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Verfahren und Vorrichtung zur Kaltsterilisation mit Hilfe bakterizider Gase
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kaltsterilisation mit Hilfe bakterizider
Gase in einer Kammer, in der die zu sterilisierenden Gegenstände, Lebens. und Genussmittel u. dgl. an- geordnet sind. Das Wesen der Kaltsterilisation besteht darin, dass die sterilisierend wirkenden Gase unter- halb der Temperatur zur Wirkung kommen, bei der Eiweiss gerinnt, d. h. bei unter 570C.
Beim Sterilisieren in geschlossenen Räumen ist es bekannt, unter normalem Druck zu arbeiten, wo- bei das aus einer Druckflasche entnommene Gas über einen Warmeaustauscher vergast und dabei zweck- mässig im Kreislauf geführt wird.
Nach einem weiteren Verfahren ist es bekannt, die Sterilisation in einer Kammer unter Vakuum durchzuführen. Wenn auch infolge der Anwendung von Vakuum das Heranbringen der Gase in das Innere poröser Substanzen schnell erfolgt, so wird auch bei diesem Verfahren der bakterizide Effekt der Gase nicht wesentlich erhöht. Auch bei diesem Verfahren ist somit eine Behandlungsdauer im Bereich mehrerer
Stunden erforderlich, zumal die Konzentration der Gase innerhalb eines unter Unterdruck stehenden Raumes an sich gering ist.
Es werden bei diesen Verfahren im wesentlichen Gasgemische verwendet, die aus Kohlensäure und Äthylenoxyd bestehen, wobei der die bakterizide Wirkung ausübende Gehalt an Äthylenoxyd oder auch sonstigen Alkylenoxyden etwa 10 - 90go betragen kann.
Man bevorzugt im allgemeinen Gasgemische mit einem geringen Gehalt an Alkylenoxyden, um explosive Gemische zu vermeiden und die Entflammbarkeit der Gase herabzusetzen. In allen Fällen muss jedoch dafür Sorge getragen werden, dass die Gasgemische infolge ihrer Giftigkeit nach Gebrauch unschädlich gemacht werden. Dies erfolgt beispielsweise durch Absaugung mittels Ventilatoren in Abzüge oder bei kleineren Anlagen mittels Wasserstrahlpumpe.
Erfindungsgemäss wurde nun festgestellt, dass die sterilisierende Wirkung von bakteriziden Gasen, wie Alkylenoxyden, Alkylenimiden u. dgl. im Gemisch mit indifferenten Gasen, wie Kohlensäure oder Stickstoff, erheblich verstärkt wird und die Sterilisierung in bisher nicht erreichbarer überraschend kurzer Zeit durchgeführt werden kann, wenn man das Gasgemisch bei Drucken von etwa 3 bis 6 atü auf die zu steri- lisierenden Gegenstände, Lebens- und Genussmittel u. dgl. einwirken lässt.
Bei den der Erfindung zugrundeliegenden Versuchen wurde weiterhin festgestellt, dass sich Äthylenoxyd-Kohlensäuregemische nicht nur, wie zunächst angenommen wurde, linear proportional dem Druck in Flüssigkeiten, wie etwa der Zellflüssigkeit von Mikroorganismen, lösen, sondern dass darüber hinaus bei höheren Drucken von 3 bis 6 atü eine erhebliche Steigerung der Reaktionsgeschwindigkeit des Äthylenoxyds mit den Wasserstoffatomen des Zellprotoplasmas eintritt. Durch den damit erreichten grösseren bakteriziden Effekt des Äthylenoxyd-Kohlensäuregemisches ist es möglich, alle Arten von Mikroorganismen wesentlich schneller abzutöten als mit andern Verfahren, die mit gleichen Äthylenoxyd-Konzentrationen in mg/l, aber ohne Druckerhöhung arbeiten.
Aus der folgenden Tabelle geht hervor, dass man bei Anwendung von Drucken höher als Atmosphä - rendruck selbst bei absoluter Senkung der Äthylenoxyd-Konzentration weitaus bessere Sterilisationsergebnisse erzielen kann als mit den bisher bekannten Verfahren.
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Sterilisationszeiten für Erdsporen auf Leinenläppchen bei gleichen Konzentrationen und verschiedenen Drucken.
EMI2.1
EMI2.2
<tb>
<tb>
Äthylenoxyd-Konzentration <SEP> Angewandter <SEP> Druck
<tb> pro <SEP> Liter <SEP> norm. <SEP> Druck <SEP> 2 <SEP> atü <SEP> 4 <SEP> atü <SEP> 6 <SEP> atü <SEP>
<tb> Min. <SEP> Min. <SEP> Min <SEP> Min.
