Главная Обратная связь

Дисциплины:






Тема Т9. Теоретичні основи стерилізації



 

Метою стерилізації є знищення всієї мікрофлори, що перебуває в поживному середовищі, різних рідких добавках (наприклад, у піногаснику), а також на внутрішніх поверхнях устаткування, арматури, що підводять і відводять комунікацій.

Необхідність стерилізації викликана тим, що культури – мікроорганізмів продуцентів украй чутливі до присутності інших мікроорганізмів.

Процес стерилізації можна розчленувати на три основні етапи: нагрівання середовища або апарата до температури стерилізації, витримування при цій температурі протягом часу, що забезпечує загибель всіх мікроорганізмів і охолодження стерилізуємого об'єкта до температур, доступних для засівання середовища чистою культурою продуцента.

Досягти повної стерильності дуже важко, оскільки для цього треба вбити всі мікроорганізми, а деякі з них, особливо спороносні, витримують вплив високих температур дуже тривалий час. Властивості стерилізуємих об'єктів мають велике значення, тому що деякі речовини підсилюють стерилізаційний ефект, наприклад кислоти, а деякі, навпаки, збільшують стійкість мікроорганізмів до температури й тиску. Так, мікроорганізми в 2-3 рази довше витримують термообробку в маслі, у присутності крохмалю й т.п. Все це говорить про те, що ефективність стерилізації залежить від дуже багатьох факторів: температури, тривалості процесу, складу стерилізуємого середовища, конструкції апарата, ступеня обсім’яненності стерилізуємого об'єкта, вимог стерильності на наступних стадіях і т.п.

Характеристикою процесу стерилізації є питома швидкість загибелі мікроорганізмів - кількість мікроорганізмів, що гинуть в одиницю часу:

 


де N - число особин у популяції; τ - тривалість стерилізації, хв. Після інтегрування, з огляду на, що при τ = 0, N = N0, одержимо:

 

 

Питома швидкість загибелі k не залежить від концентрації мікроорганізмів, а залежить від виду мікроорганізму, характеристики стерилізуємого об'єкта, температури стерилізації й т.п.

Окремі особини мікроорганізмів однієї й тієї ж культури по-різному реагують на вплив температури: одні гинуть швидше, інші витримують високу температуру більш тривалий час. Тому експериментально можна визначити лише середнє значення k.

Добуток N0τсер характеризує сумарну тривалість життя всієї популяції, яке можна записати у вигляді наступного рівняння:

 

звідки

 

Величина середнього k, що має розмірність хв-1, буде величиною, оберненою середньому часу τсер:

Інтеграл для вираження питомої швидкості росту можна записати в такий спосіб:

де N0 - кількість живих мікроорганізмів перед стерилізацією (при τ =0). Ф. X. Дейндорфер і А. Е. Хемфрі запропонували ліву частину цього рівняння позначити і назвати його критерієм стерилізації. При постійній температурі критерій стерилізації буде дорівнювати:



Щоб розрахувати ефективність прийнятого режиму стерилізації, варто взяти з табл. 1.6 значення k, що звичайно встановлюється за експериментальним даними для найбільш термостійкого еталонного мікроорганізму - В. stearothermophіlus 1518.

Для розрахунку й обґрунтування режиму стерилізації при неізотермічних умовах реального виробництва використовують наближений метод Т. Ричардса. Метод припускає враховувати критерії стерилізації при нагріванні стерилізуємого об'єкта ( H), витримування його при температурі стерилізації ( B) і охолодження ( ox).

Обробляючи численні експериментальні дані, Т. Ричардс відзначає, що обробка при температурі нижче 100°С нерезультативна й становить близько 2 % загального критерію стерилізації. Був зроблений розрахунок критерію стерилізації в інтервалі від 100 до 125 °С при підвищенні температури обробки на 1 °С у хвилину. Пізніше Д. Уеіга зі співробітниками розрахували значення критерію стерилізації для температури 143 °С, тобто для таких температур, які використовуються в цей час при стерилізації.

Значення критеріїв стерилізації при різній температурі представлені в табл. 9.1.

Якщо температура нагрівання або охолодження відрізняється від прийнятого при складанні таблиці (1 ºС за 1 хв), то для розрахунку дійсного критерію стерилізації можна використовувати співвідношення:

де T - табличне значення; τ - тривалість зміни температури від 100°С до tст; tст- температура стерилізації, °С.

