蒸汽滅菌的原理之濕熱蒸汽滅菌

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　　在制藥工業、食品工業、生物制品、醫療衛生和科學研究等行業中，常要用到消毒滅菌設備對有關物品進行消毒滅菌處理.

　　對食品而言，滅菌的同時加熱的物料必須保持食品的營養和風味，食品飲料的單品能耗也是考量企業競爭力的一個重要方面。對藥品而言，在達到消毒滅菌效果可靠的同時，還要保證藥品不受破壞，確保其藥效的安全性、有效性和穩定性。

　　瓦特節能的經驗認為對某一物品進行消毒滅菌時，首選的當是該行業規定的消毒滅菌方法，如同時有幾種方法均可使用，則要根據待處理物品的理化性狀、消毒滅菌效果因素及經濟性，進行綜合分析與比較，選擇最合理的消毒滅菌方法，以最經濟的運行成本達到最佳的消毒滅菌效果。

　　就目前而言，在所有可利用的消毒滅菌方法中，熱是一種應用最早、效果最可靠、使用最廣泛的方法，它可以殺滅一切微生物，包括細菌繁殖體、真菌、原蟲、藻類、病毒和抵抗力更強的細菌芽孢，因此熱力滅菌在工業消毒滅菌上深受重視。早期的中醫滅菌幾乎都是采用加熱滅菌。熱力法包括濕熱法和干熱法。

　　濕熱滅菌法系指物品在滅菌器內利用壓力蒸汽或其他濕熱滅菌介質殺死微生物，為熱力滅菌中最有效、使用最廣泛的方法。

　　藥品、藥液、玻璃器皿、培養基、敷料、織物、金屬器械及其他遇高溫與濕熱不發生變化或損壞的物品，均可用本法滅菌；而干熱滅菌法系指物品在干燥空氣中加熱達到殺死微生物的方法，通常在160~170℃、120 min、170~180℃、60min、250℃、45min以上的條件下滅菌。濕熱法由于滅菌溫度低、穿透力強、作用快而使其效果優于干熱法。

　　濕熱法包括壓力蒸汽法、流通蒸汽法、低溫蒸汽法、低溫間歇法、煮沸法和巴士消毒法等，其中壓力蒸汽法是所有濕熱法、熱力法、物理法及所有消毒滅菌方法中的首選方法，因此其廣泛使用的壓力蒸汽消毒滅菌柜是濕熱消毒滅菌的經典設備，雖然近年來有關濕熱滅菌設備為適應各種需要，開發了不少新型設備，但均是在壓力蒸汽消毒滅菌柜的基礎上發展起來的。

　　瓦特節能的研究表明，濕熱法和干熱法均是利用熱力因子殺死微生物的物理消毒滅菌方法，但它們的殺菌機理有所不同，即濕熱法主要是通過凝固微生物的蛋白質致其死亡，干熱法則是通過脫水干燥使蛋白質氧化、變性、炭化和電解質濃縮中毒而使微生物死亡。它們的操作特點也各異，其根本的區別在于消毒滅菌處理時，加熱環境和微生物細胞的濕度水平有所不同：“濕熱”加熱在此指微生物內部和加熱環境均處于濕度飽和狀態的加熱，此時微生物與純凈的水或飽和蒸汽呈平衡狀態；而“干熱”加熱，則用于指加熱環境中無水或不足以達到濕度飽和狀態下的加熱，其濕度水平可以為零，或剛剛低于飽和狀態。

　　研究表明微生物對干熱的耐受力較濕熱者為強，即濕熱凝固蛋白質比干熱氧化蛋白質、從而殺滅微生物所需溫度低得多；而且水分的存在有利于蛋白質凝固，在熱作用的局部環境中，水分愈多或濕度愈高，蛋白質凝固所需溫度愈低，凝固速度愈快，對外設的殺滅效果也愈好。另外，濕熱的穿透性也比干熱強，因為蒸汽和水傳導熱能的效率比空氣高。其次蒸汽冷凝時放出大量的潛熱，可使物體迅速加熱，正是由于二者殺菌機理和加熱特點的不同，濕熱滅菌不僅效果可靠，而且也能降低殺菌溫度，縮減作用時間。

