DE10310418B4 - Verfahren zur Steuerung der Sterilisation - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Steuerung der Sterilisation von Lösungen und/oder Gegenständen durch Dampf oder trockene Hitze in einem Autoklaven, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Aufheizphase das Sterilgut auf eine vorgebbare Sterilisationstemperatur aufgeheizt wird, dann die Sterilisation bei dieser Temperatur so lange durchgeführt wird, bis die Keimzahl N in der Lösung oder auf dem Gegenstand kleiner als ein vorgebbarer Grenzwert geworden ist, wobei die Keimzahl N nach folgender Formel berechnet wird:

mit
N₀ Ausgangskeimzahl,
D_R Zeit in Minuten, in der die Keimzahl bei einer Referenztemperatur T_R um eine Zehnerpotenz reduziert wird,
z Temperatur in °C, die erforderlich ist, den D-Wert um den Faktor 10 zu verändern,
T Sterilguttemperatur,
T_R Referenztemperatur,
t Zeit in Minuten, und
t₀ Startzeit,
wobei D_R und z experimentell aus mindestens zwei Standardsterilisationsabläufen mit verschiedenen Endkeimzahlen bestimmt werden.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung der Sterilisation von Lösungen und/oder Gegenständen durch Dampf oder trockene Hitze in einem Autoklaven.
• Verfahren zur Sterilisation durch Dampf oder trockene Hitze in Autoklaven sind bereits bekannt und für diverse Anwendungen unter Einbeziehung individueller mikrobiologischer Parameter standardisiert worden.
• Alle Verfahren zur Sterilisation von Dampf oder trockener Hitze gehen u. a. von der Annahme aus, dass die Änderungsgeschwindigkeit der Keimzahl N proportional der Keimzahl ist, dN/dt = –KnN (1),wobei K_n eine keimspezifische Proportionalitätskonstante ist, die im Allgemeinen von der Temperatur abhängt. Es wird weiterhin angenommen, dass die Temperaturabhängigkeit von K_n mit einer analogen Gleichung beschrieben wird, d. h. die Änderungsrate von K_n bezüglich der Temperatur proportional dem jeweiligen Wert von K_n ist, dKn/dT = KTKn (2),mit einer keimspezifischen Proportionalitätskonstante K_T. Die beiden Parameter K_n und K_T, die aus Experimenten ermittelt werden müssen, gestalten die Dynamik der Sterilisation.
• Zur Sterilisation wird das Sterilgut im Autoklaven auf eine vorgebbare Temperatur, die Sterilisationstemperatur, aufgeheizt und dabei gehalten, bis die Keimzahl am Sterilgut kleiner als ein vