Nếu bạn vận hành một bioreactor bằng thép không gỉ có thể tái sử dụng, quy tắc rất đơn giản: CIP loại bỏ cặn, SIP tiêu diệt vi khuẩn, và bạn cần cả hai theo thứ tự đó.
Đối với các kỹ sư quy trình sinh học và các nhóm sản xuất thịt nuôi cấy, sự phân chia đó không chỉ mang tính học thuật. Một bình có thể vượt qua lần rửa cuối cùng với TOC dưới 500 ppb và vẫn không đạt tiêu chuẩn vô trùng. Hoặc nó có thể đạt ≥121.1°C trong SIP và vẫn còn sót lại NaOH, đất protein, hoặc cặn bám do làm sạch kém. Sạch không giống như vô trùng.
Đây là phiên bản ngắn gọn:
- CIP sử dụng tuần hoàn hóa học để loại bỏ protein, lipid, cặn môi trường, mảnh vụn tế bào và cặn bám
- SIP sử dụng hơi nước bão hòa để đạt mục tiêu tiệt trùng, thường là SAL 10⁻⁶
- CIP phải được thực hiện trước vì cặn bám có thể bảo vệ vi khuẩn khỏi hơi nước
- Xác nhận CIP kiểm tra giới hạn cặn bám, chất lượng rửa, độ phủ phun và tính lặp lại
- Xác nhận SIP kiểm tra điểm lạnh, F0, và tiêu diệt chỉ thị sinh học
- Trong bài viết, tôi cũng đề cập đến các bước chu kỳ, các điểm thất bại phổ biến và một ví dụ xác nhận 500 L với TOC ở mức 76–91 ppb và F0 ở mức 32.1 phút
CIP và SIP trong Dược phẩm | Sự khác biệt, Quy trình và Các câu hỏi phỏng vấn chính 🧪
sbb-itb-ffee270
So sánh nhanh
| Tiêu chí | CIP | SIP |
|---|---|---|
| Công việc chính | Làm sạch bề mặt tiếp xúc với sản phẩm | Tiệt trùng đường dẫn quy trình kín |
| Loại bỏ hoặc tiêu diệt | Cặn và chất bẩn | Vi sinh vật sống |
| Đầu vào điển hình | NaOH, axit, nước tinh khiết, WFI | Hơi nước bão hòa, không khí hoặc nitơ lọc vô trùng |
| Nhiệt độ điển hình | 50°C–80°C | ≥121.1°C |
| Kiểm tra chính | TOC, độ dẫn điện, sạch bằng mắt thường, phủ riboflavin, tải lượng vi sinh | Chọn cảm biến cho lập bản đồ nhiệt độ, điểm lạnh, chỉ thị sinh học, F0 |
| Chế độ hỏng hóc phổ biến | Phủ phun kém, lưu lượng thấp, chân chết | Không khí bị mắc kẹt, tụ nước ngưng, điểm lạnh |
| Khi sử dụng | Sau thu hoạch, trước khi tiệt trùng | Sau CIP, trước khi cấy giống |
Vì vậy, nếu bạn đang quyết định xem CIP hay SIP quan trọng hơn, câu trả lời rất đơn giản: đối với các lò phản ứng sinh học vô trùng có thể tái sử dụng, cái này không thay thế cái kia. Hiểu những thách thức về quy mô này là rất quan trọng để duy trì vô trùng ở quy mô lớn.
Bảng so sánh CIP và SIP
Những khác biệt chính về mục đích, phương pháp và xác nhận
CIP và SIP giải quyết hai vấn đề khác nhau. CIP loại bỏ cặn bã. SIP tiêu diệt vi sinh vật. Trong các lò phản ứng sinh học thịt nuôi cấy, sự khác biệt đó rất quan trọng vì một bình chứa có thể trông sạch sẽ nhưng vẫn không đạt tiêu chuẩn vô trùng, hoặc vượt qua một lần chạy vô trùng trong khi vẫn mang cặn sản phẩm từ lô trước.
CIP được xác nhận dựa trên giới hạn cặn bã. SIP được xác nhận dựa trên mục tiêu vô trùng.
| Tính năng | Làm sạch tại chỗ (CIP) | Tiệt trùng tại chỗ (SIP) |
|---|---|---|
| Mục đích chính | Loại bỏ cặn hữu cơ và vô cơ | Loại bỏ vi sinh vật sống |
| Chất gây ô nhiễm mục tiêu | Protein, lipid, mảnh vụn tế bào, môi trường, cặn khoáng | Vi khuẩn, nấm, bào tử, virus |
| Phương pháp | Tuần hoàn hóa chất tự động với dòng chảy rối | Tiêm hơi nước bão hòa dưới áp suất |
| Đầu vào điển hình | NaOH (xút), axit photphoric, nước WFI/nước tinh khiết | Hơi nước bão hòa; không khí hoặc nitơ lọc vô trùng |
| Phạm vi nhiệt độ quy trình | 50°C–80°C (thường là 65°C cho rửa kiềm) [1] | ≥ 121.1°C [1] |
| Kết quả đã được xác nhận | Nhìn sạch; TOC ≤ 500 ppb; độ dẫn điện ≤ 1.3 μS/cm [1] | Mức Đảm bảo Vô trùng (SAL) là 10⁻⁶ [1] |
| Giai đoạn lô hàng | Ngay sau thu hoạch, trước khi tiệt trùng | Sau khi hoàn thành CIP, ngay trước khi cấy |
| Tập trung Xác nhận | Giới hạn dư lượng (MACO), độ phủ phun riboflavin, độ tinh khiết của nước rửa | Lập bản đồ nhiệt cặp (điểm lạnh), chỉ thị sinh học, độ gây chết F0 |
| Tính liên quan đến Thịt Nuôi Cấy | Ngăn ngừa dư lượng còn sót lại và sự tích tụ màng sinh học giữa các lô hàng | Đảm bảo môi trường tăng trưởng đắt tiền (thường yêu cầu tối ưu hóa môi trường không có huyết thanh) không bị mất do nhiễm bẩn |
Một ví dụ xác nhận ngắn gọn làm rõ sự phân chia.Trong một chu kỳ CIP đã được xác nhận cho một bioreactor bằng thép không gỉ 500 L, rửa cuối cùng bằng WFI đã đạt mức TOC 76–91 ppb, thấp hơn nhiều so với giới hạn chấp nhận 500 ppb. Chu kỳ SIP tiếp theo đã đạt F0 là 32.1 phút tại điểm lạnh nhất, và các chỉ thị sinh học Geobacillus stearothermophilus không cho thấy sự phát triển sau bảy ngày ủ [1] .
Nói một cách đơn giản, việc xác nhận CIP hỏi: liệu mọi bề mặt tiếp xúc với sản phẩm đã được làm sạch chưa? Việc xác nhận SIP hỏi: liệu hơi nước có đến được mọi điểm lạnh đủ lâu để tiêu diệt vi khuẩn không?
Các phần tiếp theo sẽ phân tích từng chu kỳ và những gì việc xác nhận thực sự kiểm tra.
Cách CIP hoạt động trong việc làm sạch bioreactor
CIP so với SIP: Làm sạch Bioreactor & Quy trình Khử trùng
Sau phần tổng quan so sánh, chu kỳ làm sạch tự nó khá đơn giản: trong các bioreactor thịt nuôi cấy, CIP loại bỏ các chất bẩn từ các bề mặt tiếp xúc với sản phẩm trước khi khử trùng. Nó sử dụng hóa học theo giai đoạn vì một lần rửa sẽ không loại bỏ được mọi loại chất bẩn.
Các bước chu kỳ CIP điển hình
Một chu kỳ CIP tiêu chuẩn năm bước cho một bioreactor thép không gỉ diễn ra như sau [1]:
| Bước CIP | Hóa chất điển hình | Nhiệt độ | Thời gian | Mục đích |
|---|---|---|---|---|
| Rửa sơ bộ | Nước tinh khiết | 20–25°C | 5–10 phút | Loại bỏ đất cặn lớn và mảnh vụn lớn |
| Rửa kiềm | 0.5–1.0% NaOH | 50–80°C | 20–30 phút | Hòa tan protein và lipid thông qua thủy phân và xà phòng hóa |
| Rửa trung gian | Nước tinh khiết | Nhiệt độ phòng | 5–10 phút | Rửa sạch các chất tẩy rửa kiềm và đất đã hòa tan |
| Rửa axit | 0.5–1.0% H₃PO₄ | 50–60°C | 15–20 phút | Loại bỏ cặn khoáng và cặn vô cơ |
| Rửa lần cuối | WFI | Nhiệt độ phòng | Cho đến khi đạt giới hạn TOC và độ dẫn điện | Xả lần cuối trước khi phát hành |
Rửa kiềm thực hiện phần lớn công việc nặng nhọc. Natri hydroxit ở 65°C hiệu quả gấp đôi trong việc loại bỏ đất protein so với cùng dung dịch ở 40°C [1]. Nhưng có một giới hạn. Trên 80°C, protein có thể biến tính và dính vào bề mặt, làm cho chúng khó loại bỏ hơn [1].
