的能量会少于表3.3.1-2中计算得到的能量。
能量传递的方式可以是传导、对流和辐射，它们可以单独发生或同时发生。
3.3.1.1 传导
传导是以分子振动的形式传递能量，总体上不需要物体的任何运动。在灭菌学中，这个方法应用于以下情况：
? 能量通过容器壁传递给被灭菌的液体
? 能量通过与灭菌介质的直接接触传递到物体表面（例如蒸汽或热水）
3.3.1.2 对流
对流是与运动流体的接触而产生的能量转移。
容器中被灭菌的液体自然流动时，称为自然对流。如果通过风扇或泵促使液体流动时，即为强制对流。
3.3.1.3 辐射
辐射是能量以电磁波形式的传递。
辐射是真空干燥阶段能量传递的主要手段，但在灭菌阶段，当夹套的温度略高于腔室温度时，它更加有助于产品的加热。
3.3.1.4 热转移速率和加热介质的热容量比较
从加热介质到封闭容器之间的热量传递取决于多种因素，包括容器和加热介质之间的温差、容器的特性和几何形状，以及总的传热系数。传热系数是一个包括加热介质热力学特性的多变量函数。在前面章节的内容中，提到了介质热容量的差别和保持饱和蒸汽的重要性，这里，主要介绍一下由介质到被灭菌品的热转移，并对每个方式的热容量作了比较。（见表3.3.1.4-1）
通常每种灭菌方式都有一个最理想的加热系统。饱和蒸汽的加热速度最快。在某些情况下，比如大型的软包装，过热水浸泡/淹没式灭菌方法的效率更高15。
表3.3.1.4-1 灭菌工艺的能力和要求总览
灭菌程序 热传递速率 是否要求循环 热分布挑战16 装载说明 多孔/坚硬装载及液体装载；总压不需要高于饱和蒸汽压 饱和蒸汽 高 否 低 1516
译注：目前国内过热水喷淋法广泛应用。所谓浸泡往往是半浸泡形式加喷淋，也需要循环泵。淹没式可能是连续灭菌方式。 译注：原文为Temperature distribution challenge，指对热分布的挑战，意指对影响热分布的要求。
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蒸汽-空气混合物 与蒸汽和空气的比例、流速相关 中等程度 与流速相关 高，但与低流速相关 要 高 液体和某些多孔/坚硬装载；总压高于饱和蒸汽压 液体装载；总压高于饱和蒸汽压压 液体装载；总压高于饱和蒸汽压 过热水 空气加压喷淋 空气加压浸泡 要 中 要 中 表3.3.1.4-2至表3.3.1.4-4列出了蒸汽、水、三种比例的蒸汽/空气混合物的热容量 （30）。热容量是当蒸汽、过热水、蒸汽-空气混合物下降1°F时释放出的热量。此数值以每磅和每立方英尺来（BTU/lb°F和BTU/ft3°F ，BTU=British Thermal Unit , 英国热量单位）表述。
对图表中数据的分析说明，从热容量的角度（更有意义的对比）看，过热水和蒸汽的加热能力是相似的，这二种加热介质的热容量相似，都很高--蒸汽是因为有潜热，而过热水则是因为其质量大。然而，在过热水灭菌法中，热量的转移很大程度上依赖于容器中周围介质的强制运动。蒸汽不需要强制循环，因为蒸汽相变，变成几乎是同一温度的冷凝水，且有更多的蒸汽来补充。
蒸汽-空气混合物对容器的传热速率是空气-蒸汽的比例、整个灭菌器中加热介质的强制循环的函数。与加压条件下过热水或蒸汽灭菌相比，单位体积的蒸汽-空气混合物所具有的热容量要低得多。但是，对一个经适当开发的灭菌程序而言，蒸汽-空气混合物不失为有效的灭菌剂。
表3.3.1.4-2 饱和蒸汽
温度 212°F 250°F 表3.3.1.4-3 水
温度 212°F 250°F
表3.3.1.4-4蒸汽-空气混合物 温度 °F
潜热量（△h）latent Heat Capacity BTU/lb. °F 970.3 945.3 BTU/ft3°F 36.1 68.3 热容量-heat capacity BTU/lb. °F 1.001 1.003 BTU/ft3°F 59.87 58.98 热容量-heat capacity 60%蒸汽 BTU/lb.°F BTU/ft3°F 75%蒸汽 BTU/lb.°F 27
90%蒸汽 BTU/lb.°F BTU/ft3°F BTU/ft3°F 212°F 250°F 13.06 11.56 0.61 0.72 19.94 17.21 0.86 1.12 27.6 24.29 1.10 1.65 3.3.2 蒸汽
湿热灭菌可采用多种蒸汽，它包括但不局限于工厂蒸汽、生产用蒸汽和纯蒸汽。由于它们的应用各不相同，因此，应说明什么情况下选用哪种蒸汽最为合适。
3.3.2.1 公用蒸汽（Plant stem）
工厂蒸汽指一般的工业蒸汽，将生产的工业蒸汽分配并应用于各种能量转移，如设施、水和生产中加热，或者驱动发动机或涡轮机。对于湿热灭菌而言，如果腔室中的蒸汽并非来自夹套，则通常认为灭菌器的夹套可采用工厂蒸汽。在过热水灭菌方法中，工厂蒸汽也用于热交换器非洁净的一侧加热过热水。
3.3.2.2 工艺蒸汽（Process steam）
