5.1. Особенности термической стерилизации жидкостей
Эффективность термической стерилизации оборудования и коммуникаций, как отмечено в разделе 4, по существу, определяется одним показателем — степенью 64
инактивации контаминантов.
Такая инактивация может обеспечиваться бесконечным числом сочетаний температура — время, выбранных в пределах, ограниченных, с одной стороны, приемлемой с точки зрения технологии длительностью процесса стерилизации, а с другой—• техническими характеристиками оборудования и систем пароснабжения (допустимое рабочее давление, длительность подготовительных операций, давление пара в сети).Значительно более сложными представляются процессы термической деконтаминации жидкостей, в которых гарантированная стерильность оборудования предполагается в качестве лишь первого, но необходимого этапа. Последующее решение задачи требует выбора- обоснования режимов стерилизации с обязательным учетом свойств жидкостей, подвергаемых воздействию повышенных температур, и возможного изменения физико-химических, биохимических, микробиологических и других характеристик этих жидкостей под влиянием температурно-временного фактора.
Проблема гарантированной стерильности жидкостей возникает уже на уровне лабораторий микробиологических производств при получении мелких серий питательных сред, необходимых для приготовления посевного материала, а также для проведения различных микробиологических анализов (оценка обсемененности целевых продуктов, воздуха, поверхностей оборудования и помещений, одежды работающего персонала и др.). Эта проблема усложняется при переходе к аппаратам, на которых должны воспроизводиться режимы, обеспечивающие успех на уровне лабораторий. Но если применительно к аппаратам периодического действия можно в какой-то мере использовать характеристики процесса автоклавирования, то в случае аппаратов непрерывного действия, по-видимому, нужны иные подходы.
Одной из главных особенностей проблемы получения стерильных жидкостей является сохранение после термического воздействия тех полезных свойств, которые необходимы для успешного осуществления технологических процессов [2, 4, 47, 52, 68]. Очевидно, что при стерилизации питательных сред необходимо обеспечить их биологическую полноценность уіля целевых 85
микроорганизмов, которая зависит в одних случаях от содержания какого-либо термолабильного компонента (например, витамина), в других — от появления ингибирующих веществ (например, продуктов разложения сахаров), а в третьих — от значения pH жидкости после стерилизации. По-видимому, следует учитывать, что отношение к повышенной температуре синтетических и так называемых природных питательных сред не будет одинаковым, а динамика изменения различных свойств будет существенно отличаться. Если в первом случае точно известен состав исходной питательной среды, то во втором, как правило, поддаются количественной оценке отдельные показатели (pH, содержание общего и аминного азота и др.), на основе которых нельзя дать исчерпывающей характеристики хотя бы химического состава среды (особенно после ее стерилизации) .
Следует отметить и такую особенность: во многих инструкциях и регламентах не указаны характеристики питательных сред до и после стерилизации, а также допустимое их изменение, не влияющее на основные свойства. Это замечание в полной мере можно отнести и к многочисленным пеногасителям (кашалотовый жир, растительное масло, различные эмульсии полиси- локсанов и др.), свойства которых меняются в весьма широком диапазоне. Определенная ясность появилась в отношении условий стерилизации водных растворов некоторых сахаров благодаря анализу и обобщению результатов комплекса работ, проведенных главным образом в сахарной промышленности. Эти исследования посвящены изучению кинетики распада сахаров под влиянием повышенной температуры и некоторых дополнительных факторов, например pH [47, 52].
К особенностям относится и различная обсемененность жидкостей посторонней микрофлорой, зависящая от свойств самих жидкостей.
Например, меласса — хорошая среда для роста и развития многих микроорганизмов, поэтому концентрация контаминантов в ней может достигать 1 • 10® клеток на 1 мл [123]. В то же время концентрация контаминантов в растворах сахаров во многом зависит от концентрации последних. Известно, что сахара при содержании их в среде 0,5—2% (масса/объем) используются в качестве питательных субстратов. При содержании 20—40% (масса/объем) эти же сахара угнетают рост микроорганизмов [46].Жидкости, применяемые в технологии микробиологических производств, часто отличаются друг от друга не только по концентрации посторонней микрофлоры, но и по ее видовому составу. Так, отмечено [123], что наиболее важными для стерилизации питательных сред являются споры анаэробных бактерий типа С. sporoge- леэ, аэробных бактерий рода Bacillus (В, subtilis, В. megatherium, В. mycoides, В. stearothermophilus). Вода рассматривается как источник анаэробных микроорганизмов [73]. Однако в зависимости от условий получения и предварительной обработки воды видовой состав и концентрация контаминантов могут меняться в широком диапазоне. Этот факт подтверждается и опытом работы многих микробиологических производств.
