湿热灭菌的蒸汽要求

　　蒸汽灭菌的原理之湿热蒸汽灭菌

　　杭州瓦特节能工程有限公司

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　　在制药工业、食品工业、生物制品、医疗卫生和科学研究等行业中，常要用到消毒灭菌设备对有关物品进行消毒灭菌处理.

　　对食品而言，灭菌的同时加热的物料必须保持食品的营养和风味，食品饮料的单品能耗也是考量企业竞争力的一个重要方面。对药品而言，在达到消毒灭菌效果可靠的同时，还要保证药品不受破坏，确保其药效的安全性、有效性和稳定性。

　　瓦特节能的经验认为对某一物品进行消毒灭菌时，首选的当是该行业规定的消毒灭菌方法，如同时有几种方法均可使用，则要根据待处理物品的理化性状、消毒灭菌效果因素及经济性，进行综合分析与比较，选择最合理的消毒灭菌方法，以最经济的运行成本达到最佳的消毒灭菌效果。

　　就目前而言，在所有可利用的消毒灭菌方法中，热是一种应用最早、效果最可靠、使用最广泛的方法，它可以杀灭一切微生物，包括细菌繁殖体、真菌、原虫、藻类、病毒和抵抗力更强的细菌芽孢，因此热力灭菌在工业消毒灭菌上深受重视。早期的中医灭菌几乎都是采用加热灭菌。热力法包括湿热法和干热法。

　　湿热灭菌法系指物品在灭菌器内利用压力蒸汽或其他湿热灭菌介质杀死微生物，为热力灭菌中最有效、使用最广泛的方法。

　　药品、药液、玻璃器皿、培养基、敷料、织物、金属器械及其他遇高温与湿热不发生变化或损坏的物品，均可用本法灭菌；而干热灭菌法系指物品在干燥空气中加热达到杀死微生物的方法，通常在160~170℃、120 min、170~180℃、60min、250℃、45min以上的条件下灭菌。湿热法由于灭菌温度低、穿透力强、作用快而使其效果优于干热法。

　　湿热法包括压力蒸汽法、流通蒸汽法、低温蒸汽法、低温间歇法、煮沸法和巴士消毒法等，其中压力蒸汽法是所有湿热法、热力法、物理法及所有消毒灭菌方法中的首选方法，因此其广泛使用的压力蒸汽消毒灭菌柜是湿热消毒灭菌的经典设备，虽然近年来有关湿热灭菌设备为适应各种需要，开发了不少新型设备，但均是在压力蒸汽消毒灭菌柜的基础上发展起来的。

　　瓦特节能的研究表明，湿热法和干热法均是利用热力因子杀死微生物的物理消毒灭菌方法，但它们的杀菌机理有所不同，即湿热法主要是通过凝固微生物的蛋白质致其死亡，干热法则是通过脱水干燥使蛋白质氧化、变性、炭化和电解质浓缩中毒而使微生物死亡。它们的操作特点也各异，其根本的区别在于消毒灭菌处理时，加热环境和微生物细胞的湿度水平有所不同：“湿热”加热在此指微生物内部和加热环境均处于湿度饱和状态的加热，此时微生物与纯净的水或饱和蒸汽呈平衡状态；而“干热”加热，则用于指加热环境中无水或不足以达到湿度饱和状态下的加热，其湿度水平可以为零，或刚刚低于饱和状态。

　　研究表明微生物对干热的耐受力较湿热者为强，即湿热凝固蛋白质比干热氧化蛋白质、从而杀灭微生物所需温度低得多；而且水分的存在有利于蛋白质凝固，在热作用的局部环境中，水分愈多或湿度愈高，蛋白质凝固所需温度愈低，凝固速度愈快，对外设的杀灭效果也愈好。另外，湿热的穿透性也比干热强，因为蒸汽和水传导热能的效率比空气高。其次蒸汽冷凝时放出大量的潜热，可使物体迅速加热，正是由于二者杀菌机理和加热特点的不同，湿热灭菌不仅效果可靠，而且也能降低杀菌温度，缩减作用时间。

　　可以说湿热灭菌的均匀性、穿透性、可靠性、效率性等多方面成为灭菌的首先。这里的蒸汽是指干饱和蒸汽。而非在生产各类油和石化产品的工业以及电站汽轮机上使用的过热蒸汽，过热蒸汽对于灭菌工艺来说，存在以下特点：虽然过热蒸汽温度更高，具有比饱和蒸汽更多的热量，但过热部分的热量与饱和蒸汽冷凝所放出的汽化潜热相比却非常的小。并且从过热蒸汽温度降至饱和温度的时间长，使用过热蒸汽加热将降低换热效率。