　　可以說濕熱滅菌的均勻性、穿透性、可靠性、效率性等多方面成為滅菌的首先。這里的蒸汽是指干飽和蒸汽。而非在生產各類油和石化產品的工業以及電站汽輪機上使用的過熱蒸汽，過熱蒸汽對于滅菌工藝來說，存在以下特點：雖然過熱蒸汽溫度更高，具有比飽和蒸汽更多的熱量，但過熱部分的熱量與飽和蒸汽冷凝所放出的汽化潛熱相比卻非常的小。并且從過熱蒸汽溫度降至飽和溫度的時間長，使用過熱蒸汽加熱將降低換熱效率。

　　當然過度潮濕的蒸汽也不可取，一方面潮濕的蒸汽含有的水分本身會溶解一些管道中的雜質，另外一方面當水分到達被消毒器皿、藥物時，其阻礙了蒸汽向藥品熱量的傳遞，降低傳遞的溫度。

　　消毒滅菌效果的可靠性與有效性 由于消毒和滅菌的保證水平分別為103級和106級，即物品經消毒處理后，微生物的存活率分別為10-3級和10-6，因此影響消毒效果可靠性和有效性的最主要因素——柜室內消毒滅菌溫度場的一致性就顯得尤為重要。這首先要保證柜室內空載熱分布要一致，如要求滅菌柜的有限滅菌室內各點的溫度與其平均溫度的差值≤1℃，切還要盡可能消除“冷點”及“冷點”與平均溫度間的偏離（≤2.5℃）。造成上述溫差的主要原因是滅菌柜室內的幾何形狀、進氣孔位置=形狀和孔徑、出氣孔的位置和孔徑、擋氣孔形狀、大小和放置位置等有關，另外還要求負載熱分布要一致，影響因素則與待滅菌物品的裝載方式和分布方式有關。由于“冷點”或平均溫差教大，則在使最不利點的F0 值保證無菌時，就會使整個滅菌時間延長，這對于溫度較敏感的物品，長時間的高溫就會成問題，對藥品則可能影響其藥效或藥品的穩定性與有效性。因此滅菌柜室內溫度場的均一性，盡可能消除“冷點”是濕熱滅菌柜設計、制造質量好壞與否的首要條件。

　　濕熱滅菌的驗證結果的精確度與重現性很高。 隨著GMP的全面推行，濕熱滅菌柜除具備滿足達到可靠而有效的消毒滅菌效果外，還提出了增加驗證要求的動能。因為藥品生產僅靠成品抽樣檢驗手段以保證藥品質量的方法，是不能使藥廠在生產中按照已確定的要求生產出毫無問題的產品。

　　只有堅信“藥品質量是生產出來的，而不是檢驗出來的”觀念，在重視終產品的檢驗控制的同時，更要強調按經過驗證的生產工藝，對生產全過程進行控制，才能生產出合格產品，這是因為驗證是對生產工藝的預期評估，以保證設計的工藝在規定的操作和控制條件下得到質量穩定、一致的產品，即為提供有依據的保證而去獲取充分的證據。工藝控制是實現驗證目標的關鍵，工藝驗證中消毒滅菌的驗證是藥品生產驗證的重要內容，鑒于藥物的消毒滅菌是在滅菌失敗危險的最大限度和滅菌藥物變質危險的最大限度之間實現平衡這個特殊性，這就要求滅菌柜的精確度和重現性要高，例如空載滅菌柜內各點（包括冷點）的溫度在每次滅菌過程中的差值≤±1℃。故要求設備配有GMP驗證標準接口、溫度時間和F0值控制、自動記錄打印各種參數。

