СТЕРИЛИЗАЦИЯ ОБОРУДОВАНИЯ И КОММУНИКАЦИЙ

Для обеспечения асептических условий необходимо осуществлять стерилизацию всех аппаратов, коммуникаций, а также элементов запорно-регулирующей арматуры и средств КИП, контактирующих с культурой микроорганизмов или со стерильными материальными потоками. Промышленный ферментёр представляет собой сложную техническую систему, оснащенную множеством трубопроводов, штуцеров, датчиков, поэтому при составлении монтажной схемы необходимо предусмотреть возможность термической стерилизации аппарата и всех штуцеров и элементов его «обвязки».

Рекомендуемые места установки контрольных датчиков показаны на рис. 6.5.

Воздух

Схема расположения контрольных датчиков температуры

Рис. 6.5. Схема расположения контрольных датчиков температуры

в ферментёре:

7 — штуцер для выхода воздуха; 2 — заглушенный штуцер на крышке аппарата; 3 — штуцер на корпусе аппарата; 4 — крышка люка; 5 — стенка аппарата; 6 — штуцер

для слива жидкости

В промышленном ферментёре имеются зоны, где температура ниже заданной на 10—15 °С, а в ряде случаев на 50 °С. Наличие труд-нопрогреваемых зон резко повышает вероятность нарушения асептических условий даже при самом жестком режиме стерилизации. Для обеспечения надежной стерилизации оборудования необходимо осуществлять специальные меры для всех узлов аппарата и его обвязки. Рассмотрим их подробно для типовой монтажной схемы ферментёра, приведенной на рис. 6.6.

Пар $

Схема коммуникаций ферментёра

Рис. 6.6. Схема коммуникаций ферментёра:

  • 7 — ввод посевного материала; 2 — подача стерильного воздуха; 3 — подача стерильной питательной среды; 4 — подача стерильного пеногасителя; 5 — отвод отработанного воздуха; б — подача жидких добавок; 7 — отбор готового продукта;
  • 8 — подача моющего раствора; 9 — отбор проб; Т — термометр; М — манометр;

pH — измеритель pH

Открытые трубные окончания. Так называются участки труб, одним концом соединенные с ферментёром, а другим сообщающиеся с атмосферой. К ним относятся узлы для ввода посевного материала, отвода отработанного воздуха, отбора проб (см. рис. 6.6). На трубопроводе установлен вентиль, отделяющий его открытый конец от аппарата. Как правило, открытая часть трубы после вентиля имеет уклон. На расстоянии 50—150 мм от фланца вентиля в трубе делают врезку и подводят пар, который при стерилизации непрерывно выходит через открытое трубное окончание. В открытом трубном окончании невозможно создать повышенное давление, значит, температуру стерилизации нельзя поднять выше 100 °С, а при диаметре трубопровода менее 100 мм температура стерилизации еще ниже. Эти обстоятельства приводят к необходимости резко увеличивать продолжительность обработки для обеспечения асептических условий. Таким образом, открытые трубные окончания — наиболее трудно-стерилизуемые узлы ферментёра.

Типовой термический затвор. На всех трубопроводах, соединяющих ферментёр со стерильными коллекторами, делают термический затвор. Для этого на трубопроводе устанавливают два вентиля, между которыми подводят пар и отводят образующийся конденсат. Пар подводят на расстоянии 50—150 мм от фланца верхнего вентиля (это может быть как ближний, так и дальний от аппарата вентиль), конденсат удаляют из нижней точки затвора. Эффективность стерилизации в термическом затворе зависит от его диаметра и длины тупиковых участков (от вентиля до места ввода пара). Показано, что при диаметре трубопровода менее 40 мм надежная стерилизация тупиковых участков не гарантируется. В этом случае для обеспечения стерильности необходимо подавать пар непосредственно в корпус верхнего вентиля, а удалять пароконденсатную смесь из-под уплотнения «седло — клапан» нижнего вентиля. Для проведения асептических процессов необходимо использовать специализированную запорно-регулирующую арматуру.

Коллекторные трубопроводы. При наличии в цехе нескольких ферментёров, работающих в асептических условиях, используют коллекторные трубопроводы для питательной среды, посевного материала, культуральной жидкости, обслуживающие все ферментёры или часть их. На рис. 6.7 изображены схемы коллекторного стерильного трубопровода. В первом варианте (рис. 6.7 а) стерильная жидкость поступает в коллектор через вентиль 1 и затем подается в аппараты по отводам типа «лебединая шея». Стерилизацию коллектора осуществляют, подавая пар через вентили 1, 2, 3 и отводя конденсат через вентили 4, 5, 6. После подачи каждой порции жидкости можно простерилизовать весь коллектор при закрытом вентиле /. Этим обеспечивается длительная работа технологического оборудования в асептических условиях. При использовании второго варианта (рис. 6.7 б) отработанный конденсат удаляется через вентили 4, 6, 5. Термический затвор (вентили 6, 1, 8) в месте подключения стерильного коллектора к конденсатопроводу обеспечивает надежную защиту коллектора от микрофлоры, содержащейся в кон-денсатопроводе.

