Alfa Laval - Cross contamination in Pharmaceutical water systems

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Verhinderung von Kreuzkontamination in pharmazeutischen Wasserverteilungskreisläufen

Eine Kreuzkontamination tritt immer dann auf, wenn eine Fremdsubstanz in das Wasser eingebracht wird. Die Kontaminationsquelle kann von der Ausrüstung in Form von Verschleißpartikeln, Rückständen, die während der Herstellung auf der Ausrüstung zurückbleiben, oder Substanzen aus dem Betrieb wie Getriebeöl, Schmiermittel und Kühl- oder Heizmedien stammen. Die Ausrüstung trägt zusammen mit der korrekten Installation der Ausrüstung im System dazu bei, dass das Wassersystem ein geschlossener Kreislauf ohne Risiko einer Kontamination aus der Umgebung außerhalb des Systems ist. Die Wahl der richtigen Ausrüstung trägt dazu bei, das Risiko einer Kreuzkontamination in pharmazeutischen Wasserverteilungskreisläufen zu verringern. Nachstehend sind einige Dinge aufgeführt, die Sie beachten sollten, um sicherzustellen, dass Sie die richtige Ausrüstung auswählen und dadurch das Risiko einer Kreuzkontamination in Ihrem System minimieren.

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Systemdesign und Geräteauswahl helfen bei der Optimierung der pharmazeutischen Herstellung

Wir von Alfa Laval liefern seit Jahrzehnten Ausrüstungen an die globale Biotech- und Pharmaindustrie und haben die Herausforderungen, denen sich die Branche gegenübersieht, erkannt. Wenn wir die pharmazeutischen Wassersysteme und insbesondere die Verteilungskreisläufe betrachten, sehen wir, dass die größten Herausforderungen heutzutage von Bakterien und Biofilm, Rouging und Kreuzkontamination ausgehen. Um unseren Kunden bei der Lösung dieser Herausforderungen zu helfen und gleichzeitig die Gesamtbetriebskosten zu optimieren, werden wir unsere Erfahrungen in einer Reihe von Artikeln weitergeben.

In diesem Artikel werden wir uns näher mit Kreuzkontaminationen befassen.                                         

Die Verhinderung von Kreuzkontaminationen in pharmazeutischen Wasserverteilungskreisläufen ist eine der größten Herausforderungen, vor denen Biotech- und Pharmaunternehmen heute stehen.

Die häufigste Ursache für Kreuzkontaminationen ist die Auswahl der falschen Ausrüstung. Durch die Auswahl der richtigen Ausrüstung minimieren Sie nicht nur das Risiko einer Kreuzkontamination, sondern reduzieren auch die Betriebskosten und Ausfallzeiten aufgrund von Service und Wartung. Selbst das kleinste Konstruktionsproblem einer einzelnen Komponente kann sich auf das gesamte System auswirken.

Die richtige Ausrüstung trägt nicht nur zur Lieferung der spezifizierten Wasserqualität und -menge bei, sondern auch zur Sicherheit, Wirksamkeit und Qualität des hochreinen Wassers und, was noch wichtiger ist, des Endprodukts.

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Auswahl der richtigen Ausrüstung

Um eine zuverlässige, gleichmäßige Produktion in pharmazeutischen Wasserverteilungskreisläufen zu gewährleisten, ist es entscheidend, die richtige Ausrüstung auszuwählen. Die Auswahl von Pumpen, Ventilen, Wärmetauschern und Rohren und Fittings, die so ausgelegt sind, dass das Risiko einer Kreuzkontamination minimiert wird, gewährleistet, dass Pharmahersteller die Betriebszeit maximieren und Ausfallzeiten minimieren können und gleichzeitig die Reinheit, Sicherheit, Qualität und Integrität der pharmazeutischen Produkte schützen.

