中藥高溫瞬時滅菌設備的智能化設計與性能確認

文/尚海賓 陶海濤 喬曉芳

中藥材滅菌如何在降低微生物限度的同時確保中藥材療效并選用適宜的滅菌方法——本文探索研究了一種中藥材滅菌的新技術(shù)，對高溫瞬時滅菌新設備進行了智能化設計，對其高溫瞬時滅菌效果進行了性能確認。試驗結(jié)果證明該技術(shù)能在保留中藥黃芩有效成分的同時有效除去藥材中的微生物，為中藥材滅菌提供了一種新手段。

制造業(yè)是國民經(jīng)濟的主體。如今，工業(yè)4.0 智能化時代、“互聯(lián)網(wǎng)＋”時代即將到來，“互聯(lián)網(wǎng)＋制造業(yè)”將成為全球制造業(yè)發(fā)展的新趨勢?！吨袊圃?025》提出要加快推動新一代信息技術(shù)與制造技術(shù)融合發(fā)展[1-4]，《藥品生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范（2010 年修訂）》及其附錄“計算機化系統(tǒng)”、《藥品數(shù)據(jù)管理規(guī)范（征求意見稿）》《藥品記錄與數(shù)據(jù)管理要求（試行）》《中華人民共和國電子簽名法》等制藥行業(yè)法規(guī)及標準也均對智能制造與權(quán)限管理提出了明確要求[5-10]。根據(jù)以上法規(guī)要求，本文采用西門子博途v15.1 自動化編程軟件對中藥材高溫瞬時滅菌設備進行了智能化的設計建造，為論證其智能化設計各項控制功能的有效性，考察其滅菌效果，對中藥材高溫瞬時滅菌新設備進行了性能確認。

1 高溫瞬時滅菌智能化設計

1.1 滅菌新方法概述

本次試驗采用的高溫瞬時滅菌新設備經(jīng)中國中藥協(xié)會中藥新技術(shù)專業(yè)委員會認定為中藥新技術(shù)產(chǎn)品、江蘇省重點推廣應用新技術(shù)新產(chǎn)品，擁有瞬時對藥品、食品粉末進行滅菌的系統(tǒng)等8 項發(fā)明專利和一體框架隔離式管道流通粉末滅菌系統(tǒng)等11 項實用新型專利[11-12]。其工作原理為：中藥材按照定量給料系統(tǒng)設定的進料速度、攪拌旋轉(zhuǎn)速度，在蒸汽槳中進行旋轉(zhuǎn)，同時滅菌介質(zhì)純凈過熱蒸汽被送入滅菌系統(tǒng)，攪拌槳帶動物料旋轉(zhuǎn)，使物料懸浮于高速流動的過熱蒸汽中，從而達到殺死微生物、實現(xiàn)高溫瞬時滅菌的目的。在該滅菌過程中，物料受熱均勻；在滅菌后，汽料分離冷卻系統(tǒng)會將物料分離并進行急驟冷卻，保證物料成分不受破壞；最后，物料會經(jīng)出料閥控制送至無菌儲料罐，高溫瞬時滅菌工藝流程如圖1 所示。該高溫瞬間滅菌的溫度為135℃～210℃，滅菌時間為2～20 s，具有生產(chǎn)效率高，殺菌效果好，可連續(xù)生產(chǎn)，滅菌后的中藥材無結(jié)塊呈粉狀，無需進行二次烘干、粉碎等優(yōu)點[13]，可更好地保留有效成分。而且配備的計算機系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)存儲、實時打印等功能，可保證滅菌數(shù)據(jù)的完整性和可追溯性。另外，也配置了CIP（原位清洗）/SIP（原位消毒）、臭氧消毒（濃度≥1000 ppm）功能，可徹底防止多產(chǎn)品共線可能引起的污染、交叉污染等質(zhì)量風險[14]。

