재사용 가능한 스테인리스 스틸 바이오리액터, 를 운영하는 경우 규칙은 간단합니다: CIP는 잔여물을 제거하고, SIP는 미생물을 죽이며, 이 두 가지는 그 순서대로 필요합니다.
바이오프로세스 엔지니어와 배양육 팀에게 이 구분은 학문적인 것이 아닙니다. 용기는 TOC 500 ppb 이하의 최종 헹굼을 통과할 수 있지만 여전히 무균 상태를 실패할 수 있습니다. 또는 SIP에서 ≥121.1°C에 도달할 수 있지만 여전히 NaOH, 단백질 오염물, 또는 불완전한 세척으로 인한 구워진 잔여물을 남길 수 있습니다. 깨끗함은 무균 상태. 와 동일하지 않습니다.
여기 요약입니다:
- CIP는 화학 순환을 사용하여 단백질, 지질, 배지 잔여물, 세포 잔해 및 스케일을 제거합니다
- SIP는 포화 증기를 사용하여 종종 SAL 10⁻⁶의 멸균 목표에 도달합니다
- CIP는 먼저 수행되어야 합니다 잔여물이 미생물을 증기로부터 보호할 수 있기 때문입니다
- CIP 검증은 잔여물 한계, 헹굼 품질, 분사 범위 및 반복성을 확인합니다
- SIP 검증은 냉점, F0, 및 생물학적 지표 살균을 확인합니다
- 기사에서는 주기 단계, 일반적인 실패 지점 및 500 L 검증 예제와 TOC 76–91 ppb 및 F0 32에 대해서도 다룹니다.1 minutes
제약에서의 CIP와 SIP | 차이점, 프로세스 및 주요 인터뷰 질문 🧪
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빠른 비교
| 기준 | CIP | SIP |
|---|---|---|
| 주요 작업 | 제품 접촉 표면 청소 | 폐쇄된 공정 경로 멸균 |
| 제거 또는 살균 | 잔류물 및 오염물질 | 생존 가능한 미생물 |
| 일반적인 입력 | NaOH, 산, 정제수, WFI | 포화 증기, 멸균 여과 공기 또는 질소 |
| 일반적인 온도 | 50°C–80°C | ≥121.1°C |
| 주요 점검 사항 | TOC, 전도도, 시각적 청결, 리보플라빈 커버리지, 생균수 | 센서 선택 온도 매핑, 냉점, 생물학적 지표, F0 |
| 일반적인 실패 모드 | 불량한 스프레이 커버리지, 낮은 유량, 데드 레그 | 갇힌 공기, 응축수 고임, 냉점 |
| 사용 시기 | 수확 후, 멸균 전 | CIP 후, 접종 전 |
따라서 CIP와 SIP 중 어느 것이 더 중요한지 결정할 때, 답은 간단합니다: 재사용 가능한 무균 바이오리액터의 경우, 하나가 다른 것을 대체하지 않습니다. 이러한 스케일링 문제를 이해하는 것은 대량에서의 무균 상태를 유지하는 데 중요합니다.
CIP 대 SIP 비교표
목적, 방법 및 검증의 주요 차이점
CIP와 SIP는 두 가지 다른 문제를 해결합니다. CIP는 잔여물을 제거합니다. SIP는 미생물을 죽입니다. 배양육 바이오리액터에서는 용기가 깨끗해 보이지만 멸균에 실패할 수 있거나, 멸균 테스트를 통과했지만 이전 배치의 제품 잔여물을 여전히 가지고 있을 수 있기 때문에 이러한 구분이 중요합니다.
