A víz fontos kiindulási és segédanyag a kozmetikai és gyógyszeripari termékek gyártásában. Emellett öblítőszerként szolgál a berendezésrészek és csővezetékek CIP-tisztításához – az ioncserélt víz előállító rendszerek ezért a gyártás kulcsrendszerei közé tartoznak.
A vízminőségek áttekintése
Az egyes iparágak eltérő követelményeket támasztanak a vízminőséggel szemben. A szokásos megnevezések:
- ioncserélt víz – teljesen sótalanított, illetve deionizált víz (deionát)
- PW – Purified Water (tisztított víz)
- HPW – Highly Purified Water (nagytisztaságú víz)
- WFI – Water for Injection (injekciós célú víz)
A demineralizált víz tisztaságának mérőszáma többnyire az elektromos vezetőképesség µS/cm-ben. Ezt vezetőképesség-mérők közvetlenül a berendezésben mérik.
Így működik a vízelőállítás fordított ozmózissal
A fordított ozmózis nagyrészt eltávolítja a nyersvíz oldott összetevőit. Egy tipikus előkészítési lánc a következő:
- 1SzűrésTöbbrétegű, gyertyás, ultra- vagy mikroszűrők távolítják el a részecskéket és a zavarosságot.
- 2Aktív szénAz aktívszén-szűrők csökkentik az oxidálószereket, és megkötik a kis molekulatömegű szerves szennyeződéseket.
- 3VízlágyításA kalciumot, a magnéziumot és a kétértékű vasat nátriumionokra cserélik – magas mésztartalomnál különösen fontos.
- 4fordított ozmózisA membrán a tápvizet permeátumra (tiszta víz) és koncentrátumra választja szét.
- 5EDI vagy 2. fokozatElektrodeionizáció vagy egy második ozmózisfokozat tovább csökkenti a maradék sótartalmat.
- 6PuffertartályAz ioncserélt vizet tárolják, és a körvezetéken keresztül osztják el.
A vízlágyító a gyantaágy nagy belső felülete miatt a teljes előkészítési lánc mikrobiológiailag legkritikusabb eleme. A regenerálás közbeni vegyi fertőtlenítés tolerálható szinten tartja a csíraszámot. Egyre gyakrabban alkalmaznak azonban forró vízzel szanitizálható berendezéseket.
Korszerű berendezésekben a fordított ozmózis a sótalanítás elsőként választott eljárása, mivel számos előnnyel jár az ioncserélőkkel szemben. Membránfolyamatként egyszerre mechanikai és kémiai szűrés. A berendezés a tápvizet az ozmotikus nyomásnál nagyobb nyomással préseli át egy féligáteresztő membránon.
Így két áram keletkezik: a leválasztott sókat és szennyeződéseket tartalmazó koncentrátum, valamint a permeátum – nagyon alacsony sótartalmú tiszta víz. A fordított ozmózis kiváló visszatartási arányt ér el a sók, részecskék, mikroorganizmusok és pirogének esetében. A membránok azonban érzékenyek az eltömődésre (fouling), a vízkőkiválásra (scaling) és az oxidálószerekre.
A szükséges vezetőképesség eléréséhez vagy egy második fokozat, vagy elektrodeionizáció (EDI) következik. Mindkettő alacsonyabb maradék sótartalmat és így nagyobb biztonsági tartalékot biztosít a határértékekhez képest.
Vezérlés és puffertartály
Egyedi vízlágyító berendezéseknél a vezérlésnek a regenerálást éjszakára kell ütemeznie. Az előkezelés révén a fordított ozmózisos berendezés kihozatala jelentősen nő – kb. 50%-ról kb. 75%-ra. A koncentrált maradékvíz a csatornába folyik, az ioncserélt víz pedig egy puffertartályba.
Érzékelők figyelik a puffertartály töltöttségi szintjét, és közvetlenül beavatkoznak a vezérlésbe. Ha a szint a minimum alá csökken, a fordított ozmózisos berendezés megkezdi a vízelőállítást. Maximális szintnél ismét leáll. Így a berendezés kihasználtsága optimális.
Körvezetékek a vételi pontokig
A tárolótartálytól az egyes vételi pontokig körvezetékek vezetnek. Megakadályozzák a pangó víz okozta csírásodást. A körrendszer minden vételi ponton áthalad, és kézi vagy automatikus szelepek vezetik a vizet a fogyasztókhoz.
Szerkezeti anyagok
- PVDF – csak vegyileg szanitizálható
- rozsdamentes acél 1.4404 / 1.4435 (316L) – sterilizálható
Felületek
- vízzel érintkező felületek: Ra < 0,8 µm
- WFI-vezetékek: Ra 0,6–0,4 µm, elektropolírozott – az ügyfél igényeitől függően
Egy higiénikus körrendszerre emellett a következő alapelvek érvényesek:
- minden komponenst kompaktan és minimális holttérrel kell összekötni, minden területet át kell öblíteni
- a körvezetékekben ne legyenek tömítéseltolódásos vagy menetes kötések
- lehetőleg a DIN 11864 szerinti steril kötések, hideg-meleg váltakozásnál lehetőleg steril karimás kötések
- minimális holtterű T-membránszelepek a vételi pontokon
- FDA-engedélyes (Food and Drug Administration) tömítőanyagok
- passziválás a körvezetékek és berendezésrészek elkészülte után
Csíramentesítés, szanitizálás és sterilizálás
A víz csíramentességének megőrzése érdekében az üzemeltetők különböző eljárásokat kombinálnak. A szanitizálás és az SIP-folyamatok meghatározott ciklusokban futnak. A berendezést ehhez az adott eljárásra kell méretezni.
