TOC-gestützte Reinigungsvalidierung Kosmetika – Wie rein ist rein?

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In der kosmetischen Industrie ist der TOC (engl. Total Organic Carbon; gesamter organischer Kohlenstoff) ein aussagekräftiger Summenparameter, um die Reinigungseffizienz von Herstellanlagen und Ausrüstungsgegenständen zu bewerten. Was gilt es zu beachten?

Wenn Kosmetik – neben Schönheit – eines verspricht, dann ist es Sauberkeit. Die Branche steht für Pflege, Reinheit, Feel-Good und vieles Angenehme mehr. Doch wie wird eigentlich gewährleistet, dass sich die Verbraucher nicht nur gut – und mitunter sauber – fühlen, sondern wirklich sicher sein können, dass die Produkte qualitativ hochwertig und letztlich gesetzeskonform sind? Dazu müssen die Kosmetika selbst insbesondere eines sein: sauber. Doch was heißt „sauber“ bzw. „rein“ in diesem Kontext genau?

Wer kosmetische Produkte herstellt, muss die Reinheit der verwendeten Fertigungsanlagen und Ausrüstungsgegenstände sicherstellen. Doch wie dies im Einzelnen durchzuführen und zu validieren ist, findet sich in den entsprechenden Regelwerken nur vage formuliert. Wichtig ist, dass ein standardisiertes Reinigungsverfahren besteht und die Wirksamkeit der Reinigung belegt werden kann. Der Summenparameter TOC (engl. Total Organic Carbon; gesamter organischer Kohlenstoff) gibt einen Überblick über die Reinigungseffizienz. Das Verfahren findet auch Anwendung bei Mann & Schröder Cosmetics, seit über 65 Jahren Hersteller hochwertiger Kosmetikprodukte

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Geltende Vorgaben für Kosmetikhersteller

Gemäß der DIN EN ISO 22716:2016 für Kosmetik-GMP (GMP, engl. Good Manufacturing Practice) sollte für alle Ausrüstungsgegenstände ein geeignetes Reinigungs- und ggf. Desinfektionsprogramm gelten. Dies umfasst auch festgelegte, wirksame Reinigungs- und Desinfektionsmittel. Im IFS-HPC (engl. International Featured Standards, IFS), einem internationalen Standard zur Beurteilung von Produkten und Prozessen von Zulieferunternehmen, die Haushalts- und Körperpflegeprodukte herstellen, werden die geltenden Vorgaben noch weiter konkretisiert: Hiernach müssen die Reinigungsmaßnahmen auch entsprechend validiert und mittels definiertem Stichprobenplan durch ein geeignetes Verfahren dokumentiert werden. Die Art der Validierung ist hingegen nicht vorgeschrieben.

Die Branchen Pharma und Food stellen allgemein höhere Anforderungen an die Reinigung sowie deren Validierung, was sich in entsprechenden Vorgaben und Empfehlungen widerspiegelt. Daran angelehnt können sinnvolle und auf den Einzelfall zugeschnittene Methoden erarbeitet und ein geeignetes Validierungsverfahren auch für die Kosmetikbranche festgelegt werden. In kosmetischen Produkten besteht ein Großteil der Inhaltsstoffe aus organischen Verbindungen, die meisten Reinigungsmittel ebenfalls. Daher ist der TOC ein geeigneter Parameter, um die Reinheit verwendeter Fertigungsanlagen zu prüfen.

Um ein geeignetes Reinigungs- und Validierungsverfahren festzulegen, werden verschiedene Reinigungsschritte durchgeführt und anschließend das „letzte Spülwasser“ (Final Rinse) analysiert. So lässt sich die Effizienz der Reinigung bestimmen und validieren. Zudem können auf diese Weise die Spülvorgänge so weit optimiert werden, bis sie den Anforderungen entsprechen und Kosten gespart werden.

Der Summenparameter TOC

Um den TOC zu bestimmen, gibt es unterschiedliche Techniken; die meistverbreitete ist die katalytische Verbrennungsoxidation. Sie oxidiert die Kohlenstoffkomponenten bei hohen Temperaturen mit einem Platin-Katalysator. Anschließend erfolgt der Nachweis des entstehenden CO₂ über einen NDIR-Detektor. Da neben den organischen Verbindungen auch anorganische Kohlenstoffverbindungen wie Carbonate oder Hydrogencarbonate erfasst werden, haben sich hierfür zwei verschiedene Bestimmungsmethoden etabliert:

Bei der am häufigsten verwendeten TOC-Bestimmungsmethode, der so genannten NPOC- (engl. Non Purgeable Organic Carbon; nicht ausblasbarer organischer Kohlenstoff) oder Direkt-Methode, wird die Probe zunächst mit einer Mineralsäure angesäuert. Sie setzt die anorganischen Kohlenstoffverbindungen zu Kohlenstoffdioxid um; ein Spülgas entfernt sie aus der Probe. Anschließend wird ein Aliquot der vorbereiteten Probe oxidiert und das entstehende CO₂ gemessen.

