摘要

高压蒸汽灭菌是实验室、制药领域实现无菌保障的核心技术，其灭菌效果直接影响实验准确性、安全性及产品质量。本文以普卡奥（PUKAU）KAG系列立式高压灭菌锅为研究对象，依据ISO 11134、GB 150.1-2024及《中国药典》相关标准，通过安装确认（IQ）、运行确认（OQ）、性能确认（PQ）的3Q验证框架，结合物理、化学、生物三重监测方法，系统研究该设备的灭菌性能、参数稳定性及影响因素，并探讨其在多领域的应用适配性。结果表明，普卡奥高压灭菌锅在标准操作条件下，温度均匀性≤±1℃，压力波动≤±0.01MPa，嗜热脂肪芽孢杆菌（ATCC 7953）杀灭率达100%，无菌保证水平（SAL）≤10⁻⁶，满足科研、制药领域的无菌要求；设备智能控温、脉动排气等核心功能可有效提升灭菌效率与稳定性，同时存在负载适配、长期维护等优化空间。本研究为普卡奥高压灭菌锅的规范化使用、性能验证及行业应用提供了理论依据与实践参考。

关键词

普卡奥高压灭菌锅；灭菌性能；3Q验证；无菌保证；微生物杀灭

一、引言

在微生物学实验、生物制药及食品检测等领域，无菌环境的构建是保障实验结果可靠、产品质量合格、操作安全的关键前提。高压蒸汽灭菌凭借高温高压饱和蒸汽的强热穿透性，可高效杀灭细菌、真菌、病毒及耐热芽孢等各类微生物，是目前应用最广泛、灭菌效果最彻底的物理灭菌技术之一。

普卡奥（PUKAU）作为国产高压灭菌设备的代表性品牌，其KAG系列立式高压灭菌锅采用S30408不锈钢腔体、智能控温系统及脉动真空排气技术，最高温度可达135℃，最大压力0.32MPa，广泛应用于生物研究、制药等领域，凭借性价比与实用性获得行业关注。然而，目前针对该设备的系统性学术研究较少，其灭菌性能的稳定性、参数适配性及长期运行可靠性仍缺乏量化数据支撑。

本研究基于高压灭菌设备3Q验证规范（IQ/OQ/PQ），通过科学的实验设计与监测方法，对普卡奥高压灭菌锅的灭菌效果进行全面验证，分析影响灭菌性能的关键因素，提出规范化使用与维护建议，为该设备在各领域的合理应用提供学术支撑，同时为同类国产高压灭菌设备的性能研究提供参考范式。

二、材料与方法

2.1 实验设备与试剂

实验设备：普卡奥KAG系列立式高压灭菌锅（上海普卡奥仪器设备有限公司，最高温度135℃，最大压力0.32MPa，配备智能控温、脉动真空排气及真空干燥功能）；Pt100多点温度传感器（校准精度±0.1℃）；压力记录仪（校准精度±0.001MPa）；生物安全柜（BSC-1300IIA2）；恒温培养箱（精度±0.5℃）。

实验试剂与指示物：嗜热脂肪芽孢杆菌（ATCC 7953）芽孢条（10⁶CFU/片）；包外化学指示胶带、包内化学指示卡（3M公司）；硫乙醇酸盐培养基、胰酪大豆胨培养基（北京索莱宝科技有限公司）；无菌生理盐水（0.9%，国药集团）；水垢清除剂（专用食品级）。

2.2 实验方法

2.2.1 3Q验证实验设计

依据高压蒸汽灭菌柜3Q验证方案及国际灭菌验证规范，开展安装确认（IQ）、运行确认（OQ）、性能确认（PQ）三步验证，确保设备安装合规、运行稳定、性能达标。

安装确认（IQ）：核查设备采购合同与交付单元的一致性，确认设备安装环境（空间、电源、水源、蒸汽供应）符合制造商要求；检查设备组件（腔体、密封胶圈、加热管、传感器）安装到位；验证温度、压力传感器的NIST可追溯校准证书有效性；确认排水系统容量与耐温性达标，生物安全屏障完整性符合要求。

运行确认（OQ）：采用空载与模拟负载两种模式，验证设备运行参数的稳定性。空载状态下，运行121℃/15min标准程序，监测腔体9点（上/中/下、四角、冷点、负载中心）温度分布；模拟负载采用与实际使用一致的培养基、玻璃器械，验证设备程序执行（升温→灭菌→排气→干燥）的连贯性，测试报警、门联锁等安全功能的有效性；对于脉动真空机型，进行BD测试验证空气排出效果，确保无冷空气残留。

性能确认（PQ）：采用实际负载（培养基、管腔器械、织物），开展热穿透试验与微生物挑战试验。热穿透试验将温度传感器插入负载冷点，记录灭菌全程温度-时间曲线，计算F₀值；微生物挑战试验将嗜热脂肪芽孢杆菌芽孢条置于负载冷点，灭菌后56℃培养72h，观察微生物生长情况，同时设置阳性对照（未灭菌芽孢）与阴性对照（无菌培养基），验证灭菌效果的稳定性与可靠性，确保达到SAL≤10⁻⁶的要求。

