Вода в фармацевтическом производстве

Воду широко используют как сырье, ингредиент и растворитель в процессах технологической обработки и производстве, а также как компонент в составе лекарственных препаратов, активных фармацевтических ингредиентов (АФИ), промежуточных продуктов и аналитических реактивов

Термин «вода» применяют для обозначения питьевой воды, свеженабранной прямо из источника общественного водоснабжения и пригодной для питья. Воду, которую используют в фармацевтической промышленности и связанных с ней отраслях, делят на следующие виды: вода питьевая (пригодная для питья), вода очищенная, вода очищенная стерильная, вода для инъекций, стерильная вода для инъекций, бактериостатическая вода для инъекций, стерильная вода для ирригаций и стерильная вода для ингаляций. Для всех систем получения вышеперечисленных типов воды,кроме питьевой, необходим процесс валидации.

Химический состав питьевой воды разнообразен, а природа и концентрация примесей в ней зависят от того, из какого источника она взята. Вода, отнесенная к категории «питьевая вода» и предназначенная для таких целей, как предварительное ополаскивание или производство АФИ, должна соответствовать «Основным требованиям к качеству питьевой воды» Управления охраны окружающей среды США или требованиям аналогичных документов соответствующих организаций ЕС и Японии. Для использования в фармацевтических целях питьевую воду в большинстве случав очищают при помощи дистилляции, ионного обмена, обратного осмоса или других процессов, подходящих для производства очищенной воды. Для ряда целей требуется вода, соответствующая фармакопейным требованиям, отличным от тех, которые предъявляются к очищенной воде (например, вода для инъекций).

Стабильность и условия хранения

Вода химически стабильна во всех своих физических состояниях (лед, жидкость и пар). Вода, прошедшая очистку на фармацевтическом предприятии и поступающая в емкость для хранения, должна соответствовать определенным требованиям. Основной задачей при проектировании и в ходе эксплуатации системы хранения и распределения воды является предотвращение отклонения ее качественных показателей от допустимих предельных значений. В частности, система хранения и распределения должна обеспечивать защиту воды от загрязнения ионами и органическими молекулами, которое может привести к увеличению соответственно электропроводности воды и повышению в ней уровня общего органического углерода. Система также должна препятствовать проникновению в воду частиц примесей и микроорганизмов в целях предотвращения микробного роста или сведения его к минимуму. Воду, предназначенную для конкретных целей, необходимо хранить в соответствующих емкостях (табл. 1).

Методы получения

Фармацевтические компании незакупают воду (в отличие от другихвспомогательных веществ) у внешних поставщиков, а очищают еенепосредственно на производстве. Учитывая, что вода природного происхождения содержит целый ряд загрязняющих веществ,для их удаления были разработаны многочисленные технологииобработки. Стандартная схемаочистки воды на фармацевтическом предприятии состоит из нескольких типовых процессов,предназначенных для удаленияразличных компонентов. Выборнаиболее подходящей схемы очистки и общей конструкции установки является решающим фактором в обеспечении производства воды надлежащего качества.

Для получения воды, пригодной для питья, или питьевой, воду, набранную из источника водоснабжения, подвергают обработке при помощи процессов коагуляции, осаждения (осветления) и фильтрования с целью удаления из нее нерастворимых веществ. Затем с помощью таких методов, как аэрация, хлорирование и др., уничтожают находящиеся в воде патогенные микроорганизмы. Очищать воду от живых патогенных микроорганизмов также можно при помощи интенсивного кипячения в течение 15 – 20 мин. Для удаления из воды хлора и разного рода растворенных органических веществ применяют фильтры на основе активированного угля, хотя они могут быть средой для размножения микроорганизмов. Вкусовые качества воды улучшают с помощью аэрации и угольной очистки.

Очищенную воду, подходящую для применения в фармацевтических целях, обычно получают путем очистки питьевой воды с использованием таких процессов, как дистилляция, деионизация и обратный осмос.

