制药用水污染和控制剖析.docx

第五章水系统中微生物的控制5.1微生物对制药工艺用水系统的污染微生物污染，对制药工业中的工艺用水来说，既是一个极需严肃对待的严重问 题，又是一个并不鲜见的问题无论是要求最高的注射用水系统或是普通的纯化水 系统，作为制药工艺用水，都应严格的将水系统中的微生物污染水平控制在药品生 产工艺要求规格标准以下尽管由于各个国家工业化发展的水平不一样，其制药工 业的水平和要求也不尽相同但中外所有关于水系统规范或文献都无一例外的，或 多或少的都要求对工艺用水系统中的微生物进行检测和控制，以避免和减少微生物 污染对制药工艺工程造成破坏而对于工艺用水系统中的微生物控制大都围绕对污 染菌源种类的分析判断，确定控制方法通常围绕对工艺用水的制备、贮寸单元和配水管道采用各种方法进行消毒灭菌， 将工艺用水系统中的微生物数量控制在药平生产工艺所需的标准以内水系统中的微生物污染主要来源于进料水进料水的质量最低必需满足饮用水 的质量要求在饮用水中，大肠杆菌已经得到控制进料水中有可能存在大量其他 微生物，其类别主要是革兰氏阴性菌，这些微生物有可能不利于下一道水处理的净 化工序水系统微生物污染主要分为外源性污染和内源性污染两大类。

微生物对制药工艺用水系统的污染种类较多，主要污染来源于以下几个方面：5.1.1原水的污染在纯化水系通的原水中可以找到各种细菌，细菌的直径通常在0.5颇〜5顷之 间区分细菌种类的方法有正膜和负膜，它以在干燥和清洗过程后保持干燥为基础 膜试验的结果要依靠细胞的结构，因此显示许多其它性质多数水生的细菌是膜负性的，在纯化水系统中发现的细菌一般是负性的，因为 正在细菌不能在低营养状态下存活负性的细菌比正的对热更敏感，因此不能在高 于60^的条件下增殖然而，在系统中的膜负性的生物体不能完全被除掉，卫生处 理和测试过程必须将其考虑在内5.1.2外源性微生物污染水系统中的微生物污染主要来源于进料水进料水的质量最低必须满足饮用水 的质量要求在饮用水中，大肠杆菌已经得到控制进料水中有可能存在大量其它 微生物，其类别主要是革兰氏阴性菌，这些微生物有可能不利于下一道的水处理的 净化工序水系统的微生物污染主要分为外源性污染和内源性污染两大类外源性污染主要指来自水系统外部的原因，对系统内部造成的污染水系统微 生物污染的外部来源主要有以下一些方面：① 在贮罐上的排气口没有使用呼吸过滤器保护造成污染；② 使用呼吸过滤器内使用了质量不完善的空气滤芯，或者整个组装好的呼吸过 滤有泄漏，不完整造成污染。

③ 水系统中有已经被污染的出水口，并且发生了水的倒流而产生的污染；④ 贮罐的排气口阻塞，呼吸过滤器不起作用造成的污染；由于更换活性炭过滤 器和离子交换器中的活性炭和去离子树脂时，细炭粒和树脂残片给水系统带 来的外源性污染因此，水系统的设计和维护应足够注意以把这些外源性污染减小到最低程度5.1.3内源性微生物污染水系统中各个设备单元的操作，可能是系统中主要的微生物内源性污染源存 在于进料水中的微生物容易被吸附在活性炭床、离子交换树脂、过滤器膜和其它水 处理单元的表面上，并逐渐形成生物膜生物膜是某些种类的微生物生存于低营养 环境下的一种适应性反应生存于生物膜中的微生物受到生物膜的保护，许多化学 消毒剂对生物膜毫无作用如果其中某些微生物被冲洗脱落并送往水系统的其它区 域时，在水系统的下游就可能形成微生物菌落群体微生物也可能吸附于象细微的 粒碳一样的悬浮固体粒子上，这些就成为水系统中下游处理设备和配水管道系统的 污染源另一个内源性微生物污染源是配水管道系统微生物能在配水管道的内表面、 阀门和其它区域内生成菌落群体在这些地方，微生物大量繁殖，形成生物膜，而 这个生物膜就是一个水系统内部持久性的微生物污染源。

