Vesi on tärkeä lähtö- ja apuaine kosmeettisten ja farmaseuttisten tuotteiden valmistuksessa. Lisäksi sitä käytetään huuhteluaineena laitteiston osien ja putkistojen CIP-puhdistuksessa – ionivaihdetun veden laitteistot ovatkin tuotannon avainjärjestelmiä.
Vedenlaadut pähkinänkuoressa
Eri teollisuudenalat asettavat vedenlaadulle erilaisia vaatimuksia. Yleisiä nimityksiä ovat:
- Ionivaihdettu vesi – täyssuolanpoistettu tai deionisoitu vesi (deionaatti)
- PW – Purified Water
- HPW – Highly Purified Water
- WFI – Water for Injection
Demineralisoidun veden puhtausasteen mittana käytetään yleensä sähkönjohtavuutta yksikössä µS/cm. Johtokykymittarit mittaavat sen suoraan laitoksessa.
Näin veden valmistus käänteisosmoosilla toimii
Ratkaiseva vaihe on käänteisosmoosi , joka poistaa raakaveden liuenneet aineet pitkälti. Tyypillinen käsittelyketju näyttää tältä:
- 1SuodatusMonikerros-, patruuna-, ultra- tai mikrosuodattimet poistavat hiukkaset ja sameuden.
- 2AktiivihiiliAktiivihiilisuodattimet vähentävät hapettimia ja sitovat pienimolekyylisiä orgaanisia epäpuhtauksia.
- 3PehmennysKalsium, magnesium ja kaksiarvoinen rauta vaihdetaan natriumioneihin – erityisen tärkeää, kun kalkkipitoisuus on korkea.
- 4käänteisosmoosiKalvo erottaa syöttöveden permeaatiksi (puhdasvedeksi) ja konsentraatiksi.
- 5EDI tai 2. vaiheElektrodeionisaatio tai toinen osmoosivaihe alentaa jäännössuolapitoisuutta edelleen.
- 6PuskurisäiliöIonivaihdettu vesi varastoidaan ja jaetaan rengaslinjan kautta.
Pehmennys on hartsipedin suuren sisäpinta-alan vuoksi koko käsittelyketjun mikrobiologisesti kriittisin osa. Regeneroinnin aikainen kemiallinen desinfiointi pitää mikrobimäärät hyväksyttävällä tasolla. Yhä useammin käytetään kuitenkin kuumavedellä sanitoitavia laitteistoja.
Nykyaikaisissa laitoksissa käänteisosmoosi on ensisijainen suolanpoistomenetelmä, sillä sillä on monia etuja ioninvaihtimiin verrattuna. Kalvoprosessina se on sekä mekaaninen että kemiallinen suodatus. Laitteisto puristaa syöttöveden osmoottista painetta suuremmalla paineella puoliläpäisevän kalvon läpi.
Näin syntyy kaksi virtaa: konsentraatti, joka sisältää erotetut suolat ja epäpuhtaudet, sekä permeaatti – puhdasvesi, jonka suolapitoisuus on hyvin pieni. Käänteisosmoosi saavuttaa erinomaiset erotusasteet suoloille, hiukkasille, mikro-organismeille ja pyrogeeneille. Kalvot ovat kuitenkin herkkiä likaantumiselle (fouling), saostumille (scaling) ja hapettimille.
Vaaditun johtokyvyn saavuttamiseksi seuraa joko toinen vaihe tai elektrodeionisaatio (EDI). Molemmat tuottavat alhaisemmat jäännössuolapitoisuudet ja siten suuremman turvamarginaalin raja-arvoihin.
Ohjaus ja puskurisäiliö
Yksittäisissä pehmennyslaitteistoissa on suositeltavaa, että ohjausjärjestelmä ajoittaa regeneroinnin yöhön. Esikäsittelyn ansiosta käänteisosmoosilaitteiston saanto kasvaa huomattavasti – noin 50 %:sta noin 75 %:iin. Väkevöitynyt jätevesi johdetaan viemäriin, ionivaihdettu vesi sen sijaan puskurisäiliöön.
