Nước tinh khiết USP ngành dược phẩm: Yêu cầu và cách đạt tiêu chuẩn

Việc hiểu rõ Nước tinh khiết USP ngành dược phẩm: Yêu cầu và cách đạt tiêu chuẩn sẽ giúp các nhà sản xuất xây dựng hệ thống xử lý phù hợp, từ nguồn nước đầu vào qua tiền xử lý, thẩm thấu ngược, chưng cất, khử ion EDI, đến khử trùng UV và kiểm soát chất lượng liên tục. Bài viết này trình bày chi tiết các yêu cầu kỹ thuật theo USP, quy trình đạt chuẩn và các biện pháp duy trì chất lượng nước trong suốt quá trình sản xuất dược phẩm tuân thủ GMP.

I. Nước USP ngành dược phẩm là gì?

Trong phạm vi dược phẩm, nước tinh khiết theo Dược điển Hoa Kỳ được hiểu là nguồn nước được xử lý đạt mức độ tinh khiết rất cao về thành phần, không chứa tạp chất hóa học hay vi sinh theo quy định của United States Pharmacopeia.

Quy định này bao gồm yêu cầu về đặc tính chất lượng, mức tinh sạch và an toàn khi dùng trong các công thức dược phẩm, thực phẩm chức năng cũng như trong quy trình tạo thành phẩm. Tôi không thấy thông tin khác ngoài nội dung trên trong đoạn bạn cung cấp.

---> Tham khảo thêm [Xử lý nước thải ngành công nghiệp giấy, chế biến bột giấy]

Thành phần cơ bản:

• Dùng trong pha chế dược phẩm
• Hỗ trợ tái tạo chế phẩm
• Tham gia các quy trình tổng hợp hoạt chất

Chất lượng và mức tinh khiết:

• Áp dụng tiêu chuẩn nghiêm ngặt về chỉ tiêu hóa lý và vi sinh theo mô tả trong Dược điển Hoa Kỳ.
• Kiểm soát tạp chất nhằm giảm nguy cơ ảnh hưởng đến chất lượng thành phẩm.

Phương pháp thử nghiệm:

• Tài liệu tiêu chuẩn mô tả cách kiểm tra, loại thuốc thử và dụng cụ phân tích dùng đánh giá chất lượng.
• Các bước thẩm định được ghi nhận trong nguồn quy định Dược điển.

Phạm vi sử dụng:

• Áp dụng cho thuốc cho người, thuốc thú y.
• Dùng trong chế phẩm thuộc nhóm thực phẩm chức năng.
• Dùng cho các sản phẩm có nguồn gốc sinh học theo mô tả cung cấp.

---> Có thể bạn quan tâm [Lọc cát đa tầng: Thiết kế đúng cách mang lại hiệu quả cao]

II. Chỉ tiêu quan trọng về hóa lý và vi sinh mà nước tinh khiết USP phải đáp ứng

Để nước đạt tiêu chuẩn tinh khiết theo Dược điển Hoa Kỳ, các nhà sản xuất phải tuân thủ nghiêm ngặt các chỉ tiêu về đặc tính hóa lý và chất lượng vi sinh. Mỗi thông số đều có giới hạn cụ thể, được kiểm tra theo phương pháp chuẩn hóa.

2.1. Tiêu chuẩn Hóa lý (Chemical Quality)

Các thông số hóa lý quyết định độ tinh khiết về mặt hóa học của nước USP. Tiêu chuẩn này tập trung vào việc kiểm soát các tạp chất vô cơ, hữu cơ có thể ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm dược phẩm.

Giới hạn ion tạp chất được quy định chặt chẽ trong USP:

Ion tạp chất	Ký hiệu	Giới hạn cho phép
Clorua	Cl⁻	Thấp theo quy định
Sulfat	SO₄²⁻	Thấp theo quy định
Amoni	NH₄⁺	Thấp theo quy định
Nitrat	NO₃⁻	Thấp theo quy định

Cắn khô (Residue on Evaporation) là chỉ số đo lượng chất rắn còn lại sau khi bay hơi nước ở nhiệt độ cao. Giá trị này phản ánh tổng hợp các tạp chất hòa tan không bay hơi, bao gồm cả muối khoáng và hợp chất hữu cơ. Theo tài liệu tham khảo, giới hạn cắn khô phải được kiểm soát ở mức thấp để đảm bảo độ tinh khiết tổng thể.

---> Thông tin quan trọng có thể bạn quan tâm [5 Yếu tố đầu tư hệ thống lọc nước công nghiệp thành công]

2.2. Tiêu chuẩn Vi sinh (Microbiological Quality)

Kiểm soát vi sinh vật trong nước tinh khiết USP là yếu tố quyết định an toàn sản phẩm. Dù không yêu cầu vô trùng như nước pha tiêm, nước tinh khiết vẫn phải duy trì tải lượng vi sinh ở mức kiểm soát.