<tb>
200 <SEP> mg/l <SEP> 300 <SEP> 220 <SEP> 185 <SEP> 105
<tb> 400 <SEP> tt <SEP> 200 <SEP> 180 <SEP> 140 <SEP> 70
<tb> MO"140 <SEP> 125 <SEP> 95 <SEP> 28
<tb> 800"60 <SEP> 50 <SEP> 40 <SEP> 12
<tb>
Unter absoluter Senkung der Äthylenoxyd-Konzentration wird hiebei die Verwendung von Äthylen- oxyd-Kohlensäuregemischen bis zu einem Verhältnis von 1 : 25 verstanden. Da der teure Anteil des Gas- gemisches das Äthylenoxyd ist, ergibt sich gegenüber dem als Carboxyd bezeichneten bisher üblichen
Gemisch von 1 Teil Äthylenoxyd auf 9 Teile Kohlensäure eine wesentliche Verbilligung des Gases und damit eine Verbilligung der Sterilisation.
Ein weiterer Vorteil des Hochdruckverfahrens ist darin zu sehen, dass innerhalb des beheizten Druck- kessels die relative Luftfeuchtigkeit so weit erniedrigt wird, dass selbst in Gebieten mit hoher relativer
Luftfeuchtigkeit der optimale Sterilisationseffekt erzielt wird. Durch diese somit mögliche Verminderung der relativen Luftfeuchtigkeit auf weniger als 501o wird ausserdem die schnelle und sichere Sterilisierung von Seren und andern feuchten Substanzen aller Art ermöglicht.
Dabei hat es sich als zweckmässig erwiesen, dass die Temperatur in der Druckkammer 60 C nicht übersteigt und nicht unter 200C absinkt. Dieses Temperaturintervall von 20 bis 600C genügt vollauf, um alle Keime sicher abzutöten und ist insbesondere für die Behandlung von temperaturempfindlichen Stof- fen, wie Lebens- und Genussmitteln, besonders vorteilhaft.
Es lassen sich nunmehr Gegenstände aus Metall, Glas, Kunststoffen, Gummi, ärtzliche Instrumente od. dgl., die bisher nur durch langes Kochen oder durch Behandlung mit gespanntem Dampf bei 120 bis
1400C oder durch trockene Hitze bei 1800C sterilisiert werden konnten und dabei sowohl ihre Oberflächenbeschaffenheit als auch ihre Struktur nachteilig veränderten, gemäss der Erfindung auf dem Wege der Kaltsterilisation innerhalb kurzer Zeit absolut keimfrei machen.
Es lassen sich sogar Lebens- und Genussmittel, die in Kunststoff-Folien od. dgl. verpackt sind, durch die Verpackung hindurch kurzzeitig sterilisieren, so dass eine erneute Keimbildung, die bisher beim Verpacken nach dem Sterilisieren zu befürchten war, von vornherein ausgeschaltet ist.
In einer Kunststoff-Folie luftdicht verpackter und mit Erdsporen durchsetzter getrockneter Lehm wurde bei 6 atü und bei einer Temperatur von 400C 1 h lang in der Druckkammer einem Gemisch von Äthylenoxyd-Kohlensäure im Verhältnis 1 : 12 ausgesetzt.
Selbst nach achttägiger Bebrütungszeit in Nährbouillon war keinerlei Wachstum der Erdsporen festzustellen.
Bei Kontrollversuchen mit reinem Äthylenoxyd unter Vakuum wurden selbst bei Konzentrationen, die doppelt so hoch waren als bei den Druckversuchen, keine nennenswerten bakteriziden Effekte innerhalb der Folien festgestellt.
Hieraus ergibt sich, dass nur bei Anwendung von Drucken von etwa 3 bis etwa 6 atü eine Schnellsterilisation durch Kunststoff-Folien hindurch durchführbar ist.
Die Eindringungsfähigkeit von Äthylenoxyd bei steigendem Druck durch luftdichte Folien, Flüssigkeiten und Zellmembranen in Abhängigkeit von dem aufgewendeten Druck ergibt sich aus dem ZeitDruck-Diagramm der Fig. 1.
Auch können Gegenstände, wie Instrumente für ärztliche Zwecke oder steril zu haltende Stoffe, wie Mulltupfer, Watte, spritzfertige Injektionsflüssigkeiten in Gummi- oder Kunststoff-Ampullen u. dgl. nunmehr in der Verpackung für lange Zeit steril gehalten werden, wobei die Gefahr, dass sich nach der Sterilisierung erneut Keime auf der Oberfläche bilden, ebenfalls unterbunden ist.