CIP는 잔여물 한계에 대해 검증됩니다. SIP는 멸균 목표에 대해 검증됩니다.
| 특징 | 현장 세척 (CIP) | 현장 멸균 (SIP) |
|---|---|---|
| 주요 목적 | 유기 및 무기 잔류물 제거 | 생존 미생물 제거 |
| 대상 오염물질 | 단백질, 지질, 세포 잔해, 배지, 광물 스케일 | 박테리아, 곰팡이, 포자, 바이러스 |
| 방법 | 난류 흐름을 이용한 자동화된 화학 순환 | 압력 하에 포화 증기 주입 |
| 일반적인 입력물 | NaOH (가성), 인산, WFI/정제수 | 포화 증기; 멸균 여과된 공기 또는 질소 |
| 공정 온도 범위 | 50°C–80°C (일반적으로 가성 세척의 경우 65°C) [1] | ≥ 121.1°C [1] |
| 검증된 결과 | 시각적으로 깨끗함; TOC ≤ 500 ppb; 전도도 ≤ 1.3 μS/cm [1] | 멸균 보증 수준 (SAL) 10⁻⁶ [1] |
| 배치 단계 | 즉시 수확 후, 멸균 전 | CIP 완료 후, 접종 직전 |
| 검증 초점 | 잔류 한계 (MACO), 리보플라빈 스프레이 커버리지, 헹굼수 순도 | 열전쌍 매핑 (냉점), 생물학적 지표, F0 치사율 |
| 배양육 관련성 | 배치 간 잔류물 전이 및 바이오필름 축적 방지 | 비싼 배양 매체 (종종 무혈청 매체 최적화가 필요함)가 오염으로 손실되지 않도록 보장 |
짧은 검증 예시는 분할을 명확히 합니다.검증된 CIP 사이클에서 500 L 스테인리스 스틸 바이오리액터, 의 최종 WFI 헹굼은 TOC 수준이 76–91 ppb, 로 500 ppb 허용 한도보다 훨씬 낮았습니다. 그 후 진행된 SIP 사이클은 가장 차가운 지점에서 F0 32.1분 에 도달했으며, Geobacillus stearothermophilus 생물학적 지표는 7일간의 배양 후에도 성장이 없음을 보여주었습니다 [1] .
간단히 말해, CIP 검증은 모든 제품 접촉 표면이 청소되었는지를 묻습니다. SIP 검증은 증기가 모든 냉점에 충분히 도달하여 치사력을 제공했는지를 묻습니다.
다음 섹션에서는 각 사이클과 검증이 실제로 무엇을 확인하는지를 분석합니다.
바이오리액터 세척에서 CIP의 작동 방식
CIP 대 SIP: 바이오리액터 세척 & 멸균 워크플로우
비교 개요 후, 세척 주기는 비교적 간단합니다: 배양육 바이오리액터에서 CIP는 멸균 전에 제품 접촉 표면에서 공정 오염물을 제거합니다. 단계별 화학 처리를 사용하며, 한 번의 세척으로 모든 오염물 유형을 제거할 수 없습니다.
일반적인 CIP 사이클 단계
스테인리스 스틸 바이오리액터에 대한 표준 5단계 CIP 사이클은 다음과 같이 진행됩니다 [1]:
| CIP 단계 | 일반적인 화학물질 | 온도 | 기간 | 목적 |
|---|---|---|---|---|
| 예비 헹굼 | 정제수 | 20–25°C | 5–10분 | 대량의 오염물과 큰 잔해 제거 |
| 가성 세척 | 0.5–1.0% NaOH | 50–80°C | 20–30분 | 단백질과 지질을 가수분해 및 비누화로 용해 |
| 중간 헹굼 | 정제수 | 상온 | 5–10분 | 가성 세척제와 용해된 오염물 제거 |
| 산 세척 | 0.5–1.0% H₃PO₄ | 50–60°C | 15–20 분 | 광물 스케일 및 무기 침전물 제거 |
| 최종 헹굼 | WFI | 상온 | TOC 및 전도도 한계에 도달할 때까지 | 출시 전 최종 플러시 |
가성 세척은 대부분의 무거운 작업을 수행합니다. 65°C의 수산화나트륨은 40°C의 동일한 용액보다 단백질 오염 제거에 약 두 배 더 효과적입니다 [1]. 하지만 한계가 있습니다. 80°C 이상에서는 단백질이 변성되어 표면에 달라붙어 제거하기가 더 어려워질 수 있습니다 [1].
