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制藥用純化水系統(tǒng)微生物控制措施淺析

嘉峪檢測(cè)網(wǎng)        2025-03-04 18:26

本文通過(guò)對(duì)一套典型的純化水系統(tǒng)進(jìn)行微生物風(fēng)險(xiǎn)分析,提供了從儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)、管道安裝要求、閥門(mén)及輸送泵選型、流速控制、系統(tǒng)清洗消毒等減少系統(tǒng)微生物風(fēng)險(xiǎn)的措施和思路。同時(shí)結(jié)合實(shí)際監(jiān)測(cè)情況調(diào)查,提出對(duì)使用點(diǎn)的微生物控制需要關(guān)注。

 

在《中國(guó)藥典》2020 年版中,純化水被定義為“飲用水經(jīng)蒸餾法、離子交換法、反滲透法或其他適宜的方法制得的制藥用水,不含任何添加劑”。在藥品生產(chǎn)中,純化水用途廣泛,被用做溶劑、清潔劑、輔料、純蒸汽和注射用水的原料等,從原料藥到制劑產(chǎn)品,對(duì)純化水的使用貫穿生產(chǎn)的全過(guò)程,因此純化水的質(zhì)量控制在生產(chǎn)管理中至關(guān)重要?!吨袊?guó)藥典》中對(duì)純化水的質(zhì)量在酸堿度、無(wú)機(jī)鹽、電導(dǎo)率、總有機(jī)碳、不揮發(fā)物、重金屬、微生物限度等方面做出了明確規(guī)定,其中微生物的風(fēng)險(xiǎn)源、種類最為復(fù)雜。本文結(jié)合日常管理的實(shí)例,對(duì)純化水系統(tǒng)的微生物風(fēng)險(xiǎn)和控制措施進(jìn)行分析。

 

1.純化水系統(tǒng)介紹

 

純化水系統(tǒng)由制備系統(tǒng)和貯存分配系統(tǒng)組成,其中制備系統(tǒng)包括預(yù)處理單元( 多介質(zhì)過(guò)濾器、雙聯(lián)軟化過(guò)濾器、活性炭過(guò)濾器) 和純化單元( 一級(jí)反滲透+二級(jí)反滲透) ,貯存分配系統(tǒng)包括儲(chǔ)罐及一系列循環(huán)管路。其制備工藝如圖 1 所示。

圖1 純化水制備工藝流程

上述系統(tǒng)從運(yùn)行至今已有 5 年以上時(shí)間,期間持續(xù)進(jìn)行水質(zhì)質(zhì)量監(jiān)控,均持續(xù)穩(wěn)定并符合要求。對(duì)于微生物限度,除合格標(biāo)準(zhǔn)(不得過(guò) 100 cfu /mL) 外,還設(shè)置了糾偏限(20 cfu /mL) 。該系統(tǒng)發(fā)生過(guò)一次純化水個(gè)別取樣點(diǎn)水樣微生物限度超糾偏限的情況。

表 1 中標(biāo)出了水樣中檢出微生物的取樣點(diǎn),而包括制備系統(tǒng)、分配系統(tǒng)、使用點(diǎn)在內(nèi)的其他取樣點(diǎn)水樣中微生物限度均在糾偏限內(nèi),數(shù)量較多不在表中列出,其中制備系統(tǒng)和分配系統(tǒng)取樣點(diǎn)包括了原水罐、各級(jí)處理步驟出水口、純化水儲(chǔ)罐底部、各循環(huán)管路送水回水等全部必要的取樣點(diǎn)。從表 1 可以看出,有三處潔凈區(qū)使用點(diǎn)水樣微生物限度超過(guò)糾偏限。根據(jù)上述監(jiān)測(cè)情況,從純化水系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)入手,對(duì)其原因進(jìn)行調(diào)查,以完善對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的微生物控制措施。

表1 純化水微生物限度檢測(cè)結(jié)果

 

2.純化水系統(tǒng)微生物風(fēng)險(xiǎn)分析及控制措施

 

純化水在制備、貯存及分配過(guò)程產(chǎn)生微生物污染的風(fēng)險(xiǎn)主要來(lái)自于與其直接接觸的設(shè)備、設(shè)施、環(huán)境、人員等,具體為儲(chǔ)罐及管道內(nèi)壁、閥門(mén)、用水點(diǎn)回流水、與其接觸的空氣、不合格的原水等,無(wú)論內(nèi)部滋生還是系統(tǒng)密閉不嚴(yán)接觸外部環(huán)境都可能導(dǎo)致微生物限度異常,對(duì)其中風(fēng)險(xiǎn)較高的因素進(jìn)行分析。

 

2.1硬件

 

2.1.1 儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)

