隧道烘箱灭菌温度检测技术研究

摘要：隧道烘箱是药品包装容器干燥灭菌及去热原的主要设备，是保证药品安全的重要设备之一。隧道烘箱的灭菌过程包括三个阶段 ：预热、灭菌和冷却。在设备运行过程中，隧道烘箱内的温度均匀性对灭菌过程至关重要，因为其直接影响隧道烘箱的灭菌及去热原效果。所以对隧道烘箱内温度的检测是反映隧道烘箱灭菌及去热原效果的重要基础。为此，我们根据隧道烘箱内部温度变化特性和仪器使用环境，进行灭菌温度检测技术研究，选择可靠而方便的测温方法，设计隧道烘箱的灭菌温度检测系统，用以检测隧道烘箱内的温度均匀性、验证隧道烘箱的灭菌及去热原效果是否满足 GMP 要求。

关键词：隧道烘箱 ；灭菌温度 ；检测

随着新版GMP的颁布实施，对无菌药品生产工艺有了更严格的规定。与之相对应，对无菌药品生产所用的灭菌设备要求也不断提升。随着科技的日新月异，原先设备也暴露出其不完善之处，在参考新版GMP时，不能达到法规要求。因此，在新选设备时，需考虑针对生产工艺的风险点，并结合设备生产容易出现的盲点进行综合分析，选出符合新版GMP要求的设备。灭菌隧道烘箱温度控制系统中，对隧道烘箱内的温度均匀性、灭菌及去热原效果的验证，提出了温度检测系统包含检测、校验和分析操作等模块的隧道烘箱灭菌温度检测系统。

一、隧道灭菌烘箱的工作原理

隧道烘箱采用长箱体热风循环或远红外辐射加热方式进行干燥与灭菌的一种烘箱。其主要是为了针对连续生产、去热原性灭菌所需。在工控计算机及PLC的监控下，瓶子随输送带的输送依次进入隧道灭菌烘箱的预热区、高温灭菌区（累积的Fh≥1365min）和低温冷却区，通过分布在各段的温度探头进行温控。隧道灭菌烘箱的工作是在计算机监控系统下进行的，在生产中，瓶体随输送带进入隧道灭菌烘箱的预热区进行预热，随后进入高温灭菌区进行灭菌，再进入低温冷却区，最后随运输带输出隧道灭菌烘箱。其工作过程有两个重点，淤连续的不间断的烘干，确保灭菌或去热原的彻底。于分断加热、独立操控，避免瓶体在箱体内受损。在预热区对瓶体进行预加热，其主要目的是避免灭菌区高温造成的巨大温差变化使瓶体破裂。预热区内，循环高效过滤器先从预热区抽取洁净的空气，空气再通过循环管道进行流通，经过滤后再回到预热区。瓶体在预热区进行初步加热，当瓶体受热升温后，通过传送带进入灭菌区，在灭菌区接受高温杀菌。在操作过程中，要避免预热区空气过热，做好预热区的温度调控。在灭菌区，洁净空气可自我循环，温度最高可达 300℃以上，瓶体在此区域内接受加热、灭菌和干燥处理等。由于进入灭菌区，瓶体已具有一定的温度，灭菌区的高温对瓶体造成的影响不大。在该环节操作时一定要精确控制好灭菌温度，保持温度的均衡和连续性、稳定性，避免温度过高影响产品的品质，或温度过低影响灭菌及去热原的效果。最后瓶体进入低温冷却区，洁净空气经热交换器冷却后进入冷却区，瓶体在此区域内温度会逐渐下降，灭菌操作基本完成。整个工作过程具有连续性、高温性特点，对材料、设计和操作的要求都很高。对隧道灭菌烘箱结构设计的优化思考，可以有效的提高灭菌烘箱的生产效率，降低生产过程中的能源消耗，对提高生产的经济效益、社会效益有积极的意义。

二、隧道烘箱灭菌温度检测

以某药厂层流热风式隧道烘箱为对象，隧道烘箱灭菌温度检测系统以多路温度检测仪为核心，用温度传感器实现现场温度采集，温度传感器校验由 Heimsen E 450 干体式温度校验仪实现，系统软件运行、分析与操作由 PC 机完成。采用设计的温度检测系统进行 10 mL 容量西林瓶灭菌温度检测。