Bei den nach der Erfindung zur Verwendung kommenden Gasgemischen müssen die Alkylenoxyde im Hinblick auf ihre Giftigkeit nach beendeter Sterilisation unschädlich gemacht werden. Da insbesondere
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bei kleineren Druckkammern der Anschluss derselben mittels Ventilatoren an Abzüge in Hinblick auf die gegebenen räumlichen Verhältnisse nicht immer möglich und auch mit grösseren Kosten verbunden ist, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Gase nach beendeter Sterilisation in eine Absorptionskammer bzw. in ein Absorptionsgefäss zu leiten, in dem die vorhandenen Alkylenoxyde restlos absorbiert werden.
Dies geschieht zweckmässig mit Hilfe einer gesättigten Calciumchloridlösung, in die das Gaseinführungs- rohr bis nahe an den Boden des Absorptionsgefässes mündet. Das Absorptionsgefäss ist zu diesem Zweck mit dicht an der Wandung abschliessenden Zwischenplatten versehen, die jeweils auf entgegengesetzten Seiten
Gasdurchlässe aufweisen, so dass das Gas gezwungen ist, das Gefäss kurvenförmig zu durchlaufen. Durch diese Bauart wird nach der Sterilisation das in der Druckkammer befindliche Alkylenoxyd mit geringstem
Zeitaufwand entfernt unter Bildung von Alkylenchlorhydrin, das in der Lösung ausfällt.
Die gemäss der Erfindung zur Verwendung kommenden Gase und Gasgemische werden zweckmässig in
Druckflaschen auf Vorrat gehalten, und letztere werden je nach Bedarf an die Druckkammer angeschlos- sen.
Bei der Durchführung des Verfahrens hat sich nun erwiesen, dass es erforderlich ist, das Gasgemisch sofort mit der gewünschten Reaktionstemperatur an die zu sterilisierenden Objekte heranzubringen.
Wenn das Gas infolge der Entspannung bei der Entnahme aus unter hohem Druck stehenden Stahlfla- schen und der damit verbundenen starken Abkühlung bei niederer Temperatur in den Behandlungsraum eintritt, ist die Sterilisationswirkung zunächst verzögert, bis das Gasgemisch auf die gewünschte Behand- lungstemperatur gebracht ist.
Wie festgestellt wurde, reagiert nämlich das Gasgemisch im unterkühlten Zustand hauptsächlich mit den Wasserstoffatomen der Zellmembran. Dies hat zur Folge, dass an der Zellmembran durch die chemisehe Reaktion der Wasserstoffatome mit dem Äthylenoxyd irreversible Veränderungen geschaffen werden, die bei zunehmender Erwärmung des Gasgemisches eine optimale Eindringung verhindern.
Wenn man dagegen das Gas mit der gewünschten Reaktionstemperatur von maximal 600C in den
Druckbehälter einströmen lässt, entfällt diese Verzögerung der Eindringung in das Zellinnere, und es tritt eine sofortige Reaktion des Gasgemisches mit den Wasserstoffatomen des Zellprotoplasmas ein.
Die Vorrichtung besteht demzufolge aus einem heizbaren Druckbehälter, in den das Gasgemisch aus einer Vorratsflasche nach vorheriger Erwärmung bis zu 600C bis zur Erreichung des erforderlichen Druckes einströmt. Dabei sind Sicherungsmassnahmen vorgesehen, die einen unerwünschten Anstieg des Druckes und der Temperatur verhindern. Ausserdem ist gewährleistet, dass das toxisch wirkende Behandlungsgas erst nach seiner Entgiftung durch Absorption des Alkylenoxydanteiles in einem Absorptionsbehälter ins Freie entweichen kann.
Durch schaltbrettartige Anordnung der verschiedenen Regulierungs- und Kontrollorgane an der Vorrichtung wird eine übersichtliche und fehlerfreie Bedienung gewährleistet.
In der Zeichnung ist die Vorrichtung gemäss der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigen Fig. 2 die schematische Anordnung der einzelnen Vorrichtungsteile einschliesslich der Regulierungs- und Kontrollorgane und der Rohrleitungen, Fig. 3 das elektrische Schaltschema, Fig. 4 die Vorrichtung in Ansicht, Seitenansicht und Draufsicht.
