Air adalah bahan awal dan bahan pembantu yang penting dalam pembuatan produk kosmetik dan farmasi. Selain itu, air digunakan sebagai media bilas untuk pembersihan CIP bagian instalasi dan perpipaan – karena itu, sistem air demineralisasi termasuk sistem kunci dalam produksi.
Ikhtisar kualitas air
Setiap cabang industri memiliki persyaratan kualitas air yang berbeda. Sebutan yang umum adalah:
- Air demineralisasi – air bebas mineral atau air deionisasi
- PW – Purified Water
- HPW – Highly Purified Water
- WFI – Water for Injection
Ukuran tingkat kemurnian air demineralisasi umumnya adalah konduktivitas listrik dalam µS/cm. Alat ukur konduktivitas mengukurnya langsung di dalam sistem.
Cara produksi air dengan reverse osmosis
Proses reverse osmosis menghilangkan sebagian besar zat terlarut dalam air baku. Rangkaian pengolahan yang umum adalah sebagai berikut:
- 1FiltrasiFilter multimedia, filter cartridge, ultrafilter, atau mikrofilter menghilangkan partikel dan kekeruhan.
- 2Karbon aktifFilter karbon aktif mengurangi oksidator dan mengikat kontaminan organik bermolekul rendah.
- 3PelunakanKalsium, magnesium, dan besi divalen ditukar dengan ion natrium – sangat penting bila kadar kapur tinggi.
- 4reverse osmosisMembran memisahkan air umpan menjadi permeat (air murni) dan konsentrat.
- 5EDI atau tahap ke-2Elektrodeionisasi atau tahap osmosis kedua menurunkan kadar garam sisa lebih lanjut.
- 6Tangki penyanggaAir demineralisasi disimpan dan didistribusikan melalui pipa loop.
Karena permukaan dalam resin yang luas, pelunakan merupakan elemen yang paling kritis secara mikrobiologis dalam seluruh rangkaian pengolahan. Disinfeksi kimia selama regenerasi menjaga jumlah mikroba pada tingkat yang dapat ditoleransi. Namun, semakin banyak digunakan sistem yang dapat disanitasi dengan air panas.
Pada sistem modern, reverse osmosis adalah metode pilihan untuk desalinasi karena menawarkan banyak keunggulan dibandingkan penukar ion. Sebagai proses membran, reverse osmosis merupakan filtrasi mekanis sekaligus kimiawi. Dalam proses ini, sistem menekan air umpan dengan tekanan di atas tekanan osmotik melalui membran semipermeabel.
Dengan demikian terbentuk dua aliran: konsentrat yang berisi garam dan kontaminan yang tersisihkan, serta permeat – air murni dengan kadar garam sangat rendah. Reverse osmosis mencapai tingkat penyisihan yang sangat baik untuk garam, partikel, mikroorganisme, dan pirogen. Namun, membrannya peka terhadap fouling, scaling, dan oksidator.
Untuk mencapai konduktivitas yang dipersyaratkan, digunakan tahap kedua atau elektrodeionisasi (EDI). Keduanya menghasilkan kadar garam sisa yang lebih rendah sehingga margin keamanan terhadap nilai batas lebih besar.
Sistem kontrol dan tangki penyangga
Pada unit pelunak tunggal, sistem kontrol sebaiknya menjadwalkan regenerasi pada malam hari. Berkat pra-pengolahan, rendemen sistem reverse osmosis meningkat secara signifikan – dari sekitar 50% menjadi sekitar 75%. Air sisa yang terkonsentrasi dialirkan ke saluran pembuangan, sedangkan air demineralisasi dialirkan ke tangki penyangga.
Sensor memantau level tangki penyangga dan langsung memengaruhi sistem kontrol. Jika level turun di bawah batas minimum, sistem reverse osmosis mulai memproduksi air. Pada level maksimum, sistem berhenti kembali. Dengan cara ini, utilisasi sistem menjadi optimal.
Pipa loop ke titik pengambilan
Pipa loop mengalirkan air dari tangki penyimpanan ke masing-masing titik penggunaan. Pipa ini mencegah kontaminasi mikroba akibat air yang diam. Sistem loop melewati semua titik pengambilan, dan katup manual atau otomatis mengalirkan air ke titik pengguna.
Material
- PVDF – hanya dapat disanitasi secara kimia
- Baja tahan karat 1.4404 / 1.4435 (316L) – dapat disterilkan
Permukaan
- Permukaan yang bersentuhan dengan air: Ra < 0,8 µm
- Jalur WFI: Ra 0,6–0,4 µm, elektropolis – sesuai kebutuhan pelanggan
Untuk sistem loop yang higienis, berlaku pula prinsip-prinsip berikut:
- semua komponen dihubungkan secara ringkas dengan dead leg minimal, semua area terbilas
- tidak ada sambungan dengan offset seal atau ulir pada pipa loop
- sebaiknya sambungan steril sesuai DIN 11864; pada pergantian panas-dingin sebisa mungkin sambungan flensa steril
- katup diafragma T dengan dead leg minimal di titik pengambilan
- material seal dengan persetujuan FDA (Food and Drug Administration)
- pasivasi setelah pipa loop dan bagian instalasi selesai dibuat
Pengendalian mikroba, sanitasi, dan sterilisasi
Untuk menjaga air tetap bebas mikroba, operator mengombinasikan berbagai metode. Sanitasi dan proses SIP dilakukan dalam siklus yang ditetapkan. Untuk itu, sistem harus dirancang sesuai metode yang digunakan.