화학만으로는 충분하지 않습니다. 기계적 작용도 그만큼 중요합니다. 공정 배관에서는 부착된 오염물을 제거하기 위해 필요한 난류 흐름을 생성하려면 유속이 ≥ 1.5 m/s에 도달해야 합니다 [1] . 용기 내부에서는 스프레이 장치가 1.7–2.1 bar (25–30 psi)로 작동하여 헤드플레이트, 교반기 씰, 배플 및 프로브 하우징을 덮습니다 [1] . pH 및 용존 산소 프로브 뒤의 영역은 일반적으로 덮이지 않는 영역으로, 스프레이 커버리지가 일관되지 않을 수 있습니다 [1].
그 점은 실무에서 반복적으로 나타납니다: 커버리지가 아니라 화학이 CIP 통과 여부를 결정합니다. 500 L 바이오리액터 연구에서 용존 산소 프로브 뒤에 그림자 영역이 발견되었습니다. 스프레이 볼을 5 cm 이동하여 간격을 메웠고, 이후 세 번의 PQ 실행이 통과했습니다 [1].
CIP 검증 확인 사항
CIP 검증은 모든 제품 접촉 표면이 정의된 잔류 한계까지 청소되었으며, 그 결과가 배치 간에 반복될 수 있음을 확인합니다.
표준 수용 기준은 다음과 같습니다:
- 시각적 검사: 눈에 보이는 잔여물 없음
- TOC (헹굼수): ≤ 500 ppb [1]
- 전도도: ≤ 1.3 μS/cm at 25°C [1]
- 생균수: ≤ 10 CFU/100 mL [1]
- 엔도톡신: ≤ 0.25 EU/mL [1]
리보플라빈 테스트는 분무 커버리지를 확인합니다. 100–200 ppm 용액을 순환시키고 365 nm의 UV 빛 아래에서 검사하여 분무 패턴이 놓친 영역을 보여줍니다 [1]. 하드웨어 수준에서 기하학도 중요합니다. ASME BPE 표준은 데드 레그 비율을 L/D ≤ 2 및 표면 거칠기를 Ra ≤ 0.5 μm 배관 및 피팅에서 토양 포집을 줄이기 위해 [1]. PQ는 일반적으로 이전 제품의 HBEL 및 공유 표면적을 기반으로 한 MACO, 즉 잔류 한계 이하에서 세 번 연속 성공적인 실행을 요구합니다 [1]. CIP 해제 기준이 충족되면, 용기는 SIP로 이동합니다.
바이오리액터 멸균에서 SIP 작동 방식
검증된 CIP 후, SIP는 포화 증기로 폐쇄된 공정 경로를 멸균합니다. 목표는 10⁻⁶의 멸균 보증 수준(SAL)입니다. 간단히 말해, 공정 경로 어딘가에서 미생물이 생존할 확률이 백만 분의 일보다 적다는 것을 의미합니다 [1][3].
이것은 시스템이 이미 깨끗한 경우에만 작동합니다. 잔류 토양은 증기로부터 미생물을 보호할 수 있으며, 이는 실제로 흔한 실패 모드입니다.그리고 고온의 증기를 더러운 표면에 가하면 유기물이 강철에 구워질 수 있습니다. 이는 나중에 청소 주기에서 제거하기 어려운 끈질긴 생물막을 남길 수 있습니다 [1].
일반적인 SIP 주기 단계
먼저 모든 포트가 밀봉되고 전체 흐름 경로가 닫힙니다. 그런 다음 증기가 도입되어 시스템에서 공기를 대체합니다. 이 부분은 때때로 인정받는 것보다 더 중요합니다: 갇힌 공기는 냉점(cold spots)을 생성하므로, 운영자는 응축수 배출구에서 증기가 보일 때까지 높은 지점과 막힌 부분에서 계속 환기합니다 [1].
