本科毕业论文---质量源于设计(qbd)在工艺优化中的应用以vc中间体古龙酸为例.doc

摘 要 【研究背景】2-酮基-L-古龙酸又叫古龙酸,是维生素C生产中重要的中间体,企业按照传统的生产工艺组织生产，最终检测产品质量来确认放行，但在实际生产中表现出来产品质量波动大，控制难度高，因此质量控制的理念必须更新，必须由“质量是生产出来”的向“质量源于设计”转变，也就是应该以QbD理念为指导，建立更为科学的控制策略。【研究目的】 本文研究分析了古龙酸提取工艺及质量控制的优化及改进，旨在提高工艺控制人员对 QbD 以及相关的设计空间和过程分析技术（PAT）的全面理解， 这些理念有助于理解重要生产工艺参数 , 从而提高产品质量的可控性，为成品质量提供坚实保证，真正实现 “ 质量可控，安全有效 ” 的基本准则。 【研究方法】 本文通过现场调查、数据统计分析、 文献研究等方法，以古龙酸提炼工艺优化为实例，全面诠释了QbD 这个新理念在工艺优化中的应用。在研究过程中，通过充分理解QbD理念，灵活运用QbD 系统包含的风险评估、PAT （过程分析技术）和DoE （实验设计）等基本方法和工具，对生产工艺进行了深入的研究。 【研究结果】 QbD 理念应用于古龙酸提炼工艺优化过程中，使得工艺控制过程和最终质量之间构建了密切的关联，它将古龙酸提炼生产过程的每一个阶段进行了详细分析确认了关键质量属性CQAs、关键控制参数CPP，并建立了相应的控制策略，为我公司工艺控制人员对于质量控制水平提升提供了参考。【研究结论】 应用 QbD 的目的就是要理解生产工艺要素 , 有效地控制生产过程 , 从而对产品质量提供高度保障。QbD 是一个很先进的理念，随着工业技术、信息技术、生物技术以及分析技术的不断进步，传统产品工艺存在优化的空间，使用多元数据分析，可以发现导致原辅料和工艺参数变化的主要干扰因素，通过减少和控制这些干扰因素，可实现生产工艺的持续改进。随着中国 API 和仿制药制造商不断进入全球市场，以及中国产业界大力推广和全球同步开发，中国的制药企业将会毫无疑问的从实施 QbD 概念和基于风险的药物开发生产中受益。 关键词： QbD ；工艺优化；CQAs； PAT ；古龙酸Application of QBD in process optimizationVc intermediates Gulonic acid as an exzampleAbstract Study background 2-Keto-L-Gulonic Acid is also called Gulonic Acid, its a major intermediate used for manufacturing Ascorbic Acid. In general, a traditional production process is arranged and the final product release is determined by finished product testing, but some disadvantage, such as great quality variation and control difference appear in this approach, so a new concept for quality control should be introduced to improve the control strategy, thats a change from Quality by Production to Quality by Design (QbD).Study purpose In this thesis, the optimization and improvement for Gulonic Acid extraction process and quality control is studied and analyzed, the aim is to increase the total understanding by process control