药品灭菌F0值计算

、F值与F0值

    近年来对灭菌过程无菌检验中存在的问题引起人们的注意。一方面灭菌温度多系测量灭菌器内的温度不是灭菌物体内的温度，同时无菌检验方法也存在局限性，在检品存在微量的微生物时，往往难以用现行的无菌检验法检出。因此，对灭菌方法的可靠性进行验证是很必要的。F与F₀值可作用验证灭菌可靠性的参数。

    1．D值
研究表明微生物受高温杀灭时，在一定温度范围内其死亡速度属一级过程，即：

                                        

式中N。为原始微生物数，N_t为t时残存的微生物数，k为死亡速度常数。lgN_t对t作图，得一条直线，直线的斜率为

 令斜率的负倒数为D值，即：

由式6-3可知，当lgN_t- lgN₀=1时 D=t，即D的物理意义为一定温度下将微生物杀灭90％（即使之下降一个对数单位）所需时间。D值是微生物的耐热参数，不同微生物在不同条件下有不同的D值，如表6-4所示。

                    表6-4    不同灭菌方法不同微生物的D值

灭菌方法	微生物种类	温度/°C	介质或样品	D值/min
蒸气灭菌	嗜热脂肪芽孢杆菌	105	5％葡萄糖水溶液	87.8
蒸气灭菌	嗜热脂肪芽孢杆菌	121	5％葡萄糖水溶液	2.4
蒸气灭菌	嗜热脂肪芽孢杆菌	121	注射用水	3.0
蒸气灭菌	产芽胞梭状芽孢杆菌	105	5％葡萄糖水溶液	1.3
干热灭菌	枯草芽胞杆菌	135	纸	16.6
红外线灭菌	枯草芽胞杆菌	160	玻璃板	18秒

 

2．Z值

随温度升高，微生物死亡速度加速，即k增加，因而D值下降，在一定温度范围内（100~138°C）lgD与温度T呈直线关系，直线的斜率

由于此斜率为负值，为避免引入负数，令：

故Z值为降低一个lgD值需升高的温度数，即灭菌时间减少至原来1/10所需要升高的温度。如Z=10°C，则灭菌时间减少至原来1/10，而灭菌效果保持不变需要升高的的温度为10°C。表6-5是一些药物溶液的Z值。式6-4也可表示为：

    设Z=10°C，T₁=110°C，T₂=121°C，则D₂=0.079D₁。即110°C 1 min与121°C 0.079 min的灭菌效果相当。

    若Z=10°C，灭菌温度每升高一度，则D₂=0.794D₁，即温度每升高一度，达到相同的灭菌效率的灭菌时间将减少20.6%。

    表6-5  不同溶液中测定的嗜热脂肪芽孢杆菌的Z值                

溶     液	Z值/°C
5％葡萄糖水溶液  注射用水  5％葡萄糖乳酸盐林格氏溶液  pH 7磷酸盐缓冲液	10.3   8.4   11.3   7.6

    

    3．F值与F₀值

（1）F值   F值的数学表达或可表示如下：

式中t是测量被灭菌物品温度的时间间隔，一般为0.5~1.0 min或更小，T是每个△t测量被灭菌物品的温度，T_o是参比温度。由此表达式，F为在一定温度（T）下给定Z值所产生的灭菌效力与T_o给定Z值所产生的灭菌效率相同时所相当的时间，以min为单位。F值常用于干热灭菌，例如干热灭菌的参比温度用170℃，消毁大肠杆菌内毒素的Z值为54℃，则采用250℃干热灭菌消毁上述内毒素的F值为750 min。
    根据式（6-2）及（6-3），则：

若N_t确定为灭菌效果（国际标准为10^—6，即灭菌后微生物的存活概率不得大于百万分之一），也可将在一定温度（T）下杀死容器中全部微生物所需的时间称为F值，即式（6-8），它等于D值与微生物数降低值的乘积，F值的意义就更明确了。

