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Probenahme

Sterile Probenahmesysteme für die sichere Beurteilung von Prozessen

19.08.2008 | Autor / Redakteur: Dipl.-Ing. Sabine Mühlenkamp / Anke Geipel-Kern

Das System von Gemü lässt Proben von 20 ml bis zu einem Liter zu, die voreingestellt werden können.
Das System von Gemü lässt Proben von 20 ml bis zu einem Liter zu, die voreingestellt werden können.

Nicht nur die pharmazeutische oder biopharmazeutische Industrie, auch die Lebensmittel- und Getränkebranche verlangt zunehmend sterile Probenahmesysteme. Neben einem Höchstmaß an Genauigkeit stellt vor allem die gleichbleibende Reproduzierbarkeit sowohl Anwender als auch Hersteller vor neue Herausforderungen.

In der aseptischen und sterilen Produktion ist die Probenahme ein wichtiger Schritt zur Beurteilung der Qualitätseigenschaften von Rohmaterialien, bei Inprozess-Kontrollen und zur Überprüfung von Endprodukten. Unzuverlässige Methoden können ungenaue oder falsche Ergebnisse verursachen und zur kostspieligen Neuverarbeitung von Zwischenprodukten und selbst zur Zurückweisung ganzer Chargen führen. Der Probenahmeprozess wird noch einmal kritisch, wenn echtzeitnahe Ergebnisse für Prozesseinstellungen benötigt werden. Ebenso schwierig kann die Auswahl der Probenahmestelle sein, welche die aussagekräftigsten Informationen liefert und zugleich Zugang zu dem Prozess bietet. Selbstredend muss der gesamte Probenahmeprozess qualifiziert und dokumentiert werden.

Gefahrenquelle „Mensch“

Generell gibt es bei der Probenahme im Sterilbereich mannigfaltige Möglichkeiten, die Sterilität zu gefährden – allen voran gilt der Mensch als größte potenzielle Gefahrenquelle. „Die größte Gefahr einer Kontamination findet sich dort, wo durch menschliches Eingreifen die Qualität der Probenahme beeinflusst wird“, bringt es Thomas Feldmaier, Leiter des Produktmanagements bei Südmo Components, Riesbürg, auf den Punkt.

Aus technischer Sicht liegt das Problem meist bei der Übergabe, also dem sterilen Transfer der Probe aus dem Prozess in das Probenahmegefäß. Hierbei besteht eine große Gefahr, die Integrität des Prozesses zu beeinträchtigen. „Auch die Probe selbst kann bei diesem Vorgang durch äußere Einflüsse in ihrer ursprünglichen Zusammensetzung verändert zu werden, z.B. durch chemische oder mikrobiologische Kontaminanten oder Kondensat aus SIP-Prozessen. Ein weiterer wichtiger Aspekt ist es in vielen Fällen, die Umgebung, vornehmlich den Probenehmer, vor Kontakt mit Gefahrstoffen, die Bestandteile der Probe sein können, zu schützen“, zählt Frank Panofen auf, Field Marketing Europe for Process Monitoring Tools bei Millipore im französischem Molsheim.

Einen Grund dafür sieht Michael Wiedmann von Gemü, Ingelfingen, darin, dass der Probenzug bei konventionellem Probenzug mit der Atmosphäre in Verbindung kommt. „Teilweise werden die Proben im Graubereich gezogen und dort entspricht die Umgebungsluft nicht den Reinraumanforderungen. Ebenso können beim Transport der Proben Kontaminationen nicht ausgeschlossen werden, da die Probenahmegefäße häufig mit Aluminiumfolie abgedeckt werden und diese natürlich nicht hermetisch dicht schließt.“

