CH644249A5 - Procede de sterilisation ou de decontamination d'appareillage. - Google Patents

Description

La présente invention concerne un procédé de stérilisation utilisant un adjuvant de l'action de la chaleur.

Dans le domaine de la propreté bactériologique des matériels, et plus particulièrement de la stérilisation, le problème essentiel est constitué par la destruction des spores bactériennes.

En effet, de nombreuses bactéries peuvent survivre à des températures très supérieures à leur température normale de croissance; il peut s'agir, bien entendu, de bactéries thermorésistantes non sporu-lées, mais cette propriété est surtout caractéristique des bactéries qui forment des endospores.

Les endospores peuvent, en effet, supporter des températures qui seraient létales pour les cellules végétatives correspondantes. Ainsi, il est possible de chauffer à des températures supérieures à 100° C pendant plusieurs heures les spores de certains Bacillus sans pour autant les stériliser. Bien entendu, les spores sont détruites à haute température, mais leur taux de mortalité est beaucoup plus faible que celui des cellules végétatives correspondantes.

La destruction des spores bactériennes intervient dans deux opérations très différentes dans leurs buts:

— la stérilisation, qui vise à détruire toutes les spores bactériennes présentes avec un taux de probabilité compatible avec les exigences de la commercialisation du produit stérile circulant dans l'appareillage stérile; c'est le cas, par exemple, de la stérilisation des différents matériels de conditionnement du lait;

— la décontamination, qui abaisse la teneur en spores à un niveau jugé acceptable pour l'utilisation ultérieure; une telle opération est, par exemple, réalisable dans certaines sections des industries de conditionnement des légumes; bien entendu, la décontamination peut précéder la stérilisation dans le cas de pièces ou d'ensembles de pièces qui sont difficiles à stériliser en place.

Dans le cadre du présent brevet, et bien que le procédé qui sera décrit ci-après soit plus particulièrement destiné à la stérilisation, il est bien entendu que l'on pourra également l'appliquer à fortiori à la décontamination des appareillages et des matériels.

Un traitement de stérilisation met en œure un agent à action spo-ricide pendant un temps et à une température déterminés.

On désigne par barème de stérilisation l'ensemble des combinaisons temps-température caractérisant un procédé donné et aboutissant à une efficacité stérilisatrice donnée.

Le calcul d'un barême est basé sur la connaissance précise des conditions du traitement (notamment le pH, la température, l'activité de l'eau) et de la cinétique de destruction des spores bactériennes dans ces conditions. On choisit pour le calcul les données relatives à des spores bactériennes représentatives des souches les plus thermorésistantes que l'on souhaite détruire. Ces souches (ou des souches présentant des propriétés voisines) doivent être présentes habituellement dans le produit ou sur le matériau à stériliser et, en outre, doivent être susceptibles de se développer dans le produit après sa stérilisation.

Il n'est possible de calculer les barèmes de stérilisation que si la cinétique de destruction des spores bactériennes suit une loi constante et reproductible d'un traitement à l'autre. Or, la stérilisation par la chaleur présente un avantage notable, de ce point de vue. En effet, d'une façon très générale, la cinétique de destruction des spores bactériennes est caractérisée par l'équation suivante:

E = log (NO/N) = t/DT (1)

où E, l'efficacité stérilisatrice (définie comme le logarithme du rapport entre N0, le nombre initial de spores bactériennes, et N, leur nombre après un traitement destructeur de durée t), est le rapport entre la durée t du traitement et une constante DT caractéristique du traitement et de la souche, et appelée temps de réduction décimale à la température T. La cinétique de destruction peut donc facilement être représentée par une droite, en portant log N en fonction de t.

Malheureusement, il existe de nombreux traitements sporicides où la cinétique de destruction n'obéit pas à une loi aussi simple. Il s'agit en particulier de traitements par des subtances chimiques avec lesquels on observe des cinétiques de destruction présentant une traînée: cinétiques biphasiques ou cinétiques caractérisées par une concavité vers le haut (dans les deux cas en coordonnées semi-loga-rithmiques comme mentionné ci-dessus). Dans la mesure où la re-productibilité de telles cinétiques est mauvaise d'un essai à l'autre, il est difficile sinon impossible de calculer un barême pour un traitement sporicide qui présente le sérieux inconvénient qui vient d'être discuté.

