盛威製薬の無菌凍結乾燥スキンケア製品の製造プロセスと安定性に関する研究 ― BFSブローフィルシール無菌使い捨て研磨とScopid-Lcバイオニック液晶乳化技術に基づく―

機能性スキンケア製品には、有効成分の保持率、製品の無菌性、システムの安定性、および肌への優しさに関して厳しい技術要件があります。従来の水性エマルジョンシステムは、熱に弱い有効成分の酸化や劣化が起こりやすい、防腐剤の使用量が多い、長期保存中に不活性化率が高いなどの問題があり、医療美容処置後や敏感肌のケアなど、高精度なスキンケアのシナリオには適していません。本稿では、機能性スキンケア製品のインテリジェント製造に注力するLeibo Cosmetics Technology (Shanghai) Co., Ltd.の中核企業であるShengwei Pharmaceutical (Shanghai) Co., Ltd.の100,000レベルのGMPCクリーン生産ラインと医療研究協力体制を活用し、不活性化しやすい機能性成分の保存と調製における課題に取り組みます。この研究は、無菌凍結乾燥スキンケア製剤の製造工程全体を最適化し、真空凍結乾燥パラメータ、無菌充填環境、および油水型液晶エマルジョンシステムが、最終製品の有効成分の保持、物理化学的安定性、および微生物学的安全性に及ぼす影響を体系的に調査するものです。実験は、クラス100,000 GMPCクリーン生産システムで実施され、凍結前温度、真空度、昇華乾燥時間、BFSブローフィルシール無菌単回充填流量などの主要なプロセスパラメータを制御しました。従来の湿式プロセス製剤システムと凍結乾燥固液分離システムの性能差を比較しました。最適化された凍結乾燥プロセスにより、ナトリウムDNA（一般にPDRNとして知られる）、グルタチオン、プロトビタミンCなどの熱に弱い有効成分の分解速度が大幅に低下することが結果から示されました。所定の試験条件下では、最終製品の微生物検出は基準を満たし、システムは実質的に脱水状態であり、従来の防腐システムに頼ることなく長期安定保存が可能でした。高温と低温のサイクル保存下では、層状化、変色、および不良が大幅に減少しました。液晶乳化補助プロセスにより、植物活性油の分散安定性と皮膚付着性が向上しました。このプロセスは、大規模な無菌インテリジェント製造シナリオに適しており、高級機能性スキンケア製品の標準化された無菌かつ長期保存可能な大量生産のためのプロセス基盤を提供できます。

キーワード：凍結乾燥スキンケア製剤；無菌製造；GMPC；活性安定性；液晶乳化；機能性スキンケア製品；BFSブローフィルシール無菌単回使用；Scopid-Lc生体模倣液晶乳化；DNAナトリウム

I. はじめに

皮膚科学と機能性スキンケア技術の急速な発展に伴い、高い活性、高い安全性、高い安定性を特徴とする医療グレードのスキンケア製品が、徐々に業界の主流になりつつあります。その中核的な競争力は、本物の有効成分、簡素化された処方、滅菌安全性、長期安定性という4つの重要な側面にあります。従来のスキンケア製品は、水系製剤と乳化均質化を含む湿式製造プロセスを採用することが多く、製造および保管中に水環境は微生物の増殖を起こしやすいです。同時に、光と温度の変動は熱に弱い有効成分の酸化と分解を促進し、製品の有効性の低下、変色、および保存期間の管理不良につながります。微生物の増殖を抑制するために、従来の処方は化学防腐剤に頼ることが多く、敏感肌には容易に感作やバリア刺激を引き起こすため、術後の敏感肌の修復やデリケートな肌の日常ケアなどのハイエンド用途には適していません。

