制藥用水系統(tǒng)的三種消毒方法

       GMP在第五章 第九十九條中規(guī)定純化水、注射用水的儲存與分配系統(tǒng)應(yīng)當能夠防止微生物的滋生，純化水可采用循環(huán)，注射用水可采用70℃以上保溫循環(huán)。第一百零一條 應(yīng)當按照操作規(guī)程對純化水、注射用水進的管道進行清洗消毒，并有相關(guān)記錄。發(fā)現(xiàn)制藥用水的微生物污染達到警戒限、糾編限時應(yīng)當按照操作規(guī)程處理。在正常情況下，水系統(tǒng)中的微生物水平會隨著時間的延長而增加，同時微生物污染也是水系統(tǒng)最經(jīng)常發(fā)生的污染狀況，因此需要定期對水系統(tǒng)進行消毒或滅菌，以保證系統(tǒng)和微生物水平被控制在一個合理的限度內(nèi)，保證用水安全。

       消毒是指利用物理或化學(xué)方法殺滅或清除傳播介質(zhì)上的病原微生物，使其達到無害化，消毒能夠殺滅微生物和繁殖體，但不能殺滅芽孢。所以消毒是不徹底的，不能代替滅菌。滅菌是指用化學(xué)或物理方法消滅所的活的微生物，包括細菌的繁殖體、芽孢、真菌及病毒，從而達到無菌的過程。

       正常情況下，水系統(tǒng)的微生物包括細菌、藻類、真菌及其芽孢、孢子和病毒等，微生物在水中含量非常巨大，在合適的條件下可以在反滲透膜表面大量新陳代謝，形成微生物膜。生物膜的形成是引起純化水微生物超標原因之一。另外還有一個原因是因為純化水設(shè)備管道污染，導(dǎo)致經(jīng)過反滲透膜殺菌系統(tǒng)等處理后達標的純化水經(jīng)過管道輸送導(dǎo)致水質(zhì)受到二次污染。因此，在純化水系統(tǒng)設(shè)計時掌握微生物變化規(guī)律，可以合理確認消毒和殺菌周期。為了確保純水的質(zhì)量，防止產(chǎn)品的污染，保證產(chǎn)品的安全，必須對純水貯罐、輸送管道進行清洗及消毒。

       要進行微生物和殺滅，要先了解微生物和生長規(guī)率，微生物和生長曲線主要由遲緩期、對數(shù)期、穩(wěn)定期、衰退期組成，微生物到達一人新的環(huán)境，有一個短暫的適應(yīng)過程，期中不適應(yīng)環(huán)境的很快會死亡，適應(yīng)者經(jīng)過和個適應(yīng)期，細菌體積開始增大，代謝逐漸加快，為細菌和快速增殖儲備條件。

       當?shù)竭_對數(shù)期，細菌開始大量繁殖，活菌總數(shù)直線上升，細菌呈幾何級數(shù)快速增長，可持續(xù)幾小時到幾天不等，待續(xù)時間視營養(yǎng)物的多少而有關(guān)聯(lián)，如在培養(yǎng)基培養(yǎng)，可見典型的菌落特征。穩(wěn)定期，由于營養(yǎng)物質(zhì)的消耗及細菌代謝產(chǎn)物的累積，細菌繁殖的速度逐漸下降，死亡開始增加，死亡數(shù)和繁殖數(shù)趨于平衡，細菌的形態(tài)、染色、活性發(fā)生改變，并產(chǎn)生相應(yīng)的代謝產(chǎn)物如內(nèi)毒素、外毒素、芽孢。隨著穩(wěn)定期的發(fā)展，細菌的繁殖越來越慢，死亡的細菌逐漸增多并進入衰退期。通過了解細菌的生長規(guī)律有助于我們合理的制業(yè)消毒或滅菌周期。在制藥用水系統(tǒng)上常用的消毒方法包括巴氏消毒法、紫外線消毒法、臭氧消毒法等。 本文就以上常用的這三種消毒方法進行一下簡要介紹。

