Реферат: Методы стерилизации бактерий
Методы стерилизации
Почти все факторы физическоговоздействия на микроорганизмы могут быть использованы с целью стерилизации. Подстерилизацией понимают обеспложивание, освобождение материалов, растворов,питательных сред от вегетативных и покоящихся форм микроорганизмов.Стерильность — понятие абсолютное, оно означает полное отсутствиемикроорганизмов, как на поверхности, так и внутри стерильного объекта.
В практике широко используют несколькоспособов стерилизации: термическая (под действие высоких температур) и холодная(с помощью ультразвука, излучения, фильтрации).
Гибельклеток бактерий, грибов, дрожжей и вирусных частиц при стерилизации высокойтемпературой происходит либо в результате сгорания клеток, либо в результатекоагуляции белковых структур микроорганизмов. Различают следующие способытепловой стерилизации:
Прокаливание — это самый старый и надежный способстерилизации. В пламени горелки прокаливают бактериологические петли,препаровальные иглы, кончики пинцетов и ножниц, предметные стекла. При этомбактерии, грибы и их споры сгорают.
Кипячение — для стерилизации металлическихинструментов, стеклянных изделий, резиновых трубок, пробок используют кипящуюводу. При 100 ° С (температура кипящей воды) вегетативные формы микроорганизмови большинство вирусов погибают быстро, в течение нескольких минут. Споры(бациллы сибирской язвы, ботулизма) выдерживают кипячение в течение несколькихчасов, вирусы гепатита В — около часа. Стерилизацию осуществляют в специальныхметаллических сосудах — стерилизаторах, которые могут быть снабженыэлектронагревом. Существует большоеколичество типов стерилизаторов, отличающихся по объему и устройству.
Стерилизация сухим жаром — Для стеклянной посуды чащевсего используют стерилизацию сухим жаром. Ее проводят в специальныхсуховоздушных (сухожарочных) шкафах, имеющих датчики — регуляторы температуры.Режимы стерилизации включают температуру и время. Наиболее часто используютследующие режимы стерилизации сухим жаром:
Температура, ° С
Время, мин
140
180
150
150
160
120
170
60
При таких режимах погибают как вегетативные формы,так и споры микроорганизмов.
Автоклавирование — стерилизация насыщенным паром под давлением. Проводится при температуревыше точки кипения воды. Это наиболее надежный и распространенный способстерилизации. Особая эффективность этого способа достигается при совместномдействии пара и высокой температуры. Питательные среды длямикроорганизмов стерилизуют при 4 aтми 121 °С 20—30 мин или при 0,5 aтм и 112 °С — 20 мин. Хирургическиеинструменты, перевязочные и шовные материалы, различные консервы в пищевойпромышленности (консервирование) стерилизуют обычно при 1 aтм 30 мин.С. почвы возможна только при 2 aтми 134 °С в течение 2 ч.