Dokument: Sugarcane wax as a sustainable excipient for melt extrusion

Titel:	Sugarcane wax as a sustainable excipient for melt extrusion
Weiterer Titel:	Zuckerrohrwachs als nachhaltiger Rohstoff zur Schmelzextrusion
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=74751
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20261029-150141-1
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Englisch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Hahn, Bastian [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 14,49 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 18.10.2026 / geändert 18.10.2026
Beitragende:	Prof. Dr. Breitkreutz, Jörg [Gutachter] Jun.-Prof. Dr. Hacker, Michael [Gutachter]
Dewey Dezimal-Klassifikation:	600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften » 610 Medizin und Gesundheit
Beschreibungen:	In dieser Arbeit wurde gezeigt, dass Extrudate mit einem Wirkstoffgehalt von bis zu 75 % Natriumbenzoat durch Schmelzextrusion mit Zuckerrohrwachs als Bindemittel hergestellt werden können. Weiterhin wurde gezeigt, dass Extrudate aus Zuckerrohrwachs vergleichbare Eigenschaften in ihrem Freisetzungsprofil aufweisen wie Extrudate mit der gleichen Wirkstoffbeladung aus Carnaubawachs. Extrudate, die aus Bienenwachs hergestellt wurden, zeigten unterschiedliche Eigenschaften in ihrem Freisetzungsprofil. In Abhängigkeit von der Wirkstoffbeladung, dem Durchmesser und dem Alter der Extrudate wurden unterschiedliche Freisetzungsprofile beobachtet. Extrudate mit einer höheren Wirkstoffbeladung zeigten eine schnellere Freisetzung ihres Wirkstoffs im Vergleich zu Extrudaten mit einem geringeren Anteil an Wirkstoff und einem höheren Wachsanteil. Extrudate mit der gleichen Menge an Wirkstoff und einem kleineren Durchmesser setzten ihren Wirkstoffgehalt schneller frei als solche mit einem größeren Durchmesser. Bei Bienenwachsextrudaten wurde eine starke Abhängigkeit von der Lagerdauer bei der Freisetzung des Wirkstoffgehalts beobachtet, die auch in geringem Maße für Zuckerrohrwachsextrudate galt und bei Extrudaten aus Carnaubawachs nicht beobachtet werden konnte. Frisch hergestellte Bienenwachsextrudate mit einer Wirkstoffbeladung von 75 % zeigten eine langsame Freisetzung, die sich aber über die Wochen der Lagerung beschleunigte. Im Vergleich dazu zeigte das Freisetzungsprofil von Zuckerrohrwachs auch nach vier Wochen Lagerung nur eine marginal schnellere Freisetzung. Es wurde gezeigt, dass Bienenwachsextrudate Unterschiede bei der Wirkstofffreisetzung in Abhängigkeit von der während des Freisetzungstests angewandten Temperatur zeigten. Diese Temperaturabhängigkeit wurde bei Extrudaten aus Zuckerrohrwachs und Carnaubawachs nicht festgestellt, so dass sie sich besser für die Verabreichung in den menschlichen Körper eignen, in dem Temperaturen von 37,5°C die Standardbedingungen sind. Carnaubawachsextrudate zeigten unabhängig von ihrem Alter eine schnelle und vollständige Freisetzung. Zusätzlich zu den Freisetzungsuntersuchungen wurde eine Analytik mit einer elektronischen Zunge durchgeführt, in derer Proben mit unterschiedlicher Wirkstoffbeladung und aus verschiedenen Wachsen analysiert wurden. Es zeigte sich, dass in Übereinstimmung mit den Ergebnissen der Freisetzungsstudien eine schnelle Freisetzung von Natriumbenzoat zu einer starken Signalantwort in der elektronischen Zunge führte. Basierend auf diesen Messungen wäre ohne weitere Maßnahmen ein negatives Geschmackserlebnis zu erwarten. Der Zusatz eines Porenbildners verbesserte das anfängliche Freisetzungsprofil von Bienenwachsextrudaten. Das Auflösungsprofil von Zuckerrohrwachsextrudaten wurde dagegen geringfügig beschleunigt. Das Profil von Carnaubawachsextrudaten wurde nicht weiter beschleunigt, da diese bereits ohne Porenbildner eine sehr schnelle Freisetzung aufwiesen. Weiterhin wurde die Verarbeitung von Zuckerrohrwachs bei niedrigeren Prozesstemperaturen für die Extrusion von festen Lipiden untersucht. Die Verarbeitung bei Temperaturen unterhalb des Schmelzpunkts des verwendeten Wachses veränderte die mittels XRPD oder DSC analysierten physikalischen Eigenschaften nicht. Auch das Freisetzungsprofil wurde im Vergleich zu Extrudaten, die durch Schmelzextrusion hergestellt wurden, nicht verbessert. Es wurde jedoch festgestellt, dass das Verfahren anfälliger für ein Verstopfen der Extruderdüse ist. Aufgrund des geringeren Energieverbrauchs könnte dies jedoch ein Nachteil sein, der in Kauf genommen wird. Die Extrudate wurden nach einem Mahlschritt erfolgreich zu Minitabletten weiterverarbeitet. Es zeigte sich, dass die Mini-Tabletten eine schnelle Freisetzung des Wirkstoffs aufweisen, was mit hoher Wahrscheinlichkeit ein schlechtes Geschmackserlebnis beim Patienten hervorrufen würde. Die Intensität des Signals hing stark von der Gesamtmenge des freigesetzten Natriumbenzoats ab. Minitabletten aus Bienenwachs wurden mit Eudragit E® beschichtet und es wurde ein Vergleich zwischen beschichteten und unbeschichteten Bienenwachsminitabletten durchgeführt. Verglichen wurden sowohl die Freisetzungsprofile als auch die Signale mit der Analyse mittels elektronischer Zunge. Beide