Sterilizarea – procesul de distrugere sau îndepărtare a oricăror forme de microorganisme patogene sau nepatogene din substraturi, instalaţii, spaţii închise, obiecte etc. Metode de sterilizare: metode termice – uscate - cu aer cald la 140-200 0 C - prin încălziri repetate la 70-100 0 C. - umede - cu vapori de apă sub presiune la 120- 140 0 C metode fizice - filtrarea prin umpluturi fibroase, materiale poroase, membrane - iradiere cu radiaţii UV, IR, raze X, γ etc. metode chimice - utilizarea agenţilor chimici cum ar fi oxidul de etilenă, formol, fenol, azotiperită, ozon etc. Alegerea metodei de sterilizare se face în funcţie de proprietăţile fizico- chimice ale materialului supus sterilizării, pentru a evita degradarea, modificarea compoziţională.
Transcript
Sterilizarea – procesul de distrugere sau îndepărtare a oricăror forme de microorganisme patogene sau nepatogene din substraturi, instalaţii, spaţii închise, obiecte etc.
Metode de sterilizare: metode termice – uscate - cu aer cald la 140-2000C - prin încălziri repetate la 70-1000C. - umede - cu vapori de apă sub presiune la 120-
1400C metode fizice - filtrarea prin umpluturi fibroase, materiale
poroase, membrane - iradiere cu radiaţii UV, IR, raze X, γ etc. metode chimice - utilizarea agenţilor chimici cum ar fi oxidul de
etilenă, formol, fenol, azotiperită, ozon etc. Alegerea metodei de sterilizare se face în funcţie de proprietăţile fizico-
chimice ale materialului supus sterilizării, pentru a evita degradarea, modificarea compoziţională.
Sterilizarea termica uscată (încălzire cu aer cald, sau prin suprafeţe de
transfer) şi umedă (cu vapori de apă sub presiune), cea mai
utilizată având eficienţă sporită, datorită acţiunii hidratante, coagulante şi hidrolizante ale apei şi aburului asupra proteinelor microbiene, necesită o temperatură mai scăzută şi timp de acţiune mai scurt.
Denumire microorganism
Sterilizare
uscată umedă
Temp. 0C Timp, sec Temp. 0C Timp, sec
Salmonella typhi 100 1800 65 20
Mycobacterium tuberculosis 100 2700 65 10
Spori de Bacillus anthracis 170 600 100 600
Spori nativi din sol 180 1800 120 1800
Staphilococcus pyogenes 120 1800 65 60
Sterilizarea umedă se urmăreşte în funcţie de - punctul termic mortal - valoarea temperaturii la care sunt omorâte toate celulele unei specii în timp de 10 minute; - timpul termic mortal - valoarea timpului de expunere la o anumită temperatură necesară distrugerii tuturor celulelor sporulante şi scade semnificativ cu creşterea temperaturii.
Spori Temperatura, 0C 80 100 110 120
Bacillus subtilis 74-75 ore 175 min. 37 min. 7,5-8 min.
Bacillus megaterium 16-17 ore 15-16 min.
Clostridium botulinicum 5,5 ore 32 min. 4 min.
Clostridium sporogenes 10 ore 90 min. 15 min.
Sterilizarea mediilor de cultura se realizează practic prin metode termice, datorită: - simplităţii procedeului, - uşurinţei în exploatare şi - siguranţei gradului de sterilizare. Cu toate acestea, sterilizarea termică prezintă şi o serie de
neajunsuri cum ar fi: degradarea şi inactivarea proteinelor; denaturarea vitaminelor şi a unor factori de creştere; apariţia unor supraîncălziri locale, care produc
declanşarea unor reacţii de oxidare, polimerizare, condensare, caramelizare a componentelor mediului.
Distrucţia termică a microorganismelor poate fi descrisă prin ecuaţia: N - numărul de microorganisme viabile / ml mediu, k - constanta vitezei de distrugere termică, iar τ - timpul de sterilizare; la τ=0 N=N0 relaţii care permit determinarea duratei procesului de sterilizare pentru orice
valoare a gradului de sterilizare. Pentru acelaşi grad de sterilizare, timpul de expunere variază semnificativ la diferenţe mici de temperatură.
kNddN
=−τ
τ/0
keNN −= NN
k0lg303,2
=τ
spori de Escherichia coli spori de Bacillus stearothermophilus
Durata procesului de sterilizare a mediului de cultură influenţează randamentul reacţiei biochimice, datorită posibilităţii apariţiei unor reacţii secundare fie între componenţii mediului de cultură, fie de degradare ale acestora.