On trouvera de nombreux exemples de cinétiques de destruction ne pouvant être décrites par l'équation (1) dans la publication suivante: «La tramée des courbes de survie des spores bactériennes» (en anglais), par O. Cerf, «Journal of Applied Bacteriology» (1977) 42: 1-19.

On peut citer rapidement les cas de traitements en milieu alcalin, ou dans le méthylèneglycol, le glutaraldéhyde, le peroxide d'hydrogène, l'oxyde d'éthylène.

Il faut bien voir que l'étude complète d'un agent de stérilisation est une opération excessivement longue et coûteuse, ce qui explique en partie pourquoi, dans le cas de nombreux adjuvants chimiques, ces études ayant été conduites de façon trop sommaire, on a pu se heurter à des difficultés considérables. Or, c'est l'un des avantages du procédé selon la présente invention que de pouvoir réutiliser en grande partie les études qui ont été conduites sur la stérilisation par la chaleur humide.

En effet, le procédé selon la présente invention utilise un adjuvant de l'action de la chaleur qui a pour effet de permettre d'utiliser les courbes connues pour la stérilisation à la chaleur humide, mais dans des conditions de température et de pression plus satisfaisantes.

Si la stérilisation à la chaleur humide se présente comme un procédé de stérilisation parfaitement satisfaisant sur le plan des résultats, sur le plan des moyens elle présente certains inconvénients.

Lorsque l'on utilise la stérilisation à la chaleur humide, cela implique d'opérer à des températures supérieures à 100°C; or, on sait qu'au-delà de 100°C chaque degré supplémentaire a un prix de

2

5

III

!5

2(1

25

30

35

40

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55

60

65

3

644 249

revient excessivement élevé. Il est donc particulièrement intéressant de pouvoir obtenir, si cela est possible, une stérilisation à des températures inférieures à 100'C.

En outre, la stérilisation à la vapeur ou la stérilisation par de l'eau chaude sous pression implique que l'ensemble de l'appareillage à décontaminer soit apte à supporter la pression; or, il s'agit dans la majorité des cas d'une technologie qui rend les appareillages à mettre en œuvre excessivement coûteux. Il était donc particulièrement intéressant de pouvoir travailler à des conditions autant que possible voisines de la pression atmosphérique. En particulier, dans la stérilisation des circuits de lait UHT par exemple, le bac tampon peut être un simple réservoir et non un autoclave; de même, les joints utilisés peuvent être des joints ordinaires stables à la chaleur mais non à la pression.

C'est pourquoi la présente invention concerne un procédé de stérilisation ou de décontamination d'appareillage, caractérisé en ce que l'on applique à cet appareillage une solution aqueuse contenant au moins 0,01% d'un composé adjuvant de l'action de la chaleur, de formule:

R—O—CH2 - CH - CH2 - NH2 I

OH

dans laquelle R est un radical n-alcoyle en C5-C14, sous forme de base ou de sels, à une température comprise entre 30 et 120° C, à la pression atmosphérique, de préférence à une température de 60 à 100'C, en particulier de 70 à 90° C, pendant 1 à 60 min, en particulier 10 à 30 min.

Les composés selon la présente invention, en tant qu'agents stérilisants, se comportent comme un adjuvant de l'action de la chaleur. Il s'agit, à la connaissance de la titulaire, de la première fois qu'un tel type d'action est mis en évidence. En d'autres termes, les caractéristiques de l'action sporicide de la chaleur humide sont conservées dans un certain intervalle de température, à l'exception du coefficient de température qui, d'environ 10° C pour la chaleur humide, passe à 21,5° C pour une solution de composé de formule:

nC10H21—O—CH2 —CH—CH2—NH2 I

OH

à 1%.

L'effet adjuvant se manifeste alors par une réduction importante de la valeur absolue de la résistance des spores. La conséquence en est que les procédés de calcul bien connus dans le cas de la stérilisation par la chaleur peuvent être reprise intégralement pour la stérilisation à l'aide de ces composés, dans l'intervalle de température compris entre environ 60 et 100°C, à la pression atmosphérique.

