[原创]食用菌接种室设计

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臭氧的基本性质研究

人类通过对臭氧的研究发现，臭氧具有不稳定特性和很强的氧化能力。臭氧是由一个氧分子（O2）携带一个氧原子（O）组成，所以它是氧气的同素异形体。臭氧和氧气的不同之处自表一一目了然。

表一 氧和臭氧的主要性质

分子式	O2	O3
分子量	32	48
气味	无	草腥味
颜色	无	淡蓝色
1大气压，0℃时溶解度（ml/L水）	49.1	640
稳定性	稳定	易分解
1大气压，0℃时溶解度（g/L）	1.429	2.144

表一不难看出，与氧气相比，臭氧比重大、有味、有色、易溶于水、易分解。由于臭氧（O3）是由氧分子携带一个氧原子组成，决定了它只是一种暂存形态，携带的氧原子除氧化用掉外，剩余的又组合为氧气（O2）进入稳定状态。所以臭氧工作中没有二次污染产生，给人类的环保需求雪中送炭，这是臭氧技术应用的最大优越性。

臭氧的应用主要是人为的灭菌消毒。这主要是臭氧有很强的氧化能力，氧原子可以氧化细菌的细胞壁，直至穿透细胞壁与其体内的不饱和键化合而夺取细菌生命，它的作用是即刻完成的，臭氧的迅速灭菌效果决定于它的高还原电位，表二列出了人们常用的消毒物质还原电位与臭氧的比较。

表二 氧化还原电位比较

名称	分子式	标准电极电位（伏）
臭氧	O3	2.07
过氧化氢（双氧水）	H2O2	1.78
高锰酸离子	MnO2	1.67
二氧化氯	CLO2	1.50
氯	CL2	1.36

臭氧在灭菌消毒中名列榜首,成就了它的四大功用：灭菌、氧化、脱色、除味。 6、臭氧的广谱杀菌原理

臭氧几乎对所有病菌、病毒、霉菌、真菌及原虫、卵囊都具有明显的灭活效果，且灭菌时间来说，迅速无比，是氯的300-600倍，紫外线的3000倍。臭氧的灭菌机理，臭氧可破坏病毒衣壳蛋白的四条多肽链并使RNA受到损伤；Kim等报告，臭氧作用过程中，可使噬菌体中RNA被释放，电镜观察可见噬菌体被断裂成小的碎片。还有人认为，臭氧可与细菌细胞壁脂类双键反应，穿入菌体内部，作用于脂蛋白和脂多糖，改变细胞的通透性，从而导致细菌溶解和死亡。

臭氧的灭菌速度和效果是无与伦比的，它的高氧化还原电位决定了它对氧化、脱色、除味方面的广泛应用，有人研究指出，臭氧溶解于水中，几乎能够消杀水中一切对人体有害的物质，比如铁、锰、铬、硫酸盐、酚、苯、氧化物等，还可分解有机物及灭藻等。

臭氧消毒与GMP验证

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一、GMP验证对臭氧消毒提出的严格要求

GMP(药品生产质量管理规范)于1962年首先在美国施行，自1969世界卫生组织颁布了GMP以后，世界大多数国家都根据自己的国情制订了本国的GMP。我国于1988年由卫生部正式颁发了我国的GMP。这是我国药品生产企业管理生产和质量的基本法规，具有强制性，在我国，今后凡是没有通过GMP验证的药品生产企业，就不能进行药品生产。这是一个强大的推动力，推动着我们医药工业的健康发展。GMP验证工作在卫生部指导下，受到了药品生产企业的高度重视，在我国的GMP中臭氧消毒方法是被推荐的消毒方法之一，给臭氧消毒的应用带来了前所末有的机遇。

在制药厂，无菌生产环境的提供是药品生产的先决条件。也就是说在药品的生产中，所采用的无菌工艺必须在投产之前，就通过GMP验证。所以在GMP验证中臭氧消毒被列入前验证的范畴。事实上，即使在投产以后，对关键性的无菌工艺还需要进行再验证。而且，在洁净室还需要天天做规定的菌检。所以说，在制药厂，消毒是一项无处不在，无时不有的常规基础工作。

