scan0059 2

56

Równanie (6.1) nie obejmuje zachowania wszystkich drobnoustrojów. Szczególnie śmierć termiczna spor ma bardziej złożony mechanizm. Można w pewnym przybliżeniu przyjąć, że aktywne spory występują w dwóch formach: R - odpornej na działanie czynnika sterylizującego, w rozważanym przypadku jest nim temperatura, oraz S - wrażliwej na działanie tego czynnika. Mechanizm ten można przedstawić według następującego schematu:

56

Przyjmując, że poszczególne etapy można opisać kinetyką pierwszego rzędu, uzyskuje się

(6.5)

W praktycznych realizacjach procesu sterylizacji istotne często jest określenie dopuszczalnego poziomu zanieczyszczeń biologicznych. Znajomość wartości k_d lub D umożliwia wyliczenie minimalnego czasu sterylizacji. Oczywiście kryteria zależą od konkretnego przypadku.

Jeżeli przyjąć, że prawdopodobieństwo niepowodzenia sterylizacji wynosi p, zaś zanieczyszczenie mikrobiologiczne C_N komórek lub spor na jednostkę materiału, to minimalny czas sterylizacji wyniesie

t =    \.P. J- = D Ig

\ P

(6.6)

gdzie V jest ilością materiału sterylizowanego (masą lub objętością).

W praktycznych zastosowaniach, dla sterylizacji termicznej, należy również uwzględnić czas niezbędny na zagrzanie materiału do temperatury sterylizacji, a następnie czas chłodzenia. W przypadkach sterylizacji dużych objętości cieczy lub materiałów stałych, czas zagrzewania i chłodzenia w operacji okresowej może stanowić do 90% ogólnego czasu cyklu sterylizacji.

6.3. Praktyczne realizacje sterylizacji

6.3.1. Sterylizacja termiczna

Sterylizacja termiczna może być prowadzona w sposób okresowy lub ciągły. Sterylizację okresową przeprowadza się w autoklawach lub suszarkach, w wyniku bezpośredniego wprowadzenia pary do sterylizowanego urządzenia lub poprzez ogrzewanie pośrednie.

Autoklawy stosowane są w pracach laboratoryjnych i mikrotechnicznych do sterylizacji pożywek oraz fermentorów laboratoryjnych. W aparatach tych kontrolowane jest ciśnienie i temperatura pary nasyconej podawanej do komory autoklawu. W warunkach laboratoryjnych sterylizację prowadzi się w temperaturze 115-121°C przez 15-30 minut. W warunkach przemysłowych stosuje się zróżnicowane temperatury oraz czas sterylizacji. Stosowane obecnie aparaty pozwalają na automatyczne programowanie i kontrolę przebiegu sterylizacji. Suszarki stosowane są do sterylizacji szkła laboratoryjnego i w produkcji mikrotechnicznej. Sterylizacja suchym powietrzem odbywa się zwykle w temperaturze 150-180°C.

Sterylizacja „żywą parą”, tzn. w wyniku bezpośredniego podawania pary do aparatu jest często stosowana w fermcntorach produkcyjnych oraz do sterylizacji przewodów. Fcrmentory są sterylizowane zarówno puste, jak i napełnione pożywką. W przypadku mediów hodowlanych, wykazujących dużą lepkość lub skłonność do rozkładu w podwyższonych temperaturach, wskazane jest oddzielne ich sterylizowanie w aparatach przepływowych.

Pośrednie ogrzewanie stosowane jest do sterylizacji fermentorów wraz z pożywką. Uzyskuje się to przez doprowadzenie czynnika grzewczego, np. pary, do płaszcza lub wewnętrznej wężownicy fermentora.

Podczas termicznej sterylizacji pożywek mogą wystąpić niepożądane reakcje chemiczne, pogarszające jakość podłoży, takie jak:

-    karmclizacja roztworów cukrów,

-    denaturacja protein stosowanych jako źródło azotu,

-    dezaktywacja witamin i innych czynników wzrostowych,

-    reakcje aldoz z aminokwasami i innymi związkami zawierającymi grupy aminowe,

-    polimeryzacja nienasyconych aldehydów,

-    hydroliza różnych związków.

Przeciwdziałanie tym ubocznym efektom polega na oddzielnej sterylizacji poszczególnych grup substratów, regulacji pH lub prowadzeniu sterylizacji w procesie ciągłym.

Ciągła sterylizacja mediów przeprowadzana jest w przepływowych wy-micnnnikach ciepła. Możliwe jest zarówno ogrzewanie przeponowe, jak również 'oezprzeponowe wprowadzanie pary do medium sterylizowanego. W przeponowych wymiennikach ciepła stosuje się zagrzewanie do temperatury wyższej niż w procesach okresowych, np. 140°C, za to czas sterylizacji jest wydatnie skrócony i nie przekracza kilku minut. Zalety ciągłej sterylizacji w stosunku do metody okresowej to:

-    skrócenie czasu procesu,

-    kontrola czasu kontaktu oraz temperatury,

-    mniejsze zużycie energii,

-    większa wydajność,

-    lepsze zachowanie składu chemicznego podłoża, gdyż dzięki krótkiemu czasowi procesu nie dochodzi do degradacji składników pożywki.