不同溫控下立式壓力蒸汽滅菌器熱穿透效果試驗(yàn)研究

莫淑琴

（海南省計(jì)量測(cè)試所，海南 海口 570100）

0 引言

壓力蒸汽滅菌器已正式投入生產(chǎn)領(lǐng)域多年，主要應(yīng)用領(lǐng)域有食品加工、醫(yī)院醫(yī)療等。試驗(yàn)室擁有許多待滅菌處理的物品，應(yīng)該根據(jù)物品種類，選擇合適的滅菌方式，配合相應(yīng)的滅菌程序，以提升物品滅菌效果?？墒?，許多單位在應(yīng)用濕熱滅菌技術(shù)時(shí)，對(duì)設(shè)備說明書過于依賴，或是僅關(guān)注滅菌設(shè)備廠商技術(shù)指導(dǎo)，缺乏對(duì)壓力蒸汽滅菌器熱穿透能力的研究，針對(duì)這些情況，需要進(jìn)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(yàn)研究對(duì)象。現(xiàn)應(yīng)用無線網(wǎng)絡(luò)溫度監(jiān)測(cè)軟件對(duì)樣品溫度傳感器進(jìn)行負(fù)載溫度檢測(cè)、運(yùn)輸熱穿透檢測(cè)和溫控檢測(cè)，在不同運(yùn)輸方式和不同溫控方式下，可以獲得更強(qiáng)的殺菌熱穿透效果，提高樣品殺菌試驗(yàn)數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性。將殺菌溫度調(diào)整到121℃，整個(gè)殺菌過程維持30min，將無線網(wǎng)絡(luò)溫度監(jiān)測(cè)軟件預(yù)設(shè)成每隔1min對(duì)樣品殺菌效果數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，利用以下試驗(yàn)方法對(duì)該試驗(yàn)做進(jìn)一步驗(yàn)證[1]。

1.1 滅菌器試驗(yàn)

滅菌器試驗(yàn)設(shè)定為試驗(yàn)A，如圖1所示，選擇滅菌器工作室的上、中、下校準(zhǔn)面作為數(shù)據(jù)測(cè)量點(diǎn)，再將無線網(wǎng)絡(luò)溫度監(jiān)測(cè)軟件放置于這3個(gè)位置，一共設(shè)置9個(gè)測(cè)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(cè)試用例和與工作室內(nèi)壁的間距應(yīng)大于10cm。在做試驗(yàn)處理時(shí)，要先將培養(yǎng)瓶放置在房間測(cè)試位置外的地方，直到培養(yǎng)瓶?jī)?nèi)充滿房間內(nèi)的空氣，才能正式進(jìn)入試驗(yàn)。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(yùn)行。在整個(gè)滅菌處理過程中，如果滅菌器已經(jīng)達(dá)到滿載狀態(tài)，工作室的溫度就會(huì)停止升高，而內(nèi)部熱量也會(huì)在此時(shí)固定，不會(huì)繼續(xù)增加。

1.2 有蓋聚丙烯培養(yǎng)瓶熱穿透試驗(yàn)

有蓋聚丙烯培養(yǎng)瓶熱穿透試驗(yàn)設(shè)定為試驗(yàn)B，以100L高壓滅菌鍋為校準(zhǔn)對(duì)象，設(shè)定其滅菌溫度為121℃，滅菌保持時(shí)間至少為30 min。滅菌過程的保持時(shí)間是指滅菌設(shè)備內(nèi)所有點(diǎn)的溫度保持在滅菌溫度范圍內(nèi)的持續(xù)時(shí)間段。為了測(cè)量滅菌鍋內(nèi)溫度的均勻性，將無線溫度記錄儀放在設(shè)備工作室內(nèi)上、中、下3個(gè)校準(zhǔn)面上，共9個(gè)測(cè)試點(diǎn)，以中層中心點(diǎn)的位置作為高溫滅菌鍋的實(shí)際溫度值，且各測(cè)試點(diǎn)與工作室內(nèi)壁的距離不小于各邊長(zhǎng)的1/10。在9個(gè)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(wǎng)絡(luò)溫度監(jiān)測(cè)軟件，將攝像頭朝向瓶底并擰上頂蓋。在完成培養(yǎng)瓶的標(biāo)記工作后，依次把9個(gè)培養(yǎng)瓶放在不同位置，對(duì)所有培養(yǎng)瓶執(zhí)行試驗(yàn)A，分析培養(yǎng)瓶的頂部螺旋蓋在連接狀態(tài)下，其內(nèi)部熱滲透的真實(shí)情況。