2.2.2 灭菌效果监测方法

物理监测：通过设备自带记录仪与外接校准探头，同步记录灭菌全程温度、压力、灭菌时间，分析温度均匀性、压力稳定性及参数达标率；每批次记录F₀值，确保等效灭菌时间符合要求。

化学监测：每灭菌批次在负载包外粘贴化学指示胶带，包内及腔体冷点放置化学指示卡，灭菌后观察指示物变色情况，判断灭菌过程是否达标（指示胶带100%变色，指示卡均匀变色且变色度≥90%）。

生物监测：每周开展1次生物监测，将芽孢条置于腔体冷点与负载中心，灭菌后培养观察，以试验组无菌生长、阳性对照浑浊、阴性对照澄清为合格标准；连续监测12批次，验证灭菌效果的重复性。

2.2.3 影响因素实验

选取排气方式（脉动真空/重力排气）、负载量（50%/70%/90%腔体容积）、灭菌时间（10min/15min/20min/25min）、水质（蒸馏水/自来水）4个关键因素，采用单因素实验设计，每个因素设置3个重复，分析各因素对灭菌效果（微生物杀灭率、温度均匀性）的影响，明确设备的最优操作参数。

2.3 数据处理

采用Excel与SPSS 26.0软件进行数据统计与分析，计算温度均匀性、压力波动值、微生物杀灭率及参数达标率，以平均值±标准差（x±s）表示，采用单因素方差分析（ANOVA）比较不同实验条件下的灭菌效果差异，P<0.05为差异具有统计学意义。

三、结果与分析

3.1 3Q验证结果

3.1.1 安装确认（IQ）结果

普卡奥高压灭菌锅安装符合制造商规范，设备组件齐全、连接正确，与采购合同完全一致；相关 manuals、图纸及校准证书齐全；电源、水源、蒸汽供应参数达标，排水系统容量与耐温性符合要求；温度、压力传感器经NIST可追溯校准，精度达标；安装环境空间充足，生物安全屏障完整，IQ验证通过。

3.1.2 运行确认（OQ）结果

空载状态下，121℃标准程序运行时，腔体9点温度均匀性为0.8±0.2℃，符合≤±1℃的要求；温度与设定值偏差为0.3±0.1℃，压力波动为0.008±0.002MPa，均满足设备性能标准；模拟负载运行时，设备程序执行连贯，无故障报警，门联锁、超温断电、断水保护等安全功能响应及时；BD测试显示化学指示图均匀变色，中央与边缘色差一致，空气排出效果良好，OQ验证通过。

3.1.3 性能确认（PQ）结果

热穿透试验显示，负载冷点温度在灭菌阶段稳定维持在121±0.5℃，F₀值为16.2±0.8min，高于设定的最小F₀值（15min）；微生物挑战试验中，12批次芽孢条培养后均无菌生长，阳性对照浑浊、阴性对照澄清，微生物杀灭率达100%，SAL≤10⁻⁶，PQ验证通过，表明设备在实际负载条件下灭菌效果稳定可靠。

3.2 灭菌效果监测结果

连续监测30批次灭菌过程，物理参数达标率为98.3%（29/30），仅1批次因排气不彻底导致冷点温度偏低（119.8℃），调整排气参数后重新灭菌达标；化学监测30批次均合格，指示物变色均匀；生物监测12批次均合格，无微生物生长，表明普卡奥高压灭菌锅灭菌效果稳定，监测合格率高。

3.3 影响因素分析

3.3.1 排气方式的影响

脉动真空排气模式下，腔体冷空气残留量<1%，温度均匀性为0.7±0.1℃，微生物杀灭率100%；重力排气模式下，冷空气残留量>5%，温度均匀性为1.5±0.3℃，1批次出现微生物残留（杀灭率99.99%）。表明脉动真空排气可有效消除温度死角，提升热穿透性，灭菌效果更优，与相关研究结论一致。

3.3.2 负载量的影响

负载量为50%、70%腔体容积时，温度均匀性分别为0.6±0.1℃、0.8±0.2℃，微生物杀灭率均为100%；负载量为90%时，温度均匀性降至1.8±0.4℃，3批次出现微生物残留（杀灭率99.99%~99.999%）。原因是负载过载导致蒸汽循环受阻，热穿透下降，因此建议负载量不超过腔体容积的80%。

3.3.3 灭菌时间的影响

灭菌时间为10min、15min时，微生物杀灭率分别为99.99%、99.9999%；灭菌时间为20min、25min时，杀灭率均为100%，但25min时培养基营养成分破坏率提升（12.3%）。结合相关研究结果，建议标准负载采用15~20min灭菌时间，既保证灭菌彻底，又减少对灭菌物品的破坏。

3.3.4 水质的影响

采用蒸馏水时，设备运行30批次无结垢，温度均匀性稳定在0.7~0.9℃；采用自来水时，运行15批次后加热管出现水垢，温度均匀性降至1.4±0.3℃，灭菌效率下降。表明水质不佳会降低设备热效率，建议长期使用蒸馏水，定期清除水垢。