Direkter Anschluss

Auch beim Aaalener Armaturenhersteller Gebr. Rieger sieht man die größte Gefahr einer Kontamination für das zu prüfende Produkt an der Übergabestelle zwischen Behälter, z.B. Tank oder Rohrleitung, und Probenahmegefäß. „Hier sollte der Übergang nahtlos sein, um die Umgebungsluft von der Probe fernzuhalten“, empfiehlt Regina Ritter vom Verkauf bei Rieger: „Wir erreichen dies, indem die Gehäuse der Ventile entweder direkt in den Tank oder die Rohrleitung eingeschweißt oder über einen Clamp angeschlossen werden.“

Mit dem BioCheck-Probenahmeventil lassen sich Proben aus geschlossenen Systemen wie Behältern und Rohrleitungen einfach und sicher entnehmen. „Unsere BioCheck-Probenahmventile sind wahlweise mit ein oder zwei Schweißenden ausgestattet. So hat der Anwender die Möglichkeit, entweder bei einem Anschluss über den Tank die Wege der Probenahme zu sterilisieren oder bei zwei Anschlüssen über ein Dampfventil, das an einem der beiden Schweißenden angebracht wird, den Proberaum zu dämpfen und damit vor der Probe zu sterilisieren“, so Ritter weiter.

Am Auslauf muss der Anwender bauseits sicher stellen, dass die Probe in ein geschlossenes System übergeführt wird. Er kann an diesem Auslass-Schweißende eine Rohrleitung, eine Schweißtülle zur Ableitung in einen Schlauch oder ähnliche Vorrichtungen anbringen. Eine weitere Möglichkeit ist die Probenahme in einer Flasche. Hier werden zwei kleine Ventile genutzt, um die jeweiligen Produkt- und Reinigungsleitungen gegeneinander abzugrenzen.

Reproduziere Vorgänge

Damit die Qualität der Probenahme immer gleichbleibend reproduzierbar ist, erledigt das AsepticPro-System von Südmo die Probenahme vollautomatisch. Das System ist so konzipiert, dass es beim Einsetzen, Entnehmen und beim Vorgang der Probenahme keine Möglichkeit der Probenverfälschung gibt. „Wenn man eine fehlerfreie, reproduzierbare Probenahmequalität erzielen möchte, ist ein einfaches und sicheres Einbringen des Probenahmebehältnisses unumgänglich. Die Probenahme selbst darf nicht durch Verfahrensfehler beeinflusst werden“, betont Feldmaier. „Deswegen ist das AsepticPro ein vollautomatisches Probenahmesystem und kann in zwei Ausbaustufen entweder in den Prozess mit Anbindung an die Anlagensteuerung integriert werden oder als unabhängige Unit mit eigener Steuerung betrieben werden.“

Das Gemü-System, ursprünglich für die Milch verarbeitende Industrie entwickelt, besteht im Wesentlichen aus einem totraumfreien Ventilblock, der einen Inline-Gehäuseanschluss hat und mit drei Miniaturfaltenbalgventilen ausgestattet ist: eines zur Absperrung gegen die zu beprobende Rohrleitung, eines zur Absperrung der Spülleitung und eines zur Absperrung der Dampfleitung. Von diesem Block führt eine kurze Leitung zur Aufnahmeeinheit für die Probenahmeflasche und weiter zum Gullyventil und Kondensat-Abscheider.

Besonderes Augenmerk wurde auf die Konstruktion des Verschlusses der Probenahmeflasche gelegt. Im Gegensatz zu anderen Systemen kann nach der Probenahme die Probenahmeflasche ohne irgendwelche weiteren Bauteile entnommen werden. Nach der Verarbeitung der Probe werden die Flasche und deren auseinandergebauter Verschluss gereinigt, wieder zusammengesetzt und anschließend als komplette Einheit autoklaviert. Somit wird der einwandfreie hygienische Zustand der Probenahmeflasche vor der Beprobung sichergestellt.

Probenahme im Kondensat

Zur Überwachung der Reindampfqualität in sterilen Anlagen der Pharmazie sowie der Nahrungsmittel- und Getränkeindustrie werden aus den Dampfringleitungen regelmäßig Proben gezogen und im Labor auf Kontamination analysiert. Dazu gibt es bisher verschiedene Systeme, bei denen die Probenahme manuell bzw. halbautomatisch erfolgt. Der Anlagenbediener oder Laborant muss in der Regel während des gesamten Probezugs den Vorgang überwachen.