　　濕熱滅菌的適用范圍的針對性強和運行的經濟性佳， 通用的壓力蒸汽消毒滅菌柜對多種小批量的制藥企業，對多種耐熱、耐濕物品盡心消毒滅菌，因而有較普通的適用行，但就其操作運行的經濟性而言，由于沒有個性與針對性，在對某些物品消毒滅菌時，可能會使用較高的消毒滅菌溫度和較長的滅菌時間，消耗較多的能量，因而在經濟上不是最佳的。因此，新年的濕熱滅菌柜不斷的被推出，正是順應適用范圍的針對性、操作運行的經濟性要佳的要求，尤其是對品種較單一、產量較大的制藥企業而言，其重要性就更加明顯。

　　飽和蒸汽滅菌的操作條件的適應性強和操作方法的簡便性好 ，由于濕熱滅菌柜的使用場合、工藝布局、物品裝載方式、控制水平等的不同，滅菌柜柜門的數量、開啟方式、待滅菌物品在柜室內的置放方式、消毒車的搬運方式、操作的控制方式也應該有所不同，以適應各自不同的操作要求的方便與習慣以及操作方法的簡便性。

　　相對而言，飽和蒸汽的安全系統的可靠性好 。瓦特節能接觸的濕熱滅菌柜的安全系統包括安全泄放裝置、電氣安全裝置和壓力安全連鎖裝置。前者常用安全閥作為蒸汽超壓泄放裝置；對電氣安全裝置主要包括漏電保護、過載保護、多電壓保護，保證用電安全；壓力安全連鎖裝置，主要保證操作者的安全，如當門的鎖緊機構未關至于設計位置，蒸汽控制裝置被鎖住，不能進入滅菌室，防止蒸汽推開未鎖住的門，吹出滅菌物品；開門時，只要滅菌室內還殘存有蒸汽壓力（一般為＜0.027MPa）被連鎖而無法打開，防止被蒸汽突然推開而造成事故。此外還有滅菌柜雙扉的連鎖裝置，保證不能同時打開雙門，確保滅菌柜前后操作間的潔凈要求。

　　總之，濕熱滅菌柜的設計要充分考慮柜室內溫度場的均一性，同時要考慮設備的安全可靠，先進適用和經濟運行。

　　壓力蒸汽滅菌的作用時間，應從滅菌柜室內大到要求滅菌溫度時算起，直至滅菌完成為止。總時間包括：熱力穿透時間，即從滅菌柜內達到滅菌溫度至滅菌物品中心部位也達到滅菌溫度所需時間，時間的長短取決于滅菌物品的性質、包裝的大小、放置位置、滅菌柜內空氣排空程度等；滅菌維持時間，即殺滅微生物所需要延長的加熱時間，一般為維持時間的一半，其長度視消毒物品而定；而滅菌處理所需時間：預熱時間、排放冷空氣時間、柜室升溫時間、滅菌處理結束后所需的降溫時間。預熱時間指對滅菌柜室內進行加熱達到規定滅菌溫度的時間，預熱可增加柜室內干熱的均勻度和防止蒸汽過多冷凝；排除冷空氣時間為將柜室內原有冷空氣排出柜外，以加強熱的穿透，這對蒸汽尤為重要，應給予充分的時間；柜室升溫時間指放入物品后將整個柜室加溫至滅菌要求溫度的時間；降溫時間指在完成消毒或滅菌停止加熱后，柜室溫度下降至可安全開門的時間。

　　飽和蒸汽的滅菌溫度 必須根據微生物對熱的耐受力因種類而不同，因此根據滅菌物品污染程度，其所需的滅菌溫度和作用時間也各不相同，且滅菌溫度和作用時間的選擇需隨滅菌方式、物品性能、包裝材料、要求滅菌過程長短而定。一般而言滅菌溫度愈高，所需時間愈短，飽和蒸汽的溫度和其壓力呈恒定的關系，但當柜室內的空氣未排除或未完全排除，則蒸汽不能達到飽和，此時雖然壓力表顯示已達滅菌壓力，但蒸汽溫度卻并未達到要求，從而導致滅菌失敗。