employees for QbD, Design Space and PAT, these new concept will help to understand the Critical Process Parameters and further improve the control for product quality, finally ensure product quality and realized fully the principle of quality controllability, safety and effectiveness.Study method Based on the site investigation, data statistical analysis and literature study method, and take a example of the process optimization for Gulonic Acid harvest, the QbD concept is fully interpreted in this process optimization. In the course of the study, through the full understanding of the QbD concept, flexibility in the use of risk assessment, including the PAT QbD system ( process analytical technology ) and DoE ( design of experiment ) and other basic method and tool, studied the production process.Study results The QbD concept application for Gulonic Acid process optimization built a close connection between process control and final product quality, by this approach, the CAQs, CPP is determined and analyzed at the every stage of Gulonic Acid harvest process and control strategy is also established, these provide very valuable reference for process control employees. Study conclusion The purpose of QbD application is to understand production process factors and control production process effectively, furthermore increase the high ensure of product quality. With the development of industry technology, information technology, biotechnology and analysis technology, as an advanced concept, QbD is used to optimize the control space in the traditional process, multivariate data analysis facilitate to find the interfered factors which will lead to the raw material and process parameters variation, the realization of continuous improvement for process is obtained through reduce and control these interfered factors.With the Chinese API and generic drug manufacturers flood into global market and Chinese industry push strongly and develop concurrently, it is no doubt that Chinese pharmaceutical manufacturer will get profits from QbD concept and risk-based approach for pharmaceutical development.Key words: QbD, Process optimization, CQAs, PAT, Gulonic Acid目录第一章 VC中间体古龙酸概述11.古龙酸的理化性质11.2古龙酸的功能与应用11.3古龙酸的生产工艺11.3.1古龙酸的制备21.3.2古龙酸的提取31.4 选题背景及研究意义5第二章 质量源于设计62.1 药品质量源于设计概念62.2 药品质量源于设计的组成72.3 QbD 的实施工具和研究方法72.4 药品质量源于设计的目的7第三章 古龙酸提取工艺介绍93. 古龙酸当前工艺过程93.1.1 超滤工艺过程93.1.2 离子交换过程103.1.3 纳滤过程113.1.4 减压浓缩过程113.1.5 结晶、离心过程12第四章 古龙酸提取工艺过程分析134.1目标产品质量概况134.2关键质量属性（CQAs）134.2.1古龙酸关键质量属性144.3 评估影响CQAs的工艺步骤214.4 评估关键步骤的影响因素及影响性224.41超滤操作的影响因素及分析224.42交换操作的影响因素及分析234.43离心操作的影响因素及分析24第五章 古龙酸提炼控制研究255.1关键工艺参数分析255.2超滤过程控制策略（DOE）265.3连交过程控制策略（DOE）275.4结晶离心控制策略（DOE）295.4.1洗液最佳用量研究295.4.2洗脱最佳时间研究305.5优化工艺后的设计空间305.6工艺优化后的验证31第六章 研究结论33第七章 讨论34IV第一章 VC中间体古龙酸概述1.古龙酸的理化性质古龙酸，化学名称为2-酮基-L-古龙酸，英文名2-keto-L-gulonic acid，分子式为C6H10O7，分子量194。作为一种有机弱酸，在常温下呈白色结晶，易溶于水、微溶于醇，味无臭、微酸；可与硝酸反应氧化生成草酸，并释放氮氧化物（NO和NO2）；在硫酸的催化作用下，可与甲醇发生酯化反应，生成古龙酸甲酯，再经碱化、酸化可进一步得到维生素C1,2。1.2古龙酸的功能与应用2-酮基-L-古龙酸是维生素C的重要前体。维生素C是一种人体代谢所必需的维生素，Vc在人体内的生理作用主要包括：1、 促进骨胶原的生物合成。利于组织创伤口的更快愈合； 2、 促进氨基酸中酪氨酸和色氨酸的代谢，延长肌体寿命； 3、 改善铁、钙和叶酸的利用；4、 改善脂肪和类脂特别是胆固醇的代谢，预防心血管病； 5、 促进牙齿和骨骼的生长，防止牙床出血；6、 增强肌体对外界环境的抗应激能力和免疫力3,4。因此，Vc对坏血病、心血管缺陷、感冒、高胆固醇、精神抑郁症、糖尿病等疾病的治疗均具有重要的作用。此外，Vc还可以作为食品添加剂、农作物催熟剂、饲料添加剂、化妆品防锈剂等。1.3古龙酸的生产工艺古龙酸的生产一般由制备和提取两部分组成。1.3.1古龙酸的制备古龙酸的制备从工艺过程来分有莱氏法和微生物发酵法，其中微生物发酵法又可以分为二步发酵法和葡萄糖直接发酵法。1.3.1.1莱氏法莱氏法是1933年德国化学家Reichstein等发明的最早应用于工业生产VC的方法。该法以葡萄糖为原料,经催化加氢制取D -山梨醇,然后用醋酸菌发酵生成L -山梨糖，再经酮化和化学氧化,水解后得到2 - 酮基- L - 古龙酸，再经盐酸酸化得到VC。莱氏法生产的VC产品质量好、收率高。