Bei einigen Systemen besteht außerdem eine erhöhte Verbrühungsgefahr. Gemü hat deshalb ein automatisches System zur sterilen Probenahme von Reindampfkondensat entwickelt. Das komplette System besteht aus einem Probenahmeventilblock mit pneumatischen Ventilantrieben, einem Edelstahlprobenahmegefäß sowie einer kompakten Steuereinheit, wahlweise anschlussfertig montiert auf einem fahrbaren Gestell oder als stationäre Version.

„Der Anwender muss lediglich den Anschluss an das Reindampfsystem, Strom per Schukostecker und Druckluft per Schnellkupplung anschließen und am Steuergerät per Knopfdruck den Probenahmeprozess starten“, berichtet Wiedmann. „Die Sterilisation und der Probenzug laufen dann automatisch ab. Nach Abschluss des Probenzugs verschließt sich das System automatisch und wird mit einem leichten Überdruck überlagert. Somit kann von außen keine Kontamination stattfinden bzw. die Probenahme bleibt steril.“ Der Anwender muss während der Probenahme nicht zugegen sein, da das System bis zur voreingestellten Probenahmemenge alles automatisch erledigt.

Einweg-Systeme als Alternative

Für anspruchsvolle Anwendungen sind Einwegsysteme eine Alternative. So gelten Flüssigkeitsproben in biopharmazeutischen Prozessen als schwierig, da hier meist eine aseptische Probenahme vorgenommen wird, die Probe im Anschluss jedoch nicht vollständig vor Kreuzkontaminationen geschützt ist. Ferner erfordern die meisten Methoden eine Spülung vor der Probenahme und eignen sich daher nicht für die Entnahme hochwertiger biotherapeutischer Produktproben, die eine zuverlässige Methode für die präzise Entnahme kleiner Volumina erfordern. Erst ein steriles und geschlossenes System ermöglicht die Entnahme steriler Proben in kritischen Fertigungsprozessen mit absoluter Integrität.

Ein Beispiel hierfür ist das System Novaseptum von Millipore, das in den Größen von 50 bis zu 1000 Milliliter erhältlich und für zahlreiche Anwendungen geeignet ist. „Das NovaSeptum-Probenahmesystem wird steril geliefert und kann durch sein Verpackungskonzept leicht in Reinräume eingeschleust werden“, erklärt Panofen die Vorgehensweise. „Die Integrität des Systems ist während der gesamten Probenahme gesichert. Durch sein einfaches System wird die Integration in sterile Herstellungsverfahren durch ein einmaliges CIP/SIP gewährleistet. Damit ist der komplette Probenahmeweg steril und gesichert.“

Einschränkungen für das Einwegsystem gibt es so gut wie keine, wie Panofen berichtet: „Es lässt sich durch seinen modularen Aufbau und seine Produktvielfalt in nahezu allen Prozessen integrieren. Allerdings ist es begrenzt auf die Flüssigprobenahme und kann bei Feststoffen nicht eingesetzt werden.“ Die Einweg-Systeme minimieren den Zeit- und Kostenaufwand, der mit komplexen CIP/SIP-Validierungsverfahren oder mit der Desinfektion offener Probenahmeauslässe verbunden ist.

Fazit

Um einen Prozess besser zu verstehen und die Ausbeuten zu maximieren, ist es entscheidend, alle Prozessparameter zu kennen. Die automatische Probenahme nimmt dabei einen wichtigen Raum ein. Findet diese unter aseptischen Bedingungen statt, stehen größtmögliche Sicherheit und Reproduzierbarkeit an der oberster Stelle. Neben der Auswahl der richtigen Technologie gilt es vor allem, den Menschen als größte Kontaminationsquelle im Auge zu behalten und entsprechend zu schulen.

Die Autorin ist redaktionelle Mitarbeiterin bei PROCESS.

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