提升生产效能和质量稳定性
连续制造与传统批生产模式的本质区别在于通过流程集成、实时管控与数据驱动,以模型化、数智化为核心,实现自动化、精益化、数字化、智能化生产,提升生产效能和产品质量稳定性。
全流程闭环协同,生产效率显著提升
连续制造打破传统中药生产中提取、浓缩、配液、制剂等环节的“单元割裂”状态,通过自动化输送系统,使物料在各工序间无缝流转。
上药杏灵基于银杏酮酯生产链,打造了DCS(分散控制系统)全流程控制体系,构建起覆盖原料处理、提取、制剂、包装全流程的闭环流水作业体系;基于管链输送系统,实现了原料包定点直送提取工段,出入库效率较传统批生产模式提升4倍,单批投料周期缩短4小时。该公司将银杏酮酯生产的9个核心单元整合为一体化流程,12道关键工序自动衔接,生产周期从传统模式的平均7天缩短至6小时,达纲产能扩大4倍。这种灵活的连续生产模式,可通过调整设备运行时长快速响应市场需求,相比传统批生产的产能弹性提升40%以上。
正大青春宝(德清)基地建有自动化中药材前处理、提取、固体制剂等车间,其中提取车间采用先进的DCS系统,设置了超过1.2万个实时数据监视和控制点;统一部署的SCADA系统(数据采集与监控系统),可采集前处理、提取、制剂环节的生产工艺、设备状态、能耗等实时数据,管理人员在中央控制室即时监控,对生产过程和能源、设备进行动态管理。同时,通过ERP(企业资源计划系统)、WMS(仓储管理系统)、物料追溯、SCADA、DCS等软件系统,实现生产全过程可追溯及数据分析。
实时质量管控,产品一致性大幅提高
中药具有多组分、多靶点的复杂特性,其成分、含量、比例等会随药材产地、采收时间以及炮制加工方法变化而改变,导致药品质量通常存在一定差异,传统批生产中依赖离线检验的质量控制模式难以保障中成药产品均一性。同时,提取、浓缩、制粒、压片等生产过程中,参数控制也可能出现波动。例如,药液浓缩过程中,当工艺参数需要主动调整却始终保持不变,或需要保持稳定却被动偏离初始状态时,提取液成分会直接受到影响。中药连续制造通过集成过程分析技术(PAT),在关键工艺点部署光谱传感器等设备,实时监测关键质量属性(CQAs)和关键工艺参数(CPPs)的动态变化,预测输入材料性能变化对下游产品及其加工特性的影响,以便采取适当的控制措施,保障药品在生产过程中质量稳定;也可以使工艺参数在一定范围内持续自动修正,实现更加动态的闭环控制,达到保障药品质量的目的。
华润三九观澜基地生产车间的数字孪生系统,实现了从中药材前处理、提取浓缩到制剂包装全工序的实时可视化监控。通过集成近红外在线监测、AI(人工智能)视觉识别等技术,该系统可动态呈现提取罐温度、压力、有效成分溶出量等关键参数,以及物料流转状态、设备运行数据,当某道工序参数出现偏离趋势时,系统会自动预警并同步至虚拟模型进行仿真分析,辅助管理人员精准决策、快速干预。
资源集约利用,绿色生产优势突出
中药连续制造通过精准控制物料投放量、能源消耗与溶剂使用,助力生产过程绿色化转型。连续制造可减少中间体暂存场地,降低能耗与物料损耗,符合绿色制造理念。例如,连续动态逆流提取、真空带式干燥等技术在提高生产效率的同时,可显著减少环境污染。传统批生产工艺在单元转换时,物料投送多需要人工操作,不仅增加劳动强度,还加大药品被污染的风险。连续化生产工艺中,设备可自动投送与转移物料,避免物料与人员直接接触,可在一定程度上保障药品质量,节省中间体存放场地。
江中药业的节能减排“江中441工作法”,将连续制造技术与光伏供电、中水回用、药渣资源化等绿色技术相融合,实现了能源高效利用与污染物减量。其连续化提取生产线,通过精准控制工艺参数,可减少溶剂与能源消耗;每日1000吨中水回用系统与药渣100%资源化利用,形成循环生产体系。2024年,江中药业万元产值综合能耗和碳排放强度较2020年分别下降37%和51%。