       一、巴氏消毒法

       巴氏消毒法應(yīng)用于水系統(tǒng)消毒是一種低溫的熱消毒法，其消毒對象是病原微生物及其它生長態(tài)菌，其工作原理是在一定的溫度范圍內(nèi)，溫度越低微生物生長越越慢，溫度越高微生物生長代謝速度越快，升高超過一定的溫度，微生物將死亡。所以說巴氏消毒也主要利用病原體耐熱性較差的特點，通過適當?shù)臏囟群捅貢r間將微生物殺滅。出于高溫條件考慮，選擇巴氏消毒的純化水系統(tǒng)需采用不銹鋼材質(zhì)進行安裝。

       在巴氏消毒時，將分配系統(tǒng)純化水加熱到80℃，保溫進行循環(huán)，循環(huán)保溫40~60分鐘，使得微生物在高溫條件下被殺滅。巴氏消毒完成后把純化水罐水排掉，啟動純化水設(shè)備把純化水罐產(chǎn)滿水，開啟回水不合格閥，關(guān)閉回水合格閥，開啟供水泵把循環(huán)管道內(nèi)消毒后的純化水全部排出，系統(tǒng)開啟時為自動運行。

       需要說明的是經(jīng)巴氏消毒后，仍保存小部分無害或有益、較耐熱的細菌或細菌芽孢，因此，巴氏消毒不是“無菌”過程。

       對于純化水設(shè)備而言，巴氏消毒有兩個主要功能

       1、用于純化水設(shè)備中的活性炭等預(yù)處理單元周期性消毒，RO/EDI單元的周期性消毒，以及存儲與分配管網(wǎng)單元的周期性消毒。

       2、用于注射用水系統(tǒng)正常運行時的微生物抑制。

       純化水設(shè)備需采用不銹鋼材質(zhì)進行安裝，其微生物污染水平通常能有效地控制系統(tǒng)的內(nèi)源性微生物污染，一個前處理能力較好的水系統(tǒng)，細菌內(nèi)毒素可控制在5EU/ml的水平。

       二、臭氧消毒法

       臭氧是一種光譜殺菌劑，其通過氧化作用破壞微生物膜結(jié)構(gòu)及膜內(nèi)物質(zhì)導(dǎo)致細胞溶解、死亡，從而實現(xiàn)殺菌效果。當臭氧濃度為0.15mg/L時，達到了人體嗅覺的臨界值，該水平稱為衛(wèi)生標準點；當臭氧濃度達到1~10mg/L時，為刺激范圍；當濃度達到10mg/L以上時，為中毒限。

       臭氧的半衰期很短，僅為30-60min，固在使用中應(yīng)現(xiàn)場制造，用空氣制成的臭氧濃度為10-20mg/L，用氧氣制成的臭氧濃度為20-40mg/L。還有一種生產(chǎn)臭氧的方法是電解水法，將水電解成氧原素，然后使其中的自由氧變成臭氧。

       不同國家和協(xié)會對于臭氧濃度均制定了嚴格的衛(wèi)生標準：

       A、臭氧協(xié)會：臭氧濃度限值為0.1mg/L，人體接觸限值為10小時；

       B、美國OSHA：臭氧濃度限值為0.1mg/L，人體接觸限值為8小時；

       C、德、法、日等國：臭氧濃度限值為0.1mg/L，人體接觸限值為10小時；

       D、中國：臭氧濃度限值為0.15mg/L，人體接觸限值為10小時。

       企業(yè)需安全使用臭氧，確保不危害人的健康。有研究顯示濃度很低的臭氧（0.1~0.2mg/L）可將微生物成長控制到1CFU/100ml。

       在臭氧消毒時，回水點臭氧濃度升高到0.2mg/以上L，保持時間約20~45分鐘，再循環(huán)20分鐘消毒完成，排掉純化水罐內(nèi)純化水，啟動純化水設(shè)備把純化水罐產(chǎn)滿水，開啟回水不合格閥，關(guān)閉回水合格閥，開啟供水泵把循環(huán)管道內(nèi)消毒后純化水全部擠出后，分配系統(tǒng)停機，把純化水罐內(nèi)水排掉，系統(tǒng)開為自動運行，取樣檢測回水臭氧濃度為零時可以用水。在純化水系統(tǒng)中，儲罐、過濾裝置以及分配管網(wǎng)均會滋生微生物，臭氧可有效去除水中的鹵化物并降解水生物膜，同時這些物質(zhì)經(jīng)紫外線破除后完全無殘留。臭氧消毒不僅是純化水系統(tǒng)實現(xiàn)連續(xù)去除微生物和病毒的有效方法，而且，其操作簡單、水溫無波動、投入成本與運營成本低，因此該方法在純化水系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用和推廣。注意，臭氧消毒時，不要將臭氧水通過噴淋球，防止臭氧過快分解。