生产原料（D-葡萄糖）便宜易得，中间产物化学性质稳定。现在，该方法仍被国外一些大型的古龙酸生产商（如BASF/Takada公司和Merck公司）所延用。1.3.1.2二步发酵法二十世纪中后期，在中国科学院北京微生物研究所与北京制药厂共同攻关下，研发出了新的古龙酸生产工艺二步发酵法。“二步发酵法”是利用微生物发酵使L-山梨糖转化成2-酮基-L-古龙酸。二步发酵法的主要优点在于利用生物体内的代谢途径替换了莱氏法中的化学氧化过程，缩减了生产流程，取消了丙酮、氯气、苯等危险化学物质的使用，降低了生产成本同时减少了对环境的污染。因此，二步发酵法在我国得到迅速推广，在七十年代末，便已将此工艺投入工业化生产6。目前，我国主要的Vc生产商华北制药、东北制药、江山制药和石家庄制药集团仍采用此法。在二十世纪八十年代，二步发酵法新技术，以550万美元的价格转让给(瑞士的) “Hoffmann-La-Roche”公司。这一技术的出口交易额创造了当年中国最大技术出口交易额的纪录。1.3.1.3葡萄糖直接发酵法葡萄糖经细菌串联发酵产生古龙酸的研究国外较早就已经开始。在上世纪八十年代末，中科院微生物研究所尹光琳等学者以葡萄糖为发酵原料，利用欧文氏菌和棒杆菌串联发酵成功得到古龙酸。通过原生质体融合技术，她们又制得了欧文氏菌和棒杆菌的融合细胞。通过摇瓶发酵试验，约有40%的融合细胞能将葡萄糖转化成古龙酸。氧化葡萄糖酸杆菌与棒杆菌的休止细胞共固定化串联发酵葡萄糖生产古龙酸工艺的最高转化率达到37.72%。1985年，Anderson等人将棒杆菌的2，5-酮D葡萄糖酸还原酶基因转入欧文氏菌，所得工程菌的葡萄糖转化率可达到47.7%。后来，一些学者在这个领域进行了深入研究，但并没有在取得可转化为工业生产的成果7。1.3.2古龙酸的提取当前,我国大多数维生素C厂商仍在使用二步发酵法工艺制备古龙酸,发酵液中古龙酸含量约为9%,并且菌丝体、蛋白质和悬浮微粒等杂质含量较多、成分复杂，这直接导致了提取工艺的复杂性，如何在控制成本的前提下，得到稳定优质的古龙酸，是每一个生产厂家所面临的问题。现行的从发酵液中分离菌体蛋白，提取古龙酸的方法主要有加热沉淀法、化学聚凝法、超滤法 8-10，除去蛋白后溶液，再经过离子交换、浓缩、结晶离心即可得到古龙酸湿品。1.3.2.1加热沉淀法此法是提取古龙酸的传统方法，它首先让发酵液经静置沉淀然后通过阳离子交换树脂柱，将发酵液中的古龙酸钠部分交换成古龙酸，通过降低料液的pH至蛋白质等电点，并加热使蛋白质变性凝聚，然后再用高速离心对料液进行固液分离，清液再次通过阳离子交换树脂柱，吸附全部的钠离子得到古龙酸溶液，再进行浓缩结晶，得到古龙酸晶体。在这个工艺过程中，需调pH值至蛋白质等电点后加热去除蛋白，需要大量能耗，加热的过程又会导致古龙酸的分解；含有较多杂质的发酵液直接通入交换柱，会严重污染树脂表面，使交换容量迅速下降，而且料液两次经过树脂交换，带入大量洗水，提升了浓缩过程的成本，因此该工艺流程较为落后121.3.2.2化学凝聚法由于传统二步发酵法提取工艺存在操作繁琐、能耗高、质量差的缺点，科研人员在处理发酵液时开始应用絮凝技术，通过选择合适的絮凝剂和分离条件，可以迅速有效去除料液中的菌丝体、蛋白质、色素等杂质13。此工艺的优点在于省去了加热沉淀法中的第一次树脂交换、连续加热及高速离心等生产环节，减少了生产设备，简化了工艺流程。另外，由于不需要进行连续加热，节约了大量能源消耗，改善了工作环境。据报道，上世纪九十年代大部分厂家已将絮凝技术应用于发酵液的处理，对比新、旧工艺所制得的产品，新工艺产品比旧工艺所制产品在收率、消光值有明显改进。1.3.2.3超滤法超滤法是本世纪获得广泛应用的膜处理技术，它依据多孔膜筛分溶质分子和悬浮粒子的作用，通过切割分子量，截留大分子，透过小分子。在液压作用下，通过超滤膜，截留粒子的粒径范围一般在0.001-0.01um。通过超滤的筛分效应，大部分蛋白微粒被过滤掉，避免其对树脂造成污染，有效缩短了工艺流程，节约了原材料成本。该工艺优点：在常温下进行操作，降低了动力消耗成本。在用膜过滤蛋白过程中，没有加入新的化学物质，减少了树脂的污染和损耗，降低了酸碱用量，减少了对环境的污染。