               F＝D_T×（lg N₀－lg 10^－6）                          6 – 8
(2) F₀值    在湿热灭菌中，参比温度规定为121℃，以嗜热脂肪芽孢杆菌为生物指示剂的Z值为10℃，则与F值类似：

即F₀值为一定灭菌温度（T）下Z值为10 ℃所产生的灭菌效率与121℃、Z值为10 ℃所产生的灭菌效率相同时所相当的时间（min）。也就是说F₀是将各种灭菌温度的灭菌效果转换为121℃灭菌的等效值。目前F₀用于热压灭菌。一般要求一个灭菌程序（加热及冷却过程）的F₀大于8，遇热极敏感的的产品，可允许F₀小于8，但必须采取措施确保产品无菌，除使用生物指示剂进行验证外，还必须连续、严格的对微生物进行监控。

灭菌过程中，只需记录被灭菌物品的温度与时间，就可算出F₀。假设表6-6的灭菌程

序，8 min从100℃升至115℃，恒温30 min，然后同样以8 min降温至100℃，△t取1 min，按表6-6数据 及式6-9计算该灭菌程序的F₀值 如下：

                    表6-6  灭菌过程中不同时间的温度

时间/min	0	1	2	3	4	5	6	7	8~38
温度/℃	100	102	104	106	108	110	112	114	115
时间/min	39	40	41	42	43	44	45	46
温度/℃	114	112	110	108	106	104	102	100

        

     结果表明，上述灭菌程序46 min的灭菌效果与121℃，8.40 min的灭菌效果相当。 与式6-8类似，F₀值可看作是D₁₂₁值与微生物数降低值的乘积，即：

       F₀＝D₁₂₁×（lgN_o－lgN_t）                                     6---10

同样，N_t为灭菌后希望达到微生物残存数。如将含有200个嗜热脂肪芽胞杆菌的5％葡萄糖水溶液以121℃热压灭菌时，D为2.4 min，N_t值为10^—6，则：

           F₀＝2.4 ×（lg 200－lg 10^—6）=19.92 (min)

因此，可以认为F₀相当于以121℃热压灭菌时，杀死容器中全部微生物所需要的时间。           

4．影响F值与F₀值的因素

F₀值的计算对于验证灭菌效果极为有用，当产品以121℃湿热灭菌时，灭菌器内的温

度虽能迅速升到121℃，而被菌物品内部则不然，由于包装材料热传导、灭菌物品的数量、摆放位置及其他因素影响使灭菌器内各处温度不均匀。而从式6-9看出，F₀将随着产品温度（T）变化而呈指数的变化，故温度即使很小的差别（如0.1~1℃）将对F₀值产生显著的影响，同时F₀值要求测定灭菌物品内的实际温度，故用F₀来监测灭菌效果具有重要的意义。为了使F₀测定准确，需要研究影响F₀值的因素：

   （1）温度  由于温度的微小差别将使F₀值发生显著的变化，因此首先应保证温度测量的准确性。应选择灵敏度高，重现性好，精密度为0.1的热电偶，并对热电偶进行校验。其次灭菌时应将热电偶的探针置于被测物的内部。有些灭菌记录仪附有F₀计算器，温度探头经灭菌器通向柜外的温度记录仪，在灭菌过程中和灭菌后，自动显示F₀值。

   （2）灭菌物品在灭菌器内的数量与排布  要注意灭菌器内各层、四角、中间位置热分布是否均匀，并进行实际测定，作出合理排布，同时灭菌物品不能挤得太满，应留有空间，使各处温度分布均匀，测得F₀值更可靠。

（2） 灭菌产品溶液粘度及容器充填量。

（3）     灭菌产品微生物污染数  为了确保灭菌效果，根据F₀＝D₁₂₁×（lgN_o－lgN_t），若N₀越大，即被灭菌物中微生物越多，则灭菌时间越长，故生产过程中应尽量减少微生物的污染，应采取各种措施使每个容器的含菌数控制在10以下（lg 10=1）。

    另外，计算F₀时，应适当考虑增加安全因素，一般增加50％，如规定F₀为8 min，则实际操作应控制到12 min为好。