Tổng số vi khuẩn hiếu khí sống lại được (Total Viable Aerobic Count - TVAC):

• Giới hạn: < 100 CFU/mL (Colony Forming Units per milliliter)
• Phương pháp thử: Theo USP về thử vi sinh
• Tần suất kiểm tra: Định kỳ theo quy trình GMP

Yêu cầu về vi sinh vật gây bệnh:

• Không có vi sinh vật gây bệnh (pathogens) trong mẫu thử
• Đặc biệt kiểm soát các loại như Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus aureus,…
• Áp dụng phương pháp nuôi cấy và định danh vi sinh

Nội độc tố (Endotoxin):

• Là chất gây sốt do vi khuẩn Gram âm sản sinh
• Phương pháp thử: LAL test (Limulus Amebocyte Lysate) theo USP <85>
• Mặc dù nước tinh khiết không quy định giới hạn endotoxin cụ thể như WFI, việc kiểm soát và loại trừ vẫn quan trọng để đảm bảo chất lượng nguồn nước cấp cho các hệ thống khác

Không chất gây sốt (Pyrogen-free) là yêu cầu đặc biệt quan trọng khi nước tinh khiết được dùng làm nguồn cấp cho hệ thống nước pha tiêm. Chất gây sốt bao gồm endotoxin và các pyrogen khác có thể gây phản ứng nhiệt độ ở bệnh nhân.

---> Các thông tin có liên quan về lọc nước công nghiệp [Cặn bám tháp giải nhiệt: 3 Nguyên nhân & Giải pháp]

2.3. Độ dẫn điện (Conductivity)

Độ dẫn điện là chỉ số quan trọng nhất để đánh giá nhanh độ tinh khiết ion của nước USP. Thông số này đo khả năng dẫn điện của nước thông qua các ion hòa tan. Theo USP, độ dẫn điện được đo ở nhiệt độ chuẩn 25°C và phải đáp ứng các mức sau:

Hệ thống đo 3 giai đoạn (Stage 1, 2, 3):

• Giai đoạn 1: Đo tại chỗ, giá trị không vượt quá 1.3 µS/cm (microsiemens per centimeter)
• Giai đoạn 2: Đo trong điều kiện kiểm soát, cho phép tối đa 4.3 µS/cm ở 20°C
• Giai đoạn 3: Xác định bằng phương pháp phòng thí nghiệm

Trong thực tế sản xuất, hầu hết các nhà máy dược phẩm duy trì độ dẫn điện < 1.3 µS/cm để đảm bảo an toàn chất lượng tối ưu. Giá trị thấp hơn chứng tỏ hàm lượng ion hòa tan thấp, tương ứng với độ tinh khiết cao.

---> Có thể bạn quan tâm về [Nước làm mát tháp giải nhiệt: Chống cặn & Ăn mòn]

Giám sát liên tục (Online Monitoring):

• Lắp đặt cảm biến độ dẫn điện tại các điểm quan trọng
• Ghi nhận dữ liệu tự động 24/7
• Cảnh báo ngay khi vượt ngưỡng cho phép
• Ghi chép xu hướng biến động để phát hiện sớm vấn đề hệ thống

Độ dẫn điện tăng bất thường cho thấy:

• Màng thẩm thấu ngược bị hư hỏng hoặc kém hiệu quả
• Hệ thống khử ion EDI cần thay resin
• Nguồn nước đầu vào có vấn đề về chất lượng
• Rò rỉ hoặc nhiễm bẩn trong hệ thống phân phối

---> Có thể bạn quan tâm [Quy trình xử lý nước bể bơi (Hồ bơi) chi tiết từ A-Z]

2.4. Tổng Carbon Hữu cơ (TOC - Total Organic Carbon)

TOC là chỉ số tổng hợp đo lường toàn bộ lượng carbon từ các hợp chất hữu cơ có trong nước. Thông số này phản ánh mức độ nhiễm bẩn hữu cơ tổng thể, bao gồm cả các chất không thể phát hiện bằng phương pháp truyền thống.

Các hợp chất hữu cơ trong nước tinh khiết có thể gây ra nhiều vấn đề:

• Nguồn dinh dưỡng cho vi khuẩn: Thúc đẩy hình thành màng sinh học (biofilm) trong hệ thống phân phối
• Ảnh hưởng tính ổn định: Phản ứng với hoạt chất hoặc tá dược, làm giảm hiệu lực thuốc
• Gây nhiễm bẩn sản phẩm: Tạo tạp chất không mong muốn trong công thức thuốc
• Chỉ báo chất lượng: Phản ánh hiệu quả của hệ thống xử lý nước

---> Hãy tìm hiểu thêm về [Hệ thống lọc RO là gì? Nguyên lý hoạt động chi tiết]

Giới hạn TOC theo USP (643):

• Nồng độ tối đa: ≤ 500 ppb (parts per billion) hoặc ≤ 0.5 ppm (parts per million)
• Phương pháp đo: Oxy hóa carbon hữu cơ thành CO₂, sau đó đo bằng detector hồng ngoại hoặc dẫn điện
• Tần suất thử: Định kỳ theo quy trình kiểm soát chất lượng

Quy trình đo TOC:

• Lấy mẫu nước tinh khiết theo quy trình vô trùng
• Oxy hóa mẫu bằng tia UV hoặc thuốc thử hóa học
• Chuyển tất cả carbon hữu cơ thành carbon dioxide
• Đo lượng CO₂ sinh ra bằng thiết bị phân tích chuyên dụng
• So sánh với tiêu chuẩn cho phép

