干热灭菌的基本原理及适用场景

一一

来源：微信公众号“无菌制剂老登  无菌制剂随笔”，2025.10.9
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干热灭菌（Dry Heat Sterilization, DHS）利用高温干燥空气对物品进行灭菌和去热源处理，不使用水蒸汽。与常用的湿热（蒸汽）灭菌相比，干热灭菌传热效率较低，微生物死亡速度更慢，因此需要更高的温度和更长的时间才能达到同等灭菌效果。根据USP综述，干热灭菌通常用于那些不适合湿热灭菌的耐热物料，如玻璃器皿、不含水分的液体、粉末、油类或要求绝对干燥的器件等。例如，USP〈1229.8〉指出：干热灭菌用于无水或需要干燥的物品（如非水性液体、粉末等），因为干热依赖空气传递热量，过程时间比相同尺寸的蒸汽灭菌更长。一般而言，干热灭菌的温度范围约在160–190℃，灭菌时间从30分钟到2小时不等；去热源（灭活内毒素）的温度更高，通常要求≥200℃，时间1小时以上，或者在更高温度下数分钟即可完成。

干热灭菌的另一重要特点是其能够灭活内毒素（细菌内毒素）。例如，欧洲药典建议对用于内毒素检测的玻璃器皿采用250℃ 30分钟或200℃ 60分钟的干热灭菌；USP和FDA同样要求干热去热源能实现至少 10^3 次（3-log）内毒素的灭活。相比之下，湿热灭菌（如121℃高压蒸汽）效率更高、时间更短，但因含水分而不适用于易被水损伤的物料，且无法有效灭活高稳定性的内毒素。干热灭菌常用于对水蒸气敏感或需无菌且无热原的场合，如灭菌注射器、胰岛素瓶、实验室玻璃器皿、油剂和粉末等，以及大规模的干热去热源装置（如热风隧道炉）中。

验证流程与关键要素

干热灭菌设备与过程的验证包括安装确认（IQ）、运行确认（OQ）和性能确认（PQ）等步骤，但重点在于PQ阶段对实际灭菌效果的评估。核心验证要素包括热分布试验、热穿透试验、生物指示物（BI）挑战、最不利部位的考量，以及去热源效果验证等。一般要求在空载和满载条件下分别开展试验，以确保无论在最不利条件下设备都能提供足够的灭菌强度。

热分布试验（空载）：在干热灭菌器的腔体内放置多个温度传感器，监测各位置在设定温度下的稳定性和均匀性。通过分析所有点的温度记录，可评估腔体内部热场的均匀度。通常要求腔内任意两点温差不超过±5℃左右，否则可能产生“冷点”。等效灭菌值（等熵灭菌值）Fp的计算常用于量化干热灭菌的杀菌累积效果，类似于湿热中使用的F0值。例如，在180℃下进行干热灭菌时，可设定基准温度170–180℃、z值约20℃，计算各位置的Fp，常要求Fp值超过某一阈值（如30分钟）。热分布试验可帮助确认在任何位置达不到要求时，应调整循环参数或设备设计。

热穿透试验（满载）：在放置有典型负荷（Worst‐case 最不利部位）的干热灭菌周期中，将热敏传感器和BI放置在最可能的最冷点（通常在负荷中心或通风最差处）。监测该点温度并计算对应的Fp值，确保它满足设计要求。同时需要放置生物指示物，验证最终该部位孢子完全灭活。按PDA报告等规范，最不利部位通常指腔体或负荷中升温最慢、杀菌最困难的位置，应特别关注。如果热穿透或BI未达到预定灭杀标准（如BI存活），则需调整循环或负荷布置重新验证。

生物指示物（BI）和过程挑战器（PCD）：干热灭菌验证常选用耐热孢子灭菌指示物。常用菌种为Bacillus atrophaeus（萎缩芽孢杆菌），这种芽孢对干热有较高的耐受性，常温标定D值（160℃）不低于2.5分钟。BI通常装在透热载体（如纸载体）上，每个批次放置于腔内各关键点。对比而言，湿热灭菌则多用Geobacillus stearothermophilus（嗜热脂肪芽孢杆菌）芽孢。干热过程中，有时也使用过程挑战器（PCD）模拟繁重负荷或遮挡效应，帮助评估热穿透性能。通常要求所有放置的BI在验证循环后无任何存活指示（颜色变色等），才能通过灭菌验证。