　　当然过度潮湿的蒸汽也不可取，一方面潮湿的蒸汽含有的水分本身会溶解一些管道中的杂质，另外一方面当水分到达被消毒器皿、药物时，其阻碍了蒸汽向药品热量的传递，降低传递的温度。

　　消毒灭菌效果的可靠性与有效性 由于消毒和灭菌的保证水平分别为103级和106级，即物品经消毒处理后，微生物的存活率分别为10-3级和10-6，因此影响消毒效果可靠性和有效性的最主要因素——柜室内消毒灭菌温度场的一致性就显得尤为重要。这首先要保证柜室内空载热分布要一致，如要求灭菌柜的有限灭菌室内各点的温度与其平均温度的差值≤1℃，切还要尽可能消除“冷点”及“冷点”与平均温度间的偏离（≤2.5℃）。造成上述温差的主要原因是灭菌柜室内的几何形状、进气孔位置=形状和孔径、出气孔的位置和孔径、挡气孔形状、大小和放置位置等有关，另外还要求负载热分布要一致，影响因素则与待灭菌物品的装载方式和分布方式有关。由于“冷点”或平均温差教大，则在使最不利点的F0 值保证无菌时，就会使整个灭菌时间延长，这对于温度较敏感的物品，长时间的高温就会成问题，对药品则可能影响其药效或药品的稳定性与有效性。因此灭菌柜室内温度场的均一性，尽可能消除“冷点”是湿热灭菌柜设计、制造质量好坏与否的首要条件。

　　湿热灭菌的验证结果的精确度与重现性很高。 随着GMP的全面推行，湿热灭菌柜除具备满足达到可靠而有效的消毒灭菌效果外，还提出了增加验证要求的动能。因为药品生产仅靠成品抽样检验手段以保证药品质量的方法，是不能使药厂在生产中按照已确定的要求生产出毫无问题的产品。

　　只有坚信“药品质量是生产出来的，而不是检验出来的”观念，在重视终产品的检验控制的同时，更要强调按经过验证的生产工艺，对生产全过程进行控制，才能生产出合格产品，这是因为验证是对生产工艺的预期评估，以保证设计的工艺在规定的操作和控制条件下得到质量稳定、一致的产品，即为提供有依据的保证而去获取充分的证据。工艺控制是实现验证目标的关键，工艺验证中消毒灭菌的验证是药品生产验证的重要内容，鉴于药物的消毒灭菌是在灭菌失败危险的最大限度和灭菌药物变质危险的最大限度之间实现平衡这个特殊性，这就要求灭菌柜的精确度和重现性要高，例如空载灭菌柜内各点（包括冷点）的温度在每次灭菌过程中的差值≤±1℃。故要求设备配有GMP验证标准接口、温度时间和F0值控制、自动记录打印各种参数。

　　湿热灭菌的适用范围的针对性强和运行的经济性佳， 通用的压力蒸汽消毒灭菌柜对多种小批量的制药企业，对多种耐热、耐湿物品尽心消毒灭菌，因而有较普通的适用行，但就其操作运行的经济性而言，由于没有个性与针对性，在对某些物品消毒灭菌时，可能会使用较高的消毒灭菌温度和较长的灭菌时间，消耗较多的能量，因而在经济上不是最佳的。因此，新年的湿热灭菌柜不断的被推出，正是顺应适用范围的针对性、操作运行的经济性要佳的要求，尤其是对品种较单一、产量较大的制药企业而言，其重要性就更加明显。

　　饱和蒸汽灭菌的操作条件的适应性强和操作方法的简便性好 ，由于湿热灭菌柜的使用场合、工艺布局、物品装载方式、控制水平等的不同，灭菌柜柜门的数量、开启方式、待灭菌物品在柜室内的置放方式、消毒车的搬运方式、操作的控制方式也应该有所不同，以适应各自不同的操作要求的方便与习惯以及操作方法的简便性。

　　相对而言，饱和蒸汽的安全系统的可靠性好 。瓦特节能接触的湿热灭菌柜的安全系统包括安全泄放装置、电气安全装置和压力安全连锁装置。前者常用安全阀作为蒸汽超压泄放装置；对电气安全装置主要包括漏电保护、过载保护、多电压保护，保证用电安全；压力安全连锁装置，主要保证操作者的安全，如当门的锁紧机构未关至于设计位置，蒸汽控制装置被锁住，不能进入灭菌室，防止蒸汽推开未锁住的门，吹出灭菌物品；开门时，只要灭菌室内还残存有蒸汽压力（一般为＜0.027MPa）被连锁而无法打开，防止被蒸汽突然推开而造成事故。此外还有灭菌柜双扉的连锁装置，保证不能同时打开双门，确保灭菌柜前后操作间的洁净要求。