Disinfeksi UV
Sinar ultraviolet dengan panjang gelombang 254 nm merusak DNA, membran sel, dan enzim mikroorganisme. Untuk itu, air yang telah diolah mengalir secara terkendali melalui ruang penyinaran. Aliran yang seturbulen mungkin meningkatkan efektivitasnya.
Sanitasi pada 80 °C
Sistem air demineralisasi sebaiknya disanitasi setidaknya empat kali setahun. Penukar panas memanaskan tangki dan jaringan pipa hingga 80 °C. Kemudian air panas disirkulasikan selama satu jam. Setelah itu sistem dikosongkan dan diisi ulang dengan air dingin – atas permintaan sepenuhnya otomatis.
Sterilisasi air panas bertekanan 110–130 °C
Urutannya mirip dengan sanitasi, tetapi pada suhu yang lebih tinggi. Di atas 100 °C, selain tekanan pompa, terbentuk tekanan lebih uap: pada 110 °C sekitar 0,5 bar, pada 121 °C sekitar 1 bar (kira-kira 2 bar absolut). Karena itu, sistem harus dirancang sesuai kondisi tersebut.
Mulai 100 °C, uap mendesak udara keluar dari tangki. Setelah itu katup ventilasi pada filter steril menutup sehingga tekanan dan suhu terbentuk dan dipertahankan. Urutan ini juga dapat berjalan sepenuhnya otomatis.
Sterilisasi dengan uap murni
Metode ini memerlukan investasi yang lebih tinggi, karena bagian instalasi harus memenuhi persyaratan yang lebih tinggi, misalnya regulasi AD 2000 atau EN ISO 17665. Selain itu, diperlukan kualifikasi dan validasi yang komprehensif. Rincian urutannya dapat Anda temukan di bagian berikutnya.
Urutan sterilisasi uap murni
Untuk sterilisasi uap murni, semua bagian instalasi harus dikosongkan sepenuhnya. Pada titik pengambilan dan titik terendah perpipaan diperlukan steam trap dengan katup searah yang sesuai. Kondensat harus mengalir keluar dengan aman, dan tidak seorang pun boleh cedera akibat pipa yang panas.
Untuk deaerasi yang aman, disarankan agar tangki penyimpanan dan jaringan pipa divakumkan. Kemudian uap murni dialirkan masuk dan suhu diatur melalui tekanan. Penting agar perpipaan juga terhubung ke jaringan uap. Hanya dengan begitu uap mengalir hingga titik pembuangan kondensat.
Di titik yang sulit disterilkan dan di saluran kondensat, sensor suhu mencatat nilai dan menyesuaikan pasokan uap. Segera setelah semua sensor mencapai suhu sterilisasi yang ditetapkan (misalnya 121 °C atau lebih), waktu sterilisasi dimulai. Prasyaratnya adalah:
- proses sterilisasi yang dapat dikendalikan secara reprodusibel
- nilai ukur yang relevan bagi mutu tersimpan dan terdokumentasi
- urutan sterilisasi yang sepenuhnya otomatis
- SOP untuk penanganan masing-masing metode sterilisasi
Pemanasan sirkuit air
Penukar panas shell-and-tube yang aman terhadap kebocoran memanaskan sirkuit air. Untuk mencegah kontaminasi mikroba, air panas sebaiknya disimpan pada 70–99 °C. Sebaliknya, air dingin sebaiknya tetap di bawah 18 °C. Hal ini dijamin oleh pendingin balik (recooler) pada pipa loop.
Kualifikasi sistem air demineralisasi
Untuk memenuhi persyaratan GMP bagi sistem air, diperlukan kualifikasi. Kualifikasi ini mencakup langkah-langkah berikut:
Pekerjaan kualifikasi sebaiknya sudah dispesifikasikan dengan jelas dalam spesifikasi kebutuhan.
Proses SEEFRIED Verfahrenstechnik GmbH mendukung Anda baik dalam perancangan maupun kualifikasi sistem air demineralisasi Anda.
Pertanyaan yang sering diajukan tentang sistem air demineralisasi dan pipa loop
Kualitas air apa saja yang digunakan di industri farmasi dan kosmetik?
Yang umum adalah air demineralisasi (air bebas mineral atau air deionisasi), Purified Water (PW), Highly Purified Water (HPW), dan Water for Injection (WFI). Tingkat kemurnian umumnya ditentukan melalui konduktivitas listrik dalam µS/cm.
Bagaimana air demineralisasi diproduksi dengan reverse osmosis?
Setelah tahap filtrasi dan, jika perlu, filter karbon aktif serta pelunakan, reverse osmosis menekan air melalui membran semipermeabel. Untuk konduktivitas yang sangat rendah, dilanjutkan dengan tahap kedua atau elektrodeionisasi (EDI). Air murni disimpan dalam tangki penyangga.
Mengapa pipa loop digunakan?
Pipa loop menjaga air terus bergerak dan mencegah kontaminasi mikroba akibat air yang diam. Yang umum digunakan adalah baja tahan karat 316L atau PVDF dengan permukaan Ra < 0,8 µm, katup diafragma dengan dead leg minimal, dan sambungan steril sesuai DIN 11864.
Seberapa sering sistem air demineralisasi harus disanitasi?
Setidaknya empat kali setahun, umumnya dengan pemanasan hingga 80 °C dan sirkulasi selama satu jam. Alternatifnya adalah sterilisasi air panas bertekanan pada 110–130 °C atau sterilisasi dengan uap murni.
Kualifikasi apa yang diperlukan untuk sistem air GMP?
Analisis risiko, DQ, IQ, kalibrasi, OQ, PQ, dan laporan akhir. Pekerjaan kualifikasi sebaiknya sudah dispesifikasikan dalam spesifikasi kebutuhan.