Các nguồn gây tăng TOC:

• Rò rỉ carbon từ hệ thống lọc than hoạt tính: Khi than hoạt tính bão hòa hoặc chất lượng kém
• Nhiễm bẩn từ vật liệu tiếp xúc: Ống nhựa, gioăng cao su không phù hợp
• Nguồn nước đầu vào có vấn đề: Chứa chất hữu cơ từ ô nhiễm công nghiệp hoặc sinh hoạt
• Phát triển vi sinh trong hệ thống: Biofilm tiết ra các chất hữu cơ

---> Có thể bạn quan tâm [EDI: Công nghệ tạo nước siêu tinh khiết không dùng hóa chất]

2.5. Độ pH quy định

Độ pH của nước tinh khiết USP phải được kiểm soát trong khoảng từ 5.0 đến 7.0 theo quy định. Giá trị này phản ánh tính acid hoặc base của nước, ảnh hưởng trực tiếp đến tính ổn định của nhiều hoạt chất dược phẩm.

Độ pH nằm ngoài phạm vi cho phép có thể:

• Thay đổi độ hòa tan của hoạt chất trong quá trình pha chế
• Gây phân hủy các hợp chất nhạy cảm với pH
• Ảnh hưởng hiệu quả khử trùng: Một số phương pháp khử trùng hoạt động tối ưu ở pH nhất định
• Ăn mòn thiết bị: pH quá thấp có thể ăn mòn thép không gỉ và các vật liệu khác

Phương pháp đo pH:

• Sử dụng máy đo pH điện tử với điện cực chuẩn
• Hiệu chuẩn thiết bị bằng dung dịch đệm chuẩn trước khi đo
• Đo ở nhiệt độ cố định (thường 25°C) để kết quả chính xác
• Ghi nhận và theo dõi xu hướng thay đổi

---> Nếu bạn quan tâm hãy tham khảo [Báo giá máy lọc nước cho nhà máy, nhà xưởng, công ty]

2.6. Kim loại nặng (Heavy Metals)

Kim loại nặng là nhóm tạp chất độc hại nguy hiểm cần được kiểm soát nghiêm ngặt trong nước tinh khiết USP. Các kim loại này có thể tích lũy trong cơ thể người, gây độc tính mạn tính.

Các kim loại nặng quan trọng:

Kim loại	Nguồn nhiễm thường gặp	Ký hiệu	Tác hại
Chì	Đường ống cũ, hàn thiếc	Pb	Độc thần kinh, ảnh hưởng phát triển
Sắt	Phản ứng oxy hóa	Fe	Ăn mòn đường ống sắt, đổi màu sản phẩm
Đồng	Đường ống đồng, thiết bị bằng đồng	Cu	Xúc tác oxy hóa, độc gan
Cadmium	Ô nhiễm công nghiệp	Cd	Độc thận nghiêm trọng

Nước tinh khiết USP yêu cầu giới hạn thấp cho các kim loại nặng, đặc biệt là chì (Pb) và sắt (Fe). Việc kiểm soát này bảo vệ:

• An toàn cho bệnh nhân: Ngăn ngừa tích lũy kim loại nặng qua thuốc
• Chất lượng sản phẩm: Tránh phản ứng không mong muốn với hoạt chất
• Tính ổn định: Nhiều kim loại xúc tác quá trình oxy hóa, làm giảm thời hạn sử dụng

Phương pháp kiểm tra:

• Quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS)
• Quang phổ khối plasma cảm ứng (ICP-MS)
• Phương pháp so màu theo USP (phương pháp truyền thống)

Để đạt giới hạn kim loại nặng thấp, hệ thống xử lý nước phải:

• Sử dụng màng thẩm thấu ngược chất lượng cao để loại bỏ ion kim loại
• Chọn vật liệu phù hợp cho đường ống và thiết bị (thép không gỉ 316L)
• Thực hiện thụ động hóa bề mặt (passivation) định kỳ
• Kiểm soát nguồn nước đầu vào có chất lượng tốt

---> Tham khảo thông tin liên quan [Chống ăn mòn & Cặn bám nồi hơi: 3 Nguyên nhân & Giải pháp]

2.7. Sự hấp thụ UV (UV Absorbance)

Sự hấp thụ tia cực tím là phương pháp phụ trợ để đánh giá độ tinh khiết của nước USP, đặc biệt trong việc phát hiện các hợp chất thơm và hữu cơ không bay hơi.

Các hợp chất hữu cơ có liên kết đôi hoặc vòng thơm hấp thụ ánh sáng UV ở bước sóng đặc trưng (thường 254 nm). Nước tinh khiết không chứa tạp chất hữu cơ sẽ có độ hấp thụ UV rất thấp.

Phương pháp này bổ sung cho phép đo TOC vì:

• Phát hiện nhanh: Cho kết quả trong vài phút
• Không cần hóa chất: Đơn giản và tiết kiệm
• Nhạy với hợp chất thơm: Phát hiện các tạp chất mà TOC có thể bỏ sót

Tuy nhiên, sự hấp thụ UV không thay thế được phép đo TOC vì một số hợp chất hữu cơ không hấp thụ UV mạnh. Hai phương pháp này bổ trợ cho nhau để đảm bảo kiểm soát toàn diện.

