不同溫控下立式壓力蒸汽滅菌器熱穿透效果試驗研究

莫淑琴

（海南省計量測試所，海南 海口 570100）

0 引言

壓力蒸汽滅菌器已正式投入生產領域多年，主要應用領域有食品加工、醫(yī)院醫(yī)療等。試驗室擁有許多待滅菌處理的物品，應該根據物品種類，選擇合適的滅菌方式，配合相應的滅菌程序，以提升物品滅菌效果?？墒?，許多單位在應用濕熱滅菌技術時，對設備說明書過于依賴，或是僅關注滅菌設備廠商技術指導，缺乏對壓力蒸汽滅菌器熱穿透能力的研究，針對這些情況，需要進行分析，來提升濕熱滅菌效果。

1 研究方法

使用100L下排立式工作壓力蒸汽滅菌器作為該試驗研究對象。現應用無線網絡溫度監(jiān)測軟件對樣品溫度傳感器進行負載溫度檢測、運輸熱穿透檢測和溫控檢測，在不同運輸方式和不同溫控方式下，可以獲得更強的殺菌熱穿透效果，提高樣品殺菌試驗數據的精準性。將殺菌溫度調整到121℃，整個殺菌過程維持30min，將無線網絡溫度監(jiān)測軟件預設成每隔1min對樣品殺菌效果數據進行記錄，利用以下試驗方法對該試驗做進一步驗證[1]。

1.1 滅菌器試驗

滅菌器試驗設定為試驗A，如圖1所示，選擇滅菌器工作室的上、中、下校準面作為數據測量點，再將無線網絡溫度監(jiān)測軟件放置于這3個位置，一共設置9個測試用例。其中，9#位置是滅菌器底部的出水口位置，與溫控傳感器間距較短。所有測試用例和與工作室內壁的間距應大于10cm。在做試驗處理時，要先將培養(yǎng)瓶放置在房間測試位置外的地方，直到培養(yǎng)瓶內充滿房間內的空氣，才能正式進入試驗。培養(yǎng)瓶間需要保持一定的間距，使蒸汽系統(tǒng)可以正常運行。在整個滅菌處理過程中，如果滅菌器已經達到滿載狀態(tài)，工作室的溫度就會停止升高，而內部熱量也會在此時固定，不會繼續(xù)增加。

1.2 有蓋聚丙烯培養(yǎng)瓶熱穿透試驗

有蓋聚丙烯培養(yǎng)瓶熱穿透試驗設定為試驗B，以100L高壓滅菌鍋為校準對象，設定其滅菌溫度為121℃，滅菌保持時間至少為30 min。滅菌過程的保持時間是指滅菌設備內所有點的溫度保持在滅菌溫度范圍內的持續(xù)時間段。為了測量滅菌鍋內溫度的均勻性，將無線溫度記錄儀放在設備工作室內上、中、下3個校準面上，共9個測試點，以中層中心點的位置作為高溫滅菌鍋的實際溫度值，且各測試點與工作室內壁的距離不小于各邊長的1/10。在9個等體積聚丙烯培養(yǎng)瓶中各加入50℃100mL純水系統(tǒng)，插入無線網絡溫度監(jiān)測軟件，將攝像頭朝向瓶底并擰上頂蓋。在完成培養(yǎng)瓶的標記工作后，依次把9個培養(yǎng)瓶放在不同位置，對所有培養(yǎng)瓶執(zhí)行試驗A，分析培養(yǎng)瓶的頂部螺旋蓋在連接狀態(tài)下，其內部熱滲透的真實情況。

圖1 滅菌器提供的9個數據測量點

1.3 無蓋聚丙烯培養(yǎng)瓶熱穿透試驗

無蓋試驗設定為試驗C。和試驗B相比，大體操作內容、步驟相似，唯一區(qū)別是在試驗C中，所有培養(yǎng)瓶均沒有將頂部擰上，培養(yǎng)瓶暴露在室內環(huán)境中。利用這種方式分析如果培養(yǎng)瓶在沒有擰上頂部螺旋蓋時，熱量滲透到培養(yǎng)瓶內部的真實情況。

1.4 滅菌器嵌入樣品溫度傳感器試驗

滅菌器嵌入樣品溫度傳感器試驗設定為試驗D。在試驗A的基礎上，增加可以嵌入滅菌器中的樣品溫度傳感器。同時，預先拿走5#培養(yǎng)瓶螺帽，并在螺帽的中心位置用工具鉆開1個和樣品溫度傳感器測試端口規(guī)格相同的圓孔，并向5#培養(yǎng)瓶中添加純水系統(tǒng)，設置無線網絡溫度監(jiān)測軟件后，再將已經處理的瓶蓋旋上培養(yǎng)瓶，把用于測量樣品溫度的溫度傳感器從小圓孔中穿出，并讓測試端口位置伸入錐形瓶內，讓端口可以和瓶內液體產生直接接觸，對特殊程序處理流程做詳細分析。在這個時候，滅菌器自動控制系統(tǒng)是以待測量樣品的溫度傳感器數據來控制培養(yǎng)瓶內溫度，而不是根據滅菌器底部出水口溫度傳感器的基本溫度進行控制[2]。在試驗中，會在6#培養(yǎng)瓶的左右兩側，設置10#無線網絡溫度監(jiān)測軟件，負責測量和記錄工作室的中心位置的蒸氣溫度。同時，重復進行試驗B。利用培養(yǎng)瓶中從原本的液體溫度控制切換為瓶內環(huán)境溫度控制的試驗評估，驗證各個培養(yǎng)瓶中的熱滲透效果，以及在培養(yǎng)瓶中心位置的內外環(huán)境溫度差值的相關研究。