儲(chǔ)罐作為純化水貯存的關(guān)鍵組件,當(dāng)儲(chǔ)罐液位下降時(shí),內(nèi)部壓力下降,可能會(huì)導(dǎo)致外界微生物進(jìn)入; 儲(chǔ)罐液位不滿時(shí),儲(chǔ)罐頂部不能完全被浸泡循環(huán),產(chǎn)生微生物滋生從而影響水質(zhì)。因此,為降低外界環(huán)境影響以及內(nèi)部滋生微生物的風(fēng)險(xiǎn),儲(chǔ)罐頂部需安裝疏水性除菌過(guò)濾器,并定期更換過(guò)濾器濾芯,以便在儲(chǔ)罐液位下降時(shí)維持儲(chǔ)罐內(nèi)外壓力平衡,并能有效阻斷外界微生物對(duì)儲(chǔ)罐內(nèi)純化水造成影響。儲(chǔ)罐安裝呼吸器并配加熱套,采用電加熱方式,避免冷凝水對(duì)濾芯造成損傷。在儲(chǔ)罐頂部安裝噴淋球,使回水可以保持對(duì)儲(chǔ)罐頂部及側(cè)面的清洗,并能在消毒過(guò)程中保持各部分溫度均符合要求,同時(shí)能夠避免回水產(chǎn)生柱狀流。

2.1.2 輸送泵

需根據(jù)車間生產(chǎn)用水量選擇合適功率的輸送泵。功率選擇過(guò)小,當(dāng)車間大量用水時(shí),難以保證回水流速符合要求,存在微生物滋生的風(fēng)險(xiǎn); 功率選擇過(guò)大,則增加系統(tǒng)安裝成本以及使用能耗。

2.1.3 閥門(mén)

純化水系統(tǒng)中均使用隔膜閥,因?yàn)楦裟らy結(jié)構(gòu)上僅膜片接觸水,可以采用傾斜式安裝以便排盡內(nèi)部殘余水,其材質(zhì)也有助于降低微生物風(fēng)險(xiǎn)。而常見(jiàn)的球閥關(guān)閉時(shí)部分水被封閉在球體內(nèi)無(wú)法排除,容易產(chǎn)生微生物滋生。

2.1.4 管道

從設(shè)計(jì)上來(lái)說(shuō),管道安裝必須保持至少 1%管長(zhǎng)的坡度; 管道的最低點(diǎn)或可能出現(xiàn)積水的管路需要安裝排水口,并在設(shè)計(jì)中盡量減少排水口數(shù)量; 管道應(yīng)符合 3D 規(guī)則。

管道連接方式上,應(yīng)優(yōu)先考慮焊接,減少使用快接口等可能與外部環(huán)境接觸的連接方式。同時(shí)需要考慮焊接方式,人工焊接可能出現(xiàn)融化不完全、焊接過(guò)度等情況而導(dǎo)致穿透、熔渣氣孔、氣泡小孔等各種問(wèn)題,因此優(yōu)先采用自動(dòng)焊接。管道焊接點(diǎn)需光滑平整、無(wú)縫隙、無(wú)沙眼、異物。

2.1.5 組件材質(zhì)

所有直接接觸水的組件,應(yīng)達(dá)到一定的光潔度,否則微生物會(huì)殘留并附著在其表面形成生物膜,從而造成微生物污染。

綜合檢查上述硬件因素,本純化水系統(tǒng)均符合要求,且安裝后進(jìn)行了保壓測(cè)試和脫脂清洗,也避免了系統(tǒng)存在漏點(diǎn)、雜質(zhì)殘留等隱患。

 

2.2流速

 

國(guó)際制藥工程協(xié)會(huì)( ISPE) 的制藥工程基本指南中提出,管道設(shè)計(jì)流速超過(guò) 3 feet /s( 即 0.9 m/s) ,能防止微生物在管壁的殘留。若無(wú)法達(dá)到上述流速時(shí),使管道雷諾數(shù)達(dá)到 20000 以上也可防止微生物的附著生長(zhǎng)。本次分析的系統(tǒng),管路水流流速按照最低 0.9 m/s 進(jìn)行設(shè)計(jì),若實(shí)際運(yùn)行時(shí)無(wú)法達(dá)到該要求,嚴(yán)重時(shí)會(huì)伴隨出現(xiàn)空管、倒吸等現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生,產(chǎn)生更多風(fēng)險(xiǎn)。因此,本系統(tǒng)回水管路末端安裝在線流速監(jiān)測(cè),并與輸送泵變頻連鎖,實(shí)現(xiàn)流速在線控制,避免在車間用水時(shí)流速達(dá)不到要求的現(xiàn)象。根據(jù)歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì),本系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)管道流速均在 0.9 m/s以上。