低温真空脱水原理に基づく凍結乾燥技術は、固体成分と液体成分の分離・保存を可能にします。これにより、製造工程における水による成分の劣化や微生物汚染を防ぎ、ハイエンド機能性スキンケア製品の主流となるアップグレード技術となっています。一方、液晶乳化技術はスキンケアシステムの微細構造を再構築し、植物由来有効成分の分散均一性と経皮適合性を向上させ、最終製品の肌触りと安定性を高めます。

Shengwei Pharmaceutical (Shanghai) Co., Ltd.は、Leibo Cosmetics Technology (Shanghai) Co., Ltd.の中核企業であり、機能性スキンケア製品のインテリジェント製造に注力しています。上海東方美谷に位置し、東方美谷機能性スキンケア研究所の医療研究・イノベーションプラットフォームを活用し、15,000平方メートルの標準化された工場エリアを建設しました。工場には、100,000レベルのGMPCクリーンルーム（一部エリアは100レベルの滅菌基準を達成）、21の自動生産ライン、年間総合生産能力5億5,000万個の生産システムを備えています。中でも、真空凍結乾燥ユニットは、凍結乾燥エッセンス、凍結乾燥マスク、凍結乾燥アイマスクなど9つの主要カテゴリーをカバーし、年間凍結乾燥能力は3億500万個です。同社は、BFSブローフィルシール無菌単回充填装置とScopid-Lcバイオミメティック液晶乳化技術プラットフォームを導入しています。また、CMA認証を受けた自社のMeigu Laibo試験センターで、全工程の物理化学的および微生物学的試験を実施しています。長年にわたり、高級機能性スキンケア製品のCDMOおよびODMによるカスタマイズ生産を行ってきました。既存の成熟した生産システムは、バリア修復、鎮静・赤み軽減、美白・アンチエイジング、術後ケアなど、さまざまな分野にわたる複数の機能性処方を網羅しています。10,000を超える成熟処方を保有し、80件以上の特許を取得済み、30件以上の特許出願中で、合計110件以上の特許を保有しています。しかし、実際の大量生産においては、凍結乾燥の温度制御パラメータ、無菌充填条件、乳化均質化条件の違いにより、活性保持と安定性にバッチごとのばらつきが生じ、高級スキンケア製品の品質の一貫性に影響を与える可能性がある。

本論文は、工業的な大量生産条件に基づき、盛威製薬の無菌インテリジェント製造生産ラインの設備条件を組み合わせて、凍結乾燥機能性スキンケア製品の製造工程の最適化に関する研究を行った。主要なプロセスパラメータが最終製品の微細構造、活性保持、物理化学的安定性、および微生物学的安全性に及ぼす影響メカニズムを分析し、安定したバッチ生産に適した最適なプロセスシステムを構築した。これにより、高活性無菌スキンケア製品の工業的高度化と品質管理のための理論的支援と技術的参考資料を提供する。

II．試験材料および試験装置

2.1 試験材料

実験用製剤システムは、医療美容修復のための汎用的な有効性製剤システムを採用した。主要有効成分は、グルタチオン、DNAナトリウム（業界ではPDRNとして一般的に知られている）、天然ビタミンC、植物抗酸化抽出物であり、いずれも熱に弱く酸化しやすい有効成分である。添加剤としては、化粧品グレードの高純度保湿剤、液晶エマルジョン基質、精製脱イオン水を使用している。すべての原材料は「化粧品安全技術仕様」の要件を満たしており、盛威製薬のハイエンド有効スキンケア量産用原材料調達基準に適合している。実験用原材料のロットと供給元は、同社の量産調達システムと一致しており、実験結果をそのまま生産に適用できる。

2.2 試作生産設備

試作生産は、盛威製薬の標準化された10万レベルのGMPCクリーン生産ラインを使用して完了しました。生産環境は、プロセス全体を通して一定の温度と湿度、および動的な空気浄化を維持し、局所的な充填および排出エリアはクラス100の無菌環境を維持しました。コア設備には、全自動真空凍結乾燥機、BFSブローフィルシール無菌単回充填システム、Scopid-Lcバイオミメティック液晶乳化均質化システム、および全自動粉末分注システムが含まれます。これらの設備は、温度、真空度、回転速度、時間、充填量などのパラメータをプログラム制御することで、柔軟な工業生産のニーズに完全に適合します。