Chỉ hóa học thôi là không đủ. Hành động cơ học cũng quan trọng không kém. Trong đường ống quy trình, tốc độ dòng chảy phải đạt ≥ 1.5 m/s để tạo ra dòng chảy rối cần thiết để loại bỏ đất bám dính [1] . Bên trong thiết bị, các thiết bị phun hoạt động ở 1.7–2.1 bar (25–30 psi) để bao phủ tấm đầu, các con dấu khuấy, vách ngăn và vỏ đầu dò [1] . Các khu vực phía sau đầu dò pH và oxy hòa tan là những khu vực thường không được bao phủ, nơi mà độ phủ phun có thể không đồng nhất [1].
Điểm đó xuất hiện lặp đi lặp lại trong thực tế: độ phủ, không chỉ hóa học, quyết định liệu CIP có đạt hay không. Một nghiên cứu về lò phản ứng sinh học 500 L đã phát hiện một vùng bóng phía sau đầu dò oxy hòa tan. Di chuyển quả cầu phun 5 cm đã đóng khoảng trống, và ba lần chạy PQ tiếp theo đã đạt [1].
Kiểm tra xác nhận CIP là gì
Xác nhận CIP xác nhận rằng mọi bề mặt tiếp xúc với sản phẩm đã được làm sạch đến một giới hạn dư lượng xác định và kết quả có thể được lặp lại qua các lô.
Các tiêu chí chấp nhận tiêu chuẩn là:
- Kiểm tra trực quan: không có cặn nhìn thấy
- TOC (nước rửa): ≤ 500 ppb [1]
- Độ dẫn điện: ≤ 1.3 μS/cm ở 25°C [1]
- Bioburden: ≤ 10 CFU/100 mL [1]
- Endotoxin: ≤ 0.25 EU/mL [1]
Kiểm tra riboflavin kiểm tra độ phủ của phun. Một dung dịch 100–200 ppm được tuần hoàn và sau đó kiểm tra dưới ánh sáng UV ở 365 nm để hiển thị bất kỳ khu vực nào mà mẫu phun không bao phủ [1]. Hình học cũng quan trọng ở mức độ phần cứng. Tiêu chuẩn ASME BPE yêu cầu tỷ lệ chân chết L/D ≤ 2 và độ nhám bề mặt Ra ≤ 0.5 μm để giảm sự mắc kẹt đất trong đường ống và phụ kiện [1] . PQ thường yêu cầu ba lần chạy liên tiếp thành công dưới MACO, giới hạn carryover dựa trên HBEL của sản phẩm trước đó và diện tích bề mặt chung [1]. Một khi các tiêu chí giải phóng CIP được đáp ứng, tàu sẽ chuyển sang SIP.
Cách SIP hoạt động trong tiệt trùng bioreactor
Sau khi CIP được xác nhận, SIP tiệt trùng đường dẫn quy trình kín bằng hơi nước bão hòa. Mục tiêu là Mức Đảm bảo Vô trùng (SAL) là 10⁻⁶. Nói một cách đơn giản, điều đó có nghĩa là có ít hơn một phần triệu cơ hội rằng một vi sinh vật sống sót ở đâu đó trong đường dẫn quy trình [1][3].
Điều này chỉ hoạt động nếu hệ thống đã sạch. Đất còn sót lại có thể bảo vệ vi khuẩn khỏi hơi nước, đây là một chế độ thất bại phổ biến trong thực tế.Và nếu bạn đưa hơi nước nhiệt độ cao lên bề mặt bẩn, bạn có thể làm chất hữu cơ bám vào thép. Điều đó có thể để lại một lớp màng sinh học cứng đầu khó loại bỏ hơn trong các chu kỳ làm sạch sau này [1].
Các bước chu kỳ SIP điển hình
Đầu tiên, tất cả các cổng được niêm phong và toàn bộ đường dẫn dòng chảy được đóng lại. Sau đó, hơi nước được đưa vào để đẩy không khí ra khỏi hệ thống. Phần đó quan trọng hơn so với những gì đôi khi được công nhận: không khí bị mắc kẹt tạo ra các điểm lạnh, vì vậy các nhà vận hành tiếp tục thông hơi ở các điểm cao và các chân chết cho đến khi nước ngưng cho thấy hơi nước tại các lỗ thông hơi [1].