---> Thông tin uy tín đáng để bạn quan tâm [Lắp đặt hệ thống lọc nước RO chạy thận nhân tạo đạt chuẩn Bộ Y Tế tại VITEKO]

III. Cách để hệ thống sản xuất nước tinh khiết đạt và duy trì tiêu chuẩn USP

Để sản xuất nước đáp ứng các tiêu chuẩn khắt khe của Dược điển Hoa Kỳ, các nhà sản xuất dược phẩm cần xây dựng hệ thống xử lý toàn diện từ nguồn nước đầu vào cho đến điểm sử dụng cuối cùng. Quy trình này bao gồm nhiều bước kết nối chặt chẽ với nhau.

3.1. Nguồn nước đầu vào

Chất lượng nguồn nước đầu vào quyết định mức độ xử lý cần thiết và hiệu quả của toàn bộ hệ thống. Theo tài liệu tham khảo, nước tinh khiết USP thường được sản xuất từ hai nguồn chính.

Nước máy (Tap Water):

• Đã qua xử lý cơ bản của nhà máy nước
• Chứa clo dư để khử trùng
• Có thể chứa muối khoáng, kim loại và hợp chất hữu cơ
• Chất lượng tương đối ổn định theo thời gian
• Phù hợp cho hầu hết các hệ thống xử lý nước dược phẩm

Nước giếng (Well Water):

• Cần xử lý sơ bộ kỹ lưỡng trước khi đưa vào hệ thống chính
• Có thể chứa sắt, mangan, độ cứng cao
• Chất lượng biến động theo mùa và điều kiện địa chất
• Cần phân tích định kỳ để theo dõi thay đổi
• Yêu cầu hệ thống tiền xử lý mạnh hơn

Phân tích nguồn nước đầu vào là bước quan trọng để thiết kế hệ thống phù hợp:

• Tổng chất rắn hòa tan (TDS)
• Độ cứng (hardness) do Ca²⁺, Mg²⁺
• Clo dư (residual chlorine)
• Sắt, mangan
• TOC và các chất hữu cơ
• Silica hòa tan
• Vi sinh vật

---> Tham khảo các hệ thống lọc nước công nghiệp chất lượng của VITEKO [TẠI ĐÂY]

3.2. Tiền xử lý (Pre-treatment)

Tiền xử lý là giai đoạn bảo vệ cho các thiết bị chính, đặc biệt là màng thẩm thấu ngược và hệ thống khử ion. Mục tiêu là loại bỏ các tạp chất thô có thể làm tắc nghẽn, ăn mòn hoặc làm hỏng thiết bị đắt tiền.

Đây là bước lọc cơ học đầu tiên, sử dụng nhiều lớp vật liệu lọc:

• Lớp trên cùng: Đá anthracite (than đá) - lọc hạt lớn
• Lớp giữa: Cát thạch anh - lọc hạt trung bình
• Lớp dưới: Garnet - lọc hạt mịn
• Chức năng: Giữ lại các hạt lơ lửng, đục, bùn cát

Lọc đa phương tiện loại bỏ:

• Cặn lơ lửng và đục
• Bùn, sét
• Gỉ sắt
• Tảo và vi sinh vật kích thước lớn

Than hoạt tính có bề mặt riêng cực lớn (500-1500 m²/g), tạo ra khả năng hấp phụ mạnh:

• Loại bỏ clo dư: Bảo vệ màng thẩm thấu ngược khỏi bị oxy hóa
• Hấp phụ chất hữu cơ: Giảm TOC đầu vào
• Khử mùi, màu: Cải thiện cảm quan
• Loại bỏ một số thuốc trừ sâu: Tăng độ an toàn

---> Nội dung liên quan nên tham khảo [Công nghệ xử lý nước cấp cho nhà máy chế biến sữa]

Hai loại than hoạt tính thường dùng:

• Than hoạt tính dạng hạt (GAC - Granular Activated Carbon): Sử dụng trong cột lọc, tuổi thọ dài
• Than hoạt tính dạng bột (PAC - Powdered Activated Carbon): Cho vào xử lý hàng loạt

Hệ thống làm mềm sử dụng resin trao đổi cation để loại bỏ ion gây cứng:

• Thay thế Ca²⁺ và Mg²⁺ bằng Na⁺
• Ngăn ngừa cặn muối: Bảo vệ màng thẩm thấu ngược khỏi bị đóng cặn
• Tăng tuổi thọ thiết bị: Giảm ăn mòn và tích tụ muối

Quy trình tái sinh resin:

• Ngâm rửa bằng dung dịch NaCl đậm đặc
• Rửa sạch dung dịch NaCl dư
• Đưa vào vận hành tiếp

---> Tham khảo thêm [Thông tin chi tiết về hóa chất khử Oxy cho nước nồi hơi]

3.3. Lọc tinh (Purification)

Sau khi qua tiền xử lý, nước tiếp tục vào giai đoạn lọc tinh - nơi độ tinh khiết được nâng lên đáp ứng tiêu chuẩn USP. Ba công nghệ chính được sử dụng.