 

2.3消毒方法

 

純化水系統(tǒng)常用的消毒方法有熱消毒和化學(xué)消毒等方法,其中熱消毒主要指巴氏消毒,化學(xué)消毒則有臭氧、雙氧水、氫氧化鈉等試劑供選擇。相對(duì)于化學(xué)消毒,巴氏消毒具有無(wú)需監(jiān)測(cè)化學(xué)試劑殘留、熱傳導(dǎo)便于對(duì)死角加熱消毒、時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)。與 1%雙氧水相比,熱消毒所需時(shí)間明顯更短,效果更好,且不易再次滋生[1]。臭氧消毒也具有時(shí)間短、效果好等特點(diǎn)[2],但需要使用紫外燈破壞系統(tǒng)內(nèi)殘留臭氧、增加濃度監(jiān)控[3],而臭氧本身具有強(qiáng)氧化性和刺激性,在系統(tǒng)材質(zhì)和環(huán)境監(jiān)控方面都需要額外成本[4]。根據(jù)研究,氫氧化鈉溶液也可以起到顯著的抑菌效果[5],且具備低污染、通過(guò)常規(guī)在線 pH 值及電導(dǎo)率方便檢出、試劑便宜等特點(diǎn),可作為預(yù)防性停機(jī)滅菌養(yǎng)護(hù)、主動(dòng)消毒的方法。

如表 2 所示,本系統(tǒng)采用巴氏消毒和氫氧化鈉溶液化學(xué)清洗的方式進(jìn)行消毒維護(hù),參考對(duì)巴氏消毒有效周期的研究[6],消毒周期不超過(guò) 28 d。本系統(tǒng)的消毒方法經(jīng)濟(jì)、有效。

表2 純化水系統(tǒng)消毒與化學(xué)清洗方法

 

2.4使用點(diǎn)

 

根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果,本系統(tǒng)該次僅部分使用點(diǎn)水樣超過(guò)糾偏限,而取樣從使用點(diǎn)直接進(jìn)行,而水系統(tǒng)硬件設(shè)施、流速控制和消毒方法均能有效降低微生物風(fēng)險(xiǎn),因此對(duì)使用點(diǎn)進(jìn)行了檢查和風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別。發(fā)現(xiàn)部分使用點(diǎn)為便于操作,額外連接了軟管,而該處容易造成微生物滋生。對(duì)此進(jìn)行了改進(jìn),不使用時(shí)拆下軟管,并在每次使用前清潔,并規(guī)定消毒周期。純化水使用點(diǎn)改善示意圖見(jiàn)圖 2。

圖2 純化水使用點(diǎn)改善

通過(guò)對(duì)純化水使用點(diǎn)的整改,后續(xù)檢測(cè)時(shí),各處使用點(diǎn)微生物限度均在糾偏限以內(nèi),見(jiàn)表 3。

表3 整改后純化水微生物限度檢測(cè)結(jié)果

 

3.總  結(jié)

 

為保證純化水符合質(zhì)量要求,應(yīng)當(dāng)定期對(duì)純化水及其原水的水質(zhì)進(jìn)行檢測(cè),并采用合適的方法對(duì)純化水系統(tǒng),包括儲(chǔ)罐和管道等進(jìn)行消毒。對(duì)微生物污染達(dá)到警戒限度、糾偏限度的情況,應(yīng)當(dāng)根據(jù)其工藝流程逐段摸排原因,并制定合適的糾正性消毒措施。在此之前,更需要在系統(tǒng)的安裝、運(yùn)行及日常維護(hù)過(guò)程中識(shí)別其風(fēng)險(xiǎn)所在,采取措施避免發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)。

本文對(duì)純化水系統(tǒng)的硬件、流速、消毒方法等進(jìn)行分析,提供了儲(chǔ)罐安裝疏水性過(guò)濾器和配置加熱器的呼吸器、選擇合適的輸送泵及隔膜閥、管道盡量采用自動(dòng)焊接并在設(shè)計(jì)上消除死角、流速控制、選擇巴氏消毒和化學(xué)清洗等減少系統(tǒng)本身微生物風(fēng)險(xiǎn)的思路。而本次通過(guò)對(duì)一套純化水系統(tǒng)個(gè)別使用點(diǎn)微生物限度超糾偏限的調(diào)查,發(fā)現(xiàn)使用點(diǎn)作為系統(tǒng)外部易被忽視的風(fēng)險(xiǎn)源,也需要采取措施,防范微生物污染。

 

參考文獻(xiàn)

 

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本文作者楊永豐、王志穎、胡易知,南京正大天晴制藥有限公司,來(lái)源于山東化工,僅供交流學(xué)習(xí)。

 

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