圖1 滅菌器提供的9個(gè)數(shù)據(jù)測(cè)量點(diǎn)

1.3 無蓋聚丙烯培養(yǎng)瓶熱穿透試驗(yàn)

無蓋試驗(yàn)設(shè)定為試驗(yàn)C。和試驗(yàn)B相比，大體操作內(nèi)容、步驟相似，唯一區(qū)別是在試驗(yàn)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(nèi)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(shí)，熱量滲透到培養(yǎng)瓶?jī)?nèi)部的真實(shí)情況。

1.4 滅菌器嵌入樣品溫度傳感器試驗(yàn)

滅菌器嵌入樣品溫度傳感器試驗(yàn)設(shè)定為試驗(yàn)D。在試驗(yàn)A的基礎(chǔ)上，增加可以嵌入滅菌器中的樣品溫度傳感器。同時(shí)，預(yù)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(gè)和樣品溫度傳感器測(cè)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(shè)置無線網(wǎng)絡(luò)溫度監(jiān)測(cè)軟件后，再將已經(jīng)處理的瓶蓋旋上培養(yǎng)瓶，把用于測(cè)量樣品溫度的溫度傳感器從小圓孔中穿出，并讓測(cè)試端口位置伸入錐形瓶?jī)?nèi)，讓端口可以和瓶?jī)?nèi)液體產(chǎn)生直接接觸，對(duì)特殊程序處理流程做詳細(xì)分析。在這個(gè)時(shí)候，滅菌器自動(dòng)控制系統(tǒng)是以待測(cè)量樣品的溫度傳感器數(shù)據(jù)來控制培養(yǎng)瓶?jī)?nèi)溫度，而不是根據(jù)滅菌器底部出水口溫度傳感器的基本溫度進(jìn)行控制[2]。在試驗(yàn)中，會(huì)在6#培養(yǎng)瓶的左右兩側(cè)，設(shè)置10#無線網(wǎng)絡(luò)溫度監(jiān)測(cè)軟件，負(fù)責(zé)測(cè)量和記錄工作室的中心位置的蒸氣溫度。同時(shí)，重復(fù)進(jìn)行試驗(yàn)B。利用培養(yǎng)瓶中從原本的液體溫度控制切換為瓶?jī)?nèi)環(huán)境溫度控制的試驗(yàn)評(píng)估，驗(yàn)證各個(gè)培養(yǎng)瓶中的熱滲透效果，以及在培養(yǎng)瓶中心位置的內(nèi)外環(huán)境溫度差值的相關(guān)研究。

2 試驗(yàn)結(jié)果與相關(guān)討論

對(duì)上述試驗(yàn)進(jìn)行分析。

2.1 滅菌器試驗(yàn)分析

在收集試驗(yàn)A數(shù)據(jù)后，將試驗(yàn)結(jié)果整理為圖3。滅菌器在滅菌維護(hù)處理工序中運(yùn)行時(shí)，所有無線網(wǎng)絡(luò)溫度傳感器計(jì)數(shù)實(shí)際滅菌溫度在121.1℃～122.1℃，溫度波動(dòng)保持±0.5℃內(nèi)，而溫度均勻度控制在≤0.7℃范圍內(nèi)，維持最佳滅菌效果的最冷點(diǎn)時(shí)間F0為33.9min，滿足滅菌數(shù)值指標(biāo)需求。通過該試驗(yàn)可知，如果滅菌器保持滿載運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，所有功能指標(biāo)均可以正常，滅菌效果較為穩(wěn)定，可以根據(jù)需求完成之后的滅菌試驗(yàn)處理。

2.2 有蓋聚丙烯培養(yǎng)瓶熱穿透試驗(yàn)分析

圖3 試驗(yàn)A的時(shí)間—溫度關(guān)系曲線

圖4 試驗(yàn)B的時(shí)間—溫度關(guān)系曲線

圖5 試驗(yàn)C的時(shí)間—溫度關(guān)系曲線

在處理試驗(yàn)B結(jié)果后，將數(shù)據(jù)整理為圖4。在滅菌器從無操作狀態(tài)轉(zhuǎn)換為滅菌維護(hù)處理模式時(shí)，在培養(yǎng)瓶所有檢測(cè)的熱穿透溫度，在短時(shí)間內(nèi)沒有達(dá)到試驗(yàn)預(yù)設(shè)的滅菌溫度。而隨著試驗(yàn)時(shí)間不斷提升，熱穿透溫度會(huì)有逐漸提升的趨勢(shì)[3]。下層最先達(dá)到121℃，其次是中層，當(dāng)滅菌29 min 后，各位置熱穿透溫度全部達(dá)到指定滅菌溫度。達(dá)到滅菌最冷點(diǎn)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(yùn)輸方式下，要想獲得熱穿透等效電路滅菌的實(shí)際效果，滅菌器設(shè)定的滅菌維持時(shí)間至少為23min。

