Un carico umido in autoclave è un carico che a fine ciclo presenta acqua visibile o umidità residua su superfici, cavità o imballi. Nella sterilizzazione a vapore saturo in ambito farmaceutico è un’anomalia da indagare: la condensa residua può indebolire la barriera degli imballi, aprire una via di ricontaminazione o mettere il carico fuori dai criteri definiti in validazione.

Le cause si dividono in due famiglie: troppa acqua che entra o si forma durante il ciclo, oppure acqua che la fase di asciugatura non riesce a eliminare. Distinguerle è il primo passo, perché allungare l’asciugatura risolve solo la seconda.

Per il quadro completo delle fasi di un ciclo, incluse sviluppo e validazione, il riferimento è la guida sui cicli di sterilizzazione nelle autoclavi cGMP: qui ci si concentra su un solo sintomo e sulla sua diagnosi.

Cos’è un carico umido e perché conta in ambito cGMP

Durante il ciclo la condensa è normale e necessaria: il vapore cede calore al carico proprio condensando. Il problema è la condensa che resta sul carico dopo la fase di asciugatura, cioè quando la porta si apre.

Nella letteratura tecnica in lingua inglese si usano due termini vicini ma non del tutto equivalenti. Wet load indica qualsiasi carico che esce umido, compresi componenti non confezionati come parti metalliche, tubi o corpi filtro. Wet pack indica in modo specifico l’umidità in un articolo confezionato o in un sistema di barriera sterile.

Il peso dell’umidità residua dipende dal tipo di carico. Una parte metallica non confezionata, un tubo in silicone, una cartuccia filtrante e un componente chiuso in un imballo poroso non presentano gli stessi rischi:

• Imballi porosi e sistemi di barriera sterile. Un involucro bagnato può trasportare microrganismi dall’esterno all’interno per capillarità. È il caso in cui l’umidità incide più direttamente sulla protezione del carico dopo il ciclo.
• Componenti a contatto con il prodotto. Qui l’umidità residua può avere effetti propri. Il caso tipico sono i tappi in elastomero destinati a prodotti liofilizzati, dove l’acqua trattenuta dal tappo può migrare verso il prodotto.
• Tutti i carichi validati. Un carico che non rispetta i criteri di accettazione definiti in validazione è una deviazione da indagare, con il relativo costo in tempo e in documentazione.

Lo stesso tema si collega alla preparazione dei componenti di confezionamento, dove lavaggio, sterilizzazione e asciugatura dei tappi possono diventare il vincolo della linea, come spiegato nell’approfondimento sulla preparazione delle chiusure farmaceutiche.

L’EU GMP Annex 1, nella revisione del 2022, affronta il tema in modo diretto. Gli articoli da sterilizzare, esclusi i prodotti in contenitori sigillati, devono risultare asciutti all’uscita dallo sterilizzatore, e l’asciuttezza va confermata con un’ispezione visiva nell’ambito dell’accettazione del carico (paragrafo 8.56). Per i cicli per carichi porosi, ogni articolo va inoltre ispezionato all’uscita per danni, integrità dell’imballo e umidità (paragrafo 8.57).

Da dove viene l’acqua: il bilancio della condensa

Per capire un carico bagnato bisogna partire da un conto semplice. Ogni chilogrammo di materiale che si scalda da temperatura ambiente alla temperatura di sterilizzazione assorbe calore, e quel calore arriva dal vapore che condensa sulla sua superficie.

La quantità di condensa dipende dalla massa del carico, dal calore specifico del materiale e dal salto di temperatura. Alcuni valori teorici, per un riscaldamento da 20 °C a 121 °C:

Calcolo semplificato: calore sensibile assorbito diviso il calore latente di condensazione del vapore a 121 °C (circa 2.200 kJ/kg). Sono valori utili a capire il fenomeno, non dati di processo: il bilancio reale dipende anche da geometria del carico, dispersioni termiche, temperatura di camera e intercapedine, durata delle singole fasi.

Un carrello con 40 kg di acciaio tra cestelli, ripiani e contenitori genera quindi circa 0,9 kg di acqua solo per scaldarsi. Quell’acqua deve andare da qualche parte: in parte drena verso il fondo camera, in parte resta sul carico e deve essere rievaporata nella fase di asciugatura.

Qui entra il secondo meccanismo, meno intuitivo. Durante l’asciugatura sotto vuoto la pressione scende e l’acqua evapora a temperatura più bassa, ma per evaporare ha comunque bisogno di calore. Quel calore arriva in parte dal carico, che si raffredda cedendolo, in parte dalle pareti della camera riscaldate dall’intercapedine.

Ne derivano due conseguenze pratiche:

• Il calore accumulato nel carico non basta da solo a rievaporare tutta la condensa che ha generato. Un chilogrammo di acciaio che si raffredda da 121 °C a 50 °C cede calore sufficiente a evaporare circa 15 g di acqua, meno dei 23 g condensati in riscaldamento. Per questo il drenaggio conta quanto l’asciugatura: l’acqua che resta intrappolata in una cavità o in un imballo è quella che il ciclo fatica a eliminare.
• Conta la massa termica effettiva del singolo componente, non solo il materiale. Un componente leggero o a parete sottile accumula poco calore; se il materiale conduce poco, come plastiche e silicone, lo cede anche lentamente. La condensa che lo raggiunge, spesso gocciolando da masse metalliche vicine, trova poco calore disponibile per rievaporare.

Prima famiglia di cause: troppa acqua nel ciclo

In questi casi la fase di asciugatura può funzionare correttamente, ma deve rimuovere più acqua di quella prevista quando il ciclo è stato sviluppato. Allungarla aumenta il tempo ciclo senza eliminare l’origine del problema.

Qualità del vapore e acqua nella linea

Se il vapore arriva in camera con una frazione di acqua liquida troppo alta, quell’acqua si deposita direttamente sul carico. È una delle prime condizioni da verificare quando l’umidità è distribuita su tutto il carico e si ripete da un ciclo all’altro.

Il parametro di riferimento è il titolo di secchezza del vapore, che l’Annex 1 indica tra i parametri del vapore pulito da valutare periodicamente, insieme a gas non condensabili e surriscaldamento. La EN 285, nata per le grandi sterilizzatrici a vapore in ambito sanitario, ne definisce requisiti e metodi di prova ed è un riferimento tecnico molto usato anche in ambito farmaceutico.

Le origini tipiche del vapore umido sono:

• separatori di condensa assenti, sottodimensionati o in cattivo stato sulla linea di alimentazione
• scaricatori di condensa guasti o bloccati, che lasciano accumulare acqua nelle tubazioni
• tratti di linea non coibentati, lunghi o con punti di ristagno, dove il vapore condensa prima di arrivare in camera
• trascinamento di acqua dal generatore, per esempio per livello troppo alto o picchi di prelievo

Nel farmaceutico l’autoclave è alimentata normalmente con vapore pulito, e la sua qualità dipende anche da come è prodotto e distribuito. Le differenze rispetto al vapore di servizio sono trattate nell’articolo su vapore pulito cGMP e vapore industriale, mentre le scelte di progetto del generatore sono confrontate in quello sul riscaldamento diretto o indiretto nel vapore pulito cGMP.

Camera e intercapedine non in temperatura

Anche le superfici dell’autoclave entrano nel bilancio. Se all’ingresso del vapore pareti, porte o intercapedine sono più fredde del previsto, una parte del vapore condensa su di esse e si aggiunge alla condensa generata dal carico.

Gli elementi a contatto con pareti o porte possono raccogliere condensa locale. Quando il carico umido compare in modo sistematico, conviene verificare il comportamento termico della camera sia nelle fasi che precedono l’esposizione sia durante l’asciugatura.

Massa e configurazione del carico

Più massa significa più condensa, come mostra il bilancio. A parità di massa, però, la disposizione decide quanta acqua resta sul carico. Gli errori più ricorrenti:

• Densità eccessiva. Pacchi compressi o troppo vicini ostacolano sia la rimozione dell’aria sia l’evacuazione dell’umidità in asciugatura.
• Contenitori orientati verso l’alto. Bacinelle, becher e superfici concave si comportano come piccoli serbatoi. Vanno inclinati o capovolti, secondo il piano di carico validato.
• Masse metalliche sopra materiali porosi o plastici. La condensa che si forma sul metallo gocciola sul materiale sottostante, che ha meno calore per rievaporarla.

Geometrie che trattengono la condensa

Tubi, flange, cavità cieche e componenti concavi meritano un’attenzione a parte. L’asciugatura sotto vuoto rimuove bene un velo d’acqua esposto, ma fatica molto con l’acqua ferma in un punto che non drena.

In questi casi allungare semplicemente il vuoto può avere un effetto limitato. La soluzione passa dall’orientamento del componente nel piano di carico e, quando possibile, da supporti che ne favoriscano il drenaggio.