Ефект стерилізації визначається як сума критеріїв стерилізації:

 

Т. Річардс вважає, що повна стерильність досягається при = 40, однак у промисловості використовуються режими, де Σ =80÷100 і вище. Таке підвищення величини критерію стерилізації пов'язано, очевидно, з тим, що вивчення процесу відмирання еталонної культури проводилося в нейтральному середовищі, де не могло бути речовин, що збільшують термостійкість мікроорганізмів.

 

Таблиця 9.1 - Значення критеріїв стерилізації при різній температурі

Метод Річардса може бути застосований для визначення ще однієї характеристики процесу стерилізації - показника асептичної ефективності (Sac), що дорівнює відношенню кількості забруднених операцій (пз) до загального числа проведених операцій (п):

Якщо прийняти, що навіть одна особина, що вижила, викликає інфікування об'єкта, то число "брудних" стерилізацій пз дорівнює числу N, розрахованому для всіх п операцій:

Звідки

Значення розраховується по методу Річардса з використанням табл. 9.1. Величина Sac задається, виходячи з економічних міркувань, тому що більш жорсткі режими стерилізації пов'язані зі збільшенням енерговитрат, більш строгими вимогами до герметизації й міцності устаткування, кваліфікації персоналу та ін.

В основі розглянутих методів визначення параметрів стерилізації лежить гіпотеза про експонентну залежність числа клітин, що вижили, від тривалості теплової обробки. Однак у багатьох випадках ця гіпотеза не відповідає дійсності. Це пов'язано з наявністю захисних властивостей деяких компонентів середовища (наявність грудок), різною швидкістю нагрівання, нестабільністю температури стерилізації при витримуванні й т.п. Для розрахунку режимів стерилізації такої складної системи успішно використовуються імовірнісні методи, які полягають у встановленні ймовірності виживання мікроорганізмів при даному режимі стерилізації в даному встаткуванні або ймовірності одержання чистих операцій.

Побудова імовірнісної моделі процесу стерилізації ґрунтується на застосуванні розподілу Пуассона, що найбільш повно відображає специфіку досліджуваного процесу. Імовірність виживання клітини Р розраховується за формулою:

де m - число центрів, що реагують на здійснений вплив в одиниці об'єму; V - деякий об’єм; d - умовне число якихось впливів (ударів) на клітин, що не приводять до її загибелі.

Якщо для загибелі клітини досить одного удару, то виживають тільки клітини, що не одержали цього впливу (d=0). Імовірність виживання клітини в цьому випадку

Якщо для відмирання клітин необхідно два удари, то виживають клітини, що не одержали ударів або витримали їхню дію один раз (d1 = 0; d2= 1). Тоді ймовірність виживання:

Якщо потрібно багато ударів, то:

Число клітин, що вижили:

де N0 - початкова кількість клітин.

Для одноударних клітин залежність числа клітин, що вижили, від впливу буде експонентною згідно теорії термічної загибелі мікроорганізмів: N=N0ехр (- ), тоді = mV.

Для багатоударних популяцій можна записати:

причому ймовірність виживання клітин в оброблюваному об’ємі

Значення можна визначити по методу Річардса.

Імовірність появи брудних операцій може бути розрахована по формулі:

У зв'язку з великою складністю процесу стерилізації й неоднорідністю стерилізуємих середовищ отримані розрахунковим шляхом режими необхідно в кожному випадку перевіряти експериментально.

Крім теплової обробки середовищ і апаратури парою, гарячим повітрям існують інші способи стерилізації, які поки не знайшли застосування у мікробіологічній промисловості. До них відноситься обробка ультразвуком, ультрафіолетовими й інфрачервоними променями, іонізуючим випромінюванням, обробка отрутами (фенол, окис етилену) і т.п.

При поверхневому способі культивування стерилізують в основному тверді сипучі середовища, при глибинному - рідкі. Тому апаратурне оформлення цієї стадії залежить від способу культивування.

 

Контрольні питання до теми Т9:

1. Назвіть основні етапи процесу стерилізації.

2. Як визначається питома швидкість загибелі мікроорганізмів?

3. Значення критеріїв стерилізації при різній температурі.

 





sdamzavas.net - 2017 год. Все права принадлежат их авторам! В случае нарушение авторского права, обращайтесь по форме обратной связи...