24 Количественная оценка стерильности среды

В процессе стерилизации среды происходит сокращение числа живых микроорганизмов в объеме от исходной величиы N_o до некоторой заданной величины N, так называемой "нестерильности среды".

С точки зрения технологии величину "нестерильности среды" N нельзя принять равной нулю, поскольку в этом случае длительность стерилизации бесконечна: T_стер = 1/K* ln(N_о/N) = 

Стерильность среды обеспечивается при N <1 - нет ни одного живого микроба. Но 0<N<1 - не имеет физического смысла. Поэтому величиной N задаются как вероятностью выживания одной споры в стерилизуемой среде.

В литературе рекомендуют N=0,1 - 0,001. Смысл этого значения: на 1000 стерилизаций возможно заражение только в одном случае.

Величина нестерильности N является условием масштабирования времени выдержки питательных сред разного объема.

Т_в = 1/K* ln(C_oV_ж/N),

где V_ж - объем стерилизуемой среды; С_о - концентрация микроорганизмов в исходной среде, м^-3. С_о определяется с помощью высева отобранных проб на агаризованную поверхность.

Влияние температуры на гибель микрофлоры

В целом микробы способны выдерживать более высокие температуры, чем другие организмы. Известны термофилы, выдерживающие 20-30 минут при t=120 ^oС. Такой стойкостью обладают лишь споры бактерий. Другие микроорганизмы и их споры отмирают на 5-6 порядков быстрее и не принимаются в расчет при термической стерилизации.

Существуют различные способы определения зависимости скорости отмирания от температуры. Суть всех их сводится к нагреву изолированного объема микробной суспензии, выдержке при заданной температуре и затем быстрому охлаждению и отбору проб.

Экспериментально установлено, что скорость отмирания (или const термической гибели) зависит от температуры также как и const скорости химической реакции и описывается уравнением Аррениуса:

К_t = А ехр(-Е/RТ),

где А - предэкспоненциальный множитель; Е - энергия активации гибели микроорганизмов; R - универсальная газовая постоянная; Т - температура в ^ОК.

При проведении расчетов тепловой стерилизации используют значения констант А и Е, определенные экспериментально для наиболее термостойкой посторонней микрофлоры. Их определяют следующим образом. Сначала по уравнению lnN = lnN_o - K_t· строят зависимости в координатах lnN-T (рис.19б) и определяют константы термической гибели для различных температур. Затем из графика зависимости lnK_t = f(1/T) (рис.19в) по уравнению lnK_t = lnA - (E/R)*(1/T) находят A и E.

Зависимость lnK_t = f(1/T) обычно сохраняет линейный характер в некотором диапазоне температур. За пределами его значения А и Е изменяются. Наличие этих изменений объясняется различиями в механизме инактивации.

Значения А и Е могут также меняться в зависимости от физико-химимческих свойств и состава среды, в которой находятся микроорганизмы, что сказывается на времени стерилизации в технологическом процессе. Так, например, длительность стерилизации зависит от pH: максимальная длительность при рН=4,5-5. А наиболее устойчивые в процессе стерилизации жиры, применяемые как пеногасители, стерилизуют отдельно.

Жесткие тепловые условия стерилизации влияют и на компоненты питательной среды, разрушая некоторые из них. Экспериментально установлено, что энергия активации разложения питательных веществ, например витаминов группы В, в несколько раз больше энергии активации гибели микроорганизмов. При условиях выдержки, дающих одинаковый коэффициент выживания N/N_o, сохраняющаяся концентрация компонентов Х в среде определяется выражением .

Учитывая К_x=А ехр(-Е_х/RT), следует К_x/K= exp(-(E_x-E)/RT)

Анализ данных выражений показывает, что с увеличением температуры отношение удельных скоростей отмирания К_x/K уменьшается, т.е. чем выше температура стерилизации, тем больше полезного компонента Х сохранится в среде (при соответствующем сокращении времени выдержки).

На практике эта тенденция сохраняется в большинстве случаев. Однако очень высокие температуры невыгодны по ряду причин: а) с повышением температуры увеличиваются эксплуатационные расходы на пар и охлаждающую воду; б) растут капитальные вложения в теплообменное оборудование; в) возможно снижение качества среды (не вся среда прогревается). 24