　　总之，湿热灭菌柜的设计要充分考虑柜室内温度场的均一性，同时要考虑设备的安全可靠，先进适用和经济运行。

　　压力蒸汽灭菌的作用时间，应从灭菌柜室内大到要求灭菌温度时算起，直至灭菌完成为止。总时间包括：热力穿透时间，即从灭菌柜内达到灭菌温度至灭菌物品中心部位也达到灭菌温度所需时间，时间的长短取决于灭菌物品的性质、包装的大小、放置位置、灭菌柜内空气排空程度等；灭菌维持时间，即杀灭微生物所需要延长的加热时间，一般为维持时间的一半，其长度视消毒物品而定；而灭菌处理所需时间：预热时间、排放冷空气时间、柜室升温时间、灭菌处理结束后所需的降温时间。预热时间指对灭菌柜室内进行加热达到规定灭菌温度的时间，预热可增加柜室内干热的均匀度和防止蒸汽过多冷凝；排除冷空气时间为将柜室内原有冷空气排出柜外，以加强热的穿透，这对蒸汽尤为重要，应给予充分的时间；柜室升温时间指放入物品后将整个柜室加温至灭菌要求温度的时间；降温时间指在完成消毒或灭菌停止加热后，柜室温度下降至可安全开门的时间。

　　饱和蒸汽的灭菌温度 必须根据微生物对热的耐受力因种类而不同，因此根据灭菌物品污染程度，其所需的灭菌温度和作用时间也各不相同，且灭菌温度和作用时间的选择需随灭菌方式、物品性能、包装材料、要求灭菌过程长短而定。一般而言灭菌温度愈高，所需时间愈短，饱和蒸汽的温度和其压力呈恒定的关系，但当柜室内的空气未排除或未完全排除，则蒸汽不能达到饱和，此时虽然压力表显示已达灭菌压力，但蒸汽温度却并未达到要求，从而导致灭菌失败。

　　EN285的规范里对饱和蒸汽 提出了具体的要求饱和蒸汽必须满足干燥（含湿气〈5%〉和纯净（含冷空气〈3.5%〉，过热度不应超过5℃，因为饱和蒸汽遇冷凝而释放出大量的潜热能，使物品的温度上升；而冷凝的同时，其体积急剧收缩（1/1600），还可产生局部负压，使随后的蒸汽穿透到物品的深处，对过热蒸汽，一方面冷凝放缓，不利于灭菌，此现象在过热5℃以上时即表现明显。另外，蒸汽过热可导致物品快速老化。过热蒸汽的产生可因输气系统或规定的压力明显下降，或夹套中温度较高或纺织品过于干燥。当蒸汽中含有较多细微雾等，，形成气体流动的屏障而不于热的穿透，同时也会增加灭菌后干燥处理的难度。雾粒的存在主要因在加水过多的锅炉中表面水泡迸裂被快速蒸汽带出，或蒸汽通过较长管道冷凝而成。当蒸汽中混入空气其压力和温度间的关系与饱和蒸汽时的有所偏差，此时压力表中所示压力值应扣除空气的分压，也即其所能达到灭菌温度也会相应下降，如不注意这一点，由于未达到灭菌温度而导致灭菌失败。蒸汽中混入的空气可因输气系统，柜室内原有的空气或灭菌物品内部的空气未排除所产生，该空气的存在，还因为空气受蒸汽挤压形成空气气团，阻隔蒸汽接触灭菌物品，从而影响蒸汽向灭菌物品内部的穿透，形成包内温度低，包外温度高的温度不匀的情况，致使内部不能达到灭菌温度；同时由于空气的存在，减少了灭菌室内气体的含水量，即湿度水平的降低，不利于微杀物的杀灭。

　　普通压力蒸汽灭菌柜的基本结构和特点为工业用压力蒸汽灭菌柜常为卧式双层结构，外层夹套为普通钢制结构，并装有隔热保温层外罩和夹套压力表，内层为耐酸不锈钢制灭菌柜室，并装有柜室压力表、压力真空表与温度计、灭菌柜同时配有杭州瓦特节能工程有限公司DF蒸汽汽水分离器、GL200蒸汽过滤器、蒸汽控制制阀、PRV2000蒸汽压力调节阀和DT581疏水器等。