UV-fertőtlenítés
A 254 nm hullámhosszú ultraibolya fény elpusztítja a mikroorganizmusok DNS-ét, sejtmembránját és enzimjeit. Az előkezelt víz ehhez szabályozottan áramlik át egy besugárzó kamrán. A lehetőleg turbulens áramlás javítja a hatást.
Szanitizálás 80 °C-on
Egy ioncseréltvíz-rendszert évente legalább négyszer szanitizálni kell. Egy hőcserélő 80 °C-ra fűti fel a tartályt és a csőhálózatot. Ezután a forró víz egy órán át cirkulál. Végül a rendszert leürítik és hideg vízzel újratöltik – kérésre teljesen automatikusan.
Túlnyomásos forróvizes sterilizálás 110–130 °C-on
A folyamat hasonlít a szanitizáláshoz, de magasabb hőmérsékleten. 100 °C felett a szivattyúnyomáson felül gőz-túlnyomás is kialakul: 110 °C-on kb. 0,5 bar, 121 °C-on mintegy 1 bar (kb. 2 bar abszolút). A berendezést ezért ennek megfelelően kell méretezni.
100 °C-tól a gőz kiszorítja a levegőt a tartályból. Ezután a sterilszűrő légzőszelepe bezár, így a nyomás és a hőmérséklet felépül és fennmarad. Ez a folyamat is lehet teljesen automatikus.
Sterilizálás tisztagőzzel
Ez az eljárás nagyobb beruházást igényel, mivel a berendezésrészeknek szigorúbb követelményeknek kell megfelelniük, pl. az AD 2000 szabályrendszernek, illetve az EN ISO 17665 szabványnak. Ehhez jön még az átfogó minősítés és validálás. A folyamat részleteit a következő szakaszban találja.
A tisztagőzös sterilizálás menete
A tisztagőzös sterilizáláshoz minden berendezésrészt teljesen le kell üríteni. A vételi pontokon és a csővezetékek legmélyebb pontjain megfelelő visszacsapó szelepekkel ellátott kondenzleválasztókra van szükség. A kondenzátumnak biztonságosan el kell folynia, és senki sem sérülhet meg a forró vezetékeken.
A biztonságos légtelenítéshez ajánlott a tárolótartályt és a csőhálózatot vákuum alá helyezni. Ezután tisztagőz áramlik be, a hőmérsékletet pedig a nyomáson keresztül szabályozzák. Fontos, hogy a csővezetékek is csatlakozzanak a gőzhálózathoz. Csak így jut el a gőz a kondenzátum-elvezetési pontokig.
A nehezen sterilizálható pontokon és a kondenzátumkifolyóknál hőmérséklet-érzékelők rögzítik az értékeket, és utánszabályozzák a gőzt. Amint minden érzékelő eléri a meghatározott sterilizálási hőmérsékletet (pl. 121 °C vagy magasabb), megkezdődik a sterilizálási idő. Ennek előfeltételei:
- reprodukálhatóan vezérelhető sterilizálási folyamatok
- tárolt és dokumentált, minőség szempontjából releváns mérési értékek
- teljesen automatikus sterilizálási folyamat
- SOP-k az egyes sterilizálási eljárások kezeléséhez
Vízkörök fűtése
Szivárgásbiztos csőköteges hőcserélők fűtik a vízkört. A csírásodás elkerülése érdekében a forró vizet 70–99 °C-on kell tárolni. A hideg víznek ezzel szemben 18 °C alatt kell maradnia. Erről a körvezetékben elhelyezett visszahűtő gondoskodik.
Ioncseréltvíz-rendszerek minősítése
A vízrendszerekkel szembeni GMP-követelmények teljesítéséhez minősítés szükséges. Ez a következő lépésekből áll:
A minősítési munkákat már a követelményspecifikációban pontosan meg kell határozni.
A SEEFRIED Verfahrenstechnik GmbH támogatja Önt ioncseréltvíz-rendszerének tervezésében és minősítésében egyaránt.
Gyakran ismételt kérdések az ioncseréltvíz-rendszerekről és a körvezetékekről
Milyen vízminőségeket használnak a gyógyszer- és kozmetikai iparban?
Szokásos az ioncserélt víz (teljesen sótalanított, illetve deionizált víz), a Purified Water (PW), a Highly Purified Water (HPW) és a Water for Injection (WFI). A tisztaságot többnyire az elektromos vezetőképességgel határozzák meg µS/cm-ben.
Hogyan állítanak elő ioncserélt vizet fordított ozmózissal?
Egy szűrési fokozat, valamint adott esetben aktívszén-szűrő és vízlágyítás után a fordított ozmózis a vizet egy féligáteresztő membránon préseli át. Nagyon alacsony vezetőképességhez egy második fokozat vagy elektrodeionizáció (EDI) következik. A tiszta vizet puffertartályban tárolják.
Miért alkalmaznak körvezetékeket?
A körvezetékek folyamatosan mozgásban tartják a vizet, és megakadályozzák a pangó víz okozta csírásodást. Szokásos a 316L rozsdamentes acél vagy a PVDF Ra < 0,8 µm felületekkel, minimális holtterű membránszelepekkel és DIN 11864 szerinti steril kötésekkel.
Milyen gyakran kell szanitizálni egy ioncseréltvíz-rendszert?
Évente legalább négyszer, többnyire 80 °C-ra történő felfűtéssel és egyórás cirkuláltatással. Alternatívák a 110–130 °C-os túlnyomásos forróvizes sterilizálás vagy a tisztagőzös sterilizálás.
Milyen minősítés szükséges a GMP-vízrendszerekhez?
Kockázatelemzés, DQ, IQ, kalibrálás, OQ, PQ és záró jelentés. A minősítési munkákat már a követelményspecifikációban meg kell határozni.