圖1 高溫瞬時滅菌工藝流程圖

1.2 智能化設計與計算機化系統(tǒng)權(quán)限分級設計

本試驗運用信息技術(shù)與制造技術(shù)，采用西門子博途v15.1 自動化編程軟件對高溫瞬時滅菌新設備進行了智能化設計，計算機化系統(tǒng)采用三級權(quán)限設計（Ⅲ級為操作員OP、Ⅱ級為工藝員User、Ⅰ級為管理員Admin），可使高溫瞬時滅菌升溫、進料、滅菌、氣粉分離冷卻等滅菌過程達到生產(chǎn)操作程序化、參數(shù)執(zhí)行標準化、產(chǎn)品質(zhì)量均一化的設計目標。

1.3 計算機化系統(tǒng)三級權(quán)限

1.3.1 管理員Ⅰ級權(quán)限

輸入用戶名（Admin）及登錄密碼，即可進入管理員操作界面，在這里可進行人員、賬戶的分配設置，權(quán)限的修改、變更、禁用和刪除，設置用戶名和登錄密碼等操作，進行計算機化系統(tǒng)的系統(tǒng)時間鎖定、解除、校準設置以及系統(tǒng)軟件數(shù)據(jù)的恢復、備份和重新安裝等權(quán)限管理。

1.3.2 工藝員Ⅱ級權(quán)限

輸入用戶名(User）及登錄密碼，即可進入工藝員操作界面，在這里可進行定量進料速度、攪拌旋轉(zhuǎn)速度、蒸汽壓力、滅菌壓力、滅菌溫度、滅菌時間、物料出口溫度等關(guān)鍵工藝參數(shù)的設置，進行系統(tǒng)輸入信息的復核以及系統(tǒng)軟件數(shù)據(jù)的備份、修改、刪除、歷史數(shù)據(jù)的查閱等權(quán)限管理。

1.3.3 操作員Ⅲ級權(quán)限

輸入用戶名（OP）及登錄密碼,即可進入操作員操作界面，在這里可以通過計算機化系統(tǒng)監(jiān)控生產(chǎn)運行，可進行計算機化系統(tǒng)的具體操作，高溫瞬時滅菌生產(chǎn)運行狀態(tài)如圖2 所示。

圖2 高溫瞬時滅菌生產(chǎn)運行狀態(tài)

2 滅菌效果性能確認

2.1 性能確認方法

每次取中藥黃芩粉10 kg,工藝員設定定量進料速度為50 kg/h、滅菌溫度為160℃，滅菌時間為8 s，物料出口溫度為30℃；管理員對設定參數(shù)、運行參數(shù)的一致性進行復核；操作員進行設備進料、滅菌生產(chǎn)過程監(jiān)控、出料等具體操作。對中藥黃芩粉進行連續(xù)3 次的高溫瞬時滅菌，通過對滅菌前與滅菌后的需氧菌、霉菌等微生物限度，水分、總灰分、浸出物等參數(shù)進行比較，并進行薄層鑒別，確認高溫瞬時滅菌設備自動化控制功能的有效性，確認中藥黃芩粉高溫瞬時滅菌設備的滅菌效果。

2.2 微生物、水分、總灰分、浸出物檢查

2.2.1 檢查方法

按《中華人民共和國藥典（2020 年版）》對中藥黃芩粉高溫瞬時滅菌前、滅菌后微生物、水分、總灰分、浸出物進行對比檢查。

2.2.2 合格標準

微生物限度：需氧菌總數(shù)＜1000 CFU/g；霉菌和酵母菌總數(shù)＜100 CFU/g；水分：不得超過12.0%；總灰分：不得超過6.0%；浸出物：不得少于40.0%。

2.2.3 檢查結(jié)果

微生物、水分、總灰分、浸出物檢查結(jié)果詳見表1。

表1 中藥黃芩粉高溫瞬時滅菌微生物、水分、總灰分、浸出物檢查結(jié)果

2.2.4 結(jié)果分析

通過表1 的數(shù)據(jù)可以得出：需氧菌總數(shù)、霉菌和酵母菌總數(shù)在滅菌前均無法計數(shù)，滅菌后均小于10 CFU/g；滅菌前藥材所含水分高于滅菌后，說明高溫瞬時滅菌不會增加物料水分；總灰分的數(shù)值在滅菌前、滅菌后無變化；浸出物在滅菌前、滅菌后無變化；各項檢查均符合標準要求，且檢查數(shù)據(jù)重現(xiàn)性良好。