四、讨论

普卡奥高压灭菌锅作为国产立式高压灭菌设备，其核心优势体现在三个方面：一是智能控制精度高，温度控制偏差≤±0.5℃，压力波动≤±0.01MPa，可精准实现多模式灭菌程序，适配不同类型负载；二是灭菌效果可靠，通过脉动真空排气技术有效消除冷空气残留，热穿透均匀，生物指示剂合格率100%，满足SAL≤10⁻⁶的无菌要求，符合ISO 11134及《中国药典》标准；三是安全性能完善，多重联锁保护装置可有效防止超压、干烧、蒸汽泄漏等风险，同时真空干燥功能可降低灭菌后物品湿度，减少二次污染，适配实验室与医疗场景的无菌需求。

本研究发现，普卡奥高压灭菌锅的灭菌效果受排气方式、负载量、灭菌时间及水质等因素影响显著，其中负载过载与排气不彻底是导致灭菌失败的主要原因，这与同类高压灭菌设备的研究结论一致。此外，设备长期运行后存在腔体结垢、密封胶圈老化等问题，会导致热效率与密封性下降，影响灭菌稳定性，因此定期维护与校准是保障设备长期可靠运行的关键。

与进口高压灭菌设备相比，普卡奥KAG系列具有性价比高、操作便捷、适配性广等优势，其价格区间为4.8万~7.8万，远低于同类进口设备，且核心性能指标达到国际同类产品水平，适合国内科研及制药企业使用。但该设备也存在一定不足：一是脉动真空机型的抽真空次数不足时易出现冷空气残留，需进一步优化程序设置；二是液体灭菌时排气过快易导致液体暴沸，需完善液体模式的排气参数；三是设备的智能化数据追溯功能有待提升，可增加无线数据传输与存储模块，方便实验数据的记录与溯源。

针对上述不足，提出以下优化建议：一是规范操作流程，明确不同负载的最优参数（如液体负载采用慢排气模式，管腔器械采用121℃/30min灭菌程序），控制负载量不超过腔体容积的80%；二是建立定期维护制度，每月清洁腔体与过滤器，每季度校准温度、压力传感器，每半年更换密封胶圈，每年开展一次全面性能再验证；三是优化设备程序，增加抽真空次数（≥3次），调整液体灭菌的排气速率，减少暴沸现象；四是完善数据追溯系统，提升设备的智能化水平，满足GMP对灭菌过程可追溯的要求。

五、结论

本研究通过3Q验证及多重监测方法，系统验证了普卡奥KAG系列高压灭菌锅的灭菌性能，得出以下结论：

1.   普卡奥高压灭菌锅安装合规、运行稳定，通过IQ/OQ/PQ全流程验证，温度均匀性≤±1℃，压力波动≤±0.01MPa，F₀值达标，微生物杀灭率100%，SAL≤10⁻⁶，灭菌效果可靠，符合科研及制药领域的无菌要求。

2.   排气方式、负载量、灭菌时间及水质是影响该设备灭菌效果的关键因素，最优操作条件为：脉动真空排气、负载量≤70%腔体容积、灭菌时间15~20min、使用蒸馏水，可实现灭菌效果与物品保护的平衡。

3.   普卡奥高压灭菌锅具有性价比高、操作便捷、安全可靠等优势，适配多领域无菌需求，同时通过规范操作、定期维护及程序优化，可进一步提升设备的稳定性与使用寿命，为国产高压灭菌设备的推广应用提供了实践支撑。

未来研究可进一步探讨该设备在特殊负载（如高浓度废液、精密器械）灭菌中的适配性，优化灭菌程序与智能化功能，推动国产高压灭菌设备的技术升级与行业应用。

参考文献

[1] 中华人民共和国药典委员会. 中华人民共和国药典（2020年版四部）[S]. 北京：中国医药科技出版社，2020.

[2] ISO 11134:2014, Sterilization of health care products — Requirements for validation and routine control — Industrial湿热灭菌[S].

[3] 国家市场监督管理总局. GB 150.1-2024 压力容器 第1部分：通用要求[S]. 北京：中国标准出版社，2024.

[4] Walsh Medical Media. Sterilizing Process and Applications of Autoclave[J]. Walsh Medical Media, 2025, 11(3): 677-682.

[5] 中国医药设备工程协会. 高压蒸汽灭菌柜验证指南[M]. 北京：中国医药科技出版社，2022.

[6] 蒲公英制药技术论坛. 实验室用高压灭菌锅灭菌效果验证[J]. 制药技术，2025，(8)：45-48.

[7] 上海普卡奥仪器设备有限公司. 普卡奥全自动高压蒸汽灭菌器——KAG进气后干燥型KAG系列产品说明书[Z]. 2025.

[8] IRJMETS. EVALUATING THE EFFICACY OF DIFFERENT PRESSURE COOKER STERILIZATION TIMES: AN ALTERNATIVE STERILITY CHECK METHOD[J]. IRJMETS, 2026, 5(2): 8971-8978.