2.3 無蓋聚丙烯培養(yǎng)瓶熱穿透試驗(yàn)分析

將試驗(yàn)C數(shù)據(jù)整理為圖5。整個(gè)滅菌處理數(shù)據(jù)和試驗(yàn)B數(shù)據(jù)基本保持一致。在滅菌處理25min時(shí)，培養(yǎng)瓶各部分熱透溫度達(dá)到121℃。滅菌維持時(shí)間的最冷點(diǎn)F0，需要維持21.1min，如果滅菌處理15min，就需要將F0維持6.8min，當(dāng)滅菌處理22min時(shí)，將F0維持時(shí)間調(diào)整到12.8min。從上述滅菌處理時(shí)間可知，如果使用該運(yùn)輸模式，想要達(dá)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(shí)間調(diào)整為大于22min。與試驗(yàn)B相比，試驗(yàn)C有更強(qiáng)的熱穿透效果，同時(shí)在相同殺菌處理時(shí)間下，試驗(yàn)C的F0值更高，這和培養(yǎng)頂部是否有旋蓋有關(guān)，它影響培養(yǎng)瓶?jī)?nèi)熱蒸汽的保溫效果。但是考慮到實(shí)驗(yàn)具有一定的時(shí)間效應(yīng)，選擇取消頂蓋和提升熱穿透特性并沒有直接的關(guān)系。

2.4 滅菌器嵌入樣品溫度傳感器試驗(yàn)分析

將試驗(yàn)D數(shù)據(jù)整理為圖 6 。在滅菌器工作，讓試驗(yàn)正式進(jìn)入滅菌處理時(shí)，將所有無線網(wǎng)絡(luò)溫度傳感器計(jì)數(shù)的滅菌溫度調(diào)整為121.1℃～121.7℃，并將溫度波動(dòng)控制在±0.2℃，保持溫度均勻度≤0.4℃，并讓滅菌時(shí)間最冷點(diǎn)F0維持32.9min，滿足性能指標(biāo)要求[4]。當(dāng)殺菌12min時(shí)，F(xiàn)0為12.7min，說明該模式殺菌12min可以達(dá)到熱透的實(shí)際效果。將傳感器6#和10#的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行對(duì)比：滅菌器進(jìn)入滅菌維護(hù)環(huán)節(jié)前5min，個(gè)人工作間（10#）幾何中心溫度為122.0℃～122.2℃；殺菌維護(hù)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(shí)間呈持續(xù)上升趨勢(shì)；在殺菌維持初期，記錄值10#超過6#，殺菌處理時(shí)間逐漸提升后，培養(yǎng)瓶的內(nèi)外溫度形成自然的熱力循環(huán)狀態(tài)。在對(duì)試驗(yàn)做進(jìn)一步維護(hù)處理時(shí)，6#和10#的標(biāo)準(zhǔn)值可以保持一致。

圖6 試驗(yàn)D的時(shí)間—溫度關(guān)系曲線

3 結(jié)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(shè)備。當(dāng)前世界各國(guó)對(duì)如何正確使用滅菌器、正確掌握滅菌檢測(cè)方法已有大量實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。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(shí)驗(yàn)處理，可以得到“輸送方法與溫度控制模式，會(huì)對(duì)工作壓力蒸汽滅菌器滅菌效果存在明顯影響”的結(jié)論。試驗(yàn)強(qiáng)調(diào)，培養(yǎng)瓶對(duì)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(shí)間為15min的程序工藝來對(duì)樣品進(jìn)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(duì)整個(gè)濕熱滅菌工作的處理效率影響一般，外部細(xì)菌會(huì)給滅菌內(nèi)的環(huán)境帶來安全風(fēng)險(xiǎn)；而在濕熱滅菌處理中添加樣品溫度傳感器，采用實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)模式，控制樣品滅菌處理溫度，對(duì)滅菌器使用進(jìn)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(shí)應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況，進(jìn)一步確定滅菌對(duì)產(chǎn)品的可靠性。