因此，正是这些内源性污染源的存在，导致水系统在设计和制造工艺技术的长 足的进步目前，为克服水系统中内源性污染对制药工艺用水的影响，在水系统的 设计和制造过程中，已广泛采用新的工艺技术，例如，在贮罐内顶部设置起清 洗作用的喷淋球、注射用水系统循环水泵采用卫生级泵而且采用本身输送的介质进 行密封、配水管道采用304L或316L不锈钢材料、管道的连接以轨道自动惰性气体 保护焊接为主加上卫生卡箍连接为辅的连接体系、管道中使用的阀门越来越多的采 用不锈钢隔膜阀或其它卫生级的球阀和蝶阀、系统设置热交换器严格控制流动与贮 存的水温、系统中大量设置取样点方便系统验证和日常监控等等5.1.4细菌性热原污染药剂学上的“热原”通常是指细菌产生的热原，是指那些可能致热的微生物的 代谢产物大多数细菌和许多霉菌都能够产生热原其中，致热能力最强的是革兰 氏阴性杆菌的产物微生物代谢产物中的内毒素是造成热原反应的最主要因素一般输入含有热原的注射液以后，在1和3小时处有两次体温上升的高峰，常 称为“双热高峰”通常解释为：第一个高峰是内毒素直接作用于下丘脑体温中枢 第二个高峰是由于外来性致热物质（如细菌或内毒素）被多核的白细胞吞噬或再从 白细胞中分离出来的致热物质。

这个物质称为白细胞热原，其毒性比原有内毒素高 出上百倍，从而使体温有时上升到40°C在药典中有明确的细菌要求的是细菌内毒素美国药典对注射用水的内毒素限 制是0.25EU/ml即使是在水的存贮和配送过程中很快被破坏的细菌也会释放出内 毒素所以在进入配水系统以前采取除去细菌的处理措施是必要的，它比在配水系 统中依靠保护措施（例如加热）来除去细菌会更好无论是外源性污染或是内源性污染最终都可能是导致热原污染细菌性热原主 要是革兰氏阴性杆菌产生的内毒素，存在于细菌细胞外膜，当菌体细胞裂解时释放 出来它是细胞膜科的组分衍化而成的磷脂多糖体，磷脂多糖体再与蛋白质结合形 成高分子复合物称为内毒素复合物中的磷脂多糖体是热原的活性中心，致热作用 最强磷脂多糖体是由多糖（葡萄糖、半乳糖、庚糖、H-乙酰葡萄糖胺等组成）通 过KDO （2-Keto-3-deoxyoctonate）键而与磷脂A （Lipid A）结合组成一个单位结 构，由许多这样的单位结构组成长链的巨大分子磷脂多糖体的化学组成因菌种不 同而异，从大肠杆菌分离出来的磷脂多糖体中由68%〜69%的糖，12%〜13%的类脂化 合物，7%的有机鳞和其它一些成分。

磷脂多糖体的分子量约为5*104-5，也有认为是 7*105-7，其分子量越大致热作用也越大细菌性热原有如下理化性质：① 耐热性强热原在60 C加热1小时不受影响，100C也不热分解120C加热4小时破坏98% 180C〜200C十热2小时以上或250C，45分钟可被彻底破坏各种革兰氏阴性菌 分离出来的热原耐热性较强，这种热原在中性介质中，即使加热到150C经数小时 也不会裂解青霉菌属的热原耐热性亦强，通常的121°C, 30分钟的灭菌程序处理 对它影响，必须使温度达到180C, 4小时、250C, 45分钟或650C, 1分钟才能 被完全破坏相反，革兰氏阴性菌的代谢产物中的毒素也能产生致热反应，但致热 作用较弱，要比内毒素低8倍左右内毒素主要由蛋白质组成，故耐热性差② 过滤性热原的体积大小多数约在0.1p m〜50^ m之间，可通过除菌过滤器进入滤液中， 但能被活性炭、硅藻土滤器等吸附不挥发性：热原本身不具有挥发性，但能在蒸馏时被未气化的水滴机械地带入蒸馏水中， 故蒸馏水机均没有隔沫汽液分离装置注射用水中含有热原是注射剂热原污染的主要原因水系统中革兰氏阴性菌可 以很平稳地形成生物膜，这个膜就成为内毒素的发源地。