2 試驗結果與相關討論

對上述試驗進行分析。

2.1 滅菌器試驗分析

在收集試驗A數據后，將試驗結果整理為圖3。滅菌器在滅菌維護處理工序中運行時，所有無線網絡溫度傳感器計數實際滅菌溫度在121.1℃～122.1℃，溫度波動保持±0.5℃內，而溫度均勻度控制在≤0.7℃范圍內，維持最佳滅菌效果的最冷點時間F0為33.9min，滿足滅菌數值指標需求。通過該試驗可知，如果滅菌器保持滿載運行狀態(tài)時，所有功能指標均可以正常，滅菌效果較為穩(wěn)定，可以根據需求完成之后的滅菌試驗處理。

2.2 有蓋聚丙烯培養(yǎng)瓶熱穿透試驗分析

圖3 試驗A的時間—溫度關系曲線

圖4 試驗B的時間—溫度關系曲線

圖5 試驗C的時間—溫度關系曲線

在處理試驗B結果后，將數據整理為圖4。在滅菌器從無操作狀態(tài)轉換為滅菌維護處理模式時，在培養(yǎng)瓶所有檢測的熱穿透溫度，在短時間內沒有達到試驗預設的滅菌溫度。而隨著試驗時間不斷提升，熱穿透溫度會有逐漸提升的趨勢[3]。下層最先達到121℃，其次是中層，當滅菌29 min 后，各位置熱穿透溫度全部達到指定滅菌溫度。達到滅菌最冷點F0后，需要維持該溫度約19.1min，如果滅菌處理15min，就需要將F0維持5.9min，如果滅菌處理23min，需要將F0維持12.4min。由此可見，在該運輸方式下，要想獲得熱穿透等效電路滅菌的實際效果，滅菌器設定的滅菌維持時間至少為23min。

2.3 無蓋聚丙烯培養(yǎng)瓶熱穿透試驗分析

將試驗C數據整理為圖5。整個滅菌處理數據和試驗B數據基本保持一致。在滅菌處理25min時，培養(yǎng)瓶各部分熱透溫度達到121℃。滅菌維持時間的最冷點F0，需要維持21.1min，如果滅菌處理15min，就需要將F0維持6.8min，當滅菌處理22min時，將F0維持時間調整到12.8min。從上述滅菌處理時間可知，如果使用該運輸模式，想要達到熱穿透等效電路相同的滅菌效果，需要將滅菌器的滅菌時間調整為大于22min。與試驗B相比，試驗C有更強的熱穿透效果，同時在相同殺菌處理時間下，試驗C的F0值更高，這和培養(yǎng)頂部是否有旋蓋有關，它影響培養(yǎng)瓶內熱蒸汽的保溫效果。但是考慮到實驗具有一定的時間效應，選擇取消頂蓋和提升熱穿透特性并沒有直接的關系。

2.4 滅菌器嵌入樣品溫度傳感器試驗分析

將試驗D數據整理為圖 6 。在滅菌器工作，讓試驗正式進入滅菌處理時，將所有無線網絡溫度傳感器計數的滅菌溫度調整為121.1℃～121.7℃，并將溫度波動控制在±0.2℃，保持溫度均勻度≤0.4℃，并讓滅菌時間最冷點F0維持32.9min，滿足性能指標要求[4]。當殺菌12min時，F0為12.7min，說明該模式殺菌12min可以達到熱透的實際效果。將傳感器6#和10#的統(tǒng)計數據信息進行對比：滅菌器進入滅菌維護環(huán)節(jié)前5min，個人工作間（10#）幾何中心溫度為122.0℃～122.2℃；殺菌維護環(huán)節(jié)10#為121.6℃～121.8℃。在這期間，幾何中心培養(yǎng)瓶的熱透溫度（6#）隨時間呈持續(xù)上升趨勢；在殺菌維持初期，記錄值10#超過6#，殺菌處理時間逐漸提升后，培養(yǎng)瓶的內外溫度形成自然的熱力循環(huán)狀態(tài)。在對試驗做進一步維護處理時，6#和10#的標準值可以保持一致。

圖6 試驗D的時間—溫度關系曲線

3 結論

綜上所述，立式壓力蒸汽滅菌器是1種安全可靠的滅菌設備。當前世界各國對如何正確使用滅菌器、正確掌握滅菌檢測方法已有大量實踐經驗。通過研究加蓋培養(yǎng)瓶的熱滲透和試品溫度傳感器添加到實驗處理，可以得到“輸送方法與溫度控制模式，會對工作壓力蒸汽滅菌器滅菌效果存在明顯影響”的結論。試驗強調，培養(yǎng)瓶對某種特殊材料的熱滲透特性較弱，不能采用處理溫度為121℃、處理時間為15min的程序工藝來對樣品進行合理的殺菌處理；如果采用未加蓋的培養(yǎng)瓶，雖然可以提升一定的熱滲透效果，但是對整個濕熱滅菌工作的處理效率影響一般，外部細菌會給滅菌內的環(huán)境帶來安全風險；而在濕熱滅菌處理中添加樣品溫度傳感器，采用實時監(jiān)測模式，控制樣品滅菌處理溫度，對滅菌器使用進行控制，可以讓熱穿透獲得處理效果，這也是最合適的處理濕熱滅菌的方法。選用時應結合實際情況，進一步確定滅菌對產品的可靠性。