一些制藥企業(yè)雖然安裝調(diào)試了純化水系統(tǒng)，但在其消毒周期內(nèi)卻頻繁遇到微生物指標超出《中華人民共和國藥典》（以下簡稱“藥典”）規(guī)定的100?CFU/ml標準，最終被迫不斷縮短進行巴氏消毒的周期。曾有人對國內(nèi)制藥企業(yè)的消毒周期進行了統(tǒng)計，得出純化水分配系統(tǒng)最長的消毒周期是6個月，最短的消毒周期是2周。頻繁的消毒不僅會造成水系統(tǒng)各部件功能下降，而且會對企業(yè)的生產(chǎn)排產(chǎn)計劃造成一定影響。那么如何才能做好純化水系統(tǒng)的微生物控制？本文接下來將對其進行探討。

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純化水系統(tǒng)總體分析純化水系統(tǒng)通常由制備和分配系統(tǒng)兩部分組成，制備系統(tǒng)的功能是通過多道工序步驟將原水（通常是自來水）處理為符合藥典標準的水。分配系統(tǒng)的功能是通過分配泵將符合藥典標準的水輸送到各個使用點。整個水系統(tǒng)的微生物控制不僅要求施工、安裝和運行參照GMP（藥品生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范）法規(guī)、ASME/ISPE（美國機械工程協(xié)會/國際制藥工程協(xié)會）指南等要求進行，還要求在水系統(tǒng)設(shè)計階段就要對微生物控制加以考慮。

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制備系統(tǒng)微生物控制制備系統(tǒng)的目標是將原水中的微生物去除，從設(shè)計上要考慮的是通過不同工序步驟將微生物逐步去除，而不能僅僅用一個工序步驟進行去除，同時要盡可能避免自身微生物的快速滋生。常規(guī)純化水系統(tǒng)處理工序如圖1所示。圖1  常規(guī)純化水系統(tǒng)處理工序（RO：反滲透；EDI：電去離子）在制備系統(tǒng)中，多介質(zhì)過濾器用于懸浮物、大顆粒物和膠體等雜質(zhì)的初步去除；軟化器主要用于降低Ca²⁺和Mg²⁺等離子的濃度，從而降低水的硬度；活性炭過濾器的作用是去除余氯和降低TOC（總有機碳）——由于活性炭具有巨大的表面積，可以很好地吸附和降低TOC，但在吸附有機物的同時，這也導致活性炭過濾器成為微生物滋生的天然溫床。由于多介質(zhì)過濾器、軟化器和活性炭過濾器自身都沒有去除微生物的能力，反而會導致微生物快速滋生，這就要求制藥企業(yè)定期對多介質(zhì)過濾器、軟化器和活性炭過濾器進行巴氏消毒。活性炭過濾器由于更容易導致微生物的滋生，部分企業(yè)甚至不得不采用工業(yè)蒸汽的方法來保證微生物殺滅效果。基于“質(zhì)量源于設(shè)計”的理念，我們應(yīng)采用UF（超濾）膜替代多介質(zhì)過濾器和活性炭，用電磁除垢儀替代軟化器，用中壓UV（紫外線）燈替代活性炭來去除余氯。推薦的純化水系統(tǒng)處理工序如圖2所示。圖2  推薦的純化水系統(tǒng)處理工序UF膜屬于一種膜過濾技術(shù)，采用錯流過濾方式。UF膜不僅對懸浮物、大顆粒物和膠體有一定去除能力，還可以對病毒和微生物等進行有效攔截和去除。為了防止膜絲表面污堵，UF膜需要定時進行氣水洗。在氣水洗過程中添加次氯酸鈉，就可以對膜絲表面的微生物進行殺滅控制。電磁除垢儀通過電磁感應(yīng)線圈對水施加一定磁場來改變水及溶解離子特性，從而達到降低水硬度的目的。在降低水硬度的同時，磁場能量還能控制原水中微生物的繁殖和生存。UV燈的主要作用是去除余氯，保護后面工序的RO膜不被氧化。但是UV燈在去除余氯的同時也可以破壞微生物體內(nèi)的RNA(核糖核酸)和DNA（脫氧核糖核酸），從而破壞細胞的代謝、遺傳和變異功能，最終導致細胞結(jié)構(gòu)死亡。ISPE中推薦的用UV燈去除余氯的照射劑量是其消毒劑量的20倍以上，所以在用UV燈去除余氯的同時還可以將微生物殺滅，殺滅后產(chǎn)生的內(nèi)毒素可以被后面工序的RO膜有效攔截去除。UV燈對微生物細胞破壞機理如圖3所示。圖3  UV燈破壞微生物細胞的機理本文推薦使用中壓紫外燈，這是因為中壓紫外燈相比低壓紫外燈具有一大優(yōu)點：照射后的微生物細胞不可修復。中壓多普段和低壓單色紫外燈對微生物殺滅對比如圖4所示。圖4  中壓多普段和低壓單色紫外燈殺菌效果對比采用UF膜替代多介質(zhì)過濾器和活性炭，用電磁除垢儀替代軟化器，用中壓UV燈替代活性炭后，整個制備過程中產(chǎn)生的微生物都可以得到逐步的去除。此時再輔以周期性對RO膜和EDI設(shè)備進行巴氏消毒或是化學消毒，整個制備系統(tǒng)中的微生物就可以得到很好的控制，其產(chǎn)水微生物數(shù)量即可遠低于藥典中的微生物指標。這里還需要特別說明一點，通常純化水制備系統(tǒng)在待機情況下，會設(shè)置小循環(huán)來防止微生物快速滋生。在小循環(huán)狀態(tài)下管路依舊達不到湍流狀態(tài)，因此最好在設(shè)計上取消小循環(huán)，通過其他手段來保證制備系統(tǒng)一直處于正常產(chǎn)水狀態(tài)。