内毒素同活着的微生物体 或者死掉的微生物体的碎片有关，内毒素也可以以分子状态游离存在游离的内毒 素分子可能来自于细胞表面或者来自于水系统中形成菌落的生物膜，或者是由进料 水带入水系统中可以通过控制微生物的进入系统和控制微生物的繁殖，将内毒素降至最低水 处理系统内各操作单元进行常规操作以除去微生物，以及对系统进行消毒也能够达 到去除微生物的目的其它的控制方法包括在管道内或者在水中使用点处使用超滤 器或者带电介质过滤器去除热原有两种最成熟而有效的方法收载于美国药典：蒸馏及反渗透超滤法 也可去热原，超滤属机械过滤，尚不是美国药典正式收载的去热原方法制备注射用水所用的蒸馏设备有多种，其构造也各异有单蒸馏水器与重蒸馏 水器国内过去普遍使用塔式重蒸馏水器国外使用比较节约蒸汽和冷却水的自动控制的气压式蒸馏水器和多效式蒸馏水器，这种设备制备注射用水时产量大而且经 济，已在国内逐步普及使用蒸馏法制备注射用水，是较优良的进一步纯化水的方 法，可以用来除去水中的微细物质（大于 川m的所有不挥发性物质和大部分0.09p m〜川m的可溶性小分子无机盐类）原料水经过蒸馏后，除去其中的不挥发性有机、无机物质包括悬浮体、胶体、 细菌、病毒、热原等杂质。

由于蒸馏水器的结构、性能、金属材料、操作方法以及水源等因素，必然会影 响蒸馏水的最终质量传统的抑阻水滴雾沫的填料、挡板组甩隔沫装置和逸出挥发 性气体排出的放气口装置往往达不到理想的结果多效蒸馏水机设置有特殊的去热 原装置，通常是超长管板式汽液旋风分离装置一般能达到使原水中的细菌内毒素 下降2.5〜3个对数单位的效果应当注意，这种热原分离并不是绝对的，应对进入 多效蒸馏水机的原水的质量加以控制注射用水是可能用于配制药品溶液的，尽管美国药典并没有特别的微生物限制 的参考，注射用水通常不含微生物体，因为有些微生物成分可能出现在试验过程中， 所以通常要规定一个10CFU/mL的反应限制注射用水系统中的细菌含量是引起关注 的原因并应该进行彻底调查尽管在注射用水系统中的细菌成分会导致产生内毒素，但测试试验时通过一个 内毒素限制而不是细菌限制的情况也是可能出现的，所以在测试中这两个试验都应 该进行，并定这两个试验各自的限度应注意，内毒素水平不能直接与细菌量联系 起来判断5.1.5过滤去除工艺用水中的热原物质热原的化学特性是一些物质在注射剂使用过程中会引起人体的发烧反应，而且 来源不明，只是知道大概是糖类或蛋白质物质引起人体发烧、淋巴细胞的移动、补 体的激发和组胺的释放。

通常，引起热原反应的主要物质是革兰氏阴性细菌细胞外 壁的脂多糖，一般又称为内毒素就微生物而言，热原性物质，是指革兰氏阴性微 生物非热原性物质，则指革兰氏阳性微生物通常，除热原的应用方法主要集中在：水系统或其使用点除热原，水针剂、大 输液、冻干粉针剂等内毒素阳性产品的除热原，药物分包装前作预防性除热原处理 除热原有如下一些方法：① 热力法用加热的方法，热分解热原物质例如在制药工艺过程中，经常使用250°C以 上的高温，保持一定的时间分解材料携带的热原物质② 氧化法，使用热酸或碱性水解氧化的方式，化学降解热原物质注意，使用 化学降解不可以使用还原剂如卤化物、环氧乙烷等；③ 水解法：④ 蒸发法，例如溶媒的蒸发，蒸发中气相会带走其中的热原的成分但是，在 溶媒蒸发的过程中，会因为相的改变影响一些产品的质量；⑤ 吸附法；⑥ 微孔过滤法；⑦ 反渗透法；⑧ 超滤法；需要注意的是，传统的灭菌方法如煮沸、高压蒸煮、常规过滤方法对热原几乎 不起任何作用，不是去除不了热原，就是能够去除热原，但没有实际的工业使用价 值例如：使用高压蒸汽灭菌汽灭菌设备除热原，在126C条件下，需要7个小时， 在145C条件下也至少需要30分钟以上，基本上不基本工业生产使用价值。

下面着 重介绍几种制药工艺用水系统种常用的去除热原物质的方法⑴反渗透法热原的去除可以依靠控制分子量的大小来完成，反渗透去除热原即利用了这一 原理反渗透膜的孔径大小一般在100分子量到200分子量通常，使用反渗透法 用于去除水中的热原比较合适。