Một khi không khí đã ra ngoài, áp suất hơi nước được tăng lên cho đến khi điểm lạnh nhất được lập bản đồ đạt ít nhất 121.1°C, đó là mục tiêu tiêu chuẩn cho việc tiệt trùng bằng hơi nước bão hòa [1][2]. Hệ thống sau đó được giữ ở nhiệt độ đó trong một khoảng thời gian đã được xác nhận, thường là 20 đến 30 phút. Trong thời gian giữ, bẫy hơi loại bỏ nước ngưng tụ liên tục. Nếu nước ngưng tụ đọng lại, nhiệt độ cục bộ có thể giảm 5–15°C, và điều đó có thể đủ để mất tính vô trùng tại điểm đó [1].
Quá trình làm mát được kiểm soát, không để tự xảy ra. Khi hơi nước ngưng tụ, áp suất hệ thống giảm. Để tránh hút không khí không vô trùng từ phòng vào, không khí đã lọc vô trùng hoặc nitơ được thêm vào để giữ hệ thống dưới áp suất dương [1].
Một nghiên cứu điển hình tốt đến từ một bioreactor thép không gỉ 500 L. Trong hệ thống đó, một chu kỳ SIP 125°C đã đạt đến điểm mà tất cả các vị trí được lập bản đồ đã đạt 121.1°C sau 18 phút. Điều đó được theo sau bởi một thời gian giữ 30 phút.Nhiệt độ tối thiểu F0 tại điểm lạnh nhất, là cổng thoát nước, là 32.1 phút. Các chỉ số sinh học đặt tại năm vị trí không cho thấy sự phát triển sau bảy ngày ủ [1] .
Kiểm tra xác nhận SIP nào
Xác nhận SIP chỉ xoay quanh một câu hỏi đơn giản: mỗi điểm trong đường dẫn quy trình có nhận đủ nhiệt độ gây chết không?
Chỉ số chính là F0, có nghĩa là tổng số phút tương đương của sự tiếp xúc tại 121.1°C. Mục tiêu chấp nhận của ngành là tối thiểu F0 là 15 phút tại điểm lạnh nhất [1] [3].
Các điểm lạnh điều khiển rủi ro, vì vậy việc lập bản đồ nhiệt độ tập trung vào những khu vực đó.Cặp nhiệt điện thường được đặt tại các cống thoát nước ngưng tụ, cổng đầu dò, van mẫu, và các chân chết với tỷ lệ L/D trên 2 [1] .
| Vị trí | Mức độ rủi ro | ΔT điển hình từ nguồn cung cấp | Cần BI? |
|---|---|---|---|
| Cổng thoát nước / van đáy | Cao | 3–8°C | Có |
| Cổng đầu dò (pH, DO) | Trung bình | 1–4°C | Có |
| Chân chết (L/D > 2) | Cao | 5–15°C | Có |
| Van mẫu | Trung bình | 2–5°C | Có |
Các chỉ thị sinh học cung cấp bằng chứng trực tiếp về việc tiêu diệt vi sinh vật.Trong công việc SIP, thường sử dụng bào tử Geobacillus stearothermophilus vì chúng có khả năng chịu nhiệt cao. Giá trị D121 của chúng là 1.5 đến 2.0 phút, và việc xác nhận áp dụng phương pháp 12D overkill để giảm dân số bào tử từ 10⁶ xuống 10⁻⁶ [1] .
Đối với việc xác nhận hiệu suất, chu kỳ phải vượt qua ba lần chạy thành công liên tiếp với các chỉ thị sinh học được đặt tại tất cả các vị trí đã được lập bản đồ trước khi có thể được phát hành để sử dụng thường xuyên [1] .
SIP được xác nhận thông qua lập bản đồ nhiệt độ và các chỉ thị sinh học. Phần tiếp theo cho thấy khi nào hệ thống thịt nuôi cần CIP, SIP hoặc cả hai.
Tại sao cả hai đều quan trọng đối với sản xuất thịt nuôi
Trong sản xuất thịt nuôi, sự nhiễm bẩn không phải là một trở ngại nhỏ. Đó là một sự thất bại trong quy trình có thể dừng hoàn toàn một lô hàng.Một sự kiện nhiễm bẩn có thể xóa sạch môi trường, sản phẩm và thời gian sản xuất. Đó là lý do tại sao CIP và SIP cần xác nhận riêng biệt.
