总有机碳检测法在药品生产清洁验证中的运用

高鑫磊 2023-10-08

主要探讨和研究利用总有机碳（TOC）检测法进行药品生产后的清洁验证，通过举例介绍TOC检测法实际应用在各类药品生产环节中的优势，分析该检测方法在药品行业的发展现状和趋势。

药品生产工艺通常包含多个流程，一整条药品生产线通常包含各个工艺阶段的不同设备。由于生产线造价高昂、设备占地面积大，通常同类型、同剂型、同一车间生产的不同品种的药品，存在共用生产设备或者生产线的情况。《药品生产质量管理规范》（ Good Manufacturing Practice of Medical Products ， GMP ）和国际人用药品注册技术协调会（ International Council for Harmonization of Technical Requirements for Pharmaceuticals for Human Use ， ICH ）针对生产设备的清洗均提出了相关的条款，规定共线生产时不得对其他药品的安全性和质量造成任何不良影响，共线生产时的风险评估也是 GMP 检查和认证中必不可少的内容。所以，在设备完成批量生产后或者切换品种的清场时，应对设备外表面进行有效的清洗，以避免交叉污染。国内外的企业及其监管机构都非常关注如何使用准确、简便、迅速的检测方法对残留物质进行分析和检测。

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设备清洁验证的原理和特点

设备清洁的目标是设备清洗处理后，设备表面的任何残留物（含微生物）的量，不会影响下一批产品的质量及安全性。清洁验证就是通过采集设备表面的擦拭物或淋洗水等样品进行分析，确认设备表面残留物质是否达到可接受水平的活动。通过清洁验证可确认设备是否已按照规程进行清洁以及是否能够达到清洁标准。为了有效防止药物受到污染或交叉污染、保证设备按照标准的规程进行清洁以及清洁后残留活性成分（主要包括活性组分、清洁剂、微生物等）含量不会直接影响下一批产品的质量和安全性，本研究主要探索活性组分的残留，即主药残留的检测方法，分析总有机碳（Total Organic Carbon，TOC）检测法在药品生产领域的应用情况。

目前，清洁验证普遍采用色谱法（高效液相色谱法、气相色谱法、薄层色谱法）、紫外-可见光谱法、滴定法、电导率法以及TOC检测法等方法进行。其中，高效液相色谱法、气相色谱法、紫外-可见光谱法、滴定法仅针对多组分产品中某一种或者某一类成分进行定量检测，而TOC检测法能对所有含碳有机物进行检测。因此，可以建立统一针对制剂中全部有机成分的检测方法，避免不同成分建立不同检测方法的弊端。

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TOC检测法的原理和特点

TOC的测定和计算需要通过专属仪器—TOC分析仪进行。TOC分析仪是通过紫外线将水溶液中的碳原子氧化为CO₂，并测定其含量，再利用CO₂与TOC之间的对应关系，对水溶液中的TOC进行换算，测定水中TOC的含量。

目前，TOC检测法被广泛应用于水质的测定，其结果作为判断水质是否达到清洁级别标准的重要指标。药品生产设备清洁主要采用纯化水，清洁后的淋洗水可作为清洁验证的样品，水质检测采用TOC检测法也较为合适和简便。TOC检测法可对清洗设备中的大部分杂质和残留物（所有含碳有机化合物）进行分析。1993年发布的清洁验证监测指南、公开发表的研究均表明，用TOC检测污染物的残留是适宜的。我国2005年版《中国药典》也采用了TOC检测法。近年来，国内企业采用TOC检测法检测水中有机碳的含量，并广泛地应用于药品生产的清洁验证。

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TOC检测法在医药生产领域的应用

3.1

抗生素的清洁验证

抗生素泛指各种微生物（包括各种真菌、细菌、放线菌和霉属）或者高等动植物产生的具有抗病原体或其他活性的一类次级抗体代谢物的产物，能直接或间接干扰细胞发育功能的化学物质。