Kommen für die Reinigung von Anlagen Reinigungsmittel zum Einsatz, die zum Schäumen neigen, ist die NPOC-Methode oftmals ungeeignet. Denn beim Ausgasen des CO₂ schäumt die Probe ohnehin auf, sodass Unterbefunde wahrscheinlich sind. Für derartige Proben ist die sogenannte Differenzmethode ideal. Dabei wird zunächst durch Oxidation die Konzentration der gesamten Kohlenstoffverbindungen (TC, engl. Total Carbon) ermittelt. Dafür wird ein Teil der Probe – ohne Probenvorbereitung – komplett oxidiert. In einem zweiten Schritt gilt es, die anorganischen Kohlenstoffverbindungen (IC, engl. Inorganic Carbon) zu messen. Dazu werden durch Ansäuern der Probe die Carbonate und Hydrogencarbonate zu CO₂ umgesetzt und mit dem Trägergas zum Detektor transportiert. Durch Differenzbildung (TC – IC = TOC) lässt sich die TOC-Konzentration berechnen.

Moderne Analysatoren wie die der TOC-L-Serie von Shimadzu übernehmen die Probenvorbereitung (Ansäuern und Ausgasen) vollautomatisch. Die Systeme arbeiten mit einem hocheffektiven Platin-Katalysator bei einer Verbrennungstemperatur von 680 °C. Neben der Direktmethode (NPOC) können die Systeme aber auch den TOC mittels Differenzmethode bestimmen. Die Geräte verfügen über eine spezielle Spritzeneinheit, die automatische Verdünnungen von Proben bei Überschreitung des Kalibrierbereichs ermöglichen, sowie die automatische Verdünnung von Standards, um Kalibrierkurven auch in äquidistanten Konzentrationsabständen zu erstellen.

„Ohne Alkohol“, ... wirklich?

Die erforderliche Reinheit des letzten Spülschrittes wird mittels einer Risikobewertung festgelegt. Ihr Ziel ist es, gesetzeskonforme Produkte zu gewährleisten. Ein geeignetes Szenario zur Risikobewertung bei der Herstellung von Kosmetika ist die Verschleppung eines Inhaltsstoffs von einem inhaltsstoffhaltigen in ein inhaltsstofffreies Produkt. Konservierungsmittel sind ein klassisches Beispiel dafür. Oft sind solche Produkte mit expliziten Auslobungen, so genannten Claims, versehen, die auf die spezielle Zusammensetzung hinweisen, etwa „Frei von Konservierungsmitteln“, „0 % Alkohol“ oder „ohne Parfum“. Dies muss bei der Herstellung der Produkte sichergestellt werden. Das bedeutet, der Inhaltsstoff darf im kosmetischen Produkt nicht nachweisbar sein.

Zur Berechnung des TOC-Akzeptanzkriteriums wird im ersten Schritt eine risikoorientierte Leitsubstanz definiert, in diesem Fall die verschleppte Substanz. Über eine Risikobewertung der Herstellanlagen wird im Anschluss festgelegt, welche Spülwassermenge des Final Rinse in einem Worst-Case im Herstellkessel zurückbleibt und so zu einer Kontamination des nachfolgenden Produktionsansatzes führt. Worst-Case bedeutet in diesem Fall, die größtmögliche Spülwassermenge wird auf den kleinstmöglichen Folgeansatz verschleppt.

Als nächstes wird ermittelt, welche Konzentration der Leitsubstanz in der verschleppten Menge maximal enthalten sein darf, um die Nachweisgrenze im Folgeansatz nicht zu überschreiten. Über die Anzahl der Kohlenstoffatome der Leitsubstanz sowie der molaren Massen von Leitsubstanz und Kohlenstoff lässt sich im Anschluss aus Nachweisgrenze und verschleppter Menge der daraus resultierende TOC-Gehalt im Final Rinse berechnen (s. Abb. 4). Im Rahmen der Worst-Case-Betrachtung wird angenommen, dass diese TOC-Konzentration ausschließlich durch die Leitsubstanz entsteht. Ist das Akzeptanzkriterium festgelegt, kann die Validierung beginnen. Zu den unterschiedlichsten Spülzyklen werden Proben entnommen und auf den TOC-Gehalt analysiert. Hierbei zeigt sich wie erwartet ein Abfall des TOC-Gehalts mit jedem Spülschritt (s. Abb. 3). Das Reinigungsverfahren muss für jede Herstellanlage und jede Produktgruppe separat betrachtet werden.

In Tabelle 1 sind die TOC-Messwerte verschiedener Produkte in der gleichen Herstellanlage nach Durchführung des gleichen Reinigungsprogramms aufgeführt. Je nach Produktart fallen die Messwerte deutlich unterschiedlich aus. Bestätigt sich die Einhaltung des festgelegten Akzeptanzkriteriums auch nach mehrmaliger Durchführung, gilt die Reinigungsmethode für das jeweilige Produkt als validiert.

Analytica 2022: Halle A1 Stand 502

* Anika Brett, Teamleitung Qualitätssicherung , Mann & Schröder Cosmetics , 74936 Siegelsbach

* *Sascha Hupach, Spezialist TOC & AAS , Shimadzu Deutschland GmbH, 47269 Duisburg

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