1995年，我国的东北制药厂最早从丹麦引进了一套平板超滤装置。采用这套设备后，该厂古龙酸的分离提纯成本比原先使用化学凝聚法节约了600万元，并且大大提高了古龙酸的收率及生产的自动化、连续化程度。三种分离方法分别根据菌体蛋白受热变性、絮凝沉淀以及膜的筛分效应对发酵液进行处理，而三种方法的更新换代是随着新技术的出现而推广应用，从这三种方法的特点，我们可以看出优化创新工艺可以实现降低成本和提升质量。本文是在二步发酵制备古龙酸的基础上，以超滤法提取古龙酸进行进一步的工艺优化。1.4 选题背景及研究意义古龙酸是维生素C的重要前体，古龙酸的制备是工业上生产维生素C的一个重要环节。维生素C是一种人体必须的维生素，生理作用广泛，在医药工业和食品工业上市场需求庞大，近年来，全球维生素C的消费量一般保持在10万吨左右。由于维生素 C 行业产能增加，竞争更加激烈，加强对维生素 C 工艺的研究，改进工艺，降低成本，提高质量，提升企业的竞争力，提升维生素 C 在国际上的话语权，已成为维生素 C 行业面临的重大问题。目前，中国制药界的质量观正逐渐地由“质量源于检测” 向“质量源于生产” 转变， 而国际上已开始由“质量源于生产” 向“质量源于设计”（QbD） 迈进。随着 QbD 的推广，尤其是国际上部分生产企业成功实施应用 QbD 、国内企业实践应用 QbD 的的案例，为大家探索了可借鉴的模式。QbD是一个科学技术及质量风险管理相结合的系统性研究方法，它始于预先制定好的目标，强调对产品和生产工艺的理解及控制。通过QbD的应用，可以建立产品质量和生产控制之间的关系，设计优化的生产工艺，提供优质的产品质量。通过建立一个可靠的产品设计和生产工艺，有助于产品及生产工艺的全面理解，有助于识别那些对原料药、辅料、生产和包装有影响的因素。通过继续改进，降低因产品变异性造成的产品缺陷、不合格和召回。通过QbD的应用，对产品和工艺的理解，建立一个良好地控制策略，能够加强生产厂家有效地扩大生产产能和生产工艺控制的能力。我们根据QbD概念，确定产品的关键质量特征将其转化成产品的关键质量属性（CQAs）并建立生产变量与关键质量属性之间的关系，以提高产品的质量，同时以此来制定和实施控制策略，确保在整个产品生命周期中生产出高品质的产品。本示例以某药企古龙酸提炼工艺为例，我们通过优化古龙酸提炼生产工艺，对每个单元操作，均进行风险评估，然后利用实验设计对识别出的高风险变量进行研究，以确定关键物料属性和关键工艺参数。如何通过工艺优化提高产品质量，是每个生产企业面临的课题，我们的研究意义在于通过对古龙酸提取工艺优化，提高产品质量，同时，通过在工艺过程中应用QbD，为QbD的推广提供一份参考和借鉴，贡献一份微薄的力量。第二章 质量源于设计2.1 药品质量源于设计概念质量源于设计（ Quality by Design ）， 强调通过设计来提高产品的质量。其核心为 “ 药品质量不是检验出来的，而是设计出来的 ”。在 ICH Q8 附录中，关于质量源于设计（ Quality by Design ）概念的阐述如下： QbD 是一种基于科学和质量风险管理的药物研发的系统方法， 它以预期的目标为开端，强调对产品和工艺的理解及过程的控制14 。根据 QbD 概念， 药品从研发开始就要考虑最终产品的质量， 在配方设计、 工艺路线确定、 工艺参数选择、 物料控制等各个方面都要进行深入的研究，积累翔实的数据，在透彻理解的基础上，确定最佳的产品配方和生产工艺。 QbD 是基于对产品和工艺的了解的基础，在符合药品监管法规的要求下，生产出符合质量要求的产品。 实现了法律法规和产品工艺的紧密结合，更准确地说是药监科学与工程的结合。 在 QbD 模式下， 合理地理解药品设计和工艺流程是药品质量的保障。 QbD 实际应用应该包括以下 5 个步骤：质量源于设计” 系统风险评估与风险控制产品&工艺设计开发提前定义所需产品表现：识别产品关键质量属性设计处方及工艺以满足产品关键质量属性持续检测并优化工艺确保产品质量的稳定识别并控制物料与工艺流程中的变量来源理解物料性质及工艺参数对产品关键质量属性的影响图 2-1 QbD 的整个概念2.2 药品质量源于设计的组成QbD 是一个系统的药物开发方法。