공기가 빠져나가면, 가장 차가운 매핑된 지점이 최소 121.1°C, 에 도달할 때까지 증기 압력이 증가합니다. 이는 포화 증기 멸균의 표준 목표입니다 [1][2]. 그 시스템은 검증된 기간 동안 해당 온도에서 유지되며, 일반적으로 20에서 30분. 동안 유지됩니다. 유지 중에는 증기 트랩이 응축수를 지속적으로 제거합니다. 응축수가 고이면, 국부 온도가 5–15°C, 까지 떨어질 수 있으며, 이는 해당 지점에서 무균 상태를 잃기에 충분할 수 있습니다 [1].
냉각은 제어되며, 자연적으로 발생하도록 두지 않습니다. 증기가 응축되면서 시스템 압력이 떨어집니다. 비무균실 공기가 유입되는 것을 방지하기 위해, 무균 필터된 공기나 질소가 추가되어 시스템을 양압 상태로 유지합니다 [1].
좋은 사례 연구는 500 L 스테인리스 스틸 바이오리액터. 에서 나옵니다. 그 시스템에서, 125°C SIP 사이클은 모든 매핑된 위치가 121.1°C에 도달한 지점에 도달했으며, 18분 . 후에 이루어졌습니다. 그 후 30분 동안 유지되었습니다.가장 추운 지점인 배수구에서의 최소 F0는 32.1분 이었습니다. 다섯 위치에 배치된 생물학적 지표는 7일 의 배양 후 성장이 없음을 보여주었습니다 [1].
SIP 검증 확인 사항
SIP 검증은 한 가지 간단한 질문으로 귀결됩니다: 공정 경로의 모든 지점이 충분한 치명적인 열을 받았는가?
주요 지표는 F0, 로, 이는 121.1°C에서의 누적 동등 노출 분을 의미합니다 가장 추운 지점에서 최소 F0 15분이 산업 표준 목표로 받아들여집니다 [1] [3].
냉점이 위험을 유발하므로 온도 매핑은 이러한 영역에 중점을 둡니다.열전대는 일반적으로 응축수 배수구, 프로브 포트, 샘플 밸브 및 L/D 비율이 2 [1].
| 위치 | 위험 수준 | 공급으로부터의 일반적인 ΔT | BI 필요? |
|---|---|---|---|
| 배수구 / 하단 밸브 | 높음 | 3–8°C | 예 |
| 프로브 포트 (pH, DO) | 중간 | 1–4°C | 예 |
| 데드 레그 (L/D > 2) | 높음 | 5–15°C | 예 |
| 샘플 밸브 | 중간 | 2–5°C | 예 |
생물학적 지표는 미생물 살균의 직접적인 증거를 제공합니다.SIP 작업에서는 일반적으로 Geobacillus stearothermophilus 포자를 사용합니다. 이들은 열 저항성이 매우 높기 때문입니다. 이들의 D121 값은 1.5에서 2.0분 , 이며, 검증은 12D 과잉 살균 접근 방식을 적용하여 포자 수를 10⁶에서 10⁻⁶ 으로 줄입니다 [1].
성능 검증을 위해, 주기는 모든 매핑된 위치에 생물학적 지표를 배치하여 세 번 연속으로 성공적인 실행을 통과해야 하며, 그 후에야 일상적인 사용을 위해 출시될 수 있습니다 [1].
SIP는 온도 매핑과 생물학적 지표를 통해 검증됩니다. 다음 섹션에서는 배양육 시스템이 CIP, SIP 또는 둘 다 필요할 때를 보여줍니다.
배양육 생산에서 둘 다 중요한 이유
배양육 생산에서 오염은 사소한 문제가 아닙니다. 이는 배치를 즉시 중단시킬 수 있는 공정 실패입니다.하나의 오염 사건이 미디어, 제품 및 생산 시간을 모두 없앨 수 있습니다. 그렇기 때문에 CIP와 SIP는 별도의 검증이 필요합니다.