Стерилизацию паром под давлением осуществляют в специальных герметическизакрывающихся аппаратах с толстыми стенками — автоклавах. Автоклав состоит изстерилизационной камеры, снабженной краном для выхода воздуха, манометром дляизмерения давления пара, предохранительным клапаном для выхода пара приповышении давления выше необходимого, термометра для измерения температурывнутри камеры. Имеется паровой котел с нагревателем воды. При кипячении водыпар поступает в камеру автоклава. Автоклав герметически закрывают крышкой илидверью с плотной резиновой прокладкой. Автоклавирование проводит специальноподготовленный специалист, так как работа по обслуживанию аппарата, работающегопод давлением требует подготовки и строгого соблюдения правил техникибезопасности. Режим автоклавирования выражают в единицах избыточного давления ипродолжительности времени. Избыточное давление в 1 атм устанавливается придостижении температуры в камере <st1:metricconverter ProductID=«121 ᄚC» w:st=«on»>121 °C</st1:metricconverter>, 1,5 атм — <st1:metricconverter ProductID=«125 ᄚC» w:st=«on»>125 °C</st1:metricconverter>, 2,0 атм – <st1:metricconverter ProductID=«134 °C» w:st=«on»>134 °C</st1:metricconverter>. При таких режимахавтоклавирования вегетативные формы микроорганизмов погибают в течениенескольких минут, а споры в течение 20-30 мин. Режим стерилизации выбирают взависимости от свойств стерилизуемого материала. Так, питательные среды стерилизуют20-30 мин при 1 атм, перевязочный материал и резиновые изделия от 1 до 2 часовпри 1,0-1,5 атм. Для контроля режима стерилизации используют вещества сопределенной температурой плавления. Их смешивают с метиленовой синью, помещаютв ампулы или небольшие флаконы и раскладывают в автоклаве перед началомавтоклавирования. К таким контролирующим веществам относятся бензаурин,температура плавления <st1:metricconverter ProductID=«115 ᄚC» w:st=«on»>115 °C</st1:metricconverter>, соответствует — 0,5 атм; бензойная кислота,температура плавления <st1:metricconverter ProductID=«121 ᄚC» w:st=«on»>121 °C</st1:metricconverter>, соответствует — 1,0 атм; мочевина, температураплавления <st1:metricconverter ProductID=«132 ᄚC» w:st=«on»>132 °C</st1:metricconverter>,соответствует — 2,0 атм; глюкоза, температура плавления <st1:metricconverter ProductID=«146 ᄚC» w:st=«on»>146 °C</st1:metricconverter>; тиомочевина,температура плавления <st1:metricconverter ProductID=«180 ᄚC» w:st=«on»>180 °C</st1:metricconverter>. Эти вещества расплавляются при достижении в сосудесоответствующей температуры и окрашиваются в цвет добавленного красителя.
<img src="/cache/referats/21525/image002.jpg" align=«left» hspace=«12» v:shapes="_x0000_s1026">Рис. 7. Схема автоклава:
1 — воронка, через которую автоклав заправляютводой; 2 — предохранительный клапан; 3 — манометр; 4-крышка автоклава; 5 — водопаровая камера; 6 — кран для выпуска воздуха; 7- отверстие, через котороепар поступает в стерилизационную камеру; 8 -стерилизационная камера; 9 — подставка для размещения стерилизуемых материалов.
Стерилизации текучим паромподвергаются те растворы и питательные среды, которыеразрушаются при стерилизации под давлением. Такую стерилизацию проводят также вавтоклавах при избыточном нулевом давлении и температуре <st1:metricconverter ProductID=«100°C» w:st=«on»>100°C</st1:metricconverter>. Применяют «дробнуюстерилизацию» — трех- или четырехкратную обработку с интервалом в 1 сутки, вовремя которого не успевшие погибнуть споры бактерий прорастают в вегетативныеформы и погибают от действия пара и температур.