Anturit valvovat puskurisäiliön pinnankorkeutta ja vaikuttavat suoraan ohjaukseen. Kun pinta laskee minimin alapuolelle, käänteisosmoosilaitteisto käynnistää vedentuotannon. Maksimipinnassa se pysähtyy jälleen. Näin laitteiston käyttöaste on optimaalinen.
Rengaslinjat ottopisteisiin
Varastosäiliöstä yksittäisiin ottopisteisiin johtavat rengaslinjat. Ne estävät seisovan veden aiheuttaman mikrobikasvun. Rengasjärjestelmä kulkee kaikkien ottopisteiden ohi, ja käsi- tai automaattiventtiilit ohjaavat veden kuluttajille.
Materiaalit
- PVDF – vain kemiallisesti sanitoitavissa
- Ruostumaton teräs 1.4404 / 1.4435 (316L) – steriloitavissa
Pinnat
- vesikosketuspinnat: Ra < 0,8 µm
- WFI-linjat: Ra 0,6–0,4 µm, sähkökiillotetut – asiakkaan vaatimusten mukaan
Hygieenisessä rengasjärjestelmässä noudatetaan lisäksi seuraavia periaatteita:
- kaikki komponentit liitetään kompaktisti ja mahdollisimman pienin kuollein tiloin, kaikki alueet huuhtoutuvat
- rengaslinjoissa ei liitoksia, joissa on tiivisteporrastus tai kierteitä
- ensisijaisesti DIN 11864 -standardin mukaiset steriililiitokset, kuuman ja kylmän vaihdellessa mieluiten steriilit laippaliitokset
- pienen kuolleen tilan T-kalvoventtiilit ottopisteissä
- FDA-hyväksytyt tiivistemateriaalit (Food and Drug Administration)
- passivointi rengaslinjojen ja laitteiston osien valmistuttua
Mikrobien poisto, sanitointi ja sterilointi
Pitääkseen veden mikrobittomana käyttäjät yhdistävät eri menetelmiä. Sanitointi- ja SIP-prosessit ajetaan määritellyin jaksoin. Laitteisto on mitoitettava kulloisellekin menetelmälle.
UV-desinfiointi
Aallonpituudeltaan 254 nm:n ultraviolettivalo tuhoaa mikro-organismien DNA:n, solukalvon ja entsyymit. Esikäsitelty vesi virtaa hallitusti säteilykammion läpi. Mahdollisimman turbulentti virtaus parantaa vaikutusta.
Sanitointi 80 °C:ssa
Ionivaihdetun veden laitteisto tulisi sanitoida vähintään neljä kertaa vuodessa. Lämmönvaihdin lämmittää säiliön ja putkiverkoston 80 °C:seen. Sen jälkeen kuuma vesi kiertää tunnin ajan. Tämän jälkeen järjestelmä tyhjennetään ja täytetään uudelleen kylmällä vedellä – pyynnöstä täysautomaattisesti.
Painekuumavesisterilointi 110–130 °C
Kulku muistuttaa sanitointia, mutta lämpötilat ovat korkeammat. Yli 100 °C:ssa pumpun paineen lisäksi muodostuu höyryn ylipaine: 110 °C:ssa noin 0,5 bar, 121 °C:ssa noin 1 bar (n. 2 bar absoluuttinen). Laitteisto on siksi mitoitettava sen mukaisesti.
100 °C:sta alkaen höyry syrjäyttää säiliön ilman. Sen jälkeen steriilisuodattimen ilmausventtiili sulkeutuu, jolloin paine ja lämpötila nousevat ja pysyvät halutussa arvossa. Myös tämä vaihe voidaan toteuttaa täysautomaattisesti.
Sterilointi puhtaalla höyryllä
Tämä menetelmä vaatii suurempia investointeja, sillä laitteiston osien on täytettävä tiukempia vaatimuksia, esim. AD 2000 -säännöstö tai EN ISO 17665. Lisäksi tarvitaan kattava kvalifiointi ja validointi. Kulun yksityiskohdat löydätte seuraavasta osiosta.