CIP는 잔여물을 제거합니다. SIP는 남아 있는 미생물을 파괴합니다. 재사용 가능한 스테인리스 스틸 바이오리액터에서는 이 두 단계가 동일한 방출 경로에 있지만, 서로 다른 작업을 수행합니다.
배치 일관성은 두 프로세스가 반복 가능해야 합니다. CIP가 일관되지 않으면 잔여물 축적이 사이클마다 달라질 수 있으며 표면 조건을 변경할 수 있습니다. SIP가 일관되지 않으면 무균 상태를 보장할 수 없으며, 이는 배양에 오염이 들어갈 위험을 증가시킵니다.
프로세스에 CIP, SIP 또는 둘 다가 필요할 때
재사용 가능한 스테인리스 스틸 바이오리액터의 경우, 각 배치 전에 CIP와 SIP가 모두 필요합니다. CIP는 잔류물을 제거하고, SIP는 무균 생물공정에 필요한 10⁻⁶의 멸균 보증 수준을 제공합니다 [1] [3].
SIP 단독 사용은 드뭅니다. 이는 장비가 이미 깨끗하지만 여전히 멸균이 필요한 경우에만 적합합니다. CIP 단독 사용은 비멸균 공정 단계에 적합하지만, 멸균이 필요한 경우 SIP를 대신할 수 없습니다 [3].
장비 설계도 중요합니다. ASME BPE 지침은 L/D ≤ 2의 데드 레그 비율과 Ra ≤ 0.5 μm의 표면 거칠기를 설정하여 청소 및 증기 침투가 의도대로 작동하도록 돕습니다 [1].
결론: 청소와 멸균은 서로 다른 문제를 해결합니다
실용적인 규칙은 간단합니다: 먼저 청소하고, 그 다음 멸균합니다.
CIP와 SIP는 함께 작동하지만, 서로 대체할 수는 없습니다. CIP는 화학적 및 미생물학적 한계까지 잔여물을 제거합니다. SIP는 정의된 멸균 보증 수준까지 생존 가능한 미생물을 파괴합니다. 무균 배양육 생물공정에서는 둘 다 필요하며, 순서는 변경되지 않습니다: CIP가 항상 먼저입니다 [1] [3]. 용기는 검증된 CIP와 검증된 SIP를 모두 지원해야 합니다.
자주 묻는 질문
SIP가 CIP를 대체할 수 있습니까?
아니요. SIP는 CIP를 대체할 수 없습니다. 두 프로세스는 다른 작업을 수행하며, CIP 가 먼저 와야 합니다.
CIP 는 배양기 표면에서 성장 배지 및 세포 잔해와 같은 물리적 잔여물을 제거합니다. SIP는 그 후 포화 증기를 사용하여 미생물을 제거합니다. CIP 가 생략되면 잔여물이 남아 멸균 중에 굳어져 오염 위험이 증가할 수 있습니다.
SIP에서 F0는 무엇을 의미합니까?
Sterilise-in-Place (SIP) 시스템에서 F0는 기준 온도 121.1 °C에서의 총 등가 시간(분)입니다..
검증 과정에서 엔지니어들은 생물 반응기나 배관의 가장 차가운 지점이 미생물 비활성화를 위한 충분한 열 노출을 받았는지 확인하기 위해 이를 사용합니다.
배양육 생산에서 검증은 일반적으로 최소 F0 15분을 요구합니다..
왜 냉점이 중요한가요?
냉점은 Sterilise-in-Place (SIP) 과정에서 가열하기 가장 어려운 장소이기 때문에 중요합니다. 검증 과정에서 이 지점들은 모든 생존 가능한 미생물이 사멸될 수 있도록 정의된 시간 동안 121.1 °C를 유지해야 합니다.
냉점이 목표 온도에 도달하지 못하면 오염 물질을 품을 수 있으며, 전체 배양육 배치를 위험에 빠뜨릴 수 있습니다.