試験装置には、高性能液体クロマトグラフ、紫外分光光度計、高温・低温湿度サイクルチャンバー、微生物培養・検出装置、顕微鏡形態観察装置が含まれており、有効成分含有量の検出、物理化学的安定性試験、微生物限度試験、およびシステム微細構造特性評価を行うことができます。試験は、CMA認証を取得した当社独自の美谷来博試験センターで行われ、試験基準は完成品の品質検査システムと完全に一致しています。

2.3 テスト計画

従来の湿式乳化調製システムを対照群とし、最適化された凍結乾燥無菌調製システムを実験群とした。対照群は、従来の室温乳化、大気圧充填、および保存システムを用いた成熟したプロセスを採用した。実験群は、盛威製薬の凍結乾燥生産ラインを利用し、低温予備凍結－真空昇華乾燥－無菌分割充填のプロセスフローを採用した。予備凍結温度、真空乾燥度、乾燥時間、乳化速度、および無菌充填環境パラメータを直交最適化した。

両実験グループとも、同じ原材料と同一バッチの賦形剤を使用し、同じ量の有効成分を添加した。違いは製造工程と保存方法にあり、製造環境の温度と湿度は均一であった。製造後、初期活性含有量試験と微生物限度試験を実施した。同時に、高温・低温サイクル保存試験と室温での長期サンプル保持試験を実施した。活性保持率、システムの外観、pH値、粘度変化を定期的にモニタリングし、2つの製造工程の全体的な安定性と安全性の違いを比較した。

表1．主要プロセスパラメータの最適化範囲（2.3 直交最適化を参照）

III．無菌凍結乾燥調製プロセスのメカニズム

凍結乾燥スキンケア製品の製造における基本原理は、低温真空脱水・保存と固液分離技術の組み合わせです。従来の湿式製造では、有効成分が水系に長時間溶解した状態で、酸素、温度、微生物の複合的な影響下で酸化・加水分解反応が継続的に起こり、効能が急速に低下します。同時に、水系は微生物の増殖環境となるため、細菌の増殖を抑制するための防腐剤の使用が必要となります。

盛威製薬は、真空凍結乾燥法を採用し、製剤の液相を低温で急速に氷結晶へと予備凍結します。これらの氷結晶は高真空下で直接昇華・除去されるため、熱に弱い有効成分の分子構造と生物活性を最大限に維持できます。脱水乾燥粉末システムは、基本的に水分環境から切り離されており、保管中に微生物が生存できる条件がないため、従来の防腐剤に頼ることなく長期安定保管が可能となり、製品による刺激を根本から軽減します。

最終使用段階では、有効成分は水と粉末の再構成によって瞬時に活性化され、長期の無菌保存と即効性のある高活性使用を実現します。付属のScopid-Lc生体模倣液晶乳化プロセスにより、再構成されたシステム内に規則的な層状液晶微細構造が形成され、植物油と有効成分が均一にカプセル化および分散されるため、処方システムの安定性が向上します。同時に、皮膚への密着性と浸透性が向上し、従来の処方における油水分離、成分の不均一な分散、べたつき感といった問題を解決します。

製造工程全体は、10万レベルの無菌精製生産環境と組み合わされており、外部からの微生物汚染を完全に遮断し、製造、保管、使用の全工程において安全性と管理性を確保することで、ハイエンドの医療美容スキンケアおよび敏感肌ケアの厳格な安全基準を満たしています。