Требования к качеству воды для инъекций более строгие, чем к качеству воды очищенной. В связи с этим отличаются и методы приготовления воды (как правило, на последней стадии), обеспечивающей высокие качественные показатели воды для инъекций. В настоящее время способы получения воды для инъекций являются предметом многочисленных дискуссий. В EP 7.0 обозначено, что только дистилляция может гарантировать постоянноe обеспечение надлежащего качества воды для инъекций, однако для получения воды, используемой в других целях («предназначенной для потребления человеком»), допускается использование дистилляции, ионообменных процессов, обратного осмоса или любых других методов, которые позволяют получать продукт, соответствующий требованиям компетентных органов. Фармакопейные статьи USP 32 и JP XV разрешают применение обратного осмоса, дистилляции и ультрафильтрации. В последние 10 – 15 лет обратный осмос стал наиболее распространенным методом получения воды очищенной, используемой для фармацевтических целей; его применяют как завершающую стадию очистки или как процесс предварительной подготовки, предшествующий дистилляции.

Дистилляция – процесс, который подразумевает испарение воды с последующей конденсацией полученного пара. Метод дистилляции является дорогостоящим, однако позволяет удалять почти все органические и неорганические примеси и получать воду очень высокого качества. Кроме того, дистилляция признана наиболее эффективным методом предотвращения загрязнения воды микроорганизмами и эндотоксинами. Для повышения энергоэффективности дистилляцию обычно проводят в многоступенчатых аппаратах, конструкция которых позволяет регенерировать б льшую часть энергии, затраченной на испарение воды. Стандартный выпарной аппарат состоит из испарителя, пароотделителя и компрессора. Дистиллируемую жидкость (загружаемую водопроводную воду) нагревают в испарителе до кипения, в результате чего полученный пар отделяется от исходной жидкости в пароотделителе. Затем пар попадает в компрессор, температура паров в котором достигает 107 °C. Далее перегретый пар конденсируется на внешней поверхности труб испарителя, внутри которых циркулирует прохладная дистиллируемая жидкость.

В продаже имеются термокомпрессионные дистилляторы различных размеров, при правильной установке которых можно производить воду высокого качества. Высококачественный дистиллят, такой как вода для инъекций, можно получить после предварительной деионизации воды. Наиболее надежные дистилляторы изготавливают из нержавеющей стали марок 304 или 316 с покрытием из чистого олова либо из химически стойкого стекла.

Деионизация – ионообменный процесс, основанный на способности некоторых видов синтетических смол к селективной адсорбции катионов или анионов и высвобождению (обмену) других ионов, обусловленному их относительной активностью. Катионо- и анионообменные смолы используют для очистки питьевой воды путем удаления растворенных в ней ионов. Удаляют также растворенные газы, а хлор в тех количествах, в которых он содержится в питьевой воде, нейтрализуют непосредственно ионитом. Некоторое количество органических и коллоидных соединений отделяют с помощью методов адсорбции и фильтрации. Если не принять необходимые меры для предотвращения загрязнения, то слои ионита могут стать средой размножения и роста микроорганизмов и причиной получения пирогенной воды. Еще одним недостатком метода является необходимость использования для регенерации смолы некоторых химических реактивов. В системах непрерывной деионизации, где совмещены процессы ионного обмена и мембранного разделения, для непрерывной регенерации ионообменной смолы используют электрический ток; регенерация осуществляется одновременно с процессом водоподготовки, благодаря чему исключается необходимость применения сильных химических реактивов. В настоящее время аппараты для ионного обмена широко используют в целях подготовки водопроводной воды перед проведением дистилляции или обратного осмоса.

Обратный осмос. Воду принудительно пропускают через полупроницаемую мембрану в направлении, обратном обычной осмотической диффузии. Как правило, используют мембраны с размером пор 0,1 – 1 нм, которые задерживают не только органические соединения, бактерии и вирусы, но и 90 – 99 % всех содержащихся в воде ионов. Обычно применяют двухступенчатые системы обратного осмоса, являющиеся двумя последовательными стадиями фильтрования. Такие системы соответствуют требованиям Фармакопеи США к производству воды очищенной и воды для инъекций. В то же время согласно требованиям Европейской Фармакопеи не допускается использование обратного осмоса в качестве завершающей стадии очистки при получении воды для инъекций.