它强调要制定目标，并在可靠地科学和质量风险的管理基础上，对产品和工艺具有良好的理解和控制。这就意味着在药品开发中，要合理设计产品和生产工艺，这样才能够确保预定产品的质量。QbD 包括以下内容：1. 确定药品关键质量属性（CQAs）的目标产品质量概况（QTPP）。2. 产品设计和关键物料属性（CMAs）的识别和理解。3. 生产工艺设计和对关键工艺参数（CPPs）的识别和理解。4. 控制策略包括对原材料，辅料和药品质量标准以及生产工艺的控制。5. 工艺能力和持续改进。2.3 QbD 的实施工具和研究方法QbD 所采用的基本方法和工具主要包括：风险评估、PAT （过程分析技术）和DoE （实验设计）等。能否应用好这些基本方法和工具，将会严重制约整个进程。2.4 药品质量源于设计的目的QbD是一个科学技术及质量风险管理相结合的系统性研发方法，它始于预先制定好的目标，强调对产品和生产工艺的理解及控制。QbD的目标包括：1. 制定合理的、符合临床表现的产品规格2. 减少产品的变异和缺陷3. 增加产品的开发和生产效率4. 提高产品批准后变更管理通过QbD的应用，可以设计优化的处方和生产工艺，提供优质可信的产品质量，从而实现上述目标。近年来，在实现第一个目标方面已取得了重大进展。QbD的第二个目标是降低产品缺陷、不合格和召回。实现这一目标需要一个可靠地产品设计和生产工艺。此外，对于产品及生产工艺的全面的理解，有助于识别那些对原料药、辅料、生产和包装有影响的因素。由于制药行业在过去几年的共同努力，对于产品及生产工艺的理解有了显著地提高。但是，仍然有少数药厂因对其产品及生产工艺的理解不足，而被监管机构要求其重复产品开发实验；这会造成产品开发过程的高花费低成效，同时延长了监管部门的审批时间。因此，提高产品的开发和生产效率是QbD的第三个目标。QbD的最后一个目的是要加强产品批准后变更的管理。通过对产品和生产工艺的理解，建立一个良好的控制策略，能够加强生产厂家有效地扩大生产产量和生产工艺控制的能力。最近，美国食品药品管理局发布了指导意见草案，旨在降低对一些低风险药物的化学，制造和控制（CMC）批准后变更的监管申报要求。综上， QbD 体系应包括产品关键质量参数（ Critical Quality Attributes ， CQA ）的确认、设计处方工艺使 CQA 重现性与耐用性符合要求、掌握原材料因素和工艺参数对于 CQA 的影响、确认和控制来自原材料和工艺中的变量、通过持续监控和修改工艺以保持质量的恒定15。第三章 古龙酸提取工艺介绍3. 古龙酸当前工艺过程根据QbD的理念，要制定好产品质量目标，首先应对古龙酸的产品属性和生产工艺透彻理解，通过QbD的应用，设计优化的生产工艺，提供优质可信的产品质量。 古龙酸生产工艺流程：如3-1图 超滤离子交换纳滤减压浓缩结晶离心古龙酸钠醪液古龙酸湿品 图3-1古龙酸生产工艺流程图经过二步发酵，醪液中的古龙酸含量只有10，而残留菌丝体、蛋白质、多糖或悬浮微粒等杂质的含量却很高，这些杂质的存在严重影响了古龙酸湿品的质量。古龙酸提炼过程，就是通过超滤膜分离发酵液中菌体蛋白、离子交换去除古龙酸钠的钠离子，然后经过浓缩、结晶、离心从古龙酸钠发酵醪液中提取古龙酸晶体。古龙酸提炼过程是一个去除杂质，浓缩提纯的过程，古龙酸作为维生素C生产中的重要中间体，其质量的提高对维生素C的内在质量(包括晶型的完整均、保质期的延长等)有着至关重要的影响，同时也是降低成本、提高质量、增加经济效益的重要手段。过滤层支撑层3.1.1 超滤工艺过程 超滤是一种以压力差为推动力，按粒径选择分离溶液中所含微粒和大分子的膜分离操作。膜类型以截留 分子量（MWCO）定义，超过MWCO 90%的分子量将被截留。该工艺的特点是无变相、节 图3-2超滤膜层示意图 能、操作简便、不造成新的环境污染。通过膜的截留作用，去除古龙酸钠溶液中的菌体蛋白、胶体、色素及悬浮微粒等大分子杂质， 对料液进行初步提纯,在超滤前后发酵液中的钠盐含量几乎不变。由于超滤的过程是通过膜材料对不同粒径的杂质进行截留，因此膜孔的大小决定了截留杂质的多少，膜孔大则杂质截留少，对下一步处理增加负面影响，膜孔过小则通量低，运行成本上升，且膜污染后较难恢复，择合适的超滤膜是提取古龙酸的关键环节。 