Пастеризация предусматриваетуничтожение в материале только вегетативных форм микроорганизмов и применяетсяв пищевой промышленности. При этом используют кратковременное нагревание до90-92 °С в течение 2-5 сек или более длительное — в течение 5-10 мин нагреваниедо 70-75 °С. Обработанные таким образом материалы считаются пастеризованными,но не стерильными, так как содержат споры.Приэтом погибают неспороносные бактерии, споры бактерий выдерживают П., поэтому непроисходит полной стерилизации. Метод предложен Л. Пастером (отсюда назв.). ДляП. молока используют различные режимы. Моментальная, или высокотемпературная,П.- нагревание до 85-90 °С без выдержки; вызывает почти полную коагуляциюсывороточных белков, в значит, степени осаждается фосфат кальция, снижаетсяспособность молока к свёртыванию под действием сычужного фермента. Применяетсяпри выработке из молока масла и молочных консервов. Кратковременная П.-нагревание до 72-76 °С с выдержкой при этой температуре 20-25 мин; происходитчастичная коагуляция иммунных глобулинов и сывороточных белков, частичновыпадает в осадок фосфат кальция, разрушается часть витаминов и ферментов,снижается кислотность молока. Применяется при выработке цельномолочныхпродуктов и сыров. Длительная, или низкотемпературная, П.- нагревание до 62-65°С с выдержкой в течение 30 мин; изменения химического состава молоканезначительны, осаждается часть альбумина и фосфата кальция. Применяется обычнодля П. молока, используемого в цельном виде. Для моментальной и кратковременнойП. используют пастеризаторы молока, для длительной- ванны, имеющие резервуардля молока с водяной рубашкой, в к-рую подведён пар. Молоко от больных животныхобеззараживают нагреванием до 70 ° С с выдержкой в течение 30 мин или до 90 °Сбез выдержки. Молоко животных, больных сибирской язвой и некоторыми др.болезнями, уничтожают под наблюдением. Контролем П. молока служит фосфатазнаяипероксидазная пробы. Если после П. в молоке обнаруживается фосфатаза, нагревбыл недостаточным или к пастеризованному молоку подмешано сырое. Сразу после П.молоко охлаждают. Фрукты, овощи или продукты из них пастеризуют расфасованнымив герметически закрытых банках или бутылках. При этом в продуктах уничтожаютсямикроорганизмы, главным образом плесневые грибы и дрожжи. Овощные и фруктовыемаринады пастеризуют при температуре 85 °С, фруктовые компоты — при 85-95 °С,плодово-ягодные соки — при 85 °С, виноградный сок — при 73-85 'С.
П. осуществляют в пастеризаторах.Распространены центробежные, трубчатые и пластинчатые пастеризаторы (длямолока, сливок, фруктовых и овощных соков, напитков), в которых обеспечиваетсябыстрый кратковременный нагрев до сравнительно высоких температур (до 100 °С)продукта, непрерывно протекающего тонким слоем между греющими поверхностями.После П. продукт разливают в герметически укупориваемую тару. Для П. продуктов,заранее расфасованных в тару (бутылки, консервные банки) имеются пастеризаторы,в которых продукты нагреваются паром при постоянном вращении. Перспективныпастеризаторы с высокочастотными источниками нагрева продуктов в таре.
Специалисты из Национальногоуниверситета Мексики (Universidad Nacional Autonoma de Mexico) разработалиновый метод обеззараживания пищевых продуктов, который пророчат на заменупастеризации. Пока это лишь первые опыты, но после усовершенствованиятехнологии её можно будет применять для обеззараживания молочных продуктов,детского питания, соков, без затрагивания их исходного вкуса, что происходитпри нынешних методах стерилизации. Метод основан на создании в жидкости ударныхволн, при прохождении которых давление в отдельных точках повышается до тысячиатмосфер. При этом происходит явление кавитации — крошечные пузырьки,рождающиеся в жидкости, просто разрывают бактерии. Дополняют кавитацию интенсивныевспышки видимого и ультрафиолетового света.
Опыты показали, что такое комплексное воздействие действительно работает вкачестве стерилизующего фактора, но правда разные бактерии обладают разнойстойкостью к этим «ударам», и потому для практического примененияметода его ещё необходимо усовершенствовать.
