Описание конструкции лабораторной установки непрерывной стерилизации жидкой среды

1 2 3 4

СТЕРИЛИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПОТОКОВ

Цель работы:

1. Получение стерильной жидкости требуемого уровня стерилизации по следующим условиям:

- температура стерилизации до 170 °С;

- изотермическое выдерживание процесса стерилизации от 20 минут;

- производительность до 100 л/час.

2. Получение перегретого пара при нормальной температуре 160 °С, получение более высоких температур до 200 °С.

3. Получение перегретого пара по устойчивости кклиматическим воздействиям.

Краткие теоретические сведения

Методы стерилизации

Уничтожение микроорганизмов - один из необходимых элементов в биотехнологических и микробиологических производствах. Освобождение какого-либо материала от живых микроорганизмов или их покоящихся форм называют обеспложиванием или стерилизацией Стерилизация - это полное обезвреживание объектов, принадлежностей, посуды, инструментов, использованных при исследовании материалов, рабочего места и т.д.

От стерилизации следует отличать частичное обеспложивание (пастеризацию), а также консервирование. Если стерильная среда или микробная культура загрязняется случайно попавшими в нее микроорганизмами, то говорят о контаминации, или загрязнении. Такие понятия, как дезинфекция (уничтожение всех патогенных микроорганизмов), асептика и антисептика, а также инфекция, употребляются главным образом в гигиене, а не в микробиологии и биотехнологии.

Микроорганизмы проявляют разную чувствительность к средствам, применяемым для их уничтожения. Существуют видовые различия в чувствительности, а также различия, зависящие от влажности и рН среды, от возраста вегетативных клеток или спор и т.д. Эффективность различных агентов, применяемых для уничтожения микроорганизмов, характеризуют величиной D₁₀(время, необходимое для того, чтобы в определенной популяции при определенных условиях среды вызвать гибель 90% клеток Полная или частичная стерилизация осуществляется с помощью влажного жара, сухого жара, фильтрации, облучения или различных химических средств.

Различают физические и химические методы стерилизации.

Физические методы

Стерилизация сухим жаром производится в сушильных шкафах следующих марок: СНОЛ-3,5.3,5.3,5/3 м; ШС-40, ПЭ-4610 и др.

Рис. 1. Сушильный шкаф ПЭ-4610

При стерилизации сухим жаром бактериальные споры переносят более высокие температуры и притом дольше, чем при стерилизации влажным жаром. Этот способ применяется в основном для обработки посуды, сухих материалов и т.п. Перед стерилизацией посуду заворачивают в бумагу, а сухие продукты - в пакеты. Затем все укладывают на сетку сушильного шкафа так, чтобы не было касания его стенок. Стерилизацию проводят при 180 °С в течение одного часа или в течение 2 часов при 160°С. Вынимают посуду и инструменты после снижения температуры в шкафу до комнатной температуры.. В случае стерилизации материалов с высокой теплоемкостью или термоизоляционными свойствами следует учитывать время прогрева. В любом случае рекомендуется контролировать температуру с помощью индикаторов или проверять полноту стерилизации. В настоящее время применяют 30-минутный нагрев при 180С. Стерилизация жаром основана на коагуляции клеточных белков.

Кипячение. Этот метод используют дня стерилизации шприцев, инструментов, стеклянной и металлической посуды. Стерилизатор, где производят обработку инструментов и посуды, перед загрузкой тщательно моют и ополаскивают дистиллированной водой. Также моют стерилизуемые принадлежности. Кипячение производят 40 минут. Для достижения полной стерилизации от спор бактерий шприцы и иглы стерилизуют с добавлением 1% соды Na₂CO₃.

Фильтрование через мелкопористые фил ьтры (холодная стерилизация) применяется для стерилизации жидкостей, в состав которых входят органические соединения, претерпевающие изменения (разложение) при нагревании (сыворотка и т.п.), растворы, содержащие термолабильные вещества. Освобождают эти жидкости от микроорганизмов путем пропускания растворов через стерильные мелкопористые фильтры (мембранные ультрафильтры, асбестовые, глиняные фильтры). В практике холодной стерилизации наибольшее распространение получило фильтрование через ультрафильтры.

Неглазурованные фарфоровые цилиндры (свечи Шамберлана) применялись уже в лаборатории Пастеpa. В лабораториях и для стерилизации питьевой воды используют фильтры Беркефельда (из прессованного кизельгура). Часто употребляют также асбестовые пластинки (в фильтрах Зейца), стеклянные фильтры и мембранные фильтры. Некоторые из них выпускаются с различной величиной пор, что позволяет даже разделять организмы разной величины и формы. Различают фильтры №1,2, 3, 4, 5 и 6. Для стерилизации жидкостей от микроорганизмов используют фильтры № 1-4 с размерами пор 0,3-1,0 мкм. Перед использованием фильтры кипятят в течение 30 минут, меняя 2-3 раза воду. Фильтрование проводят в фильтре Зейтца, вмонтированном в колбу Бунзена (рис.2).