3.1.2 离子交换过程将超滤液（古龙酸钠溶液）通过强酸性阳离子树脂离子交换，将Na+替换为H+，从而使古龙酸钠转变成古龙酸。古龙酸交换液料控制pH值：1.41.8。由于树脂具有吸附作用，超滤膜没有截留住的蛋白体、色素也会进入连续交换柱中 ，部分杂质会被吸附，再生时洗脱，同时这部分杂质的存在会使离子交换树脂的交降换效率降低 ，影响古龙酸的吸光度。因此树脂再生对于杂质的去除效果会有较大的影响。化学反应方程式2酮基L古龙酸钠 2酮基L古龙酸 M=216.15 M=194.15 图3-3古龙酸钠离子交换方程式树脂再生 :RSO3Na + HCL RSO3H + NaCL 3.1.3 纳滤过程纳滤是介于反渗透和超滤之间的一种膜，一般是由多层聚合物组成的复合膜。纳滤膜的表层孔径范围在纳米级(10-9m)，相对分子量截留范围在100-1000。多数纳滤膜表面荷负电，可以透过直径在1个纳米 ( nm ) 左右的溶质粒子。交换液纳滤膜渗透水浓缩液纳滤膜原理 ：a、溶解-扩散原理，渗透物溶解在膜中，并沿着它的推动力梯度扩散传递，在膜的表面形成物相之间的化学平衡，一种物质通过膜的时候必须克服渗透压力。b.电效应，纳滤膜与电解质离子间形成静电作用，电解质盐离子的电荷强度不同，造成膜对离子的截留率有差 图3-4纳滤工艺过程示意图异，在含有不同价态离子的多元体系中，由于道南(DONNAN)效应，使得膜对不同离子的选择性不一样，不同的离子通过膜的比例也不相同。古龙酸料液通过膜的截留作用，使连交液中约1/2体积的水透过膜被除去，古龙酸被截留，从而提高料液浓度。主要通过控制浓缩倍数、温度、压力、pH值来完成走料和清洗工作。示意图如3-4。3.1.4 减压浓缩过程古龙酸属于热敏性物质，高温对其有较强的破坏。低温除水，可以降低古龙酸在浓缩时被破坏的程度。减压浓缩，就是利用降低液体外部的压强，从而降低液体的沸点，让物料中的水，在低温下沸腾并被除去的一种方法。古龙酸浓缩，就是利用真空泵，对浓缩罐抽真空，在保持真空度不低于0.096MPa的状态下，利用蒸汽对罐夹套加热，控制蒸发温度低于45，使物料中水的沸点降低被除去，达到提高物料浓度的过程。纳滤液经过减压蒸发，使古龙酸结晶析出。浓缩周期、浓缩温度、浓缩终点料液的比重对古龙酸的质量会产生一定的影响。3.1.5 结晶、离心过程当古龙酸浆料中的水减少到一定程度时，就会形成过饱和溶液。结晶就是溶质从过饱和溶液中析出晶体的过程。古龙酸饱和溶液在结晶罐中通过冷冻盐水降温，降到温度（0-2）使古龙酸晶体充分析出。古龙酸离心过程，是在离心力的作用下，使放入转鼓内的悬浮液（古龙酸结晶料）快速均匀地分布到衬在转鼓壁上的滤包内，固相（古龙酸晶体）被截留堆积形成滤饼，并用洗液洗涤除去杂质，液相母液在离心力的作用下，通过滤饼、滤包孔隙、滤网及转鼓壁上的小孔被甩入外壳，汇集后经排液口流出机外，完成古龙酸晶体与母、洗液的固液分离过程。进料速度、离心机转速及时间的控制以及物料温度和杂质性质均会对古龙酸湿质量产生最直接的影响。第四章 古龙酸提取工艺过程分析4.1目标产品质量概况目标产品质量概况（QTPP）是药品质量属性的前瞻性总结，具备这些质量属性，才能确保产品质量，作为原料药的中间体应为下一工艺步骤提供均一、稳定的产品。通过着眼于最终的质量目标，研发出可靠生产工艺，并有可行的控制策略来确保产品性能。本章通过相关资料收集、数据分析及现场调研，以某企业生产古龙酸为例，进行工艺优化。古龙酸提炼工艺过程是一个去除发酵液中菌体蛋白、胶体、色素及小分子杂质的过程，我们希望得到的目标产品质量概况（QTPP）为最大限度去除各种杂质以及水分，从而为后续工艺提供可靠保证。按照原生产工艺生产古龙酸，首先，产品质量指标波动大，生产可控性差，其主要原因是杂质对成品生产会带来负面影响，从另一个侧面也表明，企业对该产品工艺研究不够深入，关键参数未能达到有效控制。为解决该问题，需要进行工艺优化，需对工艺过程中的各项参数进行有效控制。根据QbD理念，首先，以产品企业标准，确定古龙酸的关键质量属性。