Autor: Technische Abteilung von Mycond
Die Kontrolle der Luftfeuchtigkeit ist einer der wichtigsten Aspekte der Qualitätssicherung in der Pharmaindustrie. Schweizer Pharmaunternehmen, bekannt für ihre hohen Standards, legen besonderen Wert auf Luftentfeuchtungssysteme in allen Produktionsphasen – von der Rohstofflagerung bis zur Auslieferung des fertigen Produkts. In diesem Artikel betrachten wir die ingenieurtechnischen Aspekte der Feuchtekontrolle in der pharmazeutischen Produktion mit Fokus auf die kritischsten Prozesse.
Kritische Bedeutung der Feuchtekontrolle in der Pharmaindustrie
Die Pharmaindustrie unterliegt strengen Hygienestandards, insbesondere den Anforderungen der GMP (Good Manufacturing Practice), die die Produktionsbedingungen klar regeln. Die Feuchtekontrolle ist ein kritischer Faktor, der direkt die Produktqualität, die Stabilität der Wirkstoffe und die mikrobiologische Sicherheit beeinflusst.
Je nach Art des Produktionsprozesses können die Anforderungen an das Raumklima stark variieren: von hohen Temperaturen mit niedriger Luftfeuchte für Trocknungsprozesse bis zu niedrigen Temperaturen mit kontrollierter Feuchte für die Lagerung temperaturempfindlicher Komponenten. Dabei sind die Genauigkeit und Stabilität der vorgegebenen Mikroklimaparameter von höchster Bedeutung.
Hygroskopische Eigenschaften pharmazeutischer Materialien
Hygroskopie ist die Fähigkeit eines Materials, Feuchtigkeit aus der Umgebung aufzunehmen. Viele pharmazeutische Komponenten sind von Natur aus hygroskopisch. Typische hygroskopische Substanzen in der Pharmaindustrie sind Natrium- und Kaliumsalze, Hydroxide, Nitrate, Sulfate, Phosphate sowie zahlreiche aktive pharmazeutische Wirkstoffe (API).
Der Mechanismus der Feuchteaufnahme steht im Zusammenhang mit den osmotischen Eigenschaften der Substanzen und der Bildung von Wasserstoffbrückenbindungen. Übermässige Feuchteaufnahme hygroskopischer Pulver führt zu schwerwiegenden Folgen:
- Klumpenbildung der Pulver und Verlust der Rieselfähigkeit
- Blockierung von Förderwegen in der Produktionstechnik
- Chemische Reaktionen mit Kondensat, die die Eigenschaften der APIs verändern
- Beschleunigung mikrobiologischer Verunreinigungen
- Beeinträchtigung der Dosiergenauigkeit
Feuchteanforderungen beim Tablettieren
Der Tablettierprozess ist besonders empfindlich gegenüber dem Feuchteniveau. Typische Parameter für Tablettierräume liegen bei 10-20% relativer Feuchte bei 20°C. Die Aufrechterhaltung eines so niedrigen Feuchteniveaus verfolgt mehrere Ziele:
Erstens verhindert niedrige Feuchte das Verkleben der Pulver und sorgt für deren ausreichende Rieselfähigkeit, was sich direkt auf die Leistung der Tablettenpressen auswirkt. Steigt die Feuchte über einen kritischen Wert an, kann die Pressgeschwindigkeit aufgrund des ständigen Reinigens der Presswerkzeuge um 30-50% sinken.
Zweitens trägt ein niedriger Feuchtegehalt zur Verlängerung der Haltbarkeit des fertigen Produkts bei. Studien zeigen, dass die Senkung der relativen Feuchte um 10% die Haltbarkeit einiger Präparate um 20-30% erhöhen kann.
In Produktionsunterlagen wird häufig der Taupunkt (z. B. −11°C) anstelle der relativen Feuchte spezifiziert. Dies geschieht, um Verwechslungen bei Temperaturschwankungen zu vermeiden, da der absolute Feuchtegehalt (als Taupunkt ausgedrückt) unabhängig von Temperaturänderungen im Raum konstant bleibt.
