusiokromatografialla (SEC), vapaan aminotypen (FAN) muodostumisena ja SDS-PAGE-elektroforeesilla. Jäännösprolamiinien pilkkoutumista seurattiin immunologisella R5-ELISA-menetelmällä. AN-PEP-inkubaatiolla saatiin aikaan voimakasta prolamiinien pilkkoutumista; mallasautolysaattien jäännösprolamiinista pilkkoutui yli 96 %. SEC- ja FAN-analyysien perusteella inkubaatioaikaa kannatti jatkaa yli 4 h, jolloin polypeptidit pilkkoutuivat edelleen pienemmiksi hydrolyysituotteiksi. Vehnä- ja ruismallashydrolysaattien prolamiinipitoisuuden todettiin laskevan 22 h inkubaation aikana alle tason 100 mg/kg R5-ELISA-menetelmällä määritettynä. Matalimmat prolamiinipitoisuudet saavutettiin AN-PEP-pitoisuudella 35 ?l / g mallasautolysaattia. Codex Alimentarius -komission säädöksen mukaan keliakiaruokavalioon soveltuvat ns. erittäin vähägluteeniset tuotteet saavat sisältää gluteenia enintään 100 mg/kg. Erityisesti AN-PEP-käsiteltyä ruismallasraaka-ainetta voitaisiin mahdollisesti käyttää tuomaan rukiista aromia gluteenittomiin leipiin. Ennen kuin mallashydrolysaatit ovat valmiita kaupallisiin sovelluksiin, on tarkasteltava niiden todellisia mahdollisuuksia parantaa elintarvikkeiden makua ja aromia sekä todettava uuden teknologian turvallisuus keliaakikoille.