Thẩm thấu ngược là công nghệ trụ cốt trong hầu hết các hệ thống sản xuất nước tinh khiết USP. Nguyên lý hoạt động:

• Sử dụng áp suất cao (10-40 bar) để đẩy nước qua màng bán thấm
• Màng RO có lỗ cực nhỏ (0.0001 micron), chỉ cho phân tử nước đi qua
• Giữ lại 95-99% muối khoáng, ion, vi khuẩn và các tạp chất khác

Ưu điểm của RO:

• Hiệu quả cao: Loại bỏ hầu hết tạp chất trong một bước
• Chi phí vận hành thấp: Không cần nhiều hóa chất
• Loại bỏ vi sinh vật: Màng RO giữ lại vi khuẩn, virus
• Linh hoạt: Có thể thiết kế nhiều cấp RO cho độ tinh khiết cao hơn

Cấu hình hệ thống RO:

• RO một cấp: Cho nước có TDS thấp (< 500 ppm)
• RO hai cấp: Cho nước có TDS cao hoặc yêu cầu độ tinh khiết rất cao
• RO và trên hai cấp: Tăng khả năng loại bỏ tạp chất khó

Bảo trì màng RO:

• Rửa hóa học định kỳ (CIP - Clean In Place): 3-6 tháng/lần
• Thay màng: 3-5 năm tùy điều kiện vận hành
• Giám sát hiệu suất: Theo dõi độ dẫn điện nước sản phẩm, lưu lượng, áp suất

---> Tham khảo thêm [Kiểm soát chất lượng nước cấp trong nhà máy điện tử]

Chưng cất là phương pháp truyền thống nhưng vẫn được sử dụng rộng rãi, đặc biệt khi sản xuất nước pha tiêm WFI. Quy trình:

• Đun sôi nước ở 100°C
• Hơi nước tách ra, để lại tạp chất
• Ngưng tụ hơi nước thành nước cất tinh khiết
• Thu nước cất và loại bỏ phần đầu-đuôi

Hiệu quả rất cao:

• Loại bỏ hầu hết ion, kim loại nặng
• Loại bỏ vi khuẩn, nội độc tố
• Giảm TOC xuống mức rất thấp
• Đặc biệt hiệu quả với chất gây sốt (pyrogen)

Nhược điểm:

• Chi phí năng lượng cao: Cần nhiều nhiệt để đun sôi
• Tốc độ sản xuất chậm: So với RO
• Cần bảo trì thường xuyên: Đóng cặn trong nồi đun

EDI là công nghệ hiện đại kết hợp trao đổi ion và điện phân để loại bỏ các ion còn lại sau RO:

• Sử dụng dòng điện một chiều để di chuyển ion qua màng
• Resin trao đổi ion được tái sinh liên tục bằng điện phân nước
• Không cần hóa chất tái sinh như hệ thống khử ion truyền thống

Ưu điểm của EDI:

• Không cần hóa chất: Thân thiện môi trường, giảm chi phí
• Hoạt động liên tục: Không cần dừng để tái sinh
• Nước sản phẩm cực tinh khiết: Độ dẫn điện < 0.1 µS/cm
• Vận hành tự động: Giảm can thiệp thủ công

---> Thông tin quan trọng [Tiêu chuẩn nước sản xuất thực phẩm theo QCVN]

3.4. Khử trùng và Kiểm soát vi sinh

Ngay cả sau khi loại bỏ hầu hết vi sinh vật qua RO và chưng cất, nước tinh khiết vẫn cần các biện pháp khử trùng bổ sung để duy trì tải lượng vi sinh dưới giới hạn cho phép (< 100 CFU/mL).

Đèn UV là phương pháp khử trùng không hóa chất được sử dụng rộng rãi:

• Phát ra tia UV bước sóng 254 nm
• Phá hủy DNA/RNA của vi khuẩn, virus, nấm men
• Làm mất khả năng sinh sản của vi sinh vật
• Không để lại tàn dư hóa chất

Vị trí lắp đặt đèn UV:

• Sau hệ thống RO/EDI: Khử trùng nước sản phẩm
• Trong vòng tuần hoàn: Kiểm soát vi sinh liên tục
• Trước điểm sử dụng: Khử trùng cuối cùng

Yêu cầu kỹ thuật:

• Liều UV tối thiểu: 30-40 mJ/cm²
• Đèn UV phải thay định kỳ: 9000-12000 giờ hoạt động
• Cảm biến UV monitor để theo dõi cường độ

Lọc vi sinh (Microbial Filtration):

• Màng lọc vi sinh có kích thước lỗ 0.2-0.45 micron:
• Giữ lại vi khuẩn: Ngay cả khi chúng còn sống
• Thường lắp đặt tại điểm sử dụng (point of use)
• Cần thay thế thường xuyên: 3-6 tháng

---> Cùng VITEKO [Hướng dẫn cách chọn màng lọc RO phù hợp cho doanh nghiệp]