Vergleiche zeigten, dass eine aufgebrachte Eudragit E®-Beschichtung die Freisetzung von Natriumbenzoat bei einem pH-Wert verhindert, der mit dem pH-Wert in der menschlichen Mundhöhle vergleichbar ist. Die oben beschriebene Anwendung zeigt, dass die Ressource Zuckerrohrwachs ebenso wie die Vergleichsmaterialien Bienenwachs und Carnaubawachs, die beide im europäischen und amerikanischen Arzneibuch monographiert sind, für die Verarbeitung zu pharmazeutischen Darreichungsformen geeignet sind. Die Einführung von Zuckerrohrwachs als pharmazeutischem Hilfsstoff würde die Möglichkeit bieten, neben der Verbrennung von Zuckerrohrwachs zur Energiegewinnung einen wertvollen Anwendungsfall für dieses Material zu schaffen. Dies würde die Kohlendioxidemissionen verringern und zu einer nachhaltigen Lieferkette in der pharmazeutischen Industrie beitragen. In this work it was shown that extrudates with a drug-load up to 75% SB can be manufactured via HME using SW as a binder. Furthermore, it was shown that extrudates made from SW show comparable properties to extrudates with the same drug-load made from commercially available CW. Extrudates made from BW differed in their dissolution profile. Also, depending on the drug-load, the diameter and the age of the extrudates, the dissolution profile was altered. Extrudates with a higher drug-load showed a faster release of their API in comparison to extrudates with a lower fraction of API and higher wax fraction. Extrudates with the same amount of API but with a smaller diameter released their drug-content faster than those with a larger diameter. A strong age-dependency was observed for BW extrudates regarding the drug content release. This also to SW extrudates but was not observed for extrudates made from CW. Freshly produced BW extrudates with a drug-load of 75% showed a slow release which increased over the weeks of storage. In comparison, the dissolution profile of SW showed a higher amount of drug-release from day one and only a minor increase after four weeks of storage. It was shown that BW extrudates performed differently in drug-release depending on the temperature applied during dissolution testing. This temperature dependency was not shown for extrudates made from SW and CW, making them superior for the administration into the human body where the temperature of 37.5°C is the standard condition. CW extrudates showed a very fast and complete release independent of their age. In addition to the dissolution testing, a taste evaluation was conducted by analyzing samples with different drug-loads and made from different waxes with an e-tongue. These measurements aligned with the results of the dissolution studies, showing a correlation between a quick release of SB and a strong signal response in the e-tongue. The addition of a pore-forming agent did hasten the initial dissolution profile of BW extrudates. The dissolution profile of SW extrudates, however, was only slightly accelerated. The profile of CW extrudates was not influenced as these samples already showed a very fast drug release. The processing of SW at lower process temperatures to perform SLE was investigated. The processing at temperatures below the melting point of the wax did not alter the physical properties analyzed via XRPD and DSC. Furthermore, the dissolution profile was not altered in comparison to extrudates manufactured by completely melting the wax binder. However, it was observed that the process is more prone to extruder die blockages. Despite this disadvantage, SLE might still be worth considering due to the reduced energy consumption. The extrudates were successfully processed into MTs with an intermediate milling step. It was shown that the MTs had a fast release of their API content, which would likely cause a bad taste experience for the patient. The intensity of the taste strongly depends on the total amount of released SB. MTs made from BW were subsequently coated with Eudragit E® and a comparison between coated and uncoated BW MTs was performed. Both sample types were compared regarding their dissolution profiles as well as their e-tongue signals. Both experimental setups showed that the application of a Eudragit E® coating prevented the release of SB at a pH comparable to that of the human oral cavity. The above-described application shows that the resource SW, as well as the comparator materials BW and CW, which are both monographed in the European and American Pharmacopoeia, are suitable for processing into pharmaceutical dosage forms. The introduction of SW as pharmaceutical excipient would create a valuable use case for this material aside from the combustion for energy generation purposes. This would reduce carbon dioxide emissions by reducing combustion of SW and contribute to a more sustainable supply chain in the pharmaceutical industry.
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Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Pharmazie » Pharmazeutische Technologie und Biopharmazie
Dokument erstellt am:	29.10.2026
Dateien geändert am:	29.10.2026
Promotionsantrag am:	25.03.2025
Datum der Promotion:	02.12.2025