众所周知，药品是用来治病的，因此，它对药检的要求很严。表一是GMP中规定的药品微生物检查要求。

表一：药品的微生物检查要求

类别		剂型	含细菌量	含霉菌量	附注
固体	不含生药原料	口服剂	<1000个/g或ml	<100个/g或ml	不得检出大肠杆菌含动物药或脏器均不得检出沙门氏菌、活螨
	含生药原料	片剂	<1000个/g	<500个/g
		丸剂	<5000个/g	<500个/g
		散剂	<100000个/g	<500个/ml
液体制剂			<100个ml	<100个ml
外用药		眼药	<100个/g或ml	不得有	不得检出绿脓杆菌
		阴道创伤用	<1000个/g或ml	<100个/g或ml	不得检出破伤风杆菌、绿脓杆菌

为了做到药品的菌检合格，那么，首先要求药品生产的环境是合格的。在制药厂，生产车间(洁净区)划分为不同的级别。表二是GMP验证规定的洁净级别的要求。

表二：

洁净级别要求

洁净级别	尘粒数/m3		微生物数/m3	换气次数
	<0.5um	>0.5um
100级	3500	O	<5	垂直层流0.3m/s 水平层流O.4m/s
10000级	<3500	<2000	<100	>20次/h
100000级	<3500000	<20000	<500	>15次/h

对不同洁净级别的洁净室，细菌的允许值如表三所示：

表三：细菌允许值

洁净级别	浮游值CFU/m3	表面细菌CFU/mch2	人体细菌CFU/mch2
			手套	其他
100	1	3	3	5
100及10000	5	5 10(地板)	5	1O
100000	87	20 30(地板)	15

无论用什么消毒方法,都要达到上述规定，臭氧也不例外。而且，臭氧作为一种取代传统消毒方法手段，人们对它的要求更高更严，而且要更省事，否则，就难以立足.。

二、传统消毒方法的缺陷和臭氧消毒的特点

传统的消毒方法主要是三种：一是紫外线消毒，二是试剂消毒，三是加热消毒。这些方法已被大多数人们习惯使用，其安全性、可靠性已被长期的实践所确认，人们对它们放心。但是，任何事物都有一分为二的，它们也有各自的缺陷。

紫外线消毒的主要问题在于：它穿透到力小，在紫外线照射不到的地方，消毒效果不好；其杀菌能力随着使用时间的增加而减小，而且，灯管寿命短，更换过于频繁，运行费用高。

化学试剂消毒，如甲醛熏蒸,操作麻烦，熏蒸时间长，有二次污染物，对人体有一定的危害，做一次甲醛重蒸需要8个小时，残留物附着洁净室的墙壁上，和设备的表面上，需要擦除。在消毒后的几天内，其悬浮粒子数会增加。

加热消毒包括干热和湿热，其缺点是温度高，能耗大，有的物品如某些原材料，仪器仪表，塑料制品等就不宜加热。

以上三种传统消毒方法的弊端是客观存在,但在没有更好的方法替代之前，人们还只好用它。如果能够做到充分发挥臭氧的优点，弥补上述方法的缺点，就为臭氧消毒进入药品生产开辟了通道。事实上，臭氧消毒确实有它许多独特的优点。

在我国的GMP验证年里，对臭氧有一段全面的介绍：

“科学研究表明，臭氧具有强烈的杀菌作用。臭氧(03)的消毒原理是：臭氧在常温、常压下分子结构不稳定，很快自行分解成氧气(02)和单个氧原子(0)；后者具有很强的活性，对细菌有极强的氧化作用，臭氧氧化分解了细菌内部氧化葡萄糖所必须的酶，从而破坏其细胞膜，将它杀死，多余的氧原子则会自行重新结合成为普通氧分子 (02)，不存在任何有毒残留物，故称无污染消毒剂，它不但对各种细菌(包括肝炎病毒，大肠杆菌，绿浓杆菌及杂菌等)有极强的杀灭能力，而且对杀死霉菌也很有效。”

另外，在我国卫生部1991年颁布的“消毒技术规范”中，对臭氧的杀菌作用，使用范围及使用方法都有明确的规定。其中，对臭氧的杀菌作用作了明确的肯定：“4.12.2杀菌作用：臭氧是一种广谱杀菌剂，可杀灭细菌繁体和芽胞，病毒，真菌等，可破坏肉毒杆菌毒素。臭氧在水中的杀菌速度较氯快。”