　　EN285的規范里對飽和蒸汽 提出了具體的要求飽和蒸汽必須滿足干燥（含濕氣〈5%〉和純凈（含冷空氣〈3.5%〉，過熱度不應超過5℃，因為飽和蒸汽遇冷凝而釋放出大量的潛熱能，使物品的溫度上升；而冷凝的同時，其體積急劇收縮（1/1600），還可產生局部負壓，使隨后的蒸汽穿透到物品的深處，對過熱蒸汽，一方面冷凝放緩，不利于滅菌，此現象在過熱5℃以上時即表現明顯。另外，蒸汽過熱可導致物品快速老化。過熱蒸汽的產生可因輸氣系統或規定的壓力明顯下降，或夾套中溫度較高或紡織品過于干燥。當蒸汽中含有較多細微霧等，，形成氣體流動的屏障而不于熱的穿透，同時也會增加滅菌后干燥處理的難度。霧粒的存在主要因在加水過多的鍋爐中表面水泡迸裂被快速蒸汽帶出，或蒸汽通過較長管道冷凝而成。當蒸汽中混入空氣其壓力和溫度間的關系與飽和蒸汽時的有所偏差，此時壓力表中所示壓力值應扣除空氣的分壓，也即其所能達到滅菌溫度也會相應下降，如不注意這一點，由于未達到滅菌溫度而導致滅菌失敗。蒸汽中混入的空氣可因輸氣系統，柜室內原有的空氣或滅菌物品內部的空氣未排除所產生，該空氣的存在，還因為空氣受蒸汽擠壓形成空氣氣團，阻隔蒸汽接觸滅菌物品，從而影響蒸汽向滅菌物品內部的穿透，形成包內溫度低，包外溫度高的溫度不勻的情況，致使內部不能達到滅菌溫度；同時由于空氣的存在，減少了滅菌室內氣體的含水量，即濕度水平的降低，不利于微殺物的殺滅。

　　普通壓力蒸汽滅菌柜的基本結構和特點為工業用壓力蒸汽滅菌柜常為臥式雙層結構，外層夾套為普通鋼制結構，并裝有隔熱保溫層外罩和夾套壓力表，內層為耐酸不銹鋼制滅菌柜室，并裝有柜室壓力表、壓力真空表與溫度計、滅菌柜同時配有杭州瓦特節能工程有限公司DF蒸汽汽水分離器、GL200蒸汽過濾器、蒸汽控制制閥、PRV2000蒸汽壓力調節閥和DT581疏水器等。

　　這類滅菌柜結構特點之一為進氣口在上，排氣口在下，所以按排氣方式來分類，其屬于下排氣式壓力蒸汽滅菌柜（又稱重力置換式），其原理是利用蒸汽比空氣輕，通過向滅菌柜送入蒸汽，由上層逐漸將冷空氣擠壓至下層排氣口排出，由于此種排氣方式排氣不太徹底，回殘留少量冷空氣，控制不好會影響滅菌效果，但它仍為我國乃至世界大多數國家普遍使用的方法，這主要是因為它具有結構簡單、造價低、適用范圍廣等特點。結構特點之二為雙層夾套的作用，其一，在滅菌前將夾套充滿蒸汽并達到一定的壓力（一般應大于滅菌過程所需壓力），使滅菌柜身及柜內物品得以預熱，有利于提高對滅菌物品的升溫速率；其二，外接蒸汽送入夾套，可將蒸汽源帶來的鍋爐水及蒸汽冷凝水由夾套疏水器排出，有利于提高從夾套送入柜室內的蒸汽質量，保證其為飽和蒸汽，為滅菌質量打下基礎；其三，可防止熱蒸汽進入滅菌柜室在柜壁上冷凝水；氣四，滅菌結束后可對柜室內物品進行干燥；其五，如需連續滅菌，則因夾套仍保持原有的壓力和溫度，第二次滅菌的預熱時間大大縮短，提高了滅菌柜的工作效率。