CIP loại bỏ cặn bã. SIP tiêu diệt bất kỳ vi sinh vật nào còn sót lại. Trong các bioreactor bằng thép không gỉ có thể tái sử dụng, hai bước này nằm trên cùng một đường phát hành, nhưng chúng thực hiện các công việc khác nhau.
Tính nhất quán của lô hàng phụ thuộc vào cả hai quy trình có thể lặp lại. Nếu CIP không nhất quán, sự tích tụ cặn bã có thể thay đổi từ chu kỳ này sang chu kỳ khác và thay đổi điều kiện bề mặt. Nếu SIP không nhất quán, không thể đảm bảo vô trùng, điều này làm tăng nguy cơ nhiễm bẩn xâm nhập vào môi trường nuôi cấy.
Khi một quy trình cần CIP, SIP hoặc cả hai
Đối với các bioreactor bằng thép không gỉ có thể tái sử dụng, cả CIP và SIP đều cần thiết trước mỗi lô hàng. CIP loại bỏ cặn bã, sau đó SIP cung cấp mức độ đảm bảo vô trùng 10⁻⁶ cần thiết cho quy trình sinh học vô trùng [1] [3].
SIP tự nó là không phổ biến. Nó chỉ phù hợp với các trường hợp mà thiết bị đã sạch nhưng vẫn cần tiệt trùng. CIP tự nó hoạt động cho các giai đoạn quy trình không vô trùng, nhưng nó không thể thay thế cho SIP khi cần vô trùng [3].
Thiết kế thiết bị cũng quan trọng. Hướng dẫn ASME BPE đặt ra tỷ lệ chân chết là L/D ≤ 2 và độ nhám bề mặt là Ra ≤ 0.5 μm để giúp việc làm sạch và thâm nhập hơi nước hoạt động như dự định [1] .
Kết luận: làm sạch và tiệt trùng giải quyết các vấn đề khác nhau
Quy tắc thực tế rất đơn giản: làm sạch trước, tiệt trùng sau.
CIP và SIP hoạt động cùng nhau, nhưng chúng không thể thay thế cho nhau.CIP loại bỏ cặn bã đến giới hạn hóa học và vi sinh đã được xác nhận. SIP tiêu diệt các vi sinh vật sống đến mức độ đảm bảo vô trùng đã định. Trong quy trình chế biến thịt nuôi cấy vô trùng, cả hai đều cần thiết, và thứ tự không thay đổi: CIP luôn được thực hiện trước [1] [3]. Một bình chứa phải hỗ trợ cả CIP và SIP đã được xác nhận.
Câu hỏi thường gặp
SIP có thể thay thế CIP không?
Không. SIP không thể thay thế CIP vì hai quy trình này thực hiện các công việc khác nhau, và CIP phải được thực hiện trước.
CIP loại bỏ các cặn vật lý như môi trường tăng trưởng và mảnh vụn tế bào từ bề mặt của bioreactor. SIP sau đó sử dụng hơi nước bão hòa để loại bỏ vi sinh vật. Nếu CIP bị bỏ qua, cặn bã có thể còn lại và bị nung chín trong quá trình tiệt trùng, làm tăng nguy cơ nhiễm bẩn.
F0 có nghĩa là gì trong SIP?
Trong các hệ thống Khử trùng Tại chỗ (SIP), F0 là tổng thời gian tương đương, tính bằng phút, ở nhiệt độ tham chiếu 121.1 °C.
Trong quá trình xác nhận, các kỹ sư sử dụng nó để kiểm tra rằng điểm lạnh nhất trong bioreactor hoặc đường ống đã nhận đủ nhiệt để tiêu diệt vi sinh vật.
Trong sản xuất thịt nuôi cấy, quá trình xác nhận thường yêu cầu F0 ít nhất là 15 phút.
Tại sao các điểm lạnh lại quan trọng?
Các điểm lạnh quan trọng vì chúng là những nơi khó làm nóng nhất trong quá trình Khử trùng Tại chỗ (SIP). Trong quá trình xác nhận, những điểm này phải giữ ở 121.1 °C trong một thời gian xác định để tiêu diệt tất cả các vi sinh vật còn sống.
Nếu một điểm lạnh không đạt được nhiệt độ mục tiêu, nó có thể chứa các chất gây ô nhiễm và đặt cả lô thịt nuôi cấy vào nguy cơ.