其次，针对关键质量属性及古龙酸的工艺生产过程进行分析理解，并应用风险评估确定工艺的关键工艺参数。第三，通过风险评估、实验设计、过程分析等技术手段，详细说明了关键质量属性及关键工艺参数之间的关系。进而确定了古龙酸工艺的设计空间。最后，在设计空间内进行生产操作。4.2关键质量属性（CQAs）确定药品关键质量属性（CQA）是药品开发的下一个步骤，CQA是包括产出物料的某种物理、化学、生物学或微生物学性质或特征，只有当这一性质或特点在一个适当的限度、范围或分布内，才能确保预期的产品质量16。产品的质量属性包括其有效成分的鉴定、含量、含量均匀度、降解产物、水分含量、微生物限度等，以及物理属性，如颜色、形状、大小、气味等。这些属性可以是关键性或是非关键性的。作为原料药的中间体，一个属性是否关键取决于当该属性超出可接受范围时后续工艺的响。FDA认为对生产关键过程参数的确定就是是否对其工艺准确理解的标志，而对于关键步骤判断的失误则是没有很好的理解工艺，至于不明确的关键步骤或工艺参数可能意味着生产工艺失控，并被认为是危险的。在这里阐明的是工艺参数的关键性，即生产中能否对可接受范围进行持续重复控制的评估。4.2.1古龙酸关键质量属性原料药、辅料和在加工物料可能有许多关键物料属性。关键物料属性是原料药、辅料或中间体加工物料的某种物理、化学、生物学或微生物学性质或特点，只有当这一性质或特点在一个适当的限度、范围或分布内，才能确保所期望的原料药、辅料或在加工物料的质量。一个中间体的CQA也可以成为同一产品在下游工艺步骤的CMA。一个物料属性是否是关键的，取决于该物料属性的变化对产品的质量是否产生重大影响。对产品的基本理解亦包括将输入的关键物料属性和输出的关键物料属性相关联的能力。古龙酸作为生产Vc的中间体，目前企业需要检测放行的项目见表4-1：表4-1古龙酸关键质量属性列表序号关键属性产品目标描述1古龙酸湿品含量%88.002干燥失重% 5.43古龙酸熔点1581634钠盐%0.25吸光度0.06作为目标产品，古龙酸湿品含量成为关键属性显而易见，干燥湿重标识湿品中水份的多少，生产古龙酸的下一工艺步骤为古龙酸在浓硫酸的催化下与甲醇反应生成古龙酸甲酯，水分的存在会导致一部分古龙酸不能参与反应，从而成为古龙酸甲酯中的杂质，因此干燥湿重应作为关键属性控制。古龙酸熔点，对于物质的熔点，通常是指纯净的物质。但实际上，大部分的物质都是含有其它的物质的，比如在纯净的液态物质中溶有少量其他物质，或称为杂质，即使数量很少，物质的熔点也会有很大的变化，对于纯粹的有机化合物，一般都有固定熔点。即在一定压力下，固-液两相之间的变化都是非常敏锐的，初熔至全熔的温度不超过0.51（熔点范围或称熔距、熔程）。但如混有杂质则其熔点下降，且熔距也较长。因此熔点测定是纯度测定的重要方法之一，应作为关键属性控制。钠盐指提取发酵液得到古龙酸湿品中含有的钠离子，如果存在钠盐，在古龙酸酯化反应时会影响古龙酸甲酯的生成，因此也应作为关键质量属性。吸光度是用来衡量光被吸收程度的一个物理量，当一束光通过一个吸光物质（通常为溶液）时，溶质吸收了光能，光的强度减弱。在多组分体系中，如果各组分的吸光质点彼此不发生作用，那么吸光度便等于各组分吸光度之和，这一规律称吸光度的加和性。因此吸光度的大小也体现了古龙酸溶液当中杂质的多少。为了研究当前工艺过程各工艺参数的实际状态，我们选取当前100批次古龙酸产品的质量检测数据，对各质量参数分别进行过程能力分析，见图4-1图4-5。图4-1 古龙酸湿品含量过程能力图4-2 干燥失重过程能力图4-3 熔点过程能力图4-4 钠盐过程能力图4-5 吸光度过程能力根据以上数据分析可以得到，各质量指标的过程能力指数见表4-2。表4-2 关键质量参数过程能力列表序号关键属性产品目标描述过程能力指数Cpk标准差1古龙酸湿品含量% 88.001.050.202干燥失重% 5.40.810.473古龙酸熔点1581631.360.674钠盐%0.24.650.0145吸光度0.0600.710.012根据表4-2和附表1可以得到古龙酸质量参数过程能力分析表4-3表4-3古龙酸质量参数过程能力分析表序号关键属性过程能力指数Cpk对策1古龙酸湿品含量% 1.05三