Lọc vi sinh không diệt vi khuẩn mà chỉ ngăn chúng đi qua, do đó:

• Phải kết hợp với các phương pháp khác (UV, vòng tuần hoàn nóng)
• Cần kiểm tra tính toàn vẹn màng định kỳ (integrity test)

Các phương pháp khác:

• Vòng tuần hoàn nóng: Duy trì nhiệt độ 70-80°C để ức chế vi sinh (sẽ trình bày chi tiết ở mục 3.5)
• Khử trùng bằng ozone: Oxy hóa mạnh, nhưng phải loại bỏ ozone dư trước khi sử dụng
• Khử trùng nhiệt: Sử dụng hơi nước nóng 121°C cho toàn hệ thống

3.5. Lưu trữ và phân phối

Sau khi sản xuất, nước tinh khiết USP cần được lưu trữ và phân phối đúng cách để duy trì chất lượng cho đến điểm sử dụng. Hệ thống này phải được thiết kế để ngăn ngừa tái nhiễm.

Theo các tài liệu và dữ liệu ngành, thép không gỉ 316L (Stainless Steel 316L) là vật liệu tiêu chuẩn cho:

• Bồn chứa nước tinh khiết
• Đường ống phân phối
• Van, khớp nối, đầu lấy mẫu
• Các bề mặt tiếp xúc với nước

Lý do chọn thép không gỉ 316L:

• Không ăn mòn: Ổn định với nước tinh khiết
• Không giải phóng ion kim loại: Giữ độ tinh khiết
• Dễ làm sạch: Bề mặt nhẵn, không bám bẩn
• Chịu nhiệt tốt: Cho phép khử trùng bằng hơi nước hoặc nước nóng

Vật liệu không được phép:

• Thép cacbon: Dễ gỉ, giải phóng sắt
• Đồng: Giải phóng ion Cu²⁺
• Nhựa PVC thông thường: Giải phóng chất hữu cơ
• Cao su thường: Chứa chất hóa dẻo

---> Tham khảo thêm [Kiểm định hệ thống nước dược phẩm: Quy trình IQ, OQ, PQ] Chi tiết

Tuần hoàn nhiệt độ thấp (< 25°C):

• Giữ nhiệt độ dưới 25°C bằng hệ thống làm lạnh
• Hạn chế phát triển vi sinh: Vi khuẩn phát triển chậm ở nhiệt độ thấp
• Kết hợp với UV trong vòng tuần hoàn
• Phù hợp cho các hệ thống không thể vận hành ở nhiệt độ cao

Tuần hoàn nhiệt độ cao (70-80°C):

• Duy trì nước ở 70-80°C liên tục
• Ức chế mạnh vi sinh vật: Hầu hết vi khuẩn không sống được
• Ngăn hình thành biofilm: Nhiệt độ cao phá vỡ màng sinh học
• Tiết kiệm chi phí khử trùng định kỳ
• Yêu cầu cách nhiệt đường ống tốt

Lưu lượng tuần hoàn:

• Duy trì vận tốc dòng chảy > 1 m/s: Tạo dòng rối, ngăn bám bẩn
• Toàn bộ thể tích nước tuần hoàn qua bộ lọc UV mỗi giờ

---> Thông tin nên tham khảo [Điều chỉnh pH nước: Hóa chất & Thiết bị phù hợp]

3.6. Vận hành và bảo trì

Để duy trì chất lượng nước tinh khiết USP ổn định, cần có chương trình vận hành và bảo trì nghiêm ngặt. Đây là yếu tố quyết định sự thành công của hệ thống.

Khử trùng bằng nước nóng (Hot Water Sanitization):

• Phương pháp phổ biến nhất
• Tuần hoàn nước ở 80-85°C trong 30-60 phút
• Diệt hầu hết vi khuẩn và phá vỡ biofilm
• Tần suất: Hàng tuần hoặc khi phát hiện vi sinh tăng

Khử trùng bằng hóa chất:

• Sử dụng ozone, hydrogen peroxide, hoặc peracetic acid
• Hiệu quả với biofilm cứng đầu
• Phải rửa sạch hoàn toàn hóa chất dư trước khi đưa vào sản xuất
• Tần suất: Hàng tháng hoặc theo kế hoạch

Khử trùng bằng hơi nước (Steam Sterilization):

• Sử dụng hơi nước bão hòa 121-134°C
• Hiệu quả tuyệt đối, diệt cả bào tử
• Chỉ áp dụng cho hệ thống được thiết kế chịu nhiệt
• Thường dùng cho hệ thống WFI

---> Hãy tham khảo thêm thông tin [Nanofiltration: Công nghệ lọc Nano (NF) hiện đại]

Sau mỗi lần khử trùng:

• Rửa sạch hệ thống bằng nước tinh khiết
• Lấy mẫu kiểm tra chất lượng trước khi đưa vào sản xuất
• Ghi chép đầy đủ vào nhật ký bảo trì

Kết quả thử nghiệm được:

• So sánh với giới hạn cảnh báo (alert level) và giới hạn hành động (action level)
• Phân tích xu hướng để phát hiện sớm vấn đề
• Lưu trữ theo yêu cầu GMP (thường 5 năm trở lên)