　　在某些場合，蒸汽本身還不夠足以干凈，必須用純蒸汽或潔凈蒸汽來進行濕熱滅菌。純蒸汽滅菌柜的基本特點及與普通蒸汽滅菌的比較 普通壓力蒸汽滅菌柜的飽和蒸汽通常是由工業鍋爐提供的，并由于輸送系統等原因，蒸汽內常含有雜質及為減少對蒸汽鍋爐的損壞而多在水中加入的少量揮發性胺等物質的存在，使在滅菌過程中會沉積在被滅菌物品上，這對于進入無菌組織的醫療器械和診斷用品可對病人產生危害，對于盛裝無菌物品的容積可對無菌物品產生再次污染，進入組織培養基中也不利于病毒的培養。鑒于上述原因，在脈動真空蒸汽滅菌柜的基礎上，提出了開發柜室內使用純蒸汽、夾套內使用鍋爐蒸汽的純蒸汽滅菌柜，用于無菌手術和診斷的醫療器械、盛裝無菌物品的容器、包裝材料等物品的滅菌，既達到了理想的滅菌效果，提升了滅菌柜的產品檔次，又控制了由此帶來的操作費用不必要的增加。

　　如果客戶可以提供工業蒸汽，滅菌用純蒸汽可以是瓦特汽-汽型潔凈蒸汽發生器。如

　　果沒有工業蒸汽瓦特直接使用天然氣作為熱源的直燃式熱管潔凈蒸汽發生器。用戶只需提供注射用水即可，而且不增加用戶成本，且能保證純蒸汽的飽和度及升溫時間。純蒸汽管路采用國際上最先進的長流水、長流汽原理設計，保證了純蒸汽的潔凈度。純蒸汽進入柜室前，先通過汽液分離器，以保證蒸汽的飽和度，再經0.22μm過濾器過濾，確保純蒸汽無菌、無熱原和無微粒。同理，注射用水使用前也需經0.22μm過濾器過濾。 所有純蒸汽、注射用水、補充空氣均采用優質SUS316L不銹鋼衛生管和衛生級隔膜閥等，并采用快開式卡箍接口，達到衛生級要求，又便于拆卸與清洗。

　　與普通蒸汽滅菌柜的比較 由于柜室內使用純蒸汽作為滅菌介質，因而比普通壓力蒸汽作為滅菌介質的滅菌柜更衛 生、更潔凈、更符合GMP要求，提升產品檔次，更適于直接接觸無菌組織的器材和無菌物品的容器、包裝材料的滅菌。

　　專用型蒸汽滅菌柜的基本性能特點及比較 安瓿檢漏滅菌柜、大輸液快冷滅菌柜和多功能中成藥滅菌柜等專用型蒸汽滅菌柜，均是在普通蒸汽滅菌柜或脈動真空蒸汽滅菌柜的結構特點上，根據不同的滅菌物品，附加相應的操作功能，在同一滅菌柜內完成滅菌操作后，相繼進行有關的后續工藝，達到相當于一機多用的目的，既提高設備的利用率，節約一次性投資，節省操作空間，又減輕勞動強度，簡化了操作程序。正是這種具有相對個性和針對性的專用型蒸汽滅菌柜，可實現更佳的經濟運行，這對品種較單一、產量較大的生產企業而言就顯得更為重要。

　　使用飽和蒸汽作為滅菌的濕熱消毒滅菌柜是制藥、食品、醫療衛生、科研單位常用的消毒滅菌設備，自從19世紀法國著名的微生物學家巴斯德發明了消毒滅菌法以來，為適應各種情況的需要，除在殺菌方面的改進外，各種新型的濕熱滅菌柜層出不窮，這為用戶對消毒滅菌設備的選用提供了更大的選擇余地，這同樣要求使用者需根據設備投資、運行成本、設備的適用性及滅菌后物品質量的有效性等因素，結合企業自身的實際情況，加以綜合考慮、全面平衡作出最佳選擇。瓦特節能專業的 蒸汽知識和技術為濕熱滅菌提供了很好的保障。

相關附件：醫院滅菌失敗的蒸汽因素及對策.pdf