Линии подачи стерильного воздуха. Некоторые индивидуальные фильтры, применяемые для стерилизующей фильтрации, не выдерживают термической стерилизации, поэтому их стерилизуют химическим методом. Для этого в середине стерильного участка трубопровода (см. рис. 6.6) устанавливают вентиль. Сам фильтр и участок

от него до вентиля стерилизуют с помощью оксида этилена, формалина и Р-пропиолактона, а участок от вентиля до ферментёра стерилизуют острым паром вместе с аппаратом.

Принципиальные схемы оформления типового коллекторного трубопровода, работающего в асептических условиях

Рис. 6.7. Принципиальные схемы оформления типового коллекторного трубопровода, работающего в асептических условиях:

а — вариант верхней разводки коммуникаций; б — вариант нижней разводки коммуникаций

Тупиковые полости. Образуются в стерильных трубопроводах при закрытии тех или иных вентилей, а также в ферментёрах. Например, тупиковая полость образуется между стенками штуцера и датчика при введении в ферментёр термометра сопротивления или другого датчика через штуцер или при подключении манометра с разделительной мембраной к типовому штуцеру. В тупиковых полостях невозможно обеспечить циркуляцию пара, а значит, достаточно высокую температуру.

Тупиковые полости являются «слабыми местами» аппарата с точки зрения качества стерилизации. Чем больше их длина и меньше диаметр, тем труднее обеспечить стерильность.

Режимы стерилизации. Отмечается, что стерилизация пустых аппаратов и прилегающих к ним коммуникаций осуществляется в течение 1 ч при температуре 120—126 °С [24]. При указанных режимах значения критерия стерилизации меняются в диапазоне 88,8—354. В том же источнике дается и режим стерилизации линий стерильного пеногасителя: 120—124 °С 1 ч, т.е. при V = 88,8—225,6. Указывается, что эффективная стерилизация реактора обеспечивается при 120 °С в течение 30 мин (V = 44,5), матрацных колб с ватно-марлевыми пробками — при 127 °С 3 ч (V = 1332), колб с агаром — при 110 °С 30 мин (V = 4,89). Считают [85] вполне приемлемым режим стерилизации аппарата емкостью 30 л при 120 °С в течение 2 ч (V = 178). В работе [76] приведено минимальное время, необходимое для стерилизации с помощью насыщенного водяного пара при различной температуре:

Температура, °С

Время, мин

10

З

126

Справедливо отмечено, что одна и та же степень инактивации микроорганизмов может достигаться при бесчисленном количестве комбинаций интенсивности воздействия летального фактора (в данном случае — температуры) и продолжительности его воздействия [22]. При этом указывается, что в приведенные выше значения времени необходимо вносить поправку на время, необходимое для прогрева загруженного в стерилизатор материала до заданной температуры стерилизации. Однако ничего не говорится о стадии охлаждения, доля которой в общем стерилизующем эффекте может быть весьма значительной. Отмеченные особенности, по-видимому, привели к тому, что рекомендуемые режимы обеспечивают различные, существенно отличающиеся друг от друга значения критерия стерилизации.

При производстве антибиотиков рекомендуют стерилизовать аппараты при 125—130 °С в течение 1 ч (V = 276—888), а коммуникации — при 120 °С 2—4 ч (V = 178—356) [22]. При этом применительно к аппаратам предлагается отмечать начало выдержки только после достижения температуры 125 °С. Указывается стерилизация при 121 °С и выдержке 10—20 мин (V = 18,34—36,6) [72]. Отмечено, что часть микроорганизмов будет инактивироваться в период нагревания аппаратов до максимальной температуры, а также в начальный период охлаждения аппарата.

Количественные характеристики эффективности этих стадий не приведены.

Приведенные примеры объективно характеризуют общее положение, сложившееся в различных отраслях микробиологической промышленности при решении задач, связанных с термической стерилизацией оборудования и коммуникаций. Эти примеры позволяют сделать замечания, представляющие практический интерес. Сложившееся многообразие режимов стерилизации свидетельствует главным образом о том, что указанные режимы имеют практическую основу и не базируются на разработанных к настоящему времени теоретических основах термической стерилизации. Именно поэтому эффективность режимов, оцениваемая по значениям критерия стерилизации, варьирует в широком диапазоне (от нескольких десятков до нескольких тысяч).

Существующий подход к оценке эффективности режимов стерилизации не позволяет определить эффективность, действительно необходимую для гарантированной инактивации посторонней микрофлоры. Более того, не представляется возможным осуществление обоснованного переноса отработанных в лабораториях режимов на промышленные аппараты. Простое воспроизведение режимов, учитывающих стерилизующий эффект только на стадии выдержки, приводит к значительным перерасходам пара на производстве и необоснованному увеличению продолжительности подготовки аппаратов к эксплуатации.

На практике пустые аппараты большого объема обычно стерилизуют в течение 1 ч при температуре 120—130 °С, а коммуникации — от 1 до 4 ч при 120—126 °С. Результаты специальных исследований показали, что для стерилизации ферментёров вместимостью 63 м3 желательно подавать пар в верхнюю часть аппарата, а удалять паровоздушную смесь и конденсат снизу. В этом случае требуемая температура стерилизации достигается в 2—3 раза быстрее, чем при удалении паровоздушной смеси через верхний штуцер.

Во время стерилизации необходимо полностью открывать вентиль на линии нижнего спуска для отвода конденсата из нижней части аппарата, иначе при скоплении конденсата температура в зоне снижается до 110 °С.

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ     След >