Рис. 2. Прибор Зейтца с воронкой

Стерилизация текучим паром (дробная стерилизация). Текучим паром стерилизуют воду, питательные среды, содержащие молоко, солод, желатину, углеводы, резиновые трубки и другие предметы, которые портятся под действием высокой температуры. Стерилизацию по этому методу проводят в аппарате Коха или в автоклаве с незавинченой крышкой и открытым паровыпускным краном. Время, необходимое для обеспложивания загруженных предметов (30 минут), отсчитывают с момента выхода непрерывной струи пара, когда температура в аппарате или автоклаве достигает 100°С. Однократная обработка текучим паром полностью не уничтожает споры бактерий. Полная стерилизация достигается лишь при повторной обработке текучим паром - дробной стерилизации. При этом материалы и среды стерилизуют в течение трех дней по 30 минут. В промежутках стерилизуемые предметы хранят в шкафу при комнатной температуре. За этот срок споры микроорганизмов должны прорасти в вегетативные формы, которые уничтожаются последующей стерилизацией текучим паром.

Стерилизация насыщенным паром под давлением (автоклавирование). Это наиболее надежный способ стерилизации, позволяющий уничтожить все виды микроорганизмов и даже наиболее устойчивые споры. Производят ее в герметически закрывающемся толстостенном котле - автоклаве, в котором стерилизуемые объекты нагревают сухим паром при давлении выше атмосферного.

Рис.3 Автоклав.

Обычно в автоклаве стерилизуют под давлением 1 атм., что соответствует 119-120°. Питательные среды стерилизуют под давлением 0,5 атм от15 до 30 минут, аппараты, ферментеры стерилизуют при давлением 1атм 1-2 часа. Стерилизацию объектов ведут следующим образом. В автоклав наливают воду, погружают стерилизуемые объекты в свободный сосуд, завинчивают крышку и включают нагреватель. При этом выпускной кран оставляют открытым до выхода непрерывного горячего сухого пара. Затем кран закрывают, доводят давление до 1 атм. и поддерживают его на этом уровне в течение 20 минут (в современных автоклавах давление поддерживается автоматически). После этого нагревание прекращают путем обесточивания энергии и ждут, пока стрелка манометра дойдет до нуля. Затем выпускной кран ставят в положение "открыто", спускают пар и открывают крышку автоклава. Полезно при полуоткрытой крышке оставить предметы в автоклаве на несколько минут для осушки.

Облучение - Стерилизация ультрафиолетовым облучением. Для полной или частичной стерилизации применяют ультрафиолетовые, рентгеновские и гамма-лучи. В лабораторных условиях наибольшее значение имеют ультрафиолетовые лучи. В качестве стерилизатора при этом методе используют бактерицидные лампы, имеющие форму трубки диаметром 15-20 мм с оксидными электродами на концах. Под действием электрического тока ртутные пары, закачанные во внутрь, в лампах дают яркий зеленовато-белый свет, богатый ультрафиолетовыми лучами. В спектре УФ-ламп преобладает излучение в области 260 нм, поглощаемое главным образом нуклеиновыми кислотами и при достаточно длительном действии вызывающее гибель всех бактерий. Суть действия этих лучей сводится к тому, что они воздействуют на белковые молекулы и ферменты цитоплазмы клеток и уничтожают их.

Бактерицидные лампы типа БУВ-15 и БУВ-30 используются для стерилизации воздуха, воды, стен, пола, потолка боксов и исследовательской лаборатории, поверхности различных предметов и оборудования при этом бактерии погибают очень быстро, а споры грибов гораздо менее чувствительные к ультрафиолету, - значительно медленнее.

Прокаливание на огне - наиболее быстрый и надежный метод обработки (стерилизации) негорящих предметов (платиновые петли, иглы, мелкий инструмент, пипетки, предметные и покровные стекла, палочки стеклянные и т.п.). Прокаливают предметы на пламени спиртовки (петли и иглы нагревают докрасна, а предметные и покровные стекла, скальпели, пинцеты, шпатели, палочки несколько раз проносят через пламя). Данные работы выполняются в боксе.

Химические методы

Консервация - этот метод применяется для предупреждения бактериального загрязнения отдельных питательных сред путем ввода в них хлороформа (0,1-0,5%), фенола (0,25-0,5%), формалина (0,05%), толуола (0,1-0,5%) и т.д. Перед применением среды нагревают на водяной бане при 56° для освобождения их от консерванта.