规模化应用存在三大难点
尽管连续制造技术优势显著,但受中药原料特性、工艺复杂性与行业基础等多重因素制约,其规模化应用仍存在三大核心难点。
——原料质量波动大,适配性挑战突出。
中药原料主要来自天然产物,受季节、气候、采收时间和产地等因素影响,药材成分每年每批次都可能存在很大差异,同一药材的有效成分含量差异可达30%~50%。成分含量的不确定性给中成药质量控制造成极大困难,也给连续制造稳定运行带来挑战。如何缩小原料质量的波动范围、如何在生产过程中准确检测中间体质量并控制量值传递过程,是连续制造在中药制剂领域应用面临的主要挑战。建立GAP种植基地,部署全智控GAP系统,实时监测中药材种植全过程,是从源头控制原料质量波动的方法之一。另外,开发工艺自优化AI模型、建立原料属性与工艺参数的映射关系,也可以反馈调控生产工艺。
——专用装备研发滞后,工艺集成难度高。
中药生产工艺涉及多个复杂单元,不同剂型的工艺要求差异较大,对连续制造装备的专用性、兼容性提出更高要求。虽然我国暂时没有中药企业采用完整的连续化生产线,但已有不少企业通过改进现有工艺、设备,实现了单元内连续化或相邻单元间的连续化运行。例如,通过连续沸腾制粒、提取—浓缩等工艺,实现部分单元操作集成,以连续化生产模式运行,其他单元操作仍以批生产模式运行。
据文献报道,有现代中药制剂企业将风选、筛选、磁选、切制等设备联动,实现了局部连续化生产。例如,利用自动清洗烘干设备、切割筛选一体化设备,大大提高了药材处理效率;后续的部分炮制工段也已实现智能化控制,包括采用计算机控制智能炒药机、中药锻制联动线装置等,在炮制过程中完成工艺参数的监测及远程控制,有效降低了人员劳动强度,提高了生产效率。
提取、浓缩和纯化是提高中药有效成分含量的重要技术手段,目前已有企业实现提取、浓缩以及工段间的联动,使浸膏质量更稳定,同时提高提取效率,减少生产能耗与污染;利用近红外等在线监测设备,监测有效组分、含量,强化终点判断,在保证原料物质基础稳定的同时,进一步提高生产效率和饮片利用率。不同形态制剂的成型工艺具有很大差异,但同种剂型或相同形态的某些制剂,则通常使用同一设备或生产线生产,可借鉴化学药品的连续制造设备进行改造。
——质控体系不完善,多组分在线检测遇瓶颈。
中药质量控制需兼顾多个活性成分与有害物质含量。批生产模式中,企业采用抽样检测的方法监测药品生产过程,虽能监测各个环节,但耗时较长;连续化生产中,为避免药物在加工和输送过程中出现质量偏差,实时测量原料和生产过程中关键质量属性的PAT尤为重要。目前制药行业中最常见的 PAT是光谱分析技术,如近红外光谱、拉曼光谱、在线紫外—可见光谱、近红外化学成像等分析技术,其中近红外光谱和拉曼光谱分析技术被广泛应用于中药粉末混合、提取、分离纯化等生产过程中;另外,微波共振技术也是常用的中药在线检测技术。
上药杏灵采用“PAT+AI+MSPC(多元统计过程控制)”联合质控方案,在生产关键节点部署近红外光谱、高效液相色谱等在线检测设备,实时采集多组分光谱数据;通过AI算法解决中药复杂体系的光谱重叠、基质干扰问题,同时定量检测总黄酮醇苷、萜类内酯等6种核心成分;借助MSPC技术建立多变量统计模型,精准捕捉洗脱过程中溶剂比例、成分浓度等多参数的协同变化。该系统检测时间从传统离线检测的2小时缩短至3分钟,检测准确率超过98.5%;且能实时识别生产过程中的异常波动,当某一组分含量偏离设定区间时,会自动触发参数调整指令,从而形成质控闭环。针对柱层析洗脱起点与终点判断难题,该系统通过MSPC轨迹图特征分析,结合AI算法,实现了洗脱阶段的精准划分,避免有效成分流失或杂质混入。