 

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Zentrifugalpumpen

Das Ziel:

Pumpen sind unerlässlich, um Wasser mit dem richtigen Durchfluss zum Verwendungsort zu transportieren und die Zirkulation des Wassers im Verteilungskreislauf zu sichern. Die Zirkulation des Wassers ist erforderlich, um die gewünschte Temperatur des Wassers im gesamten System aufrechtzuerhalten und ausreichende Scherkräfte im Kreislauf zu erzeugen. Dies trägt dazu bei, den Einschluss von Ablagerungen zu verhindern und die Ablagerung von Biofilm auf den Oberflächen zu minimieren.

Die Herausforderung:

Alle rotierenden Geräte erzeugen Verschleiß. Zentrifugalpumpen haben eine Wellendichtung, bei der sich eine rotierende Dichtung auf einer stationären Dichtung um eine Achse dreht. Der kleine Raum zwischen den Dichtungsflächen muss mit Wasser geschmiert werden, um den direkten Kontakt zwischen den Dichtungsflächen sowie die Erzeugung von Verschleißpartikeln durch das Schleifen der beiden Flächen gegeneinander zu minimieren. Wie wir alle wissen, sind diese Wellendichtungen abgenutzt und müssen in bestimmten Abständen ausgetauscht werden.

Die aktuellen Vorschriften der Guten Herstellungspraxis (cGMP) besagen, dass die Produktkontaktflächen nicht reaktiv, additiv oder absorbierend sein dürfen, was bedeutet, dass von der Wellendichtung erzeugte Verschleißpartikel nicht in die Verteilungsschleife eingebracht werden dürfen.

Die Lösung:

Wählen Sie eine Pumpe mit einer externen Wellendichtung, deren Außendurchmesser zur Außenseite der Pumpe zeigt. Die Zentrifugalkräfte der rotierenden Dichtung zwingen das Wasser dazu, sich von der Innenseite zur Außenseite der Pumpe zu bewegen. Dadurch wird die Bildung eines Schmierfilms zwischen den Dichtungsflächen gewährleistet und gleichzeitig der Dichtungsverschleiß und die Erzeugung von Verschleißpartikeln aus der Dichtung minimiert. Außerdem ist es unvermeidlich, dass einige Verschleißpartikel von den Dichtungsflächen erzeugt werden; die Wahl einer externen Dichtungswelle stellt sicher, dass die erzeugten Verschleißpartikel aufgrund der Zentrifugalkräfte aus dem Kreislauf transportiert werden.

Hinzu kommt, dass pharmazeutisches Wasser - insbesondere Wasser für Injektionszwecke (WFI) - sehr rein und frei von anderen Ionen, mit Ausnahme von H2O, ist. Dies macht das pharmazeutische Wasser "trocken" und sorgt für eine begrenzte Schmierung der Dichtflächen. Die Reibung, die zwischen den Dichtflächen entsteht, erzeugt eine elektrische Ladung auf den Dichtflächen. Wenn Dichtungsflächen mit unterschiedlichen Leitfähigkeiten verwendet werden, entsteht ein elektrischer Lichtbogen zwischen den Flächen, der Grübchen verursacht, in denen SiC zu SiO2 oxidiert wird. Diese Grübchen erhöhen den Verschleiß zwischen den Dichtungsflächen weiter und minimieren die Lebensdauer der Wellendichtung weiter. Dieses Phänomen wird als elektrochemische Korrosion bezeichnet. 

Alle Alfa Laval UltraPure-Kreiselpumpen verfügen über externe Wellendichtungen, die die bestmögliche Schmierung der Dichtung gewährleisten und das Eindringen von Verschleißpartikeln in das geschlossene System verhindern. Die Alfa Laval LKH UltraPure-Pumpe verfügt außerdem über eine verbesserte SiC-Wellendichtung mit gleicher Leitfähigkeit für beide Dichtungsflächen; dies minimiert das Risiko elektrochemischer Korrosion, verringert die Erzeugung von Verschleißpartikeln weiter und verlängert die Lebensdauer der Wellendichtung.