Feuchtekontrolle beim Verpacken
Auch in der Phase der Arzneimittelverpackung ist die Feuchtekontrolle von kritischer Bedeutung. Die wichtigsten Probleme im Zusammenhang mit erhöhter Feuchte in Verpackungszonen sind:
- Haften des Produkts an der Verpackungsmaschine
- Schlechte Verklebung der Verpackung
- Verformung von Etiketten und Textkennzeichnungen
- Abnahme der Barriereeigenschaften von Verpackungsmaterialien
Für Verpackungsbereiche liegen die typischen Anforderungen an das Mikroklima bei 30-40% relativer Feuchte und 20-22°C. Bei besonders empfindlichen Präparaten können strengere Anforderungen gelten, bis hin zu vollständig hermetischen Linien mit einem eigenen Luftentfeuchtungssystem.
Lagerung hygroskopischer Pulver
Für Lager von pharmazeutischen Rohstoffen variieren die Feuchteanforderungen je nach Materialtyp. Beispielsweise ist für die Lagerung von Impfstoffen und biologischen Präparaten die Aufrechterhaltung einer relativen Feuchte von 50% bei 20°C typisch.
Besondere Aufmerksamkeit gilt der Trocknung von Silos nach deren Reinigung und Desinfektion. Restfeuchte kann zur Klumpenbildung der ersten Pulverchargen führen, daher ist nach Nassreinigung eine intensive Entfeuchtung mit Spezialgeräten erforderlich.
Um die Rieselfähigkeit der Pulver zu erhalten, ist es entscheidend, entlang des gesamten Materialflusses eine niedrige Feuchte zu gewährleisten: vom Silo über Förderer bis zur Endlagerung. Hierfür werden dichte Transportsysteme mit Spülung durch getrocknete Luft eingesetzt.
Vergleich von Entfeuchtungstechnologien
In der Pharmaindustrie werden zwei Haupttechnologien zur Luftentfeuchtung eingesetzt:
- Kondensationsentfeuchtung – basiert auf dem Abkühlen der Luft unter den Taupunkt, der Kondensation der Feuchte und anschliessender Wiedererwärmung. Diese Technologie ist bei niedrigen Feuchteniveaus begrenzt, da sie bei Taupunkten unter +5°C nicht effizient arbeiten kann.
- Adsorptionsentfeuchtung – verwendet spezielle hygroskopische Materialien (in der Regel Silikagel oder Lithiumchlorid) zur Aufnahme von Feuchte aus der Luft. Diese Technologie ermöglicht extrem niedrige Taupunkte (bis zu -70°C) und ist optimal für pharmazeutische Prozesse, die niedrige Feuchte erfordern.
Um ein optimales Verhältnis von Energieeffizienz und Zuverlässigkeit zu erreichen, werden häufig kombinierte Systeme mit Vorkühlung der Luft vor der Adsorptionsentfeuchtung eingesetzt, was den Energiebedarf für die Regeneration des Adsorbens reduziert.
Methodik zur Berechnung der Feuchtelasten
Für die korrekte Auslegung des Entfeuchtungssystems müssen alle Feuchtequellen im Raum berücksichtigt werden. Die Hauptquellen sind:
- Zuluft (stellt 60-80% der gesamten Feuchtelast)
- Personal (eine Person gibt 50-100 g Feuchte pro Stunde ab)
- Türöffnungen und Luftschleusen
- Feuchtediffusion durch die Gebäudehülle
- Technologische Prozesse mit Wassereinsatz
Beispiel: Für einen Tablettierraum mit einer Fläche von 100 m² und 5 Personen kann die Berechnung der Feuchtelast wie folgt aussehen:
- Durch Zuluft: 3000 m³/h × (7 g/kg - 2 g/kg) × 1.2 kg/m³ = 18000 g/h
- Durch Personal: 5 Personen × 80 g/h = 400 g/h
- Durch Türöffnungen: ~500 g/h
- Durch Hüllflächen: ~200 g/h
Gesamtlast: 19100 g/h oder 19.1 kg/h. Bei der Auslegung des Entfeuchters sollte ein Sicherheitszuschlag von 20-30% für saisonale Schwankungen und unvorhergesehene Faktoren berücksichtigt werden.