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分配系統(tǒng)微生物控制在討論分配系統(tǒng)的微生物控制之前，我們需要先了解一下微生物的生長規(guī)律。典型的微生物生長曲線包括4個時期：遲緩期、對數(shù)期、穩(wěn)定期、衰亡期，如圖5所示。 圖5  典型的微生物生長曲線•遲緩期在這一時期，微生物生長速率常數(shù)為0，菌體粗大、RNA含量增加，代謝活力強、對不良環(huán)境的抵抗能力下降。•對數(shù)期該時期是微生物生長速率最快的時期，在這時期微生物代謝旺盛、酶系活躍，活細菌數(shù)和總細菌數(shù)大致接近，細胞的化學組成形態(tài)、理化性質(zhì)基本一致。•穩(wěn)定期這一時期是活細菌數(shù)保持相對穩(wěn)定、總細菌數(shù)達到、細胞代謝產(chǎn)物積累達到最高峰的時期，微生物營養(yǎng)的消耗大，營養(yǎng)物比例失調(diào)。•衰亡期在這一時期，細菌死亡速度大于新生長速度，整個群體出現(xiàn)負增長，細胞開始畸形，細胞死亡并出現(xiàn)自溶現(xiàn)象。純化水并不是無菌的物料，只是其中不含營養(yǎng)物質(zhì)，不利于微生物生長而已。根據(jù)如圖6微生物控制曲線所示，分配系統(tǒng)必須有在線消毒措施和周期性消毒措施，在線消毒是將微生物壓制在遲緩期，而在系統(tǒng)微生物存在向?qū)?shù)期發(fā)展的趨勢時，則需要進行周期性的離線巴氏消毒。所以純化水分配系統(tǒng)消毒推薦采用在線中壓UV燈消毒+周期性離線巴氏消毒的方式。圖6  微生物控制曲線在分配系統(tǒng)中，如果能夠做好對微生物的控制和在線消毒，能夠始終將微生物壓制在遲緩期，那么就可以延長分配系統(tǒng)的離線消毒周期間隔。反之，如果分配系統(tǒng)中沒有降低微生物負荷的手段，又沒有在線消毒的配置，那么系統(tǒng)中的微生物將很快進入對數(shù)期，離線巴氏消毒的周期自然就會相應(yīng)變短。這也是本文推薦在純化水分配系統(tǒng)中采用在線中壓UV燈消毒+周期性離線巴氏消毒方式的原因。

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結(jié)語做好整個水系統(tǒng)的微生物控制不僅要求制藥企業(yè)在系統(tǒng)施工、安裝和運行時參照GMP法規(guī)、ASME/ISPE指南等要求進行，還要求企業(yè)在制備系統(tǒng)設(shè)計工序上考慮采用多道工序?qū)ξ⑸镞M行逐步去除，在分配系統(tǒng)設(shè)計上考慮采用在線的消毒措施，再輔以周期性的巴氏消毒。只有這樣，微生物才可以得到很好的控制，系統(tǒng)的消毒周期可以得到一定延長。在本文中，筆者主要從純化水設(shè)計理念上提供了一些見解，希望能夠為制藥企業(yè)解決微生物控制提供有益的參考。