工艺蒸汽和工业蒸汽相类似，所不同的是，工艺蒸汽的源水不得加入有挥发性添加剂（胺或肼）。当容器已经完成灌封，需灭菌时，可用工艺蒸汽对液体产品作湿热灭菌。
3.3.2.3 纯蒸汽（Pure steam）
纯蒸汽（有时叫做洁净蒸汽或高质量蒸汽）的冷凝水须符合药典注射用水要求（WFI）。（31）纯净蒸汽主要通过特定设计的纯蒸汽发生器生产，或用多效蒸馏水机的第一个柱生产，多效蒸馏水机的供水应采用符合化学质量要求的水。
药典中规定的软水、去离子水和纯化水，均可生产纯蒸汽。为系统的正常运行，需要注意对蒸汽分配系统作适当设计、安装及蒸汽疏水阀和排气口的维修保养。要避免冷凝水的累积。多孔/固体物品的灭菌，始终应采用纯净蒸汽。
3.3.3 纯蒸汽质量的测试
饱和蒸汽灭菌的半对数模式有一个假设，即饱和蒸汽中没有不凝性气体以及过热现象。湿蒸汽、过热蒸汽和含有不凝性气体的蒸汽，对多孔/固体物品程序的灭菌率有潜在的不良影响。蒸汽的质量对饱和蒸汽灭菌中灭菌率L影响的大小，取决于蒸汽质量偏离理想蒸汽状态的程度以及装载中被灭菌品的类型。
对于多孔/固体物品的灭菌而言，由于灭菌器的供汽属确认的内容，应按公司内部的确认方针或按照适用的法规要求，对灭菌器供汽的质量特性定期、重复地进行测试及评估。（32）
3.3.3.1 不凝性气体
不凝性气体是蒸汽发生器生产的蒸汽中可能夹带的气体。这些不凝性气体（比如空气、氮气和二氧化碳17）使蒸汽从纯的、汽相状态的水成为蒸汽和气体的混合物。
3.3.3.2 干燥度和干燥值 17
译注：在灭菌、纯蒸汽、注射用水制备过程中，其温度高于室温，因此，二氧化碳也列入了不凝性气体。
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蒸汽的干燥值（一个干燥百分值的测试）是饱和蒸汽灭菌程序所用蒸汽中携带液相水量的测试值。干燥值为0表示有100%的水，干燥值为1.0表示不含液相水的干燥蒸汽。除了使某些被灭菌品潮湿外，干燥值小于1.0的蒸汽所含的能量会明显小于纯的饱和蒸汽。可通过测试获得干燥值--通常是近似值。
蒸汽的干燥度与它的潜热密切相关。潜热水平在50%的蒸汽，其干燥度为0.5，表示混合物中水和蒸汽的比例为50:50。因此，只有蒸汽是百分之百时，它才是干蒸汽，其干燥度为1.0。（33）
图3.3.3.2-1显示了在热转移过程中如果干燥分数小于1.0相应的能量损失。当100%的水处于121℃时，没有潜热，干燥分数为0。当50:50比的蒸汽/水混合物处于121℃时，干燥分数为0.5，潜热为1,099焦耳/克。当100%的蒸汽处于121℃时，干燥分数为1.0，潜热为2,199焦耳/克。
图3.3.3.2-1 2个大气压下的干燥度（绝对值）
温度℃160水140120100806040200-20水 50%水/蒸汽混合过热蒸汽饱和蒸汽干燥度=0潜热=0干燥度=0.5潜热=1,099干燥度=1.0潜热=2,199Δ2,199508焦耳/g2,707焦耳/g以恒定速率增加的热量
3.3.3.3 过热
过热蒸汽是指在任何给定压力下，高于水蒸发平衡曲线所示温度的蒸汽。半对数模式的微生物灭活过程，要求采用饱和蒸汽，即灭菌应处在所达到压力（2.0节）点的平衡温度。过热蒸汽对微生物的灭菌率小于该温度下的预期的灭菌率。 造成过热的主要原因有：
? 在使用点附近压力的下降
? 灭菌器夹套的温度高于腔室的温度
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4.0 灭菌程序的开发
灭菌程序开发的目的是建立一个灭菌程序，以满足设计要求。本节按确定设计要求、确定装载类型、选择工艺并确定工艺参数的程序加以阐述。
已制订了一个决策树（见图4.0-1），以指导读者选择灭菌程序的设计方法，并确定灭菌程序。决策树对关键产品及工艺过程需考虑的问题作了总结，并在此基础上，就灭菌程序设计方法及建立灭菌程序各个步骤提出了各种建议。
图4.0-1湿热灭菌程序决策树
是是热稳定材料吗?否采用过度杀灭设计法 4.1.1.1按产品特性设计法 4.1.1.2多孔/坚硬物品 4.2.1被灭菌品 的形式?密封液体产品4.2.2要需考虑抽真空?4.4要需加压吗?4.3不要现有抽真空灭菌器?有脉动真空程序4.4.1.1无重力置换程序 4.4.1.2可可用过热水程序?不可SAM程序4.3.2.1任何湿热程序4.3过热水4.3.2.2或SAM 4.3.2.1 SAM=蒸汽及空气的混合物
4.1 设计方法
灭菌程序设计的方法主要有两种：过度杀灭设计法（overkill design approach）和按产品特性设计的方法（product specific design approach)。两种方法都可以使被灭菌的产品和材料达到相同的无菌保证水平。本节将讨论利用两种设计方法中的一种，使用半对数模式来计算所需灭菌程序的杀灭时间。
在灭菌程序的设计中，从两种设计方法中选择哪一种，在很大程度上取决于被灭菌产品
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