Alternative Polymers and Processes for Coating

Abstract

PURE ZEIN COATINGS Zein from ethanolic solution The drug release from zein coated pellets was fast in pH1.2, whereas extended in pH6.8. The difference in the release behaviour in pH 1.2 vs. pH 6.8 was attributed to the changed swelling behaviour related to the ionic composition of the media. Zein coatings possess excellent storage stability even at accelerated storage conditions (40 °C/75%r.h.). Protective coatings of zein at low coating level for immediate release formulations were effective for moisture protection and taste masking purpose. Aqueous zein dispersions Several methods were evaluated for the preparation of aqueous zein dispersions: two were based on a solvent extraction method, one relied on phase inversion. Additives in the aqueous phase (e.g. surfactants) could not further reduce the particle size, but had in some cases even a detrimental effect. An exchange of solvent for the organic phase revealed a strong influence with decreasing particle size related to decreasing solvent power. The maximum polymer concentration with unchanged particle size was ~10 % (w/w). At this polymer concentration the particles occupy 74% of the volume and are in a closest packed array getting into contact with each other. Thus agglomeration starts. Redispersible powders prepared by spray-dyring resulted in smaller particles size compared to powders obtained by lyophilisation of aqueous zein dispersions. The redispersion can be improved at pH 7.4 compared to redispersion in water. ZEIN-SHELLAC COMBINATIONS Zein-shellac mixed coatings reduced the fast drug release of pure zein coated pellets in pH 1.2. The drug release was linearly correlated to the swelling and mechanical properties of the films according the zein-shellac ratio. The observed instability on storage of shellac may be overcome by a thermal after-treatment (curing) after the coating. Shellac topcoats were able to effectively inhibit the swelling of zein coated pellets and decreased the drug release in pH 1.2 already at low coating level (1-2 %), but also in pH 6.8. HPMC as a water soluble polymer even at 50% w/w content in the topcoat was not able to overcome the retardation in pH 6.8. Small molecular weight organic acids were able to enhance the permeability of the topcoats in pH 6.8 due to their pH-dependent solubility until no further retardation was observed. Polymers with pH-dependent solubility, e.g. sodium alginate can be used alternatively to shellac as topcoat materials. DRY POWDER COATING The critical parameters for film formation of dry powder coatings such as optimised polymer-plasticiser combinations, the polymer viscosity and the particle size of the polymer powder were investigated. Optimal polymer- plasticiser interactions reduced the Tg, the puncture strength, the modulus at puncture and the modulus of elasticity and result in extended drug release of coated pellets even without curing. Moreover, the viscosity of the polymer can enhance the film formation as well as a pre-plasticisation of the polymer. Water soluble additives like HPMC are suitable to further modify the drug release. Micronised HPMC with 20 % in a mixture of ethylcellulose increased the drug release only slightly. With 33 % HPMC in a mixture with ethylcellulose the drug release was significantly increased, without being decreased again by curing.

REINE ZEIN ÜBERZÜGE Zein aus ethanolischen Lösungen Die Wirkstofffreisetzung überzogener Pellets aus ethanolischen Zein-Lösungen ist schnell in pH 1.2, aber verzögert in pH 6.8. Der Unterschied beim Freisetzungsverhalten ist durch das veränderte Quellverhalten in den verschiedenen Freisetzungsmedien bedingt, abhängig von der ionischen Zusammensetzung. Zein Überzüge haben eine ausgezeichnete Lagerstabilität selbst unter Streßbedingungen (40 °C/75% r.F.). Bei niedrigen Überzugsschichtdicken kann Zein auch als Schutzüberzug für Feuchtigkeitsschutz oder zur Geschmacksmaskierung dienen. Wäßrige Zein Dispersionen Zur Herstellung wurden vier Methoden untersucht. Zwei beruhen auf ein Lösungsmittel-Extraktions-Verfahren, eine auf eine Phasen-Umkehr. Zusätze in der wäßrigen Phase (z.B. Emulgatoren) konnten die Partikelgröße nicht weiter reduzieren. Ein Austausch des Lösungsmittels der organischen Phase zeigte eine Abnahme der Partikelgröße mit abnehmender Lösungsmittelstärke. Die maximale Polymer-Konzentration ohne eine veränderte Partikelgröße liegt bei ~10 % (w/w). Bedingt durch die enormen Quellung von Zein ist der Volumenanteil der Partikel dabei 74 %, und entspricht damit einer dichtesten Kugelpackung. Da Partikel berühren sich daher und die Agglomeration beginnt. Die Herstellung redispergierbarer Zein-Pulver wurde untersucht. Sprühtrocknung liefert Pulver mit kleinerer Partikelgröße im Vergleich zu Lyophilisation. Die Redispergierung der trockenen Pulver kann in Puffer bei pH 7.4 gegenüber reinem Wasser verbessert werden. ZEIN-SCHELLACK KOMBINATIONEN Zein-Schellack Mischüberzüge reduzieren die schnelle Wirkstofffreisetzung in pH 1.2 im Vergleich zu reinen Zein-Überzügen. Die Wirkstofffreisetzung zeigt eine lineare Korrelation zur Quellung und den mechanischen Eigenschaften der Filme in Abhängigkeit der Zein-Schellack Zusammensetzung. Mit steigendem Schellack- Anteil wurde eine stärkere Instabilität bei Lagerung beobachtet. Diese kann durch eine thermische Nachbehandlung bei höheren Temperaturen überwunden werden. Schellack Deck-Überzüge können die Quellung und die schnelle Freisetzung von Zein-überzogenen Pellets in pH 1.2 effektiv verzögern, jedoch mit gleichzeitiger Retardierung in pH 6.8. Der Zusatz von wasserlöslichen Polymere, wie z.B. HPMC konnte die Retardierung in pH 6.8 selbst bei einem Anteil von 50 % nicht vollständig ausgleichen. Organische Säuren mit niedrigem Molekulargewicht sind in der Lage die Permeabilität der Decküberzüge in pH 6.8 durch ihre pH-abhängige Löslichkeit zu erhöhen. Polymere mit pH-abhängiger Löslichkeit, wie z.B. Natriumalginat, bieten Alternativen zu Schellack Deck- Überzüge. TROCKEN-ÜBERZUGS-VERFAHREN (DRY POWDER COATING) Kritische Parameter der Filmbildung wie die Polymer-Weichmacher Kombination, die Viskosität des Polymers und die Partikelgröße des mikronisierten Polymerpulvers wurden untersucht. Optimale Polymer-Weichmacher Wechselwirkung erniedrigen die Tg und den Modulus und verstärken die Retardierung der Freisetzung. Für optimale Weichmacher ist eine thermische Nachbehandlung nicht erforderlich. Reduzierung der Polymerviskosität verbessert die Filmbildung, ebenso eine Weichmachung des Polymers vor der Anwendung. Das Freisetzungsverhalten aus Ethylcellulose überzogenen Pellets kann durch Zusatz von wasserlöslichen Polymeren wie z.B. HPMC weiter moduliert werden.