Тиндализация,способ дробной пастеризациипредложенный Дж. Тиндалем.Заключается в дробной обработке жидкостей и пищевых продуктов втекучем паре при 100 °С или при трёх- четырёхкратном нагревании их до 100—120°С с промежутками в 24 ч. За это время споры бактерий, выжившие при 100°С, прорастают, и вышедшие из них вегетативные клетки бактерий погибают припоследующем нагревании. Т. применяют для стерилизации лекарственных препаратов,а также для так называемого горячего консервирования пищевых продуктов вспециальных аппаратах с терморегуляторами
Холоднаястерилизацияосуществляется в отношении некоторыхжидкостей, растворы которых нельзя стерилизовать при высоких температурах, таккак при этом происходит их испарение или инактивация витаминов и другихбиологически активных соединений, разложение лекарственных веществ,карамелизация сахаров, денатурация белков и т.п. В этих случаяхосуществляют «холодную» С., при которой жидкости фильтруют через мелкопористыебактериальные фильтры. Стерилизация фильтрованием показана для синтетических средопределенного состава, содержащих термолабильные аминокислоты, витамины, белки,для антибиотиков, ароматических углеводородов. Фильтрование проводится черезмелкопористые материалы, которые адсорбируют клетки микроорганизмов: каолин,асбест, фарфор и др. Диски, изготовленные из асбеста с целлюлозой называютфильтрами Зейтца. Их помещают в специальный фильтродержатель и стерилизуют вавтоклаве, а затем, смонтировав держатель с колбой или бутылью, под давлениемпропускают стерилизуемый раствор. Широкое применение нашли мембранные фильтры.Их изготавливают из специально обработанной нитроцеллюлозы. Фильтры имеют порыразмером от 0,22 до <st1:metricconverter ProductID=«100 мм» w:st=«on»>100 мм</st1:metricconverter>.В фильтродержатели монтируют фильтры с разной величиной пор, от больших кменьшим и при фильтрации растворов постепенно «отсеивают» микроорганизмыразличных размеров. Наиболее широко известны фильтрующие пластины фирм «Миллипор », « Синпор », « Владипор ». После стерилизующей фильтрации среды ирастворы обязательно проверяют на стерильность, помещая микропробыпростерилизованных растворов в термостат при температуре 37 ° С.
Новые технологиистерилизации
<hr size=«1» noshade" align=«center»>Summary:
Если с термином «стерилизация», впищевом значение этого слова, ассоциируется молоко, молочные продукты или,например, бинты, шприцы, то о стерилизации с помощью гамма-излучения, электронно-лучевогооблучения или этиленоксида мало кто имеет понятие.
<hr size=«1» noshade" align=«center»>Наверное, мало кто из потребителейимпортного мяса, птицы, фармацевтических товаров задавал себе вопрос о том,каким образом обрабатываются, стерилизуются эти продукты. И если с термином«стерилизация» в пищевом значении этого слова ассоциируются в первую очередьмолоко, молочные продукты или, например, бинты, шприцы, то о стерилизации спомощью гамма-излучения, электронно-лучевого излучения или этиленоксида малокто имеет понятие. А ведь именно такими способами стерилизуют многие продуктыпитания, особенно мясные и куриные. Специфичность этих технологий состоит втом, что продукт обрабатывается уже в упаковке, и не только в первичной,которая непосредственно соприкасается с поверхностью продукта, но чаще вовторичной упаковке, т. е. когда продукт полностью упакован в тару и готов котгрузке. На данном этапе вступают в действие технологии электронной иэтиленоксидной стерилизаций.
Газ — этиленоксид (ЭО), особенноэффективный для обработки порционных доз лекарств, заключенных в герметичныеупаковки, продуктов, которые обесцвечиваются, деформируются или как-то иначеизменяются при обработке с помощью радиационных методов стерилизации.ЭО-процесс предполагает предварительное помещение продукта в высоковлажнуюсреду на определенное время. Увлажнение продукта необходимо для того, чтобывоздействие стерилизующего агента стало более эффективным. После этогопродукт на несколько часов помещают в камеру, где и стерилизуютэтиленоксидом. Далее, чтобы удалить из продукта остаточные газы, его кладут вдругую камеру; в ней происходит рассеивание газов. Последняя стадия процессазанимает несколько дней. И даже после полного окончания цикла стерилизации продуктеще 3-7 суток остается в лаборатории, пока тест на стерильность не подтвердитполное разрушение и уничтожение микробов. Каждую порцию продуктов,подвергаемых ЭО, снабжают специальными биологически активными индикаторами —полосками «спор», определяющими количественное содержание микробов. Есть идругая специфическая особенность процесса: продукт обязательно должен бытьзаключен в воздухопроницаемую упаковку, чтобы газы свободно уходили с продуктапосле того, как его подвергали ЭО-обработке. Такой вид упаковки существует, ностоит он очень дорого. Весь процесс ЭО-стерилизации требует жесткого контроляцелого ряда параметров для каждой загружаемой порции продуктов: периодавоздействия ЭО-газом, влажности, температуры, давления, концентрации ЭО,вакуума. Если хотя бы один из параметров выходит из-под контроля,эффективность всего процесса может быть поставлена под сомнение. Широкомуприменению этого метода мешает его потенциальная опасность: считается, чтоэтиленоксид обладает канцерогенными свойствами. В последнее время пристальноевнимание «зеленых» сосредоточилось на процессе удаления отработанного газа вокружающую среду. Метода коснулись и жесткие ограничения со стороны правительственныхзаконодательств, в результате которых себестоимость процесса резко увеличиласьи невыгодно повысила конечную стоимость стерилизуемых товаров.