　　这类灭菌柜结构特点之一为进气口在上，排气口在下，所以按排气方式来分类，其属于下排气式压力蒸汽灭菌柜（又称重力置换式），其原理是利用蒸汽比空气轻，通过向灭菌柜送入蒸汽，由上层逐渐将冷空气挤压至下层排气口排出，由于此种排气方式排气不太彻底，回残留少量冷空气，控制不好会影响灭菌效果，但它仍为我国乃至世界大多数国家普遍使用的方法，这主要是因为它具有结构简单、造价低、适用范围广等特点。结构特点之二为双层夹套的作用，其一，在灭菌前将夹套充满蒸汽并达到一定的压力（一般应大于灭菌过程所需压力），使灭菌柜身及柜内物品得以预热，有利于提高对灭菌物品的升温速率；其二，外接蒸汽送入夹套，可将蒸汽源带来的锅炉水及蒸汽冷凝水由夹套疏水器排出，有利于提高从夹套送入柜室内的蒸汽质量，保证其为饱和蒸汽，为灭菌质量打下基础；其三，可防止热蒸汽进入灭菌柜室在柜壁上冷凝水；气四，灭菌结束后可对柜室内物品进行干燥；其五，如需连续灭菌，则因夹套仍保持原有的压力和温度，第二次灭菌的预热时间大大缩短，提高了灭菌柜的工作效率。

　　在某些场合，蒸汽本身还不够足以干净，必须用纯蒸汽或洁净蒸汽来进行湿热灭菌。纯蒸汽灭菌柜的基本特点及与普通蒸汽灭菌的比较 普通压力蒸汽灭菌柜的饱和蒸汽通常是由工业锅炉提供的，并由于输送系统等原因，蒸汽内常含有杂质及为减少对蒸汽锅炉的损坏而多在水中加入的少量挥发性胺等物质的存在，使在灭菌过程中会沉积在被灭菌物品上，这对于进入无菌组织的医疗器械和诊断用品可对病人产生危害，对于盛装无菌物品的容积可对无菌物品产生再次污染，进入组织培养基中也不利于病毒的培养。鉴于上述原因，在脉动真空蒸汽灭菌柜的基础上，提出了开发柜室内使用纯蒸汽、夹套内使用锅炉蒸汽的纯蒸汽灭菌柜，用于无菌手术和诊断的医疗器械、盛装无菌物品的容器、包装材料等物品的灭菌，既达到了理想的灭菌效果，提升了灭菌柜的产品档次，又控制了由此带来的操作费用不必要的增加。

　　如果客户可以提供工业蒸汽，灭菌用纯蒸汽可以是瓦特汽-汽型洁净蒸汽发生器。如

　　果没有工业蒸汽瓦特直接使用天然气作为热源的直燃式热管洁净蒸汽发生器。用户只需提供注射用水即可，而且不增加用户成本，且能保证纯蒸汽的饱和度及升温时间。纯蒸汽管路采用国际上最先进的长流水、长流汽原理设计，保证了纯蒸汽的洁净度。纯蒸汽进入柜室前，先通过汽液分离器，以保证蒸汽的饱和度，再经0.22μm过滤器过滤，确保纯蒸汽无菌、无热原和无微粒。同理，注射用水使用前也需经0.22μm过滤器过滤。 所有纯蒸汽、注射用水、补充空气均采用优质SUS316L不锈钢卫生管和卫生级隔膜阀等，并采用快开式卡箍接口，达到卫生级要求，又便于拆卸与清洗。

　　与普通蒸汽灭菌柜的比较 由于柜室内使用纯蒸汽作为灭菌介质，因而比普通压力蒸汽作为灭菌介质的灭菌柜更卫 生、更洁净、更符合GMP要求，提升产品档次，更适于直接接触无菌组织的器材和无菌物品的容器、包装材料的灭菌。

　　专用型蒸汽灭菌柜的基本性能特点及比较 安瓿检漏灭菌柜、大输液快冷灭菌柜和多功能中成药灭菌柜等专用型蒸汽灭菌柜，均是在普通蒸汽灭菌柜或脉动真空蒸汽灭菌柜的结构特点上，根据不同的灭菌物品，附加相应的操作功能，在同一灭菌柜内完成灭菌操作后，相继进行有关的后续工艺，达到相当于一机多用的目的，既提高设备的利用率，节约一次性投资，节省操作空间，又减轻劳动强度，简化了操作程序。正是这种具有相对个性和针对性的专用型蒸汽灭菌柜，可实现更佳的经济运行，这对品种较单一、产量较大的生产企业而言就显得更为重要。

　　使用饱和蒸汽作为灭菌的湿热消毒灭菌柜是制药、食品、医疗卫生、科研单位常用的消毒灭菌设备，自从19世纪法国著名的微生物学家巴斯德发明了消毒灭菌法以来，为适应各种情况的需要，除在杀菌方面的改进外，各种新型的湿热灭菌柜层出不穷，这为用户对消毒灭菌设备的选用提供了更大的选择余地，这同样要求使用者需根据设备投资、运行成本、设备的适用性及灭菌后物品质量的有效性等因素，结合企业自身的实际情况，加以综合考虑、全面平衡作出最佳选择。瓦特节能专业的 蒸汽知识和技术为湿热灭菌提供了很好的保障。

相关附件：医院灭菌失败的蒸汽因素及对策.pdf