Спосіб стерилізації та пристрій для його здійснення

1 Спосіб стерилізації ферментаційного апарата поданням насиченої водяної пари, при якому здійснюють прогрів внутрішніх порожнин апарата, стерилізаційну витримку та наступне охолодження, який відрізняється тим, що процес стерилізації здійснюють при атмосферному тиску, прогрівом внутрішніх порожнин апарата водяною парою до температури 97 -99°С, після чого подання пари припиняють, а нагрів продовжують підведенням теплової енергії до зовнішньої поверхні апарата і при досягненні температури внутрішніх порожнин ферментаційного апарата 135-140°С подання пари поновлюють, доводячи температуру пари до 125130°С, при якій і здійснюють стерилізаційну витримку 2 Пристрій для стерилізації ферментаційного апарата по п 1, що складається з джерела водяної пари та ферментаційного апарата із сорочкою, з'єднаних між собою трубопроводом, який відрізняється тим, що джерело водяної пари у вигляді посудини Марютта та ферментаційний апарат виконані тонкостінними ємкостями і з'єднаними з атмосферою, а в сорочці ферментаційного апарата влаштовані канали з розміщеними в них теплонагрівальними елементами, що знаходяться у термічному контакті з боковою поверхнею ферментаційного апарата О Винахід відноситься до теплофізичних методів стерилізації бютехнолопчного обладнання і може використовуватися в мікробіологи для стерилізації ферментаційних апаратів Відомо про спосіб ступеневої стерилізації витисканням повітря з ємкості водяною парою з наступною обробкою парою в умовах підвищення тиску та стерилізаційною витримкою протягом певного часу [1] Відомо також про спосіб стерилізації насиченою водяною парою та стислим повітрям при тиску 0,27МПа (2,7кг/см2) з подальшим зниженням тиску в ємкості (ферментаційному апараті) до атмосферного [2], який прийнято за прототип В цьому способі температурну (стерилізаційну) витримку здійснюють при поданні водночас насиченої пари до камери та ємкості (ферментаційного апарату) при різниці тисків у них 0,1 - 0,5кг/см2 В усіх відомих засобах теплової стерилізації насичена водяна пара використовується при тиску 0,27 - О.ЗМПа (2,7 - 3,0кг/см2) для отримання температури 130 - 132°С, яка є гарантом здійснення стерилізаційної експозиції (витримки) [3] Недоліком приведених вище способів стерилізації є використання насиченої пари при тиску, який значно перевищує атмосферний Це робить необхідним використання товстостінного ферментаційного обладнання та спеціальних парогенераторів, які працюють під тиском 0,2 - 0,4МПа ВІДОМІ пристрої для стерилізації насиченою водяною парою при тиску, який значно перевищує атмосферний [3] Конструктивно вони уявляють герметично закриті ТОВСТОСТІННІ апарати, внутрішній об'єм яких є стерилізаційна камера, що постачена вентилем для випуску повітря, манометром для визначення тиску пари та запобіжним клапаном для випуску пари при підвищенні тиску, а також датчиком часу і регуляторами температури Наявність повітря в об'ємі камери призводить до того, що камера нагрівається повільніше і до значно меншої температури, бо температура чистої пари вище температури суміші пари і повітря Тому повітря витісняють парою протягом 1 5 - 2 0 хвилин, але не довше, бо в автоклаві залишається мало води і він може зруйнуватися внаслідок пере со (О Ю 56342 жнин 135 - 140°С за рахунок теплової енергії погріву дання пари поновлюють, доводячи температуру Пара відводиться в розвантажувальну посупари до 125 - 130°С (на виході із апарату), при якій дину з водою Після витиснення повітря ВІДПОВІДі здійснюють необхідну стерилізаційну витримку НИЙ вентиль закривається, і тиск і температуру в Реалізація викладеного вище способу