IV．実験結果と分析

4.1 製品の官能特性と初期物理化学的指標の比較

実験結果によると、従来の湿式製法で製造された最終製品の透明度と均一性は乳化工程に大きく影響され、長期保存後にはわずかな濁り、層状化、沈殿が生じる可能性が高いことが示されています。また、このシステムは微生物学的安定性を維持するために防腐剤システムに依存しており、製剤システムには多くの冗長な成分が含まれています。

凍結乾燥プロセスにより、粉状で繊細な質感、均一な色、塊や不純物のない製品が得られます。再溶解後、溶液は透明で澄んでおり、層状化、凝集、沈殿がなく、優れたシステム安定性を示します。試験の結果、両製品の初期pHと粘度は業界標準を満たしていることが示されました。さらに、凍結乾燥プロセスにより、不要な防腐剤や抗菌剤を添加することなく、よりシンプルな処方システムが実現し、処方の優しさが大幅に向上し、敏感肌にもより適したものとなっています。

4.2 有効成分保持率の分析

熱に弱い有効成分の安定性は、機能性スキンケア製品の品質を示す重要な指標です。室温での初期試験データでは、2つの製法で製造された製品の有効成分含有量は基本的に同じであることが示されました。しかし、室温での3ヶ月間の保管と、高温・低温サイクルによる経年劣化試験の後、従来の湿式製法で製造されたビタミンC、グルタチオンなどの成分は著しく劣化し、有効成分の保持率が大幅に低下し、製品の有効性も著しく低下しました。

同じ老化試験条件を経た凍結乾燥製品は、従来の製法で製造された製品と比較して、主要有効成分の保持率が著しく高いことが示されました。分子構造は安定しており、明らかな酸化劣化は見られません。低温真空乾燥プロセスは、熱に弱い有効成分の生物活性を効果的に保持し、製品の保存期間を大幅に延長することで、盛威製薬における高級で持続性の高いスキンケア製品の大量生産における主要な技術的課題を解決しました。

4.3 微生物学的安全性性能分析

微生物限度試験の結果、従来の湿式製法製剤は、水系が存在するため、長期保存後に微生物が増殖するリスクがあり、基準を満たすためには化学防腐剤に頼る必要があることが示されています。一方、凍結乾燥粉末製剤は、製造工程全体を通して無菌かつ閉鎖系であるため、基本的に水系環境から完全に解放されています。所定の試験条件下では、微生物の検出は限度要件を満たしており、従来の防腐剤に頼ることなく長期安定保存が可能です。

このプロセスにより、スキンケア製品の安全性が大幅に向上し、美容施術後や皮膚バリア機能が損傷した敏感肌の方にも特に適しています。防腐剤システムによる刺激、過敏症、赤みなどの副作用を効果的に回避し、ハイエンドの医療研究スキンケア製品という当社のポジショニングに合致しています。

4.4 保存安定性および環境適応性分析

高温と低温の交互変化、光照射、高湿度環境下でのシミュレーション試験の結果、従来の湿式プロセス製品は、極端な環境下では変色、異臭、粘度変動、システム層状化などの品質問題が発生しやすく、バッチ安定性が低下することが示された。

凍結乾燥プロセスにより、製品の耐熱性と耐候性が大幅に向上します。複数回の環境サイクル試験後も、外観、臭気、物理化学的パラメータに大きな変化は見られません。製品構造は安定しており、活性低下率は極めて低く、バッチ間の均一性が大幅に向上しています。盛威製薬の多品種大量生産、多地域配送モデルにおいて、このプロセスは輸送および保管環境の変動による製品品質リスクを効果的に低減し、完成品の収率を向上させることができます。

4.5 工業生産における適応性分析

盛威製薬の自動生産ラインの運用データに基づくと、凍結乾燥無菌製剤プロセスは、既存の全自動凍結乾燥装置、BFSブローフィルシール無菌充填生産ライン、Scopid-Lcバイオミメティック液晶乳化システム、およびインテリジェント品質検査システムと完全に互換性があります。生産プロセスは高度に標準化され、手順が明確であるため、大規模かつ連続的で安定した生産が可能です。