以上这些都是我们国家的法规，很有效力，也是我们臭氧工作者进行宣传的依据。

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三、臭氧在药品生产中的应用

     尽管在我国的GMP验证中早已推荐了臭氧消毒方法，但臭氧在药品生产中的应用是在近二年才开始热起来。用得比较成功的有以下几个方面：

1．管道容器的消毒

     在药品生产中，坛坛罐罐用得很多，分别用管道阀门，仪表联结起来，组成一个生产单元。对它的消毒。传统方法中比较好的是用酒精浸泡。反应罐，贮存罐小的一吨半吨，大的十吨几十吨，都要灌满酒精，酒精用量之多可想而知。消毒完毕后，再将酒精放掉，但在转弯抹角处，仪表阀门的接头处，还会有酒精的残留，去除这些残留酒精，要用氮气吹，直到吹干为止。酒精用量多，消毒时间长，操作过程复杂。用高压蒸汽消毒也存在同样的问题,都很费力。

现在用臭氧消毒来代替，相对来说要省事得多。具体方法是：将高浓度的臭氧直接打入管道容器，保持臭氧尾气有一定的浓度，就可以达到消毒的的要求。因为是对管道容器进行内表层的消毒，所以臭氧浓度要用得高一点，我们采用的设计浓度大于50ppm。苏州黎飞制药厂用金葡菌作培养试验，结果是阴性，达到了GMP验证的要求。

用臭氧对管道容器做消毒的优点非常明显，臭氧发生器可以流动使用，对不同的罐进行消毒，每个生产单元在每次换料前，都可以及时得到消毒，使用效率很高，很方便，不要用那么多的酒精，不要用氮气，也不要用高压蒸汽。所以在制药厂就能够得到推广。

2．利用中央空调净化系统对洁净区的消毒

在制药厂，一般来说，洁净区面积较大，多由中央空调净化系统完成对各洁净区的净化消毒。传统的消毒方法是用甲醛熏蒸，如上所述，甲醛熏蒸的弊病不少，用臭氧消毒来代替是一个好方法。其方法是将臭氧发生器直接放在空调净化系统的风道中，称为内置式臭氧发生器（HA-A型）。臭氧随着风道的气流，送入各洁净区，对洁净区进行消毒，剩余臭氧吸入回风口，由中央空调带走。也可以将臭氧发生器放在中央空调风道的外面，将臭氧打入中央空调的风道中，然后送到各洁净室，称为外置式臭氧发生器HA-C型。外置式臭氧发生器安装检修方便，但制造成本要高一点。两种方法消毒效果是一样的。按照卫生部消毒规范的要求，对空气消毒的臭氧浓度是5ppm，但事实上，洁净区的消毒不仅是对空气的消毒，实际上还包括了物体表面的消毒，所以，我们的设计浓度为 10 ppm。每天上班前开机二小时，上班时关机，就可以保证一天内洁净区的浮游菌和沉降菌达到GMP的要求。

3．密闭空间的消毒

     对于中央空调净化系统以外的洁净室，或需要消毒的其他房间则需要单独进行消毒处理。方法是选用移动式臭氧发生器（HA-B型），直接安装在该房间内。根据需要设定消毒时间，消毒结束便自动关机，所以使用非常方便。

对于有洁净度要求的房间，机内装有过滤器，使臭氧发生器具有自洁净功能。臭氧浓度按10-20 ppm设计。按房间空间体积的大小选型使用。只要满足臭氧浓度的要求，就可以达到消毒的目的。比用化学试剂对房间的熏蒸要省事得多。

4．物品的表面消毒

在药品生产的过程中，常常要对原材料，工器具，包装物等进行表面消毒，常常使用消毒柜，传递窗等。传统的方法是用紫外线消毒。问题主要是在于消毒不彻底，所以，若使用在诸如传递窗等要求不高的场合是可以的。但远不如臭氧的效果好。用臭氧发生器做成的消毒柜（HB型）在制药厂是深受欢迎的。只要不怕臭氧腐蚀的东西都可以放在柜内进行消毒。臭氧浓度可以设计得高一点，取到100 ppm以上，只要十几分钟就可以达到设计要求。

5．药厂用水的消毒

在制药厂用水的地方较多，有医药用水，消毒用水，清洗用水及饮用水等区别。根据不同的水质要求，采用不同的工艺流程，消毒工艺则用一般的臭氧水处理方法即可达到满意的效果。这里就不再详细介绍了。