       三、紫外消毒法

       紫外消毒方式：紫外線消毒屬于物理消毒法，此方式具有廣譜殺菌能力，無二次污染，紫外消毒技術(shù)經(jīng)過幾十年的發(fā)展，已經(jīng)成為成熟可靠高效環(huán)保的消毒技術(shù)，紫外線殺菌消毒原理是利用適當波長的紫外線破壞微生物機體細胞中的DNA(脫氧核糖核酸)或RNA(核糖核酸)的分子結(jié)構(gòu)，造成生長性細胞死亡和(或)再生性細胞死亡，達到殺菌消毒的效果。紫外線殺菌的有效波長范圍可分為四個不同的波段：UVA（400～315nm）、UVB（315～280nm）、UVC（280～200nm）和真空紫外線（200～100nm）。其中能透過臭氧保護層和云層到達地球表面的只有UVA和UVB部分。就殺菌速度而言，影響微生物接受到足夠紫外光照射劑量的主要因素是透光率（254 nm處），UVC處于微生物吸收峰范圍之內(nèi)，可在1s之內(nèi)通過破壞微生物的DNA結(jié)構(gòu)殺死病毒和細菌，而UVA和UVB由于處于微生物吸收峰范圍之外，殺菌速度很慢，往往需要數(shù)小時才能起到殺菌作用，在實際水系統(tǒng)使用中，數(shù)秒鐘水力停留（照射）時間是不可實現(xiàn)的，因為對于水系統(tǒng)的最低流速的要求，一般要求水的流速要大于1米/秒，所以該部分波長的紫外線在水系統(tǒng)上屬于無效紫外部分。真空紫外光穿透能力極弱，燈管和套管需要采用極高透光率的石英，一般用半導(dǎo)體行業(yè)降解水中的TOC，不用于殺菌消毒。因此，制藥用水系統(tǒng)是所應(yīng)用的紫外光消毒實際上就是指UVC消毒。紫外光消毒技術(shù)是基于現(xiàn)代防疫學(xué)、醫(yī)學(xué)和光動力學(xué)的基礎(chǔ)上，利用特殊設(shè)計的高效率、高強度和長壽命的UVC波段紫外光照射流水，將水中各種細菌、病毒、寄生蟲、水藻以及其他病原體直接殺死，達到消毒的目的。紫外線對核酸的作用可導(dǎo)致鍵和鏈的斷裂、股間交聯(lián)和形成光化產(chǎn)物等，從而改變了DNA的生物活性，使微生物自身不能復(fù)制，這種紫外線損傷也是致死性損傷?！?/p>

       紫外線消毒是一種物理方法，它不向水中增加任何物質(zhì)，沒有副作用，這是它優(yōu)于氯化消毒等化學(xué)消毒方式的地方，目前能夠輸出足夠的UVC強度用于水系統(tǒng)消毒的只有人工汞（合金）燈光源。紫外線殺菌燈燈管是由石英玻璃制成，汞燈根據(jù)點亮后的燈管內(nèi)汞蒸氣壓的不同和紫外線輸出強度的不同，分為三種：低壓低強度汞燈、中壓高強度汞燈和低壓高強度汞燈。殺菌效果是由微生物所接受的照射劑量決定的，同時，也受到紫外線的輸出能量，與燈的類型，光強和使用時間有關(guān)，隨著燈的老化，它將喪失30%-50%的強度。紫外照射劑量是指達到一定的細菌滅活率時，需要特定波長紫外線的量：照射劑量（J／m2）＝照射時間（s）×UVC強度（W／m2）照射劑量越大，消毒效率越高，由于設(shè)備尺寸要求，一般照射時間只有零點幾秒，因此，燈管的UVC輸出強度就成了衡量紫外光消毒設(shè)備性能最主要的參數(shù)。在水系統(tǒng)消毒時一般平均照射劑量要求在300 J／m2以上。低于此值，有可能出現(xiàn)光復(fù)活現(xiàn)象，即病菌不能被徹底殺死，當從渠道中流出接受可見光照射后，重新復(fù)活，降低了殺菌效果。殺菌效率要求越高，所需的照射劑量越大。