0
20
40
60
80
100
0 20 40 60 80
timpul de sterilizare,
rand
amen
t max
im,%
Sterilizarea discontinua
se produce în perioada de încălzire, menţinere şi răcire, iar efectul total este rezultatul cumulat al efectelor obţinute în fiecare din aceste etape. Ecuaţia vitezei de distrucţie termică a microorganismelor în sterilizarea discontinuă are forma:
sau Rezolvarea ecuaţiilor se face utilizând relaţii
dintre timp şi temperatură, specifice procedeului aplicat.
NekkNddN RT
Ea
0=−=τ
ττ
dekNN RT
Ea
∫=0
00ln
Modul de încălzire Relaţia timp-temperatură
Constante
Încălzire cu abur viu
Încălzire cu abur prin manta
Încălzire electrică
Răcire prin manta
+
+=γτ
ατ1
10TT
( )ατβ −+= eTT a 1
( )ατ+= 10TT
( )ατβ −+= eTT e 1
0TMcHD
pm
=αMD
=γ
pmMcKS
=αa
a
TTT 0−
=β
0TMcq
pm
=α
−= paWc
KS
pm
pa eMcWc
1α
e
e
TTT −
= 0β
T - temperatura de sterilizare, K T0 - temperatura iniţială a mediului, K Ta - temperatura agentului de încălzire, K Te - temperatura agentului de răcire, K D - debitul de abur, kg/s H - enatlpia aburului, kJ/kg M - cantitatea de mediu supus sterilizării, kg cpm - căldura specifică a mediului, kJ/kg K cpa - căldura specifică a agentului de răcire, kJ/kg K K - coeficientul total de transfer de căldură, W/m2 K S - suprafaţa de transfer de căldură, m2 W - debitul de agent de răcire, kg/s q - fluxul termic, kJ/s τ - timpul, s
Diagrama timp-temperatură pentru sterilizarea discontinuă
ti – temperatura iniţială; tf – temperatura finală; ts- temperatura de sterilizare
ts
tf
ti
τincalzire τmentinere τracire
t,0C
τ
Sterilizarea continuă Avantajele procedeului continuu constau în: conservarea mai bună a calităţii materialului
supus sterilizării; aparatură cu gabarit redus; reducerea duratei de sterilizare; control automat; realizarea unor randamente superioare în faza
de fermentaţie.
Instalaţia de sterilizare continuă la 120-1250C
1.- coloana de sterilizare; 2.- menţinător; 3.- răcitor Diagrama timp-temperatură
Sterilizarea continuă la 135-1400C
1.- ventil; 2.- serpentina de menţinere; 3.- valvă de expansiune; 4.- vas de detentă
Diagrama timp-temperatură
Instalaţie de sterilizare la 1400C prin injecţie de abur;
Instalaţie de sterilizare la 1400C prin schimbătoare de căldură cu plăci
1.- răcitor; 2.- preîncălzitor; 3.- sterilizator; 4.- serpentină de menţinere
Diagrama timp-temperatură
Sterilizarea aparaturii de biosinteză
- sterilizarea cu abur saturat, introdus direct în aparat, prin toate ştuţurile, cu excepţia celui de evacuare a aerului, prin care se evacuează lent. Se menţine o suprapresiune în fermentator timp de aproximativ 20 de minute, după care se înlocuieşte cu aer steril, având grijă să se menţină suprapresiunea pentru a evita crearea de vid şi aspirarea de aer nesteril.
- transvazarea mediului sterilizat, respectiv a culturii de inocul trebuie realizat, de asemenea, în condiţii sterile.
Durata etapelor de încălzire, respectiv răcire în sterilizarea instalaţiilor de fermentaţie a. încălzire cu abur prin manta şi serpentine; b. încălzire cu abur direct; c. răcire prin manta şi serpentine; pentru un fermentator de: 1.- 200 l; 2.- 600 l; 3.-2 m3; 4.- 20 m3
Sterilizarea aerului Majoritatea proceselor fermentative sunt procese aerobe, în
care necesarul de aer variază între 60 şi 120 m3 aer/ m3mediu × h. Numărul mare de microorganisme prezente în aer, precum şi debitele mari de aer creează serioase probleme în asigurarea unei sterilităţi corespunzătoare. În cazul sterilizării aerului, cele mai utilizate procedee sunt cele bazate pe filtrare pe medii poroase ca:
- fibre de sticlă cu diametrul de 5-18μ; - membrane de nitrat de celuloză; - folii de teflon, singur sau în amestec cu polietilenă, cu
un caracter hidrofob şi rezistenţă termică ridicată; - poliamidă, având un caracter hidrofob, rezistenţă
termică mare, elasticitate şi durabilitate. Cele mai utilizate filtre în practica industrială sunt: filtrul cu fibră de sticlă; filtrul disc cu membrană; filtrele lumânare.