需要特别注意的是医用注射液用水，则要求不能存在热源。热源是细菌病毒死亡之后留下来的内毒素。臭氧能不能消除热源，有待进行研究确定。如果确定臭氧可以除去水中的热源，那么，臭氧在药品生产中的应用又可以开辟一条新的途径。

以上，仅从几个方面介绍了臭氧在药品生产中的应用实例，可以看出在药品生产中臭氧是大有作为的。GMP验证为臭氧技术的应用提供了广阔的机遇。我们一定要抓住这个机遇，在新的研究课题上有所突破，臭氧工作者的责任是制造出性能稳定可靠的精品臭氧发生器，为药品生产服务，造福人类，那么我们为大众的健康又做了更加有益的工作。

四、臭氧在制药行业中应用标准及验证方法

1． 臭氧在制药行业中应用的浓度标准

臭氧对空气中的微生物的灭活浓度和对物体表面沉降的微生物的灭活浓度。根据卫生部1991年12月颁布的《消毒技术规范》第4.12臭氧应用章节中第8.2款空气消毒中规定“对密闭的空气用5～10mg/m3浓度（相当于2.5～5ppm）的臭氧作用30分钟；对物体表面的沉降菌落需要20～30mg/m3，（相当于10～15ppm）”。制药行业应用臭氧的目的是用来替代紫外线和化学薰蒸。对整个洁净区空气及机械设备、介质材料表面的沉降菌落进行大消毒。确定的臭氧浓度为10～15ppm，相当于每立方空气中臭氧含量20～30mg。

2．臭氧应用量的计算方法

设：V1为洁净区空间体积，V2为HVAC系统空间体积，V3为保持洁净区正压所补充的新风对臭氧造成的损失。

则灭菌空间的总体积（V）计算为： V=V1+V2+V3

V3的确定：根据若干使用臭氧发生器消毒灭菌的厂家实践，归纳出较为可靠的经验公式如下：V3≈HVAC系统循环总风量m3/h×25%（常规新风更换率）×10-20%（保持洁净区正压补充的新风量）×39%（计算应用臭氧时臭氧半衰期的预算值），即V3=HVAC系统循环总风量×1～2%。

V2的确定：根据若干使用臭氧发生器消毒灭菌的厂家实践，归纳出较为可靠的经验公式如下：V2≈洁净区空间体积（V1）×20-25%

臭氧发生器的选择：先按臭氧灭菌的效率，即参照《消毒技术规范》的标准确定臭氧灭菌的浓度（C）：对空气中浮游菌，臭氧灭菌浓度为2.5～5ppm；对物体表面的沉降菌落，浓度为10～15ppm（臭氧灭菌浓度参考卫生部1991年12月《消毒技术规范》）。臭氧的自然半衰期（S），参比状态下为23min左右，一个小时的衰退率约为61%；设计：应用臭氧灭菌60min时达到要求浓度后，继续保持一段时间（1～1.5小时），即可得到机械设备和建筑物体表面沉降菌落彻底杀灭的作用，达到化学薰蒸大消毒的效果。

例：灭菌空间总体积(V)为1000m3，灭菌要求为替代化学薰蒸大消毒，对设备和建筑物体表面沉降菌落进行灭菌。按照上述要求空气中臭氧浓度(C)应达到10ppm以上（在工作状态下，折算为19.63mg/m3），臭氧发生器工作一个小时后臭氧自然衰退率(S)为61%，需选择机器臭氧发生量g/h(W)：

W = C V / (1-S) = 19.63 × 1000 / (1-61%) ≈ 50.33(g/h)

这样的气流需臭氧发生量为50.33g/h，可选择每小时产量为50g的臭氧发生器。

3． 臭氧浓度的测试方法

对空气中臭氧浓度的测试，目前我国使用最普遍的有碘量法和紫外线吸收法两种。

·碘量法在我国建设部发布的《臭氧发生器臭氧浓度、产量、电耗的测量》一文中，作为行业标准文件，已详细介绍了测试方法。该方法最大特点是无需配套贵重仪器设备，操作方便，但易受其它氧化剂的影响而降低测试精度。

·紫外吸收法是国内外广泛使用的一种方法，美国环保局就是以紫外吸收法来测试较高浓度的臭氧，作为大气测定的标准方法。它是利用臭氧对波长为245nm紫外光的吸收，再以光度计来测量动态流动系统中的臭氧浓度。仪器内设置微动泵，使用时只需将φ6mm的采样管插入被测容器，使仪器吸入样气，即可显示出臭氧浓度（ppm或mg/m3）。操作方便，精度高，重复性能稳定，但仪器售价较高。