Таблица 2 Дезинфицирующие растворы дли обработки ими предметов

Наименование	Содер-	Объект обработки	Примечание
	жание
	вещест
	ва, %
Раствор	1-5	Пипетки, палочки, шпатели,	При загрязнении
хлорамина		предметные и покровные стекла,	инфекциями используют
		пробки резиновые, или	активированный.
		каучуковые, халаты.	подогретый до 40-45°.
		Металлические инструменты.	Время обработки - 0,5-5ч
Раствор фенола	3-5	Пипетки, палочки,	Время обработки
(карболовая		предметные и покровные стекла.	0,5-1,0 ч.
кислота)
Мыльно-	3-5	Пипетки, палочки, шпатели,	Время обработки
карболовый		предметные и покровные стекла,	0,5-10,0 ч.
раствор		скальпели, пинцеты, перчатки
		каучуковые трубки и т. д.
Раствор	2	-II-	Время обработки
гипохлорида			1,0-2,0 ч.
кальция (натрия)
Раствор виркона	0,8-1,5	-II-	Время обработки 1,0ч.
Осветленный	0,2	Пипетки, палочки, предметные	Время обработки
Раствор хлорной	-10	и покровные стекла	0,5-1,5 ч.
извести
Спирт	70	Пипетки, палочки, предметные	Время обработки
		и покровные стекла, скальпели	5-10 мин.
		пинцеты ит.д.

Оборудование и материалы:

- автоклав вертикальный или автоклав горизонтальный, стерилизатор медицинский, фильтр Зейтца, вакуумный насос, сушильный шкаф суховоздушный электрический, бактерицидная лампа переносная, бактерицидная лампа стационарная, спиртовка;

- чашки, колба коническая 100-250 см³, колба круглодонная 250-1000 см³, пипетки 1-10 см³ пробирки 10-20 см³, стеклянные сосуды или емкости 1000-2000 см³, стеклянные палочки, предметные и покровные стекла, резиновые перчатки, прорезиненный фартук, металлические инструменты - пинцет, шпатель, бактериальная петля;

- вата, марля, бумага, нитки, мембранные фильтры "Владипор" №1, №3. ультрафильтры (гемицеллюлозные) №1-№3, асбестовые фильтры, фильтровальная и оберточная бумага;

- фенол, формальдегид, хлороформ, толуол, хлорамин, мыло хозяйственное, хлорная известь, 70%-ый раствор этилового спирта.

До применения оборудования для стерилизации посуды и материалов необходимо ознакомится с порядком и правилами работы сушильного шкафа, автоклава, стерилизатора, бактерицидной лампы и др.

Согласно прописи надо подобрать необходимую посуду, химические реактивы; т.е. берут расчетное количество навесок химреактивов, производят растворение их в дистиллированной или водопроводной воде, объем доводят в мерной колбе или мерных цилиндрах до метки, затем разливают в склянки, закрывая плотно пробками. На серединном участке склянки приклеивают наклейку с указанием названия растворенного вещества

Описание конструкции лабораторной установки непрерывной стерилизации жидкой среды

Функционально установка состоит из двух систем: система стерилизации жидкой среды и система получения перегретого пара. Конструктивно подсистемы интегрированы.

Технические данные лабораторной установки непрерывной стерилизации жидкой среды:

- Номинальная производительность -100л/час.

- Потребляемое напряжение: переменное 230В однофазное или трехфазное.

- Потребляемая мощность номинальная -16000Вт.

- Номинальное давление в магистрали воды 0.8МПа (до 1.2МПа при перенастройке под повышенную температуру пара)

- Номинальное давление отрабатывания редукционного клапана -0.8МПа.

- Давление срабатывания датчиков-реле- 1.4МПа

- Температура перегретой воды и пара 165°С (до 200 °С при перенастройке).

Установка состоит из:

	Основных агрегатов:	Вспомогательных устройств и агругатов	Контрольно-измерительная аппаратура-
1	Нагреватель	Ёмкости для стерилизуемой жидкости и дисцилированной воды	Термометры бимемаллические типа ТБ-Сд1
2	Выдерживатель	Насосы подачи стерилизуемой жидкости и воды	Манометры типа МТМ-2-К-16/8 кгс /см2 ТУ 25-02.1084-74
3	Рекуператор	Фильтры	Контроллер температуры типа ОВЕН
4	Радиатор	Обратные клапана	Датчик-реле давления типа
5	Парогенератор (испаритель)	Вентили подачи (применённые в настоящем исполнении совмещают функцию линейных дросселей)	Датчик-реле давления судовой ДЕМ106-Сд.
	Гидро аккумуляторы	Трубопроводная арматура
	Гидро аккумуляторы	Редукционный клапан управляемый