Drenaggio della camera

La condensa che può uscire per gravità non dovrebbe essere lasciata alla fase di asciugatura. Scarico parzialmente ostruito, filtri o griglie del pozzetto intasati, scaricatore di camera difettoso: sono cause semplici da verificare e spesso sottovalutate. Il segnale tipico è un’umidità concentrata sui ripiani più bassi.

Carico che entra freddo o già bagnato

Un carico che arriva da un ambiente freddo genera più condensa del previsto. Un carico che entra già bagnato, per esempio componenti non asciugati a fondo dopo il lavaggio, porta in camera acqua che il ciclo non è stato progettato per gestire.

Seconda famiglia di cause: l’asciugatura non elimina l’acqua

Qui la quantità di condensa è compatibile con il ciclo, ma la fase di asciugatura non riesce a rimuoverla del tutto. È il caso in cui intervenire sui parametri di asciugatura è più direttamente pertinente, dopo aver escluso le cause a monte.

Parametri della fase di asciugatura

L’asciugatura sotto vuoto funziona se raggiunge una pressione abbastanza bassa, la mantiene abbastanza a lungo e dispone di calore sufficiente. Le cause legate al ciclo sono quindi:

• vuoto non abbastanza profondo rispetto a quanto richiede il carico
• durata insufficiente rispetto al carico effettivo, tipica quando il ciclo è stato sviluppato su un carico più leggero
• intercapedine non in temperatura durante il vuoto, che riduce il calore disponibile
• assenza di impulsi d’aria dove il carico li richiederebbe: alternare fasi di vuoto e ingressi di aria sterile filtrata aiuta a trasportare l’umidità fuori dai materiali porosi

Prestazioni del sistema di vuoto

Se la pressione non scende al livello impostato, l’evaporazione rallenta. La causa può stare nella pompa del vuoto, in una perdita della camera, in valvole o guarnizioni. Una verifica utile è confrontare il vuoto raggiunto nei cicli recenti con lo storico: un peggioramento graduale indica usura o perdita, non un problema di ricetta.

Sulle pompe ad anello liquido, il vuoto ottenibile dipende anche dalla temperatura dell’acqua di tenuta: acqua troppo calda limita la pressione minima raggiungibile.

Materiali e confezionamento

Con involucri, filtri e tessili l’acqua non deve solo evaporare: il vapore che si forma deve anche riuscire a uscire dall’imballo. Numero di strati, permeabilità dell’involucro e densità del confezionamento rallentano questo passaggio.

Per questo anche un cambio apparentemente secondario, come un nuovo fornitore dell’imballo a parità di ciclo, va valutato rispetto al ciclo validato: può bastare a far comparire il problema.

Un caso a parte: la ricondensazione dopo lo scarico

Un carico asciutto in camera può bagnarsi dopo, se viene appoggiato su superfici fredde o esposto a correnti d’aria mentre è ancora caldo. Il segnale è chiaro: il carico è asciutto a porta aperta e l’umidità compare solo più tardi.

Come capire la causa: dove si trova l’acqua

Posizione, distribuzione e ripetitività dell’umidità sono l’indizio più utile. Prima di modificare il ciclo conviene annotare con precisione dove compare l’acqua, su quali articoli e in quali cicli.

Quantificare l’umidità residua, non solo osservarla. L’ispezione visiva, che l’Annex 1 richiede nell’accettazione del carico, dice se c’è acqua ma non quanta. Pesare alcuni articoli rappresentativi prima e dopo il ciclo trasforma un’impressione in un dato ripetibile e confrontabile nel tempo. La EN 285 prevede prove di asciuttezza del carico con criteri di accettazione espressi come aumento percentuale di massa. Nelle forniture di LAST Technology queste prove non fanno parte di FAT e SAT: si eseguono durante la PQ, a cura dell’utilizzatore e sul carico reale di produzione.

Una precisazione utile: il test di Bowie & Dick verifica la rimozione dell’aria e la penetrazione del vapore in condizioni di prova definite, non l’asciuttezza di un carico di produzione. Un test superato non esclude un problema di carico umido.

Carichi che escono umidi dalla vostra autoclave? Descriveteci il carico, il ciclo e dove compare l’acqua: il team di LAST Technology può analizzare l’applicazione e aiutarvi a valutare le possibili cause. Scrivete a info@lasttechnology.it.

Soluzioni tecniche: intervenire sulla causa, non sul sintomo

Le soluzioni seguono la diagnosi. Intervenire sul ciclo quando la causa è il vapore, o viceversa, allunga i tempi senza risolvere.