Typische Planungsfehler und ihre Folgen
Bei der Planung von Feuchtekontrollsystemen für pharmazeutische Produktionsstätten treten am häufigsten folgende Fehler auf:
- Unterschätzung der Last durch Zuluft (insbesondere in Regionen mit hoher Luftfeuchte)
- Vernachlässigung einer ausreichenden Luftdichtheit der Räume
- Falsche Wahl des Regelparameters (relative Feuchte statt Taupunkt)
- Fehlende Luftschleusen zwischen Zonen mit unterschiedlichen Feuchteanforderungen
- Nichtberücksichtigung des Einflusses der Abluft über Mischern auf die Feuchtebilanz
Die betrieblichen Folgen dieser Fehler können gravierend sein: von Ausschuss und Produktionsstillständen bis hin zu Verstössen gegen GMP-Standards und Produktrückrufen.
FAQ zu ingenieurtechnischen Fragen
Welche Luftfeuchte ist optimal für das Tablettieren?
Die optimale relative Feuchte für die meisten Tablettierprozesse liegt bei 10-20% bei 20°C, was einem Taupunkt von −11°C bis −5°C entspricht. Konkrete Werte hängen von den Eigenschaften der APIs und der Hilfsstoffe ab.
Warum sind Adsorptionsentfeuchter bei niedriger Luftfeuchte effizienter?
Kondensationsentfeuchter sind physikalisch durch die Temperatur des Kältekreises begrenzt, die aufgrund von Vereisungsproblemen selten unter 0°C liegt. Adsorptionsentfeuchter nutzen das chemische Prinzip der Feuchteaufnahme und können Taupunkte bis −70°C bereitstellen.
Wie berechnet man die Feuchtelast durch das Personal?
Eine Person mit leichter körperlicher Aktivität gibt 50-100 g Feuchte pro Stunde ab. Für eine genaue Berechnung werden Anzahl der Personen, Aktivitätsintensität und Aufenthaltsdauer im Raum berücksichtigt.
Sind Luftschleusen zwischen Zonen mit unterschiedlichen Feuchteanforderungen notwendig?
Ja, Luftschleusen mit Druckregelung sind erforderlich, um die Migration feuchter Luft zwischen Zonen mit unterschiedlichen Anforderungen zu verhindern. Die Schleusen sollten ein intermediäres Feuchteniveau zwischen den beiden Zonen aufweisen.
Praktische technische Schlussfolgerungen
Die Feuchtekontrolle ist ein kritischer Faktor der Qualitätssicherung in der pharmazeutischen Produktion. Um optimale Ergebnisse zu erzielen, ist Folgendes notwendig:
- Feuchteanforderungen für jeden Produktionsprozess klar definieren, vorzugsweise als Taupunkt statt als relative Feuchte
- Detaillierte Berechnung der Feuchtelast unter Berücksichtigung aller Feuchtequellen durchführen
- Die Entfeuchtungstechnologie entsprechend dem erforderlichen Feuchteniveau wählen: Kondensation für moderate Anforderungen und Adsorption für niedrige Taupunkte
- Luftdichtheit der Räume sicherstellen und Luftschleusen sinnvoll organisieren
- Systeme zur kontinuierlichen Feuchteüberwachung mit Datenarchivierung implementieren
Bei Einhaltung dieser Grundsätze lassen sich ein stabiler Betrieb der pharmazeutischen Produktion und eine hohe Produktqualität gemäss internationalen GMP-Standards gewährleisten.