去热源验证：对于需要去除内毒素的应用，还需进行内毒素挑战试验。常用方法是将已知浓度的细菌内毒素（如LAL测试用对照品）置于载体上，在循环前后测定内毒素含量，验证灭活程度。根据USP和FDA指南，干热灭菌应能实现至少3-log以上（99.9%以上）的内毒素去除。例如，USP〈85〉和〈797〉建议典型条件为250℃ 30分钟，并要求使用内毒素挑战试验确认灭活3-log。PDA技术报告也提出：干热去热源试验可选择终点指标为3-log内毒素减少，作为BI验证的替代或补充。

过程控制与再验证：在验证完成并投入生产后，应持续监控关键参数（如温度、时间、风速、压力等），确保过程稳定可控。设备每年或有重大改动时需重新验证。验证报告应详细记录结果、偏差和纠正措施，并形成规范的SOP和作业指导（参见 ISO 20857、第7章）。维护HEPA高温风滤器完整性（耐温≥250℃），确保不因过滤器故障而污染产品，也是干热灭菌验证中常被强调的要点。

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)][color=var(--weui-FG-HALF)]与湿热灭菌验证要求的比较

下表列出了干热灭菌和湿热（高压蒸汽）灭菌验证的主要相同点和差异：

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比较项目	干热灭菌	湿热灭菌（蒸汽）
传热介质	热空气（对流）	饱和水蒸汽
典型温度/时间	约160–190℃，30–120分钟；去热源可达200℃以上，数分钟至1小时	通常121℃，15–30分钟（或135℃几分钟），视负荷而定
适用物料	耐高温、耐干燥，敏感于湿度的物品（如玻璃器皿、油类、粉末）	大多数耐热物品（液体、培养基、金属、织物等），但不适用湿敏物料
生物指示物	Bacillus atrophaeus（干热孢子）	Geobacillus stearothermophilus（湿热孢子）
等效灭菌值	使用Fp值（干热等效灭菌累积值），参考T₀≈170–180℃，z值≈20℃	使用F₀值（121℃基准杀菌值），标准z值≈10℃
热分布测试	必需：空载测量腔体温度均匀性，控制±5℃内	必需：空载或最低负荷下检查蒸汽分布/排气效率
热穿透测试	必需：满载时在最不利部位（冷点）测温并计算Fp，确保满足灭菌要求	必需：满载时在冷点测温并计算F₀，确保蒸汽充分接触
最不利部位	腔体或负荷中升温最慢、热传递最困难点，须覆盖在验证中	通常负荷中心或最远蒸汽入口处
湿度要求	过程开始时需脱去腔内余湿（如高温预干燥），保持绝对干燥	固定湿度：要求饱和蒸汽（空气要排尽）
内毒素去除	可进行去热源验证（干热可有效灭活内毒素），参考3-log标准	湿热对内毒素不充分，通常不用于去热源目的
材料影响	避免湿热会造成的锈蚀、腐蚀，但高温易损热敏材料	对某些材料（如某些塑料、药品分子）易造成热水蒸汽损伤

综上，干热和湿热灭菌在验证流程中都有热分布和热穿透测试的需求、BI挑战和F值计算等基本框架，但具体温度条件、指示物种类、产品兼容性和去热源要求等存在显著差异。

参考标准与指南

干热灭菌验证涉及多个国际标准和指导文件。ISO 20857:2010（医疗器械干热灭菌规范）详细规定了干热灭菌工艺的开发、验证和控制要求；在制药领域，USP〈1229.8〉和Ph.Eur.通则5.1.1/5.1.2也涵盖了干热灭菌的基本要求。欧盟GMP《附录1》（2022版）明确指出干热隧道灭菌（如玻璃瓶的干热灭菌）及其冷却区必须通过BI和温度分布试验进行验证，确保冷却区的空气经过HEPA过滤且不会破坏无菌保证。FDA《无菌药品生产指导（2004）》等指南也强调所有灭菌系统（包括干热灭菌炉）的设计和运行必须保证无菌终点。PDA技术报告第3号（2013年版）则提供了干热灭菌/去热源验证的实用建议，强调科学方法和持续监控。总之，干热灭菌验证应参照以上标准和指南的要求，确保采用科学可靠的方法（如“见 ISO20857 第7章”）来证明灭菌过程的有效性。在实际操作中，企业应结合具体产品和设备情况，制定详细的SOP和验证方案，并保存完整的验证记录，以满足法规和质量体系要求。