AI助力中药连续制造应用
AI技术的快速迭代为破解中药连续制造的核心难点提供了新路径。AI技术与连续制造深度融合,可实现从“经验驱动”向“数据驱动”的根本性转变,为中药生产提供较好解决方案。未来,中药连续制造将向装备专用化、质控精准化、AI深度化及全链条协同化方向发展。
在装备技术上,将重点发展模块化、柔性化的专用生产线,实现提取、分离、制剂等单元无缝集成与快速换产,以适应中药多品种、小批量的生产特点。AI技术将从局部辅助升级为驱动全流程的智能中枢,通过构建行业级AI大模型、全面部署传感器与数字孪生系统,形成“感知—决策—执行”的闭环智能生产体系,助力实现工艺优化与设备运维质的飞跃。中药产业生态将强调全链条协同与国际化,通过组建产业联盟共享资源、对标ICH(国际人用药品注册技术协调会)指导原则等国际标准,共同推动中药连续制造产品进入全球市场,实现从中药制造技术到产业国际竞争力的全面提升。
人工智能与连续制造的深度融合,将推动中药产业实现从“批量生产”到“精准制造”、从“经验驱动”到“数据驱动”、从“国内领先”到“国际接轨”的跨越式发展。随着装备技术的升级、质控体系的完善、产业生态的构建,以及监管体系的进步,中药连续制造将成为中医药国际化、现代化的核心支撑,为健康中国建设与中医药事业传承创新提供强大动力。
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中药连续制造标准及应用情况
近年来,我国大力鼓励提升中药生产现代化水平。2022年印发的《“十四五”中医药发展规划》提出,加快中药制造业数字化、网络化、智能化建设,加强技术集成和工艺创新,提升中药装备制造水平,加速中药生产工艺、流程的标准化和现代化。药品监管部门积极制定相关标准,推动连续制造在药品生产中广泛应用。2023年3月,国家药监局药品审评中心发布《化药口服固体制剂连续制造技术指导原则(试行)》,为中药连续化生产提供了借鉴;2023年12月,国家药监局发布公告,决定适用国际人用药品注册技术协调会指导原则《Q13:原料药和制剂的连续制造》,对发展中药连续化生产起到重要的推动作用。
中药制剂生产一般由药材前处理、提取和制剂三部分组成,目前尚无中药生产全链条连续制造的案例。在中药饮片加工中,已实现了根据不同药用部位进行饮片加工的联动生产线。一些提取和制剂的常见单元装备本身即是连续性装备,如柱色谱、渗漉、连续动态逆流萃取、连续式膜浓缩、真空带式干燥、隧道式干燥灭菌、高速滴丸、喷雾干燥、干法制粒、塑制法制丸、高速压片、胶囊填充等。瞿海斌等应用微混合技术开发了连续醇沉工艺,可实现连续加醇,并有可能减少有效成分包裹损失。此外,据报道,适合中药原粉特点的过热蒸汽瞬间灭菌技术,具有可连续操作、时间短、效率高、对热敏性成分影响少等优点。
除单元连续装备创新外,开展连续装备的系统集成也有利于更好发挥连续制造优势。例如,在中药前处理环节,文献报道了一种基于多罐体理念的中药提取连续制造方法及其系统装备,即利用各个独立的中药提取罐系统对中药材进行提取,通过检测设备对提取过程以及终点进行监控,可实现连续不停机工作。在制剂成型方面,更多的是参照化学药品连续生产技术,但中药生产的批量一般较大,若实施连续制造,则需要设施具备较快的速度和较大的产能,或者通过连续生产线的平行放大来提高产量。
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作者:王志刚、刘依宽、刘佳鑫
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