Puhdashöyrysteriloinnin kulku
Puhdashöyrysterilointia varten kaikkien laitteiston osien on oltava täysin tyhjennettyjä. Ottopisteissä ja putkistojen alimmissa kohdissa tarvitaan lauhteenpoistimia sopivin takaiskuventtiilein. Lauhteen on päästävä poistumaan turvallisesti, eikä kukaan saa voida loukkaantua kuumiin linjoihin.
Varmaa ilmanpoistoa varten varastosäiliö ja putkiverkosto kannattaa saattaa alipaineeseen. Sen jälkeen sisään virtaa puhdasta höyryä, ja lämpötilaa säädetään paineen avulla. On tärkeää, että myös putkistot on liitetty höyryverkostoon. Vain näin höyry virtaa lauhteenpoistokohtiin asti.
Vaikeasti steriloitavissa kohdissa ja lauhteen poistoissa lämpötila-anturit mittaavat arvot ja säätävät höyryä. Kun kaikki anturit saavuttavat määritellyn sterilointilämpötilan (esim. 121 °C tai enemmän), sterilointiaika alkaa. Edellytyksiä ovat:
- toistettavasti ohjattavat sterilointiprosessit
- tallennetut ja dokumentoidut laatukriittiset mittausarvot
- täysautomaattinen sterilointiprosessi
- SOP:t eri sterilointimenetelmien käsittelyä varten
Vesikiertojen lämmitys
Vuotovarmat putkilämmönvaihtimet lämmittävät vesikiertoa. Mikrobikasvun välttämiseksi kuuma vesi tulisi varastoida 70–99 °C:ssa. Kylmän veden taas tulisi pysyä alle 18 °C:ssa. Tästä huolehtii rengaslinjan takaisinjäähdytin.
Ionivaihdetun veden laitteistojen kvalifiointi
Vesilaitteistoja koskevien GMP-vaatimusten täyttäminen edellyttää kvalifiointia. Se sisältää seuraavat vaiheet:
Kvalifiointityöt tulisi määritellä huolellisesti jo vaatimusmäärittelyssä.
Ratkaiseva vaihe on SEEFRIED Verfahrenstechnik GmbH tukee teitä sekä ionivaihdetun veden laitteistonne mitoituksessa että kvalifioinnissa.
Usein kysyttyä ionivaihdetun veden laitteistoista ja rengaslinjoista
Mitä vedenlaatuja lääke- ja kosmetiikkateollisuudessa käytetään?
Yleisiä ovat ionivaihdettu vesi (täyssuolanpoistettu tai deionisoitu vesi), Purified Water (PW), Highly Purified Water (HPW) ja Water for Injection (WFI). Puhtausaste määritetään yleensä sähkönjohtavuuden perusteella yksikössä µS/cm.
Miten ionivaihdettua vettä valmistetaan käänteisosmoosilla?
Suodatusvaiheen ja tarvittaessa aktiivihiilisuodattimen ja pehmennyksen jälkeen käänteisosmoosi puristaa veden puoliläpäisevän kalvon läpi. Hyvin alhaisia johtokykyjä varten seuraa toinen vaihe tai elektrodeionisaatio (EDI). Puhdasvesi varastoidaan puskurisäiliöön.
Miksi rengaslinjoja käytetään?
Rengaslinjat pitävät veden jatkuvasti liikkeessä ja estävät seisovan veden aiheuttaman mikrobikasvun. Tavallisia ovat ruostumaton teräs 316L tai PVDF, pinnat Ra < 0,8 µm, pienen kuolleen tilan kalvoventtiilit ja DIN 11864 -standardin mukaiset steriililiitokset.
Kuinka usein ionivaihdetun veden laitteisto tulisi sanitoida?
Vähintään neljä kertaa vuodessa, yleensä kuumentamalla 80 °C:seen ja kierrättämällä tunnin ajan. Vaihtoehtoja ovat painekuumavesisterilointi 110–130 °C:ssa tai sterilointi puhtaalla höyryllä.
Millainen kvalifiointi GMP-vesilaitteistoille tarvitaan?
Riskianalyysi, DQ, IQ, kalibrointi, OQ, PQ ja loppuraportti. Kvalifiointityöt tulisi määritellä jo vaatimusmäärittelyssä.