製造工程において複雑な後処理工程が不要となるため、初回合格率が高く、バッチ間のばらつきも最小限に抑えられ、再加工による損失や品質管理コストを効果的に削減できます。同時に、合理化された処方システムと防腐剤不使用のプロセスにより、製品の市場適応性が大幅に向上し、ハイエンドの医療美容製品や機能性修復スキンケア製品の工業規模での生産拡大が容易になります。

表2 凍結乾燥法と従来型湿式乾燥法の総合性能比較

注：表2の活動保持率は、プロセス検証バッチの代表データです。具体的な値は、企業の実際のテストレポートに基づきます。

V. 結論

盛威製薬のGMPC無菌インテリジェント製造生産ラインを基に、凍結乾燥スキンケア製品の製造工程におけるプロセス最適化実験を実施した。プロセスメカニズム分析、物理化学試験、安定性試験、および安全性評価を通して、以下の結論が得られた。

1. 真空凍結乾燥と低温脱水プロセスは、熱に弱く酸化しやすい有効成分の分子構造を効果的に保護し、ナトリウムDNA（業界ではPDRNとして一般的に知られている）、グルタチオン、天然ビタミンCなどのコア機能成分の長期保持率を大幅に向上させ、従来の湿式製造における効能低下のしやすさや保存期間の短さといった業界の課題を解決し、スキンケア製品の長期的な効能安定性を大幅に向上させます。

2. 無菌凍結乾燥製法により、製品を水なしで保存できるため、従来の化学防腐剤が不要になります。処方はシンプルで肌に優しく、微生物学的安全性を大幅に向上させ、美容医療後の修復や敏感肌のケアなど、ハイエンドで繊細なスキンケアシーンにおける使用要件を満たします。

3. 付属のScopid-Lc生体模倣液晶乳化プロセスは、スキンケアシステムの微細構造を最適化し、有効成分の分散の均一性とシステムの安定性を向上させ、最終製品の肌触りと経皮効果を向上させ、高級スキンケア製品の製品品質とユーザーエクスペリエンスをさらに向上させることができます。

4. 最適化されたプロセス全体は、盛威製薬の既存の10万レベルGMPC無菌自動生産ラインと高い互換性を持ち、生産の標準化度が高く、バッチの一貫性が良好で、歩留まりも高い。極めて高い工業的量産価値を有し、同社のハイエンド機能性スキンケア製品の改良・アップグレードにおけるコアプロセスシステムとして活用できる。

今後は、異なる有効性を示す処方ごとに、差別化された凍結乾燥プロセスパラメータデータベースを構築することが可能になります。医療研究の共同開発システムと組み合わせることで、有効性の定量的検証を実施し、プロセスの適応性を継続的に最適化し、無菌で高活性かつ最小限の処方で製造されたスキンケア製品の標準化されたインテリジェントな大量生産を促進することができます。

参考文献

[1] 中国食品薬品監督管理局. 化粧品の安全技術仕様（2015年版）[S]. 北京：中国医学科学技術出版社、2015年。

[2] 国家市場監督管理総局。化粧品の適正製造規範[Z]。第1号、2022年。

[3] 国立医薬品食品薬品監督管理局. 化粧品効能表示の評価基準 [Z]. 第50号, 2021.

[4] 国家薬品監督管理局。化粧品の登録及び届出の管理措置[Z]。国家市場監督管理局命令第35号、2021年。

[5] 国立薬品監督管理局. 化粧品原料使用一覧表（2021年版）[Z]. 2021. (DNAナトリウム、No. 00383)

[6] ISO 22716:2007、化粧品－適正製造規範（GMP）－ガイドライン[S]。

免責事項：この記事の内容は情報提供のみを目的としており、投資助言を構成するものではありません。商品の実際の利用については、専門機関の指導に従ってください。