Wie aus Fig. 2 hervorgeht, ist die Stahlflasche l, die das Sterilisationsmittel unter hohem Druck enthält, über eine Rohrleitung 2 und über ein Hochdruckmanometer 3, das den Flascheninhalt anzeigt, über ein Absperrventil 4 und über ein Reduzierventil 5 mit einem elektrisch beheizten Gasvorwärmer 6 verbunden. Vom Gasvorwärmer 6 führt eine Rohrleitung 7 über ein Rückschlagventil 8 zu dem Stutzen 9 am Druckbehälter 10. An dem Druckbehälter 10 ist in üblicher Weise mit Scharnieren eine Verschlusstür 11 angeordnet, die durch drei Vorreiber 12 gasdicht an den Behälter angepresst werden kann (Fig. 4).
Der Druckbehälter 10 ist mit einer elektrischen Heizung 12 ausgerüstet. Vom Druckbehälter 10 führt eine Entlüftungsleitung 14 mit angeschlossenem Niederdruckmanometer 15 und über ein Ablassventil 16 zu dem Absorptionsgefäss 17 mit Entlüftung 18'. Das Absorptionsgefäss 17 besteht aus einem Gehäuseoberteil 18 und einem Gehäuseunterteil 19 für die Absorptionsflüssigkeit. Beide Teile sind gasdicht miteinander verbunden.
In dem Absorptionsgefäss 17 ist ein Zuleitungsrohr 20 mit Gewinde 21 in den Behälterstutzen gasdicht eingeschraubt. Das Zuleitungsrohr 20 trägt Blechscheiben 22, die mit Durchbrüchen versehen sind, die in ihrer Lage zueinander versetzt sind.
Vom Stutzen 9 am Druckbehälter 10 führt eine Leitung 23 über ein Sicherheitsventil 24 zu dem Absorptionsgefäss 17. Vor der Einmündung der Leitungen 14 und 23 in das Absorptionsgefäss 17 ist an einem Stutzen ein Druckschalter 25 angeordnet.
Das Gerät ist über ein Kabel mit Erdung an das Stromnetz angeschlossen. Das Zuleitungskabel 26
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führt über einen Hauptschalter 27 zu dem Gasvorwärmer 6, wobei in der Rückleitung ein Thermostat 28 für den Gasvorwärmer angeordnet ist. Die Zuleitung hinter dem Hauptschalter 27 ist ferner über einen zweiten Thermostaten 29 mit der Heizung 13 des Druckbehälters 10 und parallel dazu mit einer Kontroll- lampe 30 verbunden. Der elektrische Druckschalter 25 steuert den Stromkreis für eine zweite Kontroll- lampe 31.
Wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, ist das Gehäuse 32 für die Vorrichtung fahrbar angeordnet und trägt in seinem Oberteil den Druckbehälter 10 sowie die Rohrverbindungsleitungen und die elektrischen Leitungen. In seinem Unterteil ist die Stahlflasche 1 und das Absorptionsgefäss 17 angeordnet, die sich in einer abgeschlossenen Abteilung des Gehäuses befinden. Ein weiterer Raum im Unterteil des Gehäuses 32 ist mit Abstellgefachen 33 versehen und dient zur Aufnahme unsteriler Gegenstände. Der übrige Raum des
Gehäuseunterteiles enthält Gefache 34 für die Aufbewahrung bereits sterilisierter Gegenstände und ist durch die Tür 35 zugänglich.
An dem vorspringenden Unterteil des Gehäuses 32 sind in Stehhöhe die Bedienungsgriffe für die Re. gulierungsorgane und die Kontrollorgane auf einem Schaltbrett 36 übersichtlich angeordnet.
Die Wirkungsweise der Vorrichtung gestaltet sich wie- folgt :
Die zu sterilisierenden Gegenstände werden, gegebenenfalls in Kunststoff-Folien verpackt, in den Druckbehälter 10 eingelegt, worauf die Verschlusstür 11 geschlossen und durch die drei Vorreiber'12 gasdicht angepresst wird. Zuvor wurde der Gehäuseunterteil 19 des Absorptionsgefässes 17 mit der erforderli- chen Absorptionsflüssigkeit gefüllt. Ferner wurde die Stahlflasche 1 mit dem komprimierten sterilisierend wirkenden Gasgemisch an die Rohrleitung 2 angeschlossen und das Absperrventil der Stahlflasche 1 geöffnet. Das Hochdruckmanometer 3 zeigt dann den Druck in der Stahlflasche an.
Nach dem Einschalten des Hauptschalters 27 wird sowohl der Gasvorwärmer 6 als auch die Behälter- heizung 13 vom Strom durchflossen. Wird das Absperrventil 4 nunmehr geöffnet, so strömt das Gas über das Reduzierventil 5 und den Gasvorwärmer 6 über die Rohrleitung 7, das Rückschlagventil 8 und den Stutzen 9 in den Druckbehälter 10. Der Thermostat 28 für den Gasvorwärmer regelt dabei die Temperatur des durchströmenden Gases, indem er je nach seiner Einstellung bei Erreichen einer bestimmten Gastemperatur zwischen 20 und 60 C den Stromdurchgang zum Gasvorwärmer 6 abschaltet. Auch die elektrische Beheizung 13 des Druckbehälters 10 wird durch den zweiten Thermostaten 29 geregelt, der den Stromkreis unterbricht, sobald die eingestellte Temperatur im Druckbehälter 10 erreicht ist.