Il ressort des différentes études qui ont été conduites sur le procédé que, pour obtenir une stérilisation satisfaisante, l'appareillage doit être maintenu en contact avec une solution à 0,5-2% du composé, et de préférence 1 % du composé, pendant un temps compris entre 10 et 30 min, et de préférence un temps de l'ordre de 20 min, à une température comprise entre 70 et 90° C, et de préférence à une température de 80° C.

Parmi les composés particulièrement actifs en tant qu'adjuvant d'action de la chaleur, il faut citer le composé de formule:

nC10H21—O —CH2—CH —CH2—NH2

I

OH

sous forme de chlorhydrate, qui sera appelé ci-après composé A.

Les différents composés, ainsi que leur procédé de préparation, ont été déjà décrits dans le brevet français N° 75.05647 au nom de la titulaire.

Bien entendu, indépendamment de leur propriété d'adjuvant de l'action de la chaleur, les composés selon la présente invention présentent de nombreuses propriétés remarquables particulièrement utiles dans la mise en œuvre du procédé selon l'invention: il s'agit en particulier de l'absence de toxicité, de l'absence de caractère irritant au niveau de la peau et des muqueuses et, enfin, d'un pouvoir corrodant très faible aussi bien pour les parties métalliques que pour les matières plastiques.

Les exemples suivants sont destinés à illustrer la mise en œuvre du procédé selon la présente invention.

Exemple 1:

L'activité sporicide est présentée sous forme de courbes de survie, c'est-à-dire sur un graphique où le logarithme de la concentration en spores survivantes est porté en fonction du temps. La courbe de survie ainsi obtenue comporte une partie droite précédée ou non par un épaulement. Cette partie droite est caractérisée par un temps de réduction décimale, c'est-à-dire le temps nécessaire pour réduire le nombre de spores vivantes de 90%, symbolisé par la lettre D.

D est le temps requis pour que la courbe de survie traverse une unité logarithmique. La valeur de D est exprimée en minutes.

Les portions des courbes de survie qui sont droites sont décrites par l'inverse de leur pente, soit:

log NO—log N

t = temps de traitement des spores en minutes.

N0 = nombre de spores vivantes par millilitre au temps zéro.

N = nombre de spores survivantes par millilitre au temps t.

Les valeurs de D augmentent en fonction de la résistance des spores. Sur certaines courbes de survie, on a observé une période de latence et une traînée.

La latence est la partie de la courbe de survie correspondant à l'épaulement.

La traînée est caractérisée par le ralentissement du temps de réduction décimale, à partir d'un certain nombre de réductions décimales (de 3 à 4).

a) Caractéristiques générales de l'action du composé A

L'action sporicide du composé A en combinaison avec la chaleur a été vérifiée sur des spores de Bacillus subtilis var. niger, qui est la souche de référence dans le cas de la stérilisation par voie chimique. Les résultats suivants ont été obtenus :

— le composé A à 3% n'a aucune action à température ambiante (température inférieure à 30° C);

— à 65° C, l'addition du composé A entraîne une réduction considérable de la valeur de D (à pH 7,0, D = 2,5 min au lieu de

6-103 min);

— l'action du composé A à 65 C est optimale à pH 7-8 et minimale à pH 4,5:

— l'effet du composé A est maximal pour les concentrations au moins égales à 0,9%, et il disparaît pour les concentrations inférieures à 0,01%.

b) Choix d'une souche pour l'étude de l'action du composé A

La résistance au composé A des spores de B. subtilis var. niger était trop faible pour permettre une étude précise dans une large gamme de température et de durée de chauffage. On a donc recherché dans les autres souches de référence disponibles au laboratoire si au moins l'une d'entre elles offrait une résistance suffisante pour une telle étude. Après examen d'une dizaine de souches, le choix s'est porté sur une souche de B. licheniformis, déposée à l'Institut Pasteur sous le numéro CNCM 1.079 et utilisée au laboratoire à cause de sa résistance au peroxyde d'hydrogène.