4．我们做臭氧灭菌模拟报告的目的

根据用户提供的数据配制臭氧发生器，做出臭氧灭菌验证的模拟报告，用户按模拟报告的条款进行逐项验证，记录于报告中，检验我们的模拟报告数据是否符合用户验证报告。

我们做臭氧灭菌模拟报告的目的:

1、让用户在编制GMP认证文件时有个参考；

2.、以验证报告中的数据衡量我们设计臭氧的用量和臭氧发生器设备的质量以及臭氧的灭菌效果；

3、作为设备档案存档,便于更好的向客户提供全方位的优质服务。

平菇叶

QUOTE:

以下是引用福建老菇农在2009-11-29 14:41:23的发言：
,臭氧机在实际生产上还有很多问题值得研究，单位空间臭氧的浓度多少为适合？栽培包，在臭氧环境下，连续性接种，那周转筐就必须连续运动，必须达到多少分钟？此外臭氧泄露问题？如何解决？有人认为关机后只要30分钟，就从三氧变二氧气，不会对人体产生危害。完全以错传错，没有经过实践。我曾做过这蠢事，提前关机3小时，工人还是不愿意进去工作。   

不经意间学到东西，顶一个

福建老菇农

楼主对臭氧研究很深，值得我好好学习，谢谢你。我跟南京冯老师关于臭氧设备问题聊过好几次，目前有一改进型正在测试值之中。

ccaxw

QUOTE:

以下是引用福建老菇农在2009-11-29 20:05:03的发言：
楼主对臭氧研究很深，值得我好好学习，谢谢你。我跟南京冯老师关于臭氧设备问题聊过好几次，目前有一改进型正在测试值之中。

黄老师过奖了，刚开始也是因为对它不放心才开始了解它的，后来经过一年来的应用表明其实际效果确实能达到设计要求，且经过几次对灭菌的改进后，其稳定性也一直不错。但日常生产中需要特别注意对设备正常运行的检查和维护。

zshjal

又学到了些新知识

ccaxw

臭氧机的核心部件是电源和发生片（小型）或发生管（大型）根据需要可以自己购买配件组装，目前国内售价3~3.5克/套（包含电源、发生片、散热片）的价格大概在200元左右，质量不一，好的得200多，组装一个12克的发生器只需购买4套，厂家可以根据需要定做。再给其配上一个箱体，可由普通电控箱体改装或用钢板焊接，然后打洞安装上相应数量的风扇即可制作成一个简易的发生器，由于臭氧发生需要的是高压，所以发生片按规定都必须与金属箱体保持一定的距离，同时风扇的进出风量一定要够，臭氧发生时会大量发热，如散热不好则产生的臭氧会很快分解，严重时还会导致事故，同时风扇也有把产生的臭氧吹出箱体搅拌的作用，所以风量一定要够。同时需要附加功能的可相应安装上时控开关、遥控器等。这样一台发生量为12克的臭氧机如果自制的话在1500元左右，只为厂家销售价的一半。

ccaxw

箱体焊接一定要用不锈钢板，0.3毫米左右厚即可。

平菇叶

QUOTE:

以下是引用ccaxw在2009-11-29 20:59:52的发言：

臭氧机的核心部件是电源和发生片（小型）或发生管（大型）根据需要可以自己购买配件组装，目前国内售价3~3.5克/套（包含电源、发生片、散热片）的价格大概在200元左右，质量不一，好的得200多，组装一个12克的发生器只需购买4套，厂家可以根据需要定做。再给其配上一个箱体，可由普通电控箱体改装或用钢板焊接，然后打洞安装上相应数量的风扇即可制作成一个简易的发生器，由于臭氧发生需要的是高压，所以发生片按规定都必须与金属箱体保持一定的距离，同时风扇的进出风量一定要够，臭氧发生时会大量发热，如散热不好则产生的臭氧会很快分解，严重时还会导致事故，同时风扇也有把产生的臭氧吹出箱体搅拌的作用，所以风量一定要够。同时需要附加功能的可相应安装上时控开关、遥控器等。这样一台发生量为12克的臭氧机如果自制的话在1500元左右，只为厂家销售价的一半。

顶
出自使用者的臭氧机山寨说法，和厂家销售人员的宣传稍有不同。