Da die Kontrollampe 30 für die Beheizung des Druckbehälters 10 mit der Heizung 13 parallelgeschaltet ist, leuchtet sie so lange auf, wie die Heizung 13 des Druckbehälters 10 in Betrieb ist.
Die im Druckbehälter 10 gelagerten Gegenstände stehen nun unter dem eingestellten Druck des auf eine bestimmte Temperatur eingestellten Behandlungsgases. Der Druck des Gases wird durch entsprechende Einstellung des Reduzierventiles 5 geregelt.
Aus Sicherheitsgründen ist an dem Stutzen 9 des Druckbehälters 10 ein Sicherheitsventil 24 angeschlossen, das über die Leitung 23 mit dem Absorptionsgefäss 17 verbunden ist. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass bei einem unzulässig hohen Druck im Druckbehälter 10 das über das Sicherheitsventil 24
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tung 18'entweichen kann.
Der während der Sterilisation der Gegenstände im Druckbehälter 10 herrschende Druck kann an dem Niederdruckmanometer 15 laufend abgelesen werden. Auf diese Weise kann auch das Reduzierventil 5 so
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Wenn das Gas im Druckbehälter 10 durch die Heizung 13 einen unzulässigen Druckanstieg über den am Reduzierventil 5 eingestellten Druck erfährt, wird ein Zurückströmen des Behandlungsgases in die Zuleitung 7 durch das Rückschlagventil 8 verhindert.
Nach Ablauf der zur Sterilisation erforderlichen Zeit wird das Absperrventil 4 geschlossen und die
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16öffnet, so dass das erwärmte Gas aus dem Druckbehälter 10 über den Stutzen 9 und die Entlüftungsleitung 14 in das Absorptionsgefäss 17 strömen kann.
Der Druckschalter 25 schliesst dabei selbsttätig die Stromzuleitung zur Kontrollampe 31, so dass diese aufleuchtet und anzeigt, dass das Behandlungsgas aus dem Druckbehälter 10 in das Absorptionsgefäss 17 strömt. Da die Scheiben 22 im Absorptionsgefäss 17 Lochungen aufweisen, die gegeneinander versetzt sind, wird das Gas gezwungen, einen Zick-Zackweg durch die Absorptionsflüssigkeit zurückzulegen. Das neutralisierte Restgas entweicht schliesslich durch die Entlüftung 18'ins Freie.
Sobald der Überdruck im Druckbehälter 10 und der Leitung 14 abgesunken ist, erliscl. die Kontrolllampe 31, da der Druckschalter 25 den Stromdurchfluss unterbricht. Der Druckbehälter 10 kann nunmehr
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geöffnet und die sterilisierten Gegenstände können entnommen und in die Abstellgefache 34 im Gehäuse 32 eingelagert werden.
Die Absorptionsflüssigkeit im Absorptionsgefäss 17 ist so bemessen, dass sie zur Neutralisierung des gesamten Gasinhaltes einer Stahlflasche 1 ausreicht. Sobald der Inhalt der Stahlflasche 1 erschöpft ist und die Stahlflasche gegen eine neue ausgewechselt wird, muss gleichzeitig die Absorptionsflüssigkeit erneuert werden. Dabei wird das Zubringerrohr 20 mit den Scheiben 22 aus dem Gewinde 21 herausgeschraubt und durch Abspülen von dem ausgefallenen Niederschlag gesäubert.
Die Vorrichtung ermöglicht ein einwandfreies, gefahrloses Sterilisieren von Gegenständen aller Art mit toxischen Gasen auf schnelle und billige Weise.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Kaltsterilisation mit Hilfe bakterizider Gase, wie Alkylenoxyde, Alkylenimide u. dgl., im Gemisch mit bei normalem Druck indifferenten Gasen in einer Druckkammer, in der die zu sterilisierenden Gegenstände, Lebens- und Genussmittel u. dgl., gegebenenfalls in Kunststoff-Folien od. dgl. bakteriendicht verpackt, angeordnet sind, bei erhöhtem Druck, dadurch gekennzeichnet, dass man bei einem Gesamtdruck des Gasgemisches von etwa 3 bis etwa 6 atü arbeitet.