В сахарах содержатся следующие микроорганизмы [58, 67]: Вас. pelasites, Вас. subthermophilus, Вас. fila- ris, Вас. glutinosus, а также микроорганизмы вида Leu- conostoc и лучистые грибы Actinomyces.
Весьма важен факт различной устойчивости одних и тех же микроорганизмов в разных жидкостях. Например, известно, что термическая устойчивость спор микроорганизмов в пеногасителях выше, чем в питательных средах [10]. Во многих случаях по-разному проявляется роль pH. Так, стерилизация водного раствора глюкозы при pH 3 способствует не только более быстрой, чем в нейтральной среде, инактивации посторонней микрофлоры, но и большему сохранению сахара. В то же время для растворов сахарозы оптимальным для минимального разложения сахара является значение pH, равное 8,5 [47].
Некоторые особенности жидкостей по-разному проявляются при периодическом и непрерывном способах стерилизации.
Это в первую очередь относится к размерам частиц, включающих конгломераты микроорганизмов, ПАВ и некоторые компоненты жидкости. Если при периодическом способе стерилизации эта особенность не имеет принципиального значения, то при непрерывном способе она предопределяет успех или неуспех процесса [141, 159]. Важно отметить и такие особенности, как вспениваемость стерилизуемых жидко- 87Таблица 15. Влияние термического воздействия на химические и физико-химические свойства раствора глюкозы [78]
| Исходный | Раствор глюкозы, обработанный при | |||||
| Показатель | раствор глюкозы | 130 °С | 160 °С | |||
| Редуцирующая способность в расчете на | 100 | 93,4 | 78,5 | |||
| глюкозу, % | ||||||
| pH | 6,2 | 5,3 | 4,0 | |||
| Пенообразующая способность, мм | 0 | 0 | 6 | |||
| Пеностойкость, % | 0 | 0 | 46 | |||
| Интенсивность окраски, условные еди | 20 | 90 | 1330 | |||
| ницы | ||||||
| стей и изменение их цветности. | Представление | об из- | ||||
менении некоторых свойств стерилизуемых растворов сахаров дает табл.
15. Весьма показательно, что после термической обработки при 160° С существенно изменяются пеностойкость и особенно цветность. Последняя, являясь весьма чувствительным тестом, свидетельствует о глубоких изменениях в растворе, не фиксируемых с помощью обычных характеристик.Заметим, что при условиях, характерных для процессов термической стерилизации (130° С), pH меняется примерно на единицу. Этот факт необходимо учитывать на практике и корректировать значение pH с
Таблица 16. Значение энергии активации в процессах инактивации микроорганизмов и разрушения химических веществ [106, 135, 164]
| л ч о £ | л ч о £ | ||
| Вещество | -ч | Споры | -ч Ч к |
Фолиевая кислота 70,7 Вас. stearothermophilus 284,0
штамм 1518
d-Пантотелиловый спирт 88,2 Putrefactive anaerobe 318,0
№ СА 3679
Цианокобаламин 97,0 Cl. botulinum 344,0
Тиамингидрохлорид 109,0 Вас. stearothermophilus 7954 351,0
Уреаза 123,8 Вас. subtilis var. niger 294,0
Тростниковый сахар 92,0 Вас. mycoides 296,0
Аскорбиновая кислота 97,0 Вас. megatherium 207,0
Cl. sporogenes 370,0
учетом требований регламентов. Наконец, отметим такую важнейшую особенность, как существенная разница в значениях энергии активации процессов инактивации микроорганизмов и разложения термолабильных компонентов стерилизуемых жидкостей (табл. 16). Во многих случаях такая разница служит основой для грамотного выбора способа (циклический или непрерывный) и режима стерилизации.
5.2.