辅助设备确认系列：第一节 热力灭菌知识

辅助设备指除制药工艺设备、分析仪器之外的其它设备，主要包括热力灭菌设备和环境试验设备。热力灭菌设备主要提供稳定的灭菌/除热原温度，环境试验设备主要提供稳定的温度和（或）湿度环境。

热力灭菌知识

热力灭菌是制药行业使用最广的灭菌方式。当温度超过细胞最佳生理活动时，随着温度的升高，细胞代谢减缓，细胞的生长及繁殖最终停止。每种细胞对温度的耐受性均有上限，一旦温度超过上限，起生命作用的蛋白质、酶及核酸会被永久性的破坏，从而导致细胞发生不可逆转的死亡。

对于热力灭菌，湿度对杀灭细菌芽孢起着重要作用，根据湿度的不同，热力灭菌分为湿热灭菌和干热灭菌。湿度达到饱和[相对湿度(RH)为100％时的灭菌方式称为湿热灭菌；相对湿度低于100％条件下的灭菌方式统称干热灭菌。实验数据表明，温度在90～125℃之间，相对湿度在20％～50％时，细菌芽孢较难杀灭；当相对湿度高于50％或低于20％时较易杀灭。

从灭菌机理上说，湿热灭菌是使微生物的蛋白质及核酸变性而杀灭微生物，湿热灭菌所需的温度较低。干热灭菌是利用高温使微生物或脱氧核糖核酸酶等生物高分子产生非特异性氧化而杀灭微生物，干热灭菌需要较高的温度条件。

在恒定的热力灭菌条件下，同一种微生物的死亡遵循一级动力学规则（也叫存活曲线）。微生物死亡速率是微生物的耐热参数D和杀灭时间的函数，它与灭菌程序中微生物的数量无关。存活曲线可以用下面的半对数一级动力模式来表示：

Log N_F = Log N_o-F(T,z)/D_T

公式中：

No	灭菌前微生物数量
NF	灭菌F分钟后微生物存活数量
DT	温度T下将微生物杀灭90％或使之下降一个对数单位所需的时间
z	使微生物的D值变化一个对数单位所需升高或下降的温度
F(T,z)	灭菌程序在确定的温度系数z下的T℃等效灭菌时间

半对数模型的微生物存活曲线如下图所示：

图1 半对数模型的微生物存活曲线

热力灭菌能量传递的方式分为传导、对流和辐射。

• 传导：

传导是以分子振动的形式传递能量，如能量通过容器壁传递给被灭菌的液体；能量通过与灭菌介质的直接接触传递到物体表面（例如蒸汽或热水）。

• 对流：

对流是与运动流体的接触而产生的能量转移。如容器中被灭菌的液体自然流动称为自然对流；如果通过风扇或泵促使液体流动称为强制对流。

• 辐射：

辐射是能量以电磁波形式的传递。辐射是真空干燥阶段能量传递的主要方式。

热力灭菌相关术语在各指南种描述有所不同，本书将参考术语阐述清晰的一些指南对热力灭菌常用术语进行解释，热力灭菌常用术语如下：

• D值：

微生物的耐受参数，指在特定温度下使微生物的数量下降一个对数单位或杀灭90％所需要的时间。D值越大，说明该微生物的耐热性越强。D值需注明参照温度，即以DT表示，如D121℃=1.5分钟，指在121℃条件下，杀灭90%的微生物需要1.5分钟。

• Z值：
  

使微生物的D值变化一个对数单位所需要升高或下降的温度。常用于累计一个灭菌程序在加热和冷却阶段随温度变化的杀灭时间。

Z＝(T₁－T₂)／(1gD₂—lgD₁)

• 灭菌率（Lethal Rate，L）
  

指某一温度T（℃）下灭菌1分钟所获取的标准灭菌时间，用L表示。

L_(Tref,z)=10^(T-Tref)/z=F_ref/FT =D_ref/DT

Tref:指标准灭菌温度

• F0：

是指Z取10℃时，一个湿热灭菌程序赋予被灭菌品121℃下灭菌的等效灭菌时间。

• FH：

一个干热灭菌程序赋予被灭菌品170℃下灭菌的等效灭菌时间。干热灭菌时Z取20℃；干热除热原时Z取值54℃。

Ÿ FPHY：

物理杀灭时间，指以灭菌程序的物理参数计算的杀灭时间。F_PHY是灭菌率L对时间的积分值。

F_PHY =ΔtΣ10^(T- Tref)/z

• FBIO：

生物杀灭时间，它是生物指示剂挑战试验系统中微生物实际杀灭效果的量度。

F_BIO = D_T×(Log N₀ - Log N_F)

• 无菌保证水平（Sterility Assurance Level, SAL）
  

产品/物品经灭菌后微生物残存的概率。描述灭菌后非无菌单元概率。在制药工业中，预期的设计终点是无菌保证水平≤10^-6，即灭菌后微生物存活的概率不得大于百万分之一。

• 热分布测试：

对腔室中整个装载区域加热介质温度的测试，测试用探头不应接触任何物品。

• 热穿透测试：

为评价灭菌柜腔室内传递给被灭菌品能量而进行的温度测试，测试用探头应放置于被灭菌物品中。

• 平衡时间：

平衡时间是指灭菌腔室（腔室参照温度通常是排水口探头温度）达到最低设定灭菌温度和装载达到最低设定灭菌温度之间的时间间隔，后者由加热最慢的热穿透探头测得。它体现了灭菌柜去除装载中空气并对装载加热的能力。

       文章来源： 允咨GMP制药技术培训

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