2.3 薄層鑒別檢查

2.3.1 檢查方法

按《中華人民共和國藥典（2020 年版）》對中藥黃芩粉進行高溫瞬時滅菌前與滅菌后的薄層鑒別對比檢查。

2.3.2 合格標準

薄層鑒別：供試品色譜中，在與對照藥材色譜相應的位置上，顯相同顏色的斑點；在與對照品色譜相應的位置上，顯三個相同的暗色斑點。

2.3.3 檢查結(jié)果

高溫瞬時滅菌前薄層鑒別結(jié)果如圖3 所示，高溫瞬時滅菌后薄層鑒別結(jié)果如圖4 所示。

圖3 中藥黃芩粉高溫瞬時滅菌前薄層鑒別色譜

圖4 中藥黃芩粉高溫瞬時滅菌后薄層鑒別色譜

2.3.4 結(jié)果分析

由圖3、圖4 可以得出：滅菌前、滅菌后，供試品色譜中，在與對照藥材色譜相應的位置上，均顯相同顏色的斑點；在與對照品色譜相應的位置上，均顯三個相同的暗色斑點；鑒別結(jié)果均符合檢驗標準要求，黃芩薄層鑒別無變化，說明高溫瞬時滅菌對黃芩有效成分無影響，且檢查數(shù)據(jù)重現(xiàn)性好。

2.4 黃芩苷含量測定檢查

2.4.1 檢查方法

按《中華人民共和國藥典（2020 年版）》對黃芩粉高溫瞬時滅菌前、滅菌后的黃芩苷含量進行對比檢查。

2.4.2 合格標準

含量測定：含黃芩苷（C21H18O11）不得少于6.0%。

2.4.3 檢查結(jié)果

滅菌前對照品色譜如圖5 所示，供試品色譜如圖6 所示；滅菌后對照品色譜如圖7 所示，供試品色譜如圖8 所示。根據(jù)色譜圖可計算黃芩苷含量，黃芩苷含量測定檢查結(jié)果詳見表2。

圖5 中藥黃芩粉高溫瞬時滅菌前對照品高效液相色譜圖

圖6 中藥黃芩粉高溫瞬時滅菌前供試品高效液相色譜圖

圖7 中藥黃芩粉高溫瞬時滅菌后對照品高效液相色譜圖

圖8 中藥黃芩粉高溫瞬時滅菌后供試品高效液相色譜圖

2.4.4 結(jié)果分析

在試驗中，對照品高效液相色譜圖、品峰面積，供試品高效液相色譜圖、峰面積，黃芩苷含量測定等檢驗過程，均符合檢驗標準要求。由表2 數(shù)據(jù)可以得出黃芩苷含量無變化，說明高溫瞬時滅菌對黃芩有效成分黃芩苷無影響，且檢查數(shù)據(jù)重現(xiàn)性好。

表2 中藥黃芩粉高溫瞬時滅菌黃芩苷含量測定檢查結(jié)果

3 結(jié)論

經(jīng)過對高溫瞬時滅菌設備的性能確認，得出中藥材黃岑的需氧菌總數(shù)、霉菌和酵母菌總數(shù)在滅菌后均小于10 CFU/g，符合標準要求；峰面積在滅菌后與滅菌前相比基本無變化，也符合質(zhì)量標準要求。在試驗中，設備的計算機化系統(tǒng)權(quán)限管理、參數(shù)設定、操作運行等智能化設計各項控制功能的有效性良好，實驗數(shù)據(jù)重現(xiàn)性好，符合中藥滅菌智能化生產(chǎn)的設計目標，實現(xiàn)了中藥材高溫瞬時滅菌的智能化生產(chǎn)操作，且符合制藥行業(yè)相關(guān)法規(guī)對權(quán)限管理的要求。該項新技術(shù)填補了國內(nèi)空白，提供了一種新的滅菌方法，能在確保中藥材有效成分不降解的同時有效去除微生物。本文中的試驗為推進高溫瞬時滅菌新設備、新技術(shù)、新方法在我國中藥、食品行業(yè)的應用，提供了原始的參考依據(jù)和數(shù)據(jù)支持。