Мембранная фильтрация. Мембранные фильтры – это фильтры поверхностного типа, которые не пропускают частицы большего размера, чем величина пор передней поверхности полимерной мембраны. В микрофильтрации используют мембраны с порами диаметром 0,1 – 1 мкм, которые могут задерживать частицы пыли, активированного угля, мелкие частицы ионитов и б льшую часть микроорганизмов. Для ультрафильтрации используют мембраны, которые задерживают не только твердые частицы, но также растворенные вещества с высокой молекулярной массой. «Граница отсечки по молекулярной массе задерживаемых компонентов» для таких мембран варьирует в диапазоне 10 000 – 100 000 дальтон, кроме того возможно удаление бактерий, эндотоксинов, коллоидных примесей и крупных органических молекул.  

Некоторые термины и комментарии

Бактериостатическая вода для инъекций в USP 32 определена как стерильная вода для инъекций, в которой содержится один или несколько соответствующих антимикробных консервантов.

Вода, не содержащая углерода диоксид, – вода очищенная, подвергшаяся интенсивному кипячению в течение 5 мин и охлажденная в условиях, препятствующих поглощению углекислого газа из атмосферного воздуха.

Деаэрированная вода – вода очищенная, подвергнутая интенсивному кипячению в течение 5 мин, а затем охлажденная в целях снижения содержания в ней кислорода.

Жесткая вода – вода, содержащая не менее 120 мг / л и не более 180 мг / л солей в пересчете на кальция карбонат.

Мягкая вода – вода, содержащая не более 60 мг / л солей в пересчете на кальция карбонат.

Стерильная вода для ингаляций в USP 32 определена как вода для инъекций стерилизованная и надлежащим образом упакованная. Такая вода не содержит ни антимикробных консервантов, ни других добавленных веществ, за исключением воды, используемой в увлажнителях и других подобных устройствах, а также в случаях, когда существует риск контаминации на протяжении определенного периода времени.

Стерильная вода для инъекций в USP 32 определена как вода для инъекций стерилизованная и надлежащим образом упакованная. Такая вода не содержит ни антимикробных консер«Фармацевтическая отрасль», июнь № 3 (44) 2014 вантов, ни других веществ. Стерильная вода для инъекций в упаковке – это один из материалов, выбранных Фармакопейной дискуссионной группой для гармонизации. Более подробную информацию можно найти в Общей информационной главе <1196> USP 32 Национального формуляра № 27, Общей главе 5.8 Европейской фармакопеи 6.0 наряду с документом State of Work раздела «Европейская фармакопея» сайта EDQM, а также в Общей информационной главе 8 JP XV.

Стерильная вода для ирригаций в USP 32 определена как вода для инъекций стерилизованная и надлежащим образом упакованная. Такая вода не содержит антимикробных консервантов или других веществ.

Вода для инъекций в USP 32 определена как вода для инъекций, очищенная с помощью методов дистилляции или обратного осмоса. Такая вода не содержит добавочных веществ. Монография EP 7.0 называется «Вода для инъекций» и состоит из двух частей: «Вода для инъекций ангро» и «Стерилизованная вода для инъекций». EP 7.0 предписывает производить воду для инъекций только с помощью метода дистилляции.

Вода. Под термином «вода» в Фармакопеях большинства стран подразумевается очищенная или дистиллированная вода. Не прошедшая дальнейшую очистку «вода» может быть непригодной для некоторых фармацевтических целей: например, наличие в воде кальция влияет на вязкость и устойчивость дисперсных растворов альгиновой кислоты и пектина, а использование питьевой воды – на прозрачность и качество микстур от кашля и стабильность жидких лекарственных форм с антибиотиками. В воде, как правило, содержатся соли алюминия, кальция, железа, магния, калия, натрия и цинка. Такие токсичные вещества, как мышьяк, барий, кадмий, хром, цианиды, свинец, ртуть и селен, в избыточных количествах находящиеся в воде, могут быть опасными для здоровья. Противопоказан также прием внутрь воды с высоким содержанием кальция и нитратов. Верхние пределы содержания этих неорганических веществ в питьевой воде обычно определяются национальными стандартами качества. Также устанавливаются ограничения в отношении количества микроорганизмов, ПАВ, фенолов, хлорфенолов и других органических соединений. ВОЗ и национальные организации здравоохранения разработали руководства по обеспечению качества воды, однако во многих странах существуют собственные стандарты качества воды, являющися отдельными законодательными актами.

Адаптировано из Handbook

of Pharmaceutical Excipients 6th ed