Bảo trì thiết bị định kỳ:

Thiết bị	Hoạt động bảo trì	Tần suất
Màng RO	Rửa hóa học (CIP)	3-6 tháng
	Thay màng	3-5 năm
Than hoạt tính	Thay than mới	6-12 tháng
Resin làm mềm	Tái sinh	Hàng ngày/tuần
Đèn UV	Thay bóng đèn	9000-12000 giờ
	Vệ sinh ống thạch anh	3-6 tháng
Resin EDI	Kiểm tra hiệu suất	Hàng tháng
	Thay resin (nếu cần)	3-5 năm
Bơm	Kiểm tra seal, bearing	6 tháng
Van	Kiểm tra hoạt động	3-6 tháng

Mọi hoạt động bảo trì phải:

• Được lập kế hoạch trước
• Thực hiện bởi nhân viên được đào tạo
• Ghi chép đầy đủ trong nhật ký bảo trì
• Xác nhận lại chất lượng nước sau bảo trì

3.7. Kiểm soát và thử nghiệm chất lượng

Hệ thống kiểm soát chất lượng toàn diện là yếu tố quyết định việc nước tinh khiết luôn đáp ứng tiêu chuẩn USP. Chương trình này phải tuân thủ các nguyên tắc GMP và được thiết kế dựa trên đánh giá rủi ro.

USP (71) - Thử độ vô trùng và giới hạn vi sinh:

• Phương pháp đếm khuẩn lạc trên môi trường thạch
• Nuôi cấy ở 30-35°C trong 48-72 giờ
• Đếm số khuẩn lạc (CFU) và tính CFU/mL
• Giới hạn chấp nhận: < 100 CFU/mL

---> Xem thêm về [Công nghệ EDI kết hợp RO: Giải pháp tạo ra nước siêu tinh khiết]

USP <85> - Thử nội độc tố vi khuẩn:

• Phương pháp LAL (Limulus Amebocyte Lysate)
• Dựa trên phản ứng của endotoxin với lysate từ máu cua móng ngựa
• Các kỹ thuật: gel-clot, turbidimetric, chromogenic
• Kết quả tính bằng EU/mL (Endotoxin Units per milliliter)

USP <643> - Tổng Carbon Hữu cơ:

• Phương pháp oxy hóa carbon thành CO₂
• Đo CO₂ bằng detector hồng ngoại hoặc conductivity
• Giới hạn: ≤ 500 ppb
• Cần hiệu chuẩn thiết bị bằng chuẩn TOC

USP <645> - Độ dẫn điện:

• Đo bằng conductivity meter hiệu chuẩn
• Đo ở nhiệt độ chuẩn hoặc có bù nhiệt độ
• Áp dụng công thức hiệu chỉnh theo nhiệt độ nếu cần

Xác định các điểm kiểm soát quan trọng (Critical Control Points - CCPs):

• Sau màng RO: Kiểm soát độ dẫn điện
• Sau EDI: Kiểm soát độ tinh khiết ion
• Sau UV: Kiểm soát vi sinh
• Tại điểm sử dụng: Kiểm soát tất cả thông số

---> Tham khảo thêm [Báo giá máy lọc nước cho nhà máy, nhà xưởng, công ty]

Thiết lập giới hạn cảnh báo và hành động:

Thông số	Giới hạn USP	Alert Level	Action Level
Độ dẫn điện	≤ 1.3 µS/cm	1.0 µS/cm	1.2 µS/cm
Vi sinh	< 100 CFU/mL	50 CFU/mL	75 CFU/mL
TOC	≤ 500 ppb	400 ppb	450 ppb

Tất cả kết quả kiểm soát chất lượng phải:

• Ghi chép đầy đủ, chính xác, kịp thời
• Có chữ ký người thực hiện và người kiểm tra
• Lưu trữ theo yêu cầu GMP (ít nhất 5 năm)
• Sẵn sàng cho thanh tra cơ quan quản lý

Validation và Qualification, trước khi đưa vào sản xuất, hệ thống nước phải:

• IQ (Installation Qualification): Xác nhận lắp đặt đúng thiết kế
• OQ (Operational Qualific ation): Xác nhận hoạt động đúng thông số
• PQ (Performance Qualification): Xác nhận sản xuất nước đạt chất lượng ổn định

Sau validation, cần tái validation định kỳ (thường 1-3 năm/lần) hoặc sau thay đổi lớn về hệ thống.

---> Danh mục sản phẩm hệ thống xử lý nước thải ngành công nghiệp giấy, chế biến bột giấy [TẠI ĐÂY]

IV. Ứng dụng chính của nước USP

Nước tinh khiết USP đóng vai trò không thể thay thế trong toàn bộ quy trình sản xuất dược phẩm. Từ việc pha chế nguyên liệu đến làm sạch thiết bị, nước tinh khiết ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng và an toàn của sản phẩm cuối.