目前，国际上应用最广泛的抗生素为头孢菌素类抗生素。由于头孢菌素类抗生素具有一定的不稳定性，在设备的清洁过程中，在特定的环境和条件下，容易发生降解和裂解。其中的一部分或全部可能会被转化成其他的化学降解物和一些小分子有机物，从而残留在生产设备的表面。另外，这些设备的表面也容易残留所用的清洁剂。因此，残留物的化学成分比较复杂^[1]。若是采用常规的高效液相法分析，不但依赖标准品、测定时间较长，而且只针对已确定的目标化合物和已确定的降解杂质，不涵盖设备表面的全部有机物，设备表面残留测得的数据具有一定的局限性，同时，高效液相法的检测水平也会影响目标化学物质，其灵敏度在几十mg/kg，难以适应低微量物质的检测。TOC检测法可测定有机物总量，无论是头孢抗生素本身还是其降解产物，都能够被响应，在清洁过程中，如果使用了清洁剂，残留的清洁剂也具有响应值。TOC法灵敏度高，检测限一般在10^-9级别；且一个样品的检测时间只需要5~20 min，而高效液相检测需要进行复杂的系统检测和样品分析，进行一次测定需要花费数小时。

华北制药河北华民的王冕等^[1]以头孢呋辛钠为研究对象，对TOC检测法进行了方法学验证，在方法成立的基础上，分别采用TOC检测法和高效液相色谱法对生产后的设备样品进行对比分析，为排除取样方法造成的干扰，试验对擦拭棉和淋洗水两种取样方式均进行了验证，所得数据表明：与传统的色谱方法相比，TOC检测法更适用于清洁验证的残留物检测。

浙江海正药业的陶雪筠等^[2]以妥布霉素为研究对象，对TOC检测法进行了方法学验证。对擦拭棉和淋洗水两种方式取得的样品分别进行了系统适应性试验和回收率试验，所得数据表明：TOC检测法可用于妥布霉素生产设备清洁验证。

3.2

氨基酸的清洁验证

氨基酸是构成生物体的蛋白质，属于含碳有机物，大部分氨基酸易溶于水，可使用TOC法测定浓度。氨基酸含量的常用检测方法有高效液相色谱法、氨基酸分析仪法和薄层色谱法。高效液相色谱法或氨基酸分析仪这两种方法虽然准确度和专属性较高，但是前期准备工作复杂，检测耗时长。薄层色谱法为定性或半定量的方法，虽然快速，但准确性和精确度不高，不利于结果判断。

南宁赢创美诗药业有限公司的陈伟^[3]以缬氨酸、亮氨酸、甘氨酸为研究对象，采用淋洗水取样法，对水样进行TOC测定，所得数据表明，采用TOC检测法对氨基酸进行分析，操作便捷，数据准确度、灵敏度较高，容易快速获得准确的结果。

3.3

中药制剂的清洁验证

中药制剂是以中药饮片、中药提取物为原料进行提取、浓缩、成型等连续工艺制成的产品，由于其组分来源的复杂性和不明确性，中药制剂的成分也比化学药品复杂和不明确，相关成分含量测定的方法也较为繁杂^[4]。中药制剂的主要成分源于动植物和矿物质，经纯化和提取后制成制剂，通常具有较深的颜色，可采用目检和比色法进行清洁检查。气相色谱法、高效液相色谱法、紫外-可见分光光度法、薄层色谱法通常可用于测定主要成分确定的中药制剂，其质量标准中均有明确的有效成分鉴别和含量检测方法，但需要根据残留物的特性分别选择方法，费时费力，并且容易遗漏一些成分不明确的活性残留物质，采用TOC检测法检测中药制剂设备清洁验证的残留，具有省时、省力、节能低耗、环保减排等明显的技术优势^[5]。

上海交通大学医学院附属仁济医院的孟焱等^[6]以黄芩注射液为研究对象，对TOC检测法进行了方法学验证。试验对擦拭棉和淋洗水两种取样方式均进行了考察，检出限、精密度、回收率、线性关系均良好。黄芩注射液的溶剂含吐温80，残留物可能同时存在活性成分残留和溶剂残留以及清洁剂残留等多种组合的情况，作为实验对象非常具有代表性，结合生产效率与检测结果来考虑，TOC检测法可用于中药注射剂的清洁验证。