La valeur de D à 65° C en présence du composé A est de 20 min à pH 7,0 (2 • 10* min en l'absence du composé A); l'influence du pH et de la concentration de la solution du composé A est identique à celle observée pour les spores de B. subtilis var. niger.

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10

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30

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4

c) Caractéristiques de l'action du composé A sur les spores de B. licheniformis

Influence de la température

Dans l'intervalle de température 40-80 C, le logarithme de D diminue de façon linéaire avec la température. On retrouve donc la caractéristique générale de l'action de la chaleur sur les spores bactériennes. Cependant, la valeur de z en présence du composé A est nettement plus élevée qu'en l'absence du composé A (21,5'"' C au lieu de 8,9 C, à pH 7,0); z est le nombre de degrés Celsius requis pour que

Tableau 1:

Thermorésistance en tampon phosphate 0,1 M, pH 7,0 des spores de Bacillus licheniformis N° CNCM 1.079 et de Bacillus subtilis var. niger

Température

D (min)

Température de chauffage ( C)

B. licheniformis

B. subtilis de chauffage (° C)

91

120

40

87

96

22

26

90

100

6

7

95

105

3,5

6

97

z

8,9

11,2

(°C)

Tableau 2:

Destruction des spores de Bacillus licheniformis N° CNCM 1.079 par le composé A 0,9%, pH 7,0, et de Bacillus subtilis var. niger par le composé A 2,7%, pH 7,0

Température de chauffage (" C)

B. licheniformis D (min)

Température de chauffage (° C)

B. subtilis D (min)

40

15

40

39

45

73

50

18

50

37

60

5,2

55

20

70

3

60

12

80

0,82

70

5

6,4

80

1,6

z ÇQ

21,5

20

Cela signifie que l'efficacité du composé A par rapport au chauffage seul diminue quand la température augmente.

Linéarité de la courbe de survie

La courbe de survie est la courbe qui donne le logarithme du nombre de spores survivantes en fonction du temps de chauffage à une température donnée.

Dans les conditions idéales, cette courbe est une droite dans la zone des mesures possibles (108 à 102 spores survivantes). On peut, dans ces conditions, calculer la valeur de D de façon précise et établir rigoureusement les conditions à remplir pour obtenir une stérilisation correcte. Il est important de vérifier en particulier qu'il n'y a pas pour les faibles nombres de spores survivantes un ralentissement de la courbe ou même un plateau (phénomène dit de tramée), ce qui indique la présence d'une faible proportion de spores qui échappent au traitement. Il est à noter qu'une telle vérification n'est pratiquement jamais faite quand est découvert un nouveau composé chimique à action sporicide.

Pour cette étude, dans le cas du composé A, il a été nécessaire de travailler non pas par dénombrement direct en milieu de culture, mais par l'intermédiaire de filtration sur membrane, pour éviter toute introduction de composé A dans le milieu de culture (en effet,

la courbe de T.D.T. (influence de la température sur le temps de réduction décimale) traverse une unité logarithmique.

T2 T,_

log Di - log D2

T2, T! = températures de traitement en degrés Celsius. Dj, D2 = temps de réduction décimale en minutes aux températures correspondantes.

la croissance en milieu de culture à partir de spores chauffées est partiellement inhibée en présence du composé A). Dans ces conditions, la courbe de survie après chauffage en présence du composé A 50 à pH 7,0 est parfaitement linéaire et ne montre pas de traînée pour les températures de 80 à 90° C. La courbe de survie reste linéaire à 50-70° C, mais montre une traînée pour un taux de destruction de 105. La courbe de survie n'est plus linéaire.

55 Nombre de spores survivantes

Tableau 3:

Exemple d'une courbe de survie linéaire (chauffage à 80° C en composé A 0,9%, pH 7,0; spores de B. licheniformis N° CNCM 1.079)

Valeur

Valeur

Durée du chauffage expérimentale théorique

(min)

4,2-108

1,4-109*

0

3,3-108

3,2-108

2

1,2-10s

6,0-107

4

1,6-107

1,6-107

6

5

5

IO

* La courbe présente un épaulement de 2 min.