1、温度检测试验

（1）空载热分布试验。空载热分布试验的主要目的是验证隧道烘箱内横向位置的温度分布是否符合要求。根据验证要求，同一横向位置的各点温度与设定温度应不大于 10 ℃，否则说明空载热分布试验不合格。测试时将T 型热电偶温度传感器测量端按50mm 左右间距横向固定于验证专用的不锈钢支架上，依次通过预热区、灭菌区和冷却区。设定输送带行进速度为 4 mm/s（一般选择平时使用的最大速度），使传感器在隧道烘箱高温段内停留的时间大于等于 3 min（实际测试时间为 5min）；设定隧道烘箱灭菌段温度为 320℃，以真实模拟药品瓶在烘箱内所经历的过程 ；在 PC 机软件上设定温度检测系统采集记录温度的间隔时间为10s～30s（一般建议为10s）。

（2）满载热穿透试验。热穿透是热量经过传导对流和辐射等传递形式作用所产生的一种效果。隧道烘箱的热穿透试验又称为负载热分布试验，是在输送带上布满西林瓶的情况下对西林瓶内温度进行的测量试验。其目的是验证隧道烘箱在最大装载量的情况下，同一输送带上玻璃瓶内壁及底部温度是否满足要求，同时验证在最大装载量的情况下，达到实际灭菌温度的时间，从而可以计算隧道烘箱的一个重要灭菌参数 Fh 值。合格的要求可以是累积的Fh≥1365min。测试时，将横向排列在隧道烘箱内的 T 型热电偶温度传感器固定于不锈钢架上，并使测温端均匀放入西林瓶中并接触；在设备满负荷运转的情况下，设定加热段温度为320 ℃，采集记录温度的间隔时间为10s～30s（一般建议为10s）。

2、数据分析

（1）空载热分布数据。温度检测系统每隔 10 s 采集到的隧道烘箱空载热分布试验数据，空载热分布试验时隧道烘箱内温度曲线。如图。

从以上热电偶测到的温度数据可得出下列结论：第一，在同一时间点各支热电偶所测得温度在设定值的 10 ℃以内，即隧道烘箱内横向各点温度差满足在 10 ℃以内的要求。第二，隧道烘箱运行在第 4 min 时进入灭菌段，在第 4 min 到第 9 min 的 5 min 时间内，隧道烘箱内温度都在 310 ℃以上。

（2）满载热穿透数据。温度检测系统每隔10 s采集到的隧道烘箱热穿透试验数据可以得出结论 ：第一，隧道烘箱内在同一时刻（同一横截面上）各点的温度在设定值的 10 ℃以内。第二，隧道烘箱全过程累积的Fh≥1365min。第三，与空载热分布试验相比，热穿透试验时隧道烘箱内对应位置上的温度有所下降（3～8 ℃），这是由于西林瓶经过洗瓶机的清洗后表面还有水分、循环风将热量带入至瓶内温度有所损耗等缘故。

通过系统软件，对隧道烘箱热分布试验和热穿透试验的热电偶温度数据分别进行平均化处理，将所得两组数据进行对比，隧道烘箱内同一横截面的冷热状况和灭菌状况是切合隧道烘箱工作状态的。

3、灭菌验算

根据国药典规定，250 ℃ ×45 min的干热灭菌才可以除去药品包装容器热原物质，即达到灭菌效果。评价隧道烘箱正常工作时的灭菌能力可用 Fh 值。Fh 值计算公式为 ：

根据数据计算得到的 Fh 值可以看出，隧道烘箱在满载热穿透试验中 Fh 远大于 1365，结合内毒素挑战性试验，内毒素下降3个对数单位或以上，则说明其去热原效果完全符合要求。

结论

随着科学技术的发展和工业化进程的不断加快，温度检测技术和方法也不断更新换代。隧道烘箱灭菌温度检测及验证的专用系统，选择 T 型热电偶温度传感器实现现场温度采集，利用 AD 590 测量室温进行冷端补偿、Heimsen E450干体式温度校验仪校准热电偶温度传感器、ICL 7650作为高精度集成运算放大器、USB 7660 系列 12 位数据采集卡实现热电偶温度数据采集及信号的A/D 转换，利用图形化设计语言 LabVIEW 编写温度采集与显示程序。根据在线使用的隧道烘箱进行的空载热分布和满载热穿透试验所提供的数据及分析报告，温度检测系统实现了隧道烘箱内温度的实时采集、保存、分析与显示，验证了系统对隧道烘箱灭菌温度检测的可行性与合理性。灭菌温度检测系统提高了隧道烘箱温度检测的智能化，在实际生产中将得到广泛应用。

参考文献

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