стерилістерилізаційній камері підіймають до потрібних зації здійснюється у запропонованому пристрої, в параметрів стерилізації Після закінчення стериліякому джерело водяної пари у вигляді "Посудини заційного процесу нагрів припиняють і повільно Марютта" та ферментаційний апарат виготовлені знижують тиск у внутрішньому об'ємі стерилізаційтонкостінними ємкостями, що сполучені з атмосної камери за допомогою регулюючого вентиля, ферою, а у "сорочці" ферментаційному апарату що скидає пару В [4] приводиться схема і опис влаштовані канали з розміщеними в нихтеплонагроботи традиційного автоклава (ферментера), рівальними елементами який прийнято за прототип Ферментаційні апарати, що працюють під Запропонований спосіб у порівнянні з протонадмірним тиском, є металоємними та виготовлятипом [2] дає можливість проводити стерилізацію ються з корозійностійкої сталі, яка дорого коштує протягом усього процесу при атмосферному тиску, Вони вимагають додаткових витрат енергії на їх в той час, як у прототипу більша частина циклу розігрів при стерилізації та термостабілізацм проздійснюється при надмірному тиску цесу При цьому необхідно ВІДМІТИТИ, що посудини При цьому стерилізаційна витримка у запроємкістю більш за 0,3м3, які працюють при надмірпонованому способі забезпечується теж при атмоному тиску, підлягають реєстрації у державній сферному тиску, але при температурі 125 - 130°С установі охорони праці До того ж вони мають Це призводить до загибелі не тільки вегетативних складну конструкцію та небезпечні в експлуатації форм бактерій, але і спор Термічна стерилізація сухим жаром недостатЗапропонований спосіб стерилізації при атмоньо ефективна, бо загибель мікроорганізмів відбусферному тиску дозволяє відмовитись від складвається лише за рахунок окислення внутрішньоних і небезпечних в експлуатації та дорогокоштовклітинних елементів Більш бактерицидним ефекних парогенераторів, які працюють при том володіє насичена водяна пара Загибель мікнадмірному тиску Замість них користуватися пророорганізмів при використанні водяної пари відбустими джерелами водяної пари як "Посудина Мавається внаслідок коагуляції білків Важливе знарютта" Використання в запропонованому способі чення має при цьому наявність вологи у КЛІТИНІ насиченої водяної пари при атмосферному тиску Чим більш вологи, тим нижче температура коагудозволяє виготовити джерело водяної пари у виляції білків гляді "Посудини Марютта" та ферментер тонкостінними ємкостями, які з'єднані між собою трубоСаме цим пояснюється високий стерилізаційпроводом без складних регулювальних (дросельний ефект насиченої водяної пари відбувається них) пристроїв (вентилів) та запобіжного клапану не тільки нагрів, але і додаткове зволоження клітини, що підвищує їх термічну уразливість Так, Відсутність дросельного вентилю значно при стерилізації парою температурою 121 °С час спрощує керування процесом стерилізації, яке загибелі найбільш стійких термофілів складає 25 зводиться до простих маніпуляцій із запірними хвилин, а при використанні лише сухого жару темвентилями та поліпшує умови експлуатації У пропературою 160°С - 60 хвилин [3] тотипі ж керування та регулювання процесом стерилізації потребує наявність з'єднувальної лінії Завданням, на розв'язанні якого спрямовано (трубопроводи) певної КІЛЬКОСТІ регулювальних та запропонований винахід, є скорочення часу стеризапобіжних пристроїв, які забезпечують безпеку лізаційної витримки та підвищення якості стериліпраці (скидання пари та регулювання рівня надмізації та собівартості ферментаційних апаратів при рного тиску) поліпшенні умов їх експлуатації та рівня безпеки Розв'язання поставленого завдання в запроВ запропонованому винаході для можливості понованому винаході вирішується за рахунок піддосягнення більш високих температур (135 вищення температурної інтенсивності процесу 140°С) у внутрішніх порожнинах апарату у "сорочстерилізації насиченою водяною парою в умовах ці" ферментаційного апарату влаштовані канали, в атмосферного тиску з додатковим підведенням яких розміщені теплонагрівальні елементи, що теплової енергії у призначеному для цього признаходяться у термічному контакті з боковою построї верхнею апарату Подання насиченої водяної пари до внутрішніх При підведенні теплової енергії до зовнішньої порожнин ферментаційного апарату та нагрів його поверхні ферментаційного апарату спочатку випазовнішньої поверхні здійснюється у ВІДПОВІДНІЙ рюються залишки вологи (конденсату) у внутрішніх ПОСЛІДОВНОСТІ і температурних інтервалах порожнинах ферментаційного апарату при температурі 100°С, а потім відбувається їх подальший початковий нагрів внутрішніх порожнин фернагрів до температури 135 - 140°С Після цього ментаційного апарату здійснюється поданням наподання водяної пари поновлюють, і відбувається сиченої водяної пари до апарату при атмосферповторне зволоження внутрішніх порожнин апараному тиску, ту Повторне зволоження та нагрів внутрішніх попри досягненні температури внутрішніх поророжнин ферментаційного апарату утворює додатжнин апарату на рівні 100°С (97 - 99°С) подання ковий термошок для патогенної мікрофлори пари припиняють і нагрів продовжують підведен(ефект тиндалізації) ням теплової енергії до ЗОВНІШНІЙ поверхні ферментаційного апарату, На фіг 1 зображено пристрій для здійснення запропонованого способу стерилізації, на фіг 2 при досягненні температури внутрішніх поро 56342 розріз по А-А Ферментаційний апарат має вигляд циліндрової ємкості 1 з пласкою кришкою та днищем, обладнаний "сорочкою" 2 з каналами 3 та розташованими у них термонагрівальними елементами 4, аератором (барботером) 5, дихальним фільтром 6, з трубопроводом 7 і технологічними патрубками із запірними вентилями "А", "Б", "В", "Г" для підведення повітря, водяної пари, видалення газів, конденсату Ферментаційний апарат 1 з'єднано трубопроводом 7 з джерелом водяної пари - електродним парогенератором, виготовленим у вигляді "посудини Марютта", який має наповнену водою ємкість 8, яка перегородками з отворами в нижній частині розділена на дві камери 10 та 11 У камері 10 встановлено трубку 9, яка здатна вертикально переміщуватися У камері 11 жорстко закріплені електроди 12, а у верхній и частині розташовано патрубок для виходу пари На трубопроводі 7 встановлено запірні вентилі "А" та "Б", якими припиняють або поповнюють подання пари до ферментаційного апарату 1 для нагріву та зволоження його внутрішніх порожнин Перед початком стерилізації підготовлюють до роботи парогенератор, наповнюючи його водою Трубкою 9 регулюють рівень занурення електродів, замінюючи рівень води у камері 11, що надає змогу забезпечити необхідну паропродуктивність Максимальна продуктивність досягається при повному зануренні електродів 12 підняттям трубки 9 до висоти, при якій верхня частина скосу трубки 9 займає рівень, ВІДПОВІДНИЙ верхній частині електродів Для регулювання паропродуктивності закривають вентилі "А" та "Б" на трубопроводі 7 та підіймають трубку 9 до рівня, коли верхня частина скосу трубки 9 торкається кришки камери 10 При цьому вода витискується у атмосферу, після чого трубку 9 встановлюють у необхідну позицію Включення парогенератора здійснюється поданням напруги на електроди 12 Пара на стерилізацію ферментаційного апарату 1 подається крізь вентиль "Б", а видалення пару та конденсату - крізь вентиль "В" Після досягнення у внутрішніх порожнинах температури 97 - 99°С припиняють подання пари вимиканням електродів 12 та закривають вентиль "Б" Подальший нагрів апарату здійснюють вмиканням у мережу теплонагрівальних елементів, які не вимикають до завершення процесу стерилізації При досягненні температурі внутрішніх порожнин апарату 135 - 140°С подають напругу на електроди 12 парогенератора та поновлюють подання пари до ферментеру 1 крізь вентиль "Б" Таким чином відбувається зволоження внутрішніх порожнин апарату, а також нагрів пари до температури 125 - 130°С Контроль за температурою пари здійснюють на виході з апарату (вентиль "В"), регулюючи подання пари за рахунок зміни продуктивності парогенератора (переміщенням трубки 9), поступово доводячи температуру пари на виході з апарату до 125- 130°С При цій температурі проводять стерилізаційну витримку ВІДПОВІДНО до вимог технологічного регламенту Потім вимикають теплонагрівальні елементи 4, парогенератор та починають охолодження апарату 1 (природним шляхом, або шляхом подання холодної роди до "сорочки" апарату) При охолодженні апарату вентилі "А", "Б", "В" та "Д" закривають та відкривають вентиль "Г" на дихальному фільтрі 6 У процесі стерилізаційної витримки, закриваючи та відкриваючи вентилі "А", "Б", "В" і "Г", почергово здійснюють продування крізь них перегрітої пари для стерилізації самих вентилів, фільтра 6 та барботера 5 Запропонований спосіб стерилізації та пристрій для його втілення апробовані в ІТІ "Бютехніка" на ДОСЛІДНІЙ ферментаційній установці 3 Ферментаційний апарат ємністю 0,18м та парогенератор установки виготовлені з некорозійної листової сталі товщиною 1,25 - 2мм Встановлена сумарна потужність шістьох теплонагрівальних елементів склала 4,8кВт Експериментально було встановлено КІЛЬКІСТЬ пари, необхідної для зволоження внутрішніх порожнин апарату при перегріві його на ступені стерилізаційної витримки від 100 до 130°С В перерахунку на 1м3 ємності апарату потреба у парі склала від 0,1 до 0,18кг По економічним та технологічним параметрах запропонований спосіб найбільш перспективний для тонкостінних апаратів ємністю до 1м3 при співвідношенні діаметру до висоти 1 2 Суть пропонуємого способу пояснює графік, наведений на фіг 2 Час, витрачений на повний цикл стерилізації апарату, складає 56 хвилин, у тому числі на стерилізаційну витримку 34 хвилини при середній температурі 128°С Витрати енергії за цикл стерилізації склали 34кВт-год, що у 1,5 рази нижче витрат на стерилізацію парою з тиском О.ЗМПа (кг/см2) масивних промислових ферментерів аналогічної ємності Витрати металу на виготовлення тонкостінних апаратів, у порівнянні з товстостінними ферментерами, зменшуються у 2,5 - 3 рази Також суттєво зменшуються експлуатаційні витрати та підвищується рівень безпеки умов праці за рахунок проведення процесів стерилізації при атмосферному тиску Підвищується якість самої стерилізації, про що свідчить відсутність сторонньої мікрофлори у бактеріологічних аналізах проб конденсату з внутрішньої порожнини та патрубків ферментаційного апарату Джерела інформації 1 Авторське свідоцтво А С СССР №585848, кп A61L 1/100, 1977 2 Авторське свідоцтво А С СССР №1393430, кп A61L2/06, 1988 3 Кантере В М Теоретические основы технологий микробиологических производств - М Агропромиздат, 1990 -271с 4 Практикум по микробиологии под ред проф Н С Егорова, Уч пособие - М Изд-во Моек унта, 1976 -307с ПОВІТРЯ 6 J2, І ганденсАт v ПАРА Фіг 1 А-А q ю 20 ЗО 50 т Т, Х8. 1-2 - продування тарою, 2-S -шдащтвпловоГенвогі 2 - 4 • аипарюаання аопо™ 4 - 5 - сухий нагрів, 5 - S - нзф'в і одночаедога имка), S-7 Фіг З Підписано до друку 05 06 2003 р Тираж 39 прим ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)236-47-24