Sull’impianto del vapore

• eseguire i test di qualità del vapore (secchezza, gas non condensabili, surriscaldamento) nel punto di alimentazione dell’autoclave
• verificare separatori e scaricatori di condensa sulla linea, e la pendenza dei tratti orizzontali
• coibentare i tratti esposti ed eliminare i punti di ristagno della condensa

Sul ciclo di asciugatura

• rivedere profondità e durata del vuoto sulla base del carico reale, non di quello nominale
• introdurre o ottimizzare gli impulsi d’aria sterile filtrata per i carichi porosi
• verificare che l’intercapedine resti in temperatura durante l’asciugatura
• seguire nel tempo il vuoto raggiunto, usando i dati di ciclo come trend di manutenzione

Sul carico e sui piani di carico

Spesso la soluzione più efficace non richiede modifiche alla macchina ma un piano di carico migliore:

• standardizzare orientamento, densità e posizione dei pesi, e trattare il piano di carico come parte della validazione del ciclo
• collocare masse metalliche sotto, non sopra, i materiali porosi e plastici
• usare cestelli e supporti che drenano, evitando superfici piene sotto il carico
• gestire lo scarico: tempi e area di raffreddamento, nessun appoggio su superfici fredde

Sulla progettazione dell’autoclave

Una parte della gestione della condensa si decide in progetto, prima ancora di sviluppare il ciclo. Sulle autoclavi RSA di LAST Technology la camera è avvolta da un’intercapedine di tipo bugnato per un riscaldamento uniforme, e il fondo camera converge verso il pozzetto di scarico, con evacuazione continua della condensa durante il ciclo. Il software prevede programmi dedicati per carichi porosi e per tappi in gomma, oltre alla sterilizzazione automatica del filtro rompi-vuoto con test di integrità.

Poiché le macchine sono realizzate su commessa, la fase di asciugatura può essere configurata sul carico del cliente. Gli elementi su cui si interviene comprendono:

• livello di vuoto
• numero di impulsi d’aria
• riscaldamento dell’intercapedine
• ventilatori in camera
• scambiatori di calore per l’aria compressa

Un caso dalla pratica: filtri a cartuccia confezionati in Tyvek

Un cliente doveva sterilizzare filtri a cartuccia confezionati in buste di Tyvek e, con le autoclavi utilizzate in precedenza, non riusciva a ottenere un carico sterilizzato e asciutto in modo corretto. Il carico riunisce due degli elementi descritti sopra: un componente filtrante e un imballo che il vapore formato in asciugatura deve attraversare per uscire.

Sulla nuova autoclave fornita da LAST Technology è stato configurato un ciclo specifico per questo carico, che ha risolto il problema.

Modificare l’asciugatura in un ciclo validato

La fase di asciugatura segue l’esposizione e di norma non entra nel calcolo della letalità. Non per questo è libera da vincoli: il ciclo è validato nel suo insieme, e una modifica a vuoto, durata, impulsi o piano di carico va gestita in change control.

Gli aspetti da valutare sono l’effetto sui materiali sensibili, l’aumento del tempo ciclo, la ripetibilità dell’asciugatura e la posizione del punto più difficile da sterilizzare, che può cambiare con un piano di carico diverso. Se l’asciuttezza del carico è tra i criteri di accettazione della PQ, la modifica può richiedere una verifica dedicata.

Conclusione

Un carico umido è quasi sempre il risultato di un bilancio della condensa che non chiude: troppa acqua in ingresso, con il vapore o con il carico, oppure troppo poca capacità di drenarla e rievaporarla. La diagnosi parte da tre domande, in quest’ordine: dove si trova l’acqua, quando si forma, perché non riesce a lasciare il carico.

Quando il problema è strutturale, cioè legato a carichi pesanti, materiali difficili o vincoli di tempo ciclo, la risposta passa anche dal progetto della macchina. Le autoclavi a vapore saturo cGMP di LAST Technology sono progettate sul carico del cliente, inclusa la gestione della condensa e della fase di asciugatura.

Riferimenti tecnici

• EU GMP Annex 1 (2022), fabbricazione dei medicinali sterili: paragrafi da 8.55 a 8.57 sulla sterilizzazione a calore umido
• EN 285:2015+A1:2021, grandi sterilizzatrici a vapore, nata per l’ambito sanitario: requisiti di qualità del vapore e metodi di prova dell’asciuttezza del carico, molto usati come riferimento tecnico
• ISO 17665:2024, sviluppo, validazione e controllo di routine dei processi di sterilizzazione a calore umido, nata per i prodotti sanitari; i suoi principi si applicano anche alla sterilizzazione farmaceutica

Massimo Castellarin President & CEO