Nombre de spores survivantes 15

Tableau 4:

Exemple d'une courbe de survie présentant une traînée (chauffage à 60° C en composé A 0,9%, pH 7,0; spores de B. licheniformis N° CNCM 1.079)

Valeur

Valeur

Durée du chauffage expérimentale théorique

(min)

4,5-10s

4,5-108

0

9,0107

5.5-107

15

4,5-106

6,H06

30

8,MO4

8,8-104

60

7,8-103

7,0-103

80

7,0-103*

3,0-10*

120

3,5-10+»

<1

180

* Traînée.

Exemple 2:

La stérilisation de l'ensemble stérilisateur-circuit de lait dans un appareillage de traitement du lait UHT s'effectue actuellement à 35 120-130° C, pendant 30 min, en chaleur humide sous pression.

644 249

La stérilisation avec le composé A peut être effectuée de la façon suivante, le barême de stérilisation étant fixé à 80° C pendant 20 min (ou tout autre traitement équivalent du point de vue de son action sporicide dans la gamme de température 80-100°C).

Dans une première phase, une solution du composé A à 1 % tourne en circuit fermé dans l'ensemble stérilisateur-circuit de lait. La température de la section de chauffage du stérilisateur est fixée de façon à maintenir en tout point du circuit une température minimale de 80° C.

Après 20 min à cette température, le stérilisateur est réglé en régime normal de stérilisation et alimenté avec de l'eau, qui est donc stérilisée et refroidie dans les mêmes conditions que le sera ultérieurement le lait. Cette eau sert à évacuer la solution de composé A vers un bac de stockage pour une utilisation ultérieure, puis au rinçage. Puis on effectue le passage de l'eau au lait dans les mêmes conditions que celles pratiquées après stérilisation par la chaleur seule.

Exemple 3:

Un autre mode d'application du composé A est la décontamination de sections d'appareillage fortement contaminées en spores bactériennes. Ainsi, dans la section blanchiment d'une chaîne de stérilisation de légumes, la température élevée qui y règne favorise la croissance et la sporulation de bactéries thermophiles (capables de se multiplier à 65-70° C) dont les spores ont une résistance exceptionnellement élevée. La décontamination de cette section, dont le matériel n'est pas construit pour être mis sous pression et où l'on ne peut utiliser les agents chimiques de stérilisation traditionnels (acides, bases, produits dégageant du chlore, etc.) en raison des risques de corrosion, est pratiquable dans les mêmes conditions de température (80 à 100°C) que plus haut, ou même à une température plus basse comprise entre 60 et 80° C, car ici l'objectif est de réduire la contamination en spores à un niveau acceptable. La durée du traitement, compte tenu de la résistance des spores de thermophiles, doit être de l'ordre de 20 à 30 min, mais doit être adaptée en fonction du risque réel de contamination et de la fréquence des opérations de décontamination.

Tableau 3: (suite)

Valeur

Valeur

Durée du chauffage expérimentale théorique

(min)

3,MO6

3,5-106

8

2,2-10s

8,2-10s

10

8,2-104

1,7-105

12

2,4-104

2,4-104

14

8,0-103

9,0-103

16

1,6-103

1,9-103

18

4,5-102

4,5-102

20

R

Claims (8)

644 249 revendications

1. Procédé de stérilisation ou de décontamination d'appareillage, caractérisé en ce que l'on applique à cet appareillage une solution aqueuse contenant au moins 0,01 % d'un composé de formule:

r-o-ch2-ch-ch2-nh2

I

oh dans laquelle r est le radical n-alkyl en C5-C14, sous forme de base ou sous forme de sels, à une température comprise entre 30 et 120" C, à la pression atmosphérique.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la température est comprise entre 60 et 100e C.

3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la température est comprise entre 70 et 90e C.

4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la durée de la stérilisation ou de la décontamination est comprise entre 1 et 60 min.

5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la durée de la stérilisation ou de la décontamination est comprise entre 10 et 30 min.

6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'appareillage est maintenu en contact avec une solution à 0,5-2% du composé pendant un temps compris entre 10 et 30 min, à une température comprise entre 70 et 90° C.

7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'appareillage est maintenu en contact avec une solution à environ 1 % du composé pendant un temps de l'ordre de 20 min, à environ 80° C.

8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le pH de la solution est compris entre 7 et 8.