scan0058 2

54

-    ogrzewanie (sterylizacja termiczna),

-    naświetlanie promieniowaniem elektromagnetycznym (ultrafiolet, gama, X),

-    działanie substancji sterylizujących (sterylizacja chemiczna).

Wybór metody sterylizacji zależy od sterylizowanego obiektu, tzn. materiału i jego własności, warunków w jakich ma być przeprowadzony proces, dostępności czynników sterylizujących oraz kosztów.

Odporność drobnoustrojów na czynniki sterylizujące jest różna, zależna zarówno od czynnika, jak i mikroorganizmu. Fomiy spoczynkowe (zarodniki, przetrwalniki) są bardziej odporne na sterylizację termiczną niż formy wegetatywne. Warunki sterylizacji muszą być tak dobrane, aby zdezaktywować najbardziej odporne rodzaje i formy drobnoustrojów.

6.1. Mechanizmy sterylizacji

Sterylizacja przez filtrację wykorzystuje segregację cząsteczek na przegrodzie. Dla uzyskania pełnej jałowości przegroda musi zatrzymywać wszystkie cząsteczki o rozmiarach powyżej 0,2 pm.

Sterylizacja termiczna polega na nieodwracalnej termicznej dezaktywacji istotnych dla funkcjonowania drobnoustrojów białek. Wrażliwość termiczna białek wzrasta wraz z zawartością wody. Fakt ten ma szczególne znaczenie dla zabijania termicznego spor. Im wyższa zawartość wody w sporach, tym większa wrażliwość na podwyższoną temperaturę. Podczas sterylizacji nasyconą parą wodną, jej kondensacja przyspiesza wymianę ciepła i zagrzewanie sterylizowanego materiału oraz powoduje utrzymanie lub zwiększenie zawartości wody w materiale. W przypadku sterylizacji suchym powietrzem, szybkość zagrzewania materiału jest mniejsza oraz następuje wysuszenie materiału. Z tego względu proces musi być prowadzony w wyższych temperaturach i dłużej.

Promieniowanie elektromagnetyczne, zwłaszcza ultrafioletowe o długości fali 250-280 nm powoduje uszkodzenia DNA. Promieniowanie ultrafioletowe działa jedynie na warstwę powierzchniową sterylizowanego materiału. Pod tym względem bardziej użyteczne jest promieniowanie rentgenowskie lub gamma, które może penetrować w głąb materiału.

Działanie czynników chemicznych może powodować niszczenie ścian komórkowych, utlenianie materiału biologicznego lub inne reakcje działające destrukcyjnie.

6.2. Kinetyka sterylizacji

Efektywność sterylizacji zależy od dwóch głównych parametrów: intensywności czynnika sterylizującego (temperatura, energia promieniowania, stężenie

55

substancji chemicznej) i czasu jego działania. Również inne czynniki środowiska. takie jak wilgotność, obecność tlenu, skład roztworu wodnego, wpływają na przebieg sterylizacji. Istotną rolę odgrywa też wspomniana odporność poszczególnych drobnoustrojów na czynniki jałowiące.

Komórki wegetatywne drobnoustrojów w roztworach wodnych w temperaturze 70-80°C giną zwykle po kilku minutach. Zniszczenie form przetrwalni-kowych wymaga temperatury ok. 120°C i czasu sterylizacji 10-15 minut.

Dla ilościowego wyznaczenia szybkości przebiegu sterylizacji termicznej stosuje się różne wielkości. Czas śmierci termicznej określa minimalny czas niezbędny dla zniszczenia organizmu w danej temperaturze. Z kolei temperatura śmierci termicznej określa najniższą temperaturę niezbędną dla zabicia organizmu w ciągu 10 minut. Wielkości te bywają stosowane, jednakże ich użyteczność jest ograniczona, gdyż nic uwzględniają początkowej wielkości populacji drobnoustrojów oraz warunków procesu. Przy tym, warunkiem sterylizacji jest zabicie wszystkich drobnoustrojów, a nie pojedynczego organizmu.

Użyteczną wielkością jest czas dziesięciokrotnej redukcji D, podający, dla określonej temperatury, czas niezbędny do dziesięciokrotnego zmniejszenia populacji drobnoustrojów. Często bywa także używana wielkość przyrostu temperatury niezbędna dla dziesięciokrotnego zwiększenia wartości D.

Powszechnie przyjmuje się, że szybkość śmierci drobnoustrojów (form wegetatywnych) w wyniku działania czynnika sterylizującego odpowiada kinetyce pierwszorzędowej

dN

dt

= ~k₄N

(6.1)

co wskazuje na wykładniczy spadek liczby żywych komórek w czasie. Stała kinetyczna k_d śmierci termicznej powiązana jest z czasem dziesięciokrotnej redukcji D zależnością

(6.2)

2,303

K

Szybkość śmierci drobnoustrojów zależy od temperatury. Można przyjąć, żc stała kinetyczna zależy od temperatury' zgodnie z zależnością Arrheniusa

(6.3)

Badania wskazują, że wartość energii aktywacji śmierci termicznej drobnoustrojów wynosi od 200 kJ/mol do 400 kJ/mol. Wartości te są znacznie większe od energii aktywacji termicznego rozkładu wielu związków organicznych. Oznacza to, że podczas sterylizacji mediów w wysokich temperaturach i krótkim czasie sterylizacji można uzyskać wysoką skuteczność procesu przy małych stratach substancji odżywczych.