3.4

糖类电解质输液产品的清洁验证

糖类电解质输液产品用于不能通过口服方式进行给药或者在口服过程中不能完全摄入药物的病人，为其提供足够的水分与适量的电解质，并且补给一定的能量。糖类电解质输液产品的活性物质主要为有机成分（如葡萄糖、果糖等）和无机电解质类（氯化钠、氯化钾等）。目前，针对糖类电解质输液清洁验证的常用检测方法有高效液相色谱法、紫外吸收光谱法、气相色谱法、滴定法，这些方法仅对单一成分进行定量检测，虽然可通过电导率法测定，但由于有机成分和无机电解质的残留均可对电导率产生影响，电导率法的限度规定通常不会较为严格，且影响因素较多，无法得到残留物的准确数据，仅作为辅助判断方法。

中国大冢制药有限公司的李正艳等^[7]以混合糖电解质注射液为研究对象，采用TOC法检测处方中的有机成分，采用总氯量（氯化物）法检测无机电解质类，简化传统常规分析方法对多组分产品生产线的清洁验证。取样方法为淋洗法，根据混合糖处方中主要活性成分的含量计算，得到淋洗水中TOC和总氯量的残留限值，并对其进行验证。通过方法学验证，可确认使用TOC法和氯化物鉴别法相结合的方法对混合糖电解质类注射液进行清洁验证是有效可行的。其中，TOC检测法具有良好的专属性和溶液稳定性，检测限、定量限能够满足要求。因此，同时采用TOC检测法与氯化物鉴别法，可应用于混合糖电解质注射液类产品生产设备的清洁验证，无需针对多组分产品的各组分分别建立检测方法，避免出现残留项部分漏检的情况，保证了数据的准确性和专属性。

3.5

疫苗制品的清洁验证

疫苗是一种为了预防和控制传染病的发生与流行，用于人体预防接种的预防性生物制品。疫苗制品的生产工艺与常规药品的制备工艺相比较为复杂，因此在生产过程中，对生产设备残留物的要求也更加严格。疫苗制品所使用的原辅料多为具备生物活性的物质，整个工艺过程均存在较高的风险，设备清洁难度大。为了保证制品的安全性、有效性，必须做好清洁验证。疫苗制品的主要活性成分是蛋白质。用于测定蛋白质的常规方法为酶联免疫结合法，采用双抗体夹心捕获抗原（残留物），加入酶标二抗结合后，可催化使底物显色。通过计算供试品、阴性对照、阳性对照等的OD值，判定样品中是否存在相应的抗原。TOC检测法是以碳（C）的含量换算水中有机物的总量，其结果以TOC（C）的质量浓度（mg/L）表示，蛋白质的含量也可通过碳含量计算推得。因此，采取TOC法检测蛋白质残留含量也具备可行性。国内已有多个公司的团队对TOC测定法在疫苗生产清洁验证中的应用进行了验证，证明了TOC法用于疫苗生产的清洁验证具备可行性。

辽宁成大生物股份有限公司的李昕等^[8]以狂犬病疫苗、乙型脑炎灭活疫苗等为实验对象，对不同浓度的疫苗溶液进行TOC检测法与蛋白质含量检测法的对比，实验结果表明：蛋白质含量检测方法检量限较高，在10^-4mg/mL量级下未检出，而TOC测定法在10^-6mg/mL量级下仍能检出，对微量残留更加适用。

成都生物制品研究所的谢姗姗等^[9]以无细胞百日咳疫苗为研究对象，针对不同清洁部位，采取了擦拭和淋洗两种方式分别进行采样，进行了系统适应性试验、精密性和准确性验证以及回收率试验，所得数据表明：TOC检测法可用于疫苗生产设备清洁验证。

3.6

血液制品的清洁验证

血液制品是指各类人血浆蛋白制品。在血液制品生产中，使用的原料是人或动物的血浆，所以设备的残留物主要是血浆蛋白，主要成分也是蛋白质，同疫苗制品的清洁类似，TOC检测法的原理相同。

上海生物制品研究所有限责任公司的团队^[10]采用牛血清蛋白作为模型物质，实验结果证实，TOC检测法数据可靠、方法便捷、重现性高，且氢氧化钠的清洗效果对检测数据不存在影响。

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