Другому методу стерилизации —гамма-излучению — подвергают продукты, находящиеся уже в конечной, готовой котгрузке упаковке. Источником излучения является радиоактивный изотопкобальт-60, реже цезий. Радиоактивный изотоп заключают в своеобразный пенал —«карандаш», — затем, уже на заводе, «карандаши» помещают на специальные полкии в таком «обмундировании» вносят в гамма-ячейки. Продукт, упакованный в конечнуюотгрузочную тару, проходит на конвейере через гамма-ячейку, где и подвергаетсястерилизации в течение 4-8 часов. Со временем кобальт 60 имеет тенденциюраспадаться, его излучение ослабевает. Чтобы постоянно контролироватьколичество радиоактивного изотопа, необходимо жестко регулировать времякаждого цикла. Доза излучения, получаемая продуктом, является функциейдлительности (времени) воздействия облучения радиоактивным источником.Наиболее часто применяемые дозы для стерилизации находятся в диапазоне от 25 до35 кГрей. Однако некоторые продукты требуют меньшей или большей дозы облучениядля уничтожения патогенных микробов. Для их стерилизации приходится дожидатьсясмены установки таймера. Не так-то просто настроить гамма-оборудование наповышение или понижение диапазона доз облучения, поэтому часто, если продуктутребуется стерилизация дозой значительно менее 25 кГрей, его приходитсяоблучать этой, максимальной для него, дозой облучения. По мере «истощения»радиоактивного источника, его заменяют новым. На это уходит несколько дней, втечение которых гамма-ячейка остается неоперабельной. Из-за длительностивоздействия этим видом стерилизации возможна деградация продукта в формеобесцвечивания (в том числе и упаковки) и/или охруп-чивания, что ограничиваетиспользование этого метода. Несмотря на очевидные неудобства, связанные сгамма-излучением, этот метод остается наиболее применяемым. Десятки упаковочныхматериалов адаптированы к гамма-излучению (имеются в виду материалы,непосредственно соприкасающиеся с продуктом). Среди них полиэтилен и все егоразновидности, поливинилх-лорид, поливинилиденхлорид, нейлон-6,этилвинилацетат. Гамма-излучению подвергаются и бестарные продукты, упакованныенавалом или россыпью, например специи, пряности, сухофрукты и т. д.
В последние годы появилась новаябезопасная технология стерилизации — электронно-лучевая. В отличие от методовстерилизации гамма-излучением и этиленоксидом, электронно-излучение неиспользует радиоактивные изотопы.