4.1. Sản xuất các sản phẩm dược phẩm không dùng đường tiêm

Nước tinh khiết USP là thành phần chính trong nhiều dạng bào chế:

• Thuốc uống dạng lỏng: Sirô, dung dịch uống, hỗn dịch
  • Nước chiếm 60-90% thể tích sản phẩm
  • Hòa tan hoạt chất và tá dược
  • Ảnh hưởng đến độ ổn định và thời hạn sử dụng
• Thuốc bôi ngoài da: Kem, gel, dung dịch bôi, nhũ tương
  • Nước tạo nền cho pha phân tán
  • Ảnh hưởng đến độ pH và tính thẩm thấu qua da
  • Cần kiểm soát vi sinh nghiêm ngặt vì tiếp xúc trực tiếp với da

4.2. Pha chế, hòa tan các nguyên liệu dược phẩm

Trong quá trình sản xuất, nước tinh khiết được dùng để:

• Hòa tan hoạt chất: Tạo dung dịch đồng nhất trước khi chế biến
• Pha loãng nguyên liệu đậm đặc: Điều chỉnh nồng độ về mức cần thiết
• Rửa nguyên liệu thô: Loại bỏ tạp chất hòa tan trong nước
• Chiết xuất thảo dược: Làm dung môi chiết xuất các thành phần hoạt tính

---> Nếu doanh nghiệp ở Hà Nội, có thể sẽ quan tâm [Báo giá máy lọc nước công nghiệp tại Hà Nội]

Chất lượng nước ảnh hưởng trực tiếp đến:

• Độ hòa tan của hoạt chất
• Tốc độ phản ứng trong quá trình tổng hợp
• Độ ổn định của dung dịch hoạt chất
• Hiệu suất sản xuất tổng thể

4.3. Vệ sinh, làm sạch thiết bị sản xuất

Nước tinh khiết USP là môi trường rửa cuối cùng sau khi làm sạch thiết bị:

• Bồn trộn, bồn phản ứng: Sau mỗi mẻ sản xuất
• Đường ống dẫn: Hệ thống CIP (Clean In Place)
• Máy đóng gói: Các bề mặt tiếp xúc sản phẩm
• Dụng cụ cầm tay: Thìa khuấy, dao, kẹp

Quy trình làm sạch thiết bị thường theo trình tự:

• Rửa sơ bộ bằng nước thường
• Rửa bằng dung dịch tẩy rửa (kiềm, acid, hoặc chất tẩy rửa đặc biệt)
• Rửa trung gian bằng nước tinh khiết: Loại bỏ hóa chất tẩy rửa
• Rửa cuối cùng bằng nước tinh khiết: Đảm bảo không còn tàn dư

Sau bước rửa cuối, cần:

• Lấy mẫu nước rửa cuối để kiểm tra độ sạch
• Xác nhận không còn tàn dư hoạt chất của mẻ trước
• Đảm bảo không còn tàn dư chất tẩy rửa
• Đạt tiêu chuẩn TOC cho phép

4.4. Làm sạch ban đầu cho các thiết bị cần vô khuẩn

Khi thiết bị cần đạt trạng thái vô trùng, quy trình bao gồm:

• Rửa sạch bằng nước tinh khiết USP
• Khử trùng bằng hơi nước hoặc hóa chất
• Rửa cuối bằng nước pha tiêm WFI vô khuẩn

Nước tinh khiết USP đóng vai trò chuẩn bị ban đầu để giảm tải lượng vi sinh trước khử trùng.

4.5. Nguồn nước cấp cho hệ thống WFI và hơi nước sạch

Nước tinh khiết USP là nguyên liệu đầu vào để sản xuất:

• Nước pha tiêm (WFI): Qua chưng cất hoặc RO nhiều cấp + ultrafiltration
• Hơi nước sạch (Clean Steam): Dùng cho khử trùng thiết bị vô khuẩn

Chất lượng nước tinh khiết ảnh hưởng đến:

• Hiệu quả của quá trình sản xuất WFI
• Tuổi thọ thiết bị chưng cất
• Chi phí năng lượng trong quá trình chưng cất

Việc đạt được và duy trì các tiêu chuẩn nghiêm ngặt này đòi hỏi đầu tư đồng bộ vào công nghệ xử lý hiện đại (thẩm thấu ngược, chưng cất, khử ion EDI, khử trùng UV), hệ thống lưu trữ phân phối bằng thép không gỉ 316L, cùng với chương trình kiểm soát chất lượng chặt chẽ theo các phương pháp USP <71>, <85>, <643>.

Đặc biệt, các nhà sản xuất cần xây dựng văn hóa tuân thủ GMP trong toàn bộ quy trình - từ đào tạo nhân viên, vận hành hệ thống, bảo trì định kỳ, đến ghi chép tài liệu đầy đủ.

Việc áp dụng “Nước tinh khiết USP ngành dược phẩm: yêu cầu và cách đạt tiêu chuẩn” giúp nhà sản xuất đáp ứng đúng yêu cầu chất lượng, giảm thiểu rủi ro từ tạp chất và vi sinh khi pha chế hoặc tái tạo dược phẩm. Nếu bạn cần tư vấn kỹ thuật chi tiết hoặc hệ thống xử lý đạt tiêu chuẩn, hãy liên hệ VITEKO ngay qua Hotline 091 897 6655 (Miền Nam) / Hotline 093 345 5566 (Miền Bắc).