Die Alfa Laval LKH UltraPure Pumpe ist auch die energieeffizienteste Pumpe, die heute auf dem Markt erhältlich ist, und gewährleistet so den geringstmöglichen Energieverbrauch und die niedrigsten Betriebskosten Ihres Systems.

Membranventile

Das Ziel:

Membranventile sind das empfohlene Ventil (von ASME BPE) für pharmazeutische Wassersysteme. Das Membranventil sollte sowohl eine dynamische Abdichtung innerhalb des Prozesses als auch eine Abdichtung zwischen dem Prozess und der Atmosphäre gewährleisten. Das Membranventil sollte auch in der Lage sein, die Flüssigkeit im System zu schließen, zu öffnen, umzuleiten oder zu steuern. Es ist von entscheidender Bedeutung, dass das Ventil sowohl innerhalb des Systems als auch zwischen der Atmosphäre und dem Wasser abdichtet, um eine Kreuzkontamination zu verhindern.

Die Herausforderung:

Alle Komponenten im Wassersystem müssen hygienisch einwandfrei und ohne Totbeine, Spalten oder Taschen ausgeführt sein. Membranventile sind besonders anfällig für Abnutzung und Verschleiß. Wehrmembranventile mit Membranen aus Polytetrafluorethylen (PTFE) werden häufig in Wassersystemen eingesetzt. Diese bestehen in der Regel aus einer PTFE-Oberfläche und einer Ethylen-Propylen-Dien-Monomer (EPDM)-Unterlage. Diese Kombination soll für Elastizität und Kompression bei der Ventilbetätigung sorgen. Die PTFE-Oberfläche ist jedoch verschleißanfällig und reißt im Allgemeinen vor der haltbareren EPDM-Unterlage. 

Kommt es zu einem Riss, bildet sich zwischen den beiden Materialien ein großer Spalt, der einen Nährboden für Mikroben bietet. Der Riss fängt nicht nur Bakterien ein, sondern fängt auch Nährstoffe ein, was diesen Riss oder diese Tasche zu einem geeigneten Lebensraum für das Wachstum von Bakterien und die Entwicklung eines Biofilms macht. Dieser Biofilm wird sich später in das Wasser in Ihrem System ausbreiten und es kontaminieren. Schlimmer noch, der Nachweis eines Risses in der PTFE-Oberfläche ist nur möglich, wenn das Ventil zerlegt und manuell inspiziert wird, nachdem eine Kreuzkontamination stattgefunden hat. Dieser Riss fängt nicht nur Bakterien ein, sondern auch Reinigungs- und Passivierungsmittel, die nach der Wartung und Instandhaltung des Wassersystems verwendet werden. Während der Spülung des Systems wird es sehr schwierig sein, diese Chemikalien aus dem Spalt und dem System zu entfernen; diese werden dann aus dem Spalt herauswandern und Ihr Wasser während des normalen Betriebs kontaminieren.

Die Lösung:

Als Alternative zur PTFE/EPDM-Membrane bietet Alfa Laval eine hochwertige einlagige EPDM-Membrane an, die den Anforderungen pharmazeutischer Wassersysteme entspricht. Diese EPDM-Membrane hat sich in pharmazeutischem Wasser als sehr inert erwiesen und laugt weder Farbe noch Chemikalien in das Wasser aus. Darüber hinaus ist sie für Hochtemperaturbedingungen entwickelt worden und verträgt sogar kontinuierliches Dämpfen. Das Alfa Laval DV-ST UltraPure Membranventil hat flache Anschlussflächen über und unter der Membran; kein Stahlrücken drückt die Membran ein, so dass keine zusätzliche Belastung auf das empfindliche Membranmaterial ausgeübt wird. Der fehlende Stahlsteg verlängert die Lebensdauer des Ventils und minimiert das Risiko von Membranrissen, die im Allgemeinen auftreten, wenn zweilagige PTFE/EPDM-Membranen anstelle einer einlagigen EPDM-Membran verwendet werden.

Alle Alfa Laval DV-ST UltraPure Membranventile sind mit Leckerkennungsbohrungen ausgestattet, um die Erkennung eines Membranbruchs zu erleichtern; dies trägt zur Verringerung des Kontaminationsrisikos bei. Darüber hinaus verfügen alle geschmiedeten und Blockventile über Ventilkörper mit niedrigem Delta-Ferritgehalt und spezifiziertem Schwefelgehalt, was zu einer überlegenen Schweißqualität beiträgt und das Risiko von Rouging in Ihrem System minimiert.

Dieses kompakte, leichte und vielseitige, sichere und spaltfreie Membranventil ist modular aufgebaut. Dadurch lässt sich das Ventil leicht auf die genauen Anforderungen der einzelnen pharmazeutischen Wasserverteilungskreisläufe zuschneiden. Es liefert eine zuverlässige, schadstofffreie Leistung und gewährleistet den sicheren, langfristigen Betrieb des Systems.

Rohrbündel-Wärmetauscher

Das Ziel:

Rohrbündelwärmetauscher sind die am häufigsten verwendeten Wärmetauscher in pharmazeutischen Wasserverteilungskreisläufen. Bakterien in Wassersystemen werden typischerweise durch Wärme kontrolliert. In Heißwasserkreisläufen werden die Temperaturen hoch gehalten, im Allgemeinen zwischen 55°C und 95°C, um Bakterienwachstum zu verhindern. Kaltwasserkreisläufe werden typischerweise durch Erhitzen des Wassers auf über 60°C sanitisiert. Je höher die Temperatur, desto schneller werden die Bakterien abgetötet und das System wird desinfiziert. Nach der Sanitisierung wird das Wasser dann auf die Ausgangstemperatur abgekühlt. Je schneller das Wasser abgekühlt wird, desto unwahrscheinlicher ist es, dass Bakterien wachsen. Dies gilt insbesondere dann, wenn sich die Temperatur dem Intervall von 45°C bis 35°C nähert.

Wärmetauscher werden auch verwendet, um Wasser aus Warmwasserkreisläufen auf eine niedrigere Temperatur abzukühlen. Dies ist manchmal erforderlich, wenn das Wasser mit wärmeempfindlichen Medikamenten gemischt werden soll oder wenn es zum manuellen Waschen von Utensilien verwendet wird, um ein Verbrühen der Hände der Person zu verhindern, die die Utensilien wäscht. Es ist auch wichtig, dass die Abkühlung schnell erfolgt, um das Wachstum von Bakterien zu verhindern.

Die Herausforderung:

Kreuzkontaminationsrisiken sind der Konstruktion von Rohrbündelwärmetauschern inhärent. Der Wärmetauscher verwendet ein Kühl- oder Heizmedium, um Wärme entweder von oder auf das Wasser pharmazeutischer Qualität zu übertragen. Dieses Wasser hat nicht die gleiche Qualität wie das Wasser im Kreislauf. Bei einer Leckage im Wärmetauscher besteht die Gefahr, dass das Wasser pharmazeutischer Qualität verunreinigt wird. Um eine Kreuzkontamination durch das Kühl- oder Heizmedium zu vermeiden, werden Doppelrohrboden-Rohrbündel-Wärmetauscher verwendet; die Verschweißung der Innenrohre erfolgt auf dem äußeren Rohrboden. Diese Konstruktion eliminiert das Risiko einer Kreuzkontamination, da bei Versagen einer Schweißnaht keine Leckage aus dem System und kein Kontakt mit dem Kühl- oder Heizmedium besteht. Eine Leckage in der Schweißnaht ist auch für den Bediener leicht zu erkennen, da die Schweißnaht von außen sichtbar ist. Eine weitere kritische Konstruktionskomponente ist die Ausdehnung des Innenrohrs auf den Innenrohrboden. Wenn diese Verbindung nicht 100% dicht ist, entsteht ein Spalt zwischen den Innenrohren und dem Innenboden. In diesem Fall besteht ein erhebliches Risiko von Spaltkorrosion zwischen den beiden Oberflächen. Diese Spaltkorrosion wird später zu einem Bruch der Innenrohre führen, was bedeutet, dass das Kühl- oder Heizmedium das Wasser pharmazeutischer Qualität verunreinigt. Leider sind Spaltkorrosion und Leckage nur selten sichtbar und daher im Voraus nur sehr schwer zu erkennen.

Die Lösung:

Um den Anforderungen pharmazeutischer Wasserverteilungskreisläufe gerecht zu werden, wird die Auswahl von Rohrbündelwärmetauschern, die für hygienische Anwendungen ausgelegt sind und über eine hochwertige Schweißung und Rohrerweiterung verfügen, dringend empfohlen. Bei den Rohrbündelwärmetauschern der Alfa Laval Pharma-Linie haben wir besonderes Augenmerk auf eine hochwertige Verschweißung und eine hochwertige Aufweitung der Innenrohre gelegt. Jeder Schweißer ist gründlich ausgebildet und qualifiziert. Jede Schweißnaht wird nach festgelegten Standardarbeitsanweisungen ausgeführt, und jede Schweißnaht wird gemäß den höchsten Qualitätssicherungsverfahren protokolliert und kontrolliert. Besondere Aufmerksamkeit widmen wir auch der Ausdehnung der Innenrohre, um sicherzustellen, dass kein Risiko der Spaltbildung und Spaltkorrosion besteht. Wir verwenden auch einen extra großen Biegeradius, um die bestmögliche Oberflächengüte in den Biegebereichen zu erzielen; dadurch wird das Risiko der Biofilmbildung minimiert. Die Alfa Laval Pharma-Linie bietet hochwertige Schweißnähte und Rohraufweitung, spaltfreies Design und nahtlose Rohre mit glatter Oberflächenbeschaffenheit, um das Risiko von Kreuzkontamination und Biofilmwachstum zu minimieren. Alle Komponenten werden streng kontrollierten Herstellungsverfahren unterzogen, einschließlich Schweißen, Rohrerweiterung, Rohrbiegen und Polieren.

Rohre und Zubehör

Das Ziel:

Rohre und Fittings sollten nur die verschiedenen Komponenten und Benutzerpunkte in der Schleife verbinden. Dabei müssen sie sicherstellen, dass diese Verbindung das Wasser aus der Umgebung einkapselt und vernachlässigbare Auswirkungen auf das System hat. Bei der Installation des Wasserkreislaufs sollten die Rohre und Fittings ein einfaches Schweißen, Reinigen, Passivieren, Spülen und Entleeren des Kreislaufs ermöglichen.

 

Die Herausforderung:

In einem typischen Wasserverteilungskreislauf nehmen Rohre und Fittings eine Oberfläche von mehr als 90 % des Gesamtsystems ein, was bei weitem den größten Teil der Produktkontaktfläche ausmacht. Rohre und Fittings stellen daher das größte Risiko einer Materialverunreinigung des Wassersystems dar. Die cGMP (US FDA 21CFR211.65 a) besagt "Die Ausrüstung muss so konstruiert sein, dass Oberflächen, die mit Komponenten, prozessbegleitenden Materialien oder Arzneimittelprodukten in Kontakt kommen, nicht reaktiv, additiv oder absorbierend sein dürfen, um die Sicherheit, Identität, Stärke, Qualität oder Reinheit des Arzneimittels über die offiziellen oder anderen festgelegten Anforderungen hinaus zu verändern.

Polierrückstände auf der Oberfläche von Rohren und Fittings lassen sich bei der Reinigung und Passivierung nur schwer entfernen, da sie tief auf und in die Oberfläche gedrückt werden. Diese Polierrückstände wandern später beim Betrieb Ihres Wasserkreislaufs in Ihr Wasser. Die Polierrückstände erzeugen auch Rouge-Partikel in Ihrem System, die Ihr Wasser weiter verunreinigen.

Während des Baus oder der Installation eines Wasserkreislaufs sind die Kosten für die Installation der Rohre und Fittings in der Regel teurer als die Rohre und Fittings. Materialqualität und Wanddicke in den Schweißenden sind von größter Bedeutung, um eine gute Schweißung zu gewährleisten. Wenn die Schweißqualität unzureichend ist, muss die Schweißnaht herausgeschnitten und an ihrer Stelle ein neues Stück mit zwei Schweißnähten geschweißt werden. Qualitativ hochwertige Rohre und Fittings minimieren die Notwendigkeit von Neuschweißungen. Schlecht polierte Oberflächen mit eingepressten Polierrückständen sind schwer zu reinigen. Wenn die Oberflächen nicht gründlich gereinigt werden, können die Oberflächen nicht passiviert werden. Hochwertiges Polieren, das sicherstellt, dass die Oberflächen frei von Polierrückständen sind, erleichtert die schnelle und einfache Reinigung und Passivierung.

 

Die Lösung:

Die Auswahl von Rohren und Fittings, die inert sind (nicht reaktiv, additiv oder absorbierend), trägt dazu bei, das Risiko einer Materialkontamination zu minimieren. Alfa Laval Tri-Clover® UltraPure-Rohre und Fittings werden nach bewährten Standardverfahren poliert und gereinigt, die sich seit Jahrzehnten in der pharmazeutischen Industrie bewährt haben. Alfa Laval arbeitet nur mit bewährten bevorzugten Lieferanten von Rohstoffen zusammen, die für das Schweißen optimiert sind. Im Werk von Alfa Laval führen wir eine gründliche Qualitätskontrolle aller Fittings durch. Für jedes einzelne Fitting stellen wir die chemische Konformität, die Oberflächenrauheit und das Aussehen, die genauen Abmessungen (einschließlich Wandstärke, Ovalität, quadratische Enden usw.), die Kennzeichnung, Verpackung und Etikettierung sicher. Rohre und Fittings von Alfa Laval erfüllen auch die Anforderungen der ASME-Zertifizierung für Bioverarbeitungsanlagen (BPE).

Alfa Laval Q-doc: Gut dokumentiert zur Sicherung der Qualität

Um Kontaminationsrisiken, Ausfallzeiten und Kosten zu reduzieren, werden alle Alfa Laval UltraPure-Geräte und Komponenten für die pharmazeutische Industrie von Alfa Laval Q-doc unterstützt. Auf der Grundlage der Guten Dokumentationspraxis (GDP) ist Q-doc ein umfassendes Dokumentationspaket für Alfa Laval UltraPure Pumpen, Ventile, Wärmetauscher und Rohre und Fittings. Es bietet vollständige Transparenz über die gesamte Lieferkette für Ausrüstung und Ersatzteile - vom Rohmaterial bis zur endgültigen Lieferung.

Alfa Laval Q-doc umfasst eine Konformitätserklärung, Materialzertifikate, relevante Testzertifikate und Informationen über notwendige Alfa Laval Ersatzteilkits für Standardkomponenten. Mit Q-doc erhalten Kunden eine transparente und gut dokumentierte Qualitätssicherung der bezogenen Ausrüstung. Sie verfolgt jede Änderung an Material oder Herstellungsverfahren, einschließlich Einzelheiten über produktberührende Teile wie Stahl und Dichtungen. Dies gewährleistet die Produktsicherheit und erleichtert Einkauf, Installation, Qualifizierung, Validierung und Änderungskontrollverfahren. Mit einem Wort: Q-doc schützt die pharmazeutischen Wasserverteilungskreisläufe vor Kreuzkontamination und sorgt so für langfristigen Seelenfrieden.

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