Коммерческое применение электронно-лучевогоспособа было ограничено двумя факторами: стоимостью и отсутствием опцийупаковочных материалов, адаптация которых была бы подтверждена научно. ДжорджСэдлер, профессор Национального центра технологий пищевой безопасности, Иллинойс,отмечает: «Системы электронно-лучевого излучения появились еще в 50-х годах,но до недавнего времени их эксплуатация обходилась очень дорого. Только однакомпания, Cryovac, сумела получить разрешение от американского Управления поконтролю за продуктами и лекарствами (FDA) на использование единственногоупаковочного материала для ЭЛ-обработки упакованных пищевых продуктов, —этиленвинилацетата лучевой способ использует высокий уровень энергии электроновв качестве средства стерилизации. Электроны ускоряют до скорости света с помощьюлинейного ускорителя. Суммарная энергия, складывающаяся из диапазона энергийот 3 до 10 млн электронвольт (эВ), соединяясь с электроэнергией в диапазоне от1 до 50 кВт, оказывается достаточной для проникновения в продукт, упакованныйв готовую к отгрузке тару. Электроны, сканируя продукт, проходят черезмножество вторичных частиц, включая ионы и свободные радикалы. Вторичныечастицы разрывают ДНК-цепочки микроорганизмов и на внутренней поверхностиупаковки, и внутри продукта, таким образом блокируя их дальнейшее размножение.Патогенные микробы разрушаются, и продукт стерилизуется.
Отметим, что электронно-лучевое (ЭЛ)излучение не предполагает глубинного проникновения в толщу продукта, как этоделает гамма-излучение. ЭЛ проникает в продукт на глубину до <st1:metricconverter ProductID=«7,5 см» w:st=«on»>7,5 см</st1:metricconverter> от поверхности.Действие ЭЛ-излучения ограничивается несколькими секундами, в отличие отмногочасового воздействия на продукт гамма-излучением. Кратковременностьвоздействия ускоренных электронов снижает возможные эффекты окисления продукта,сводя к минимуму нарушения в структуре как продукта, так и упаковочногоматериала. Самое главное, ЭЛ- (EVA). Большинство других упаковочных пленокбыли утверждены и апробированы в 1960-х годах только для гамма-излучения. Современем и углубленным развитием технологий стоимость ЭЛ-стерилизациипонизилась до вполне приемлемого уровня, вызвав интерес со стороны пищевой иупаковочной индустрии. Сейчас пришло время расширить список упаковочных опцийдля ЭЛ-стерилизации».
Профессор Сэдлер возглавляет рабочуюгруппу, состоящую из представителей 20 компаний, в основном крупныхпоставщиков и переработчиков пластиков, таких как DuPont, Dow, Cryovac,American National Can, пытающихся получить разрешение от FDA на применениерасширенного диапазона упаковочных пленок и некоторых структур на основеполужестких и жестких пластиков. Группа протестировала и разработала документациюна применение таких материалов, как этилвинилалкоголь (EVON), нейлоны, всеиономеры. «Интерес к ЭЛ-излучению диктуется прежде всего соображениямибезопасности этого метода стерилизации. Мы прогнозируем, что свежее иобработанное мясо, курица станут первыми объектами применения этойтехнологии. Несколько вопросов остаются нерешенными, особенно касающиесякомпозитных многослойных упаковочных материалов и того, каким образом на нихбудет воздействовать электронно-лучевое излучение. Предполагается, что около80-90% разовых медицинских пластмассовых упаковок будут совместимы сЭЛ-обработкой», — утверждает Джордж Сэдлер.
Крупнейшие переработчики мяса, такиекак IBP, Tyson Foods, Cargill, Emmpak, объявили о планах провести совместныеисследования с корпорацией Titan, единственным обладателем комплексаоборудования SureBeam, использующего ЭЛ-излучение и запатентованной технологии,названной электронной технологией холодной пастеризации. Компании —переработчики мяса и курицы предполагают, что холодная пастеризация сможетпродлить срок годности замороженных мясных продуктов.
Специалисты склонны полагать, что «еслигамма-излучение было первым шагом на пути применения такого рода технологий,ЭЛ-излучение — вторым, то вскоре придет время использования рентгеновскихлучей в качестве источника излучения. Последняя технология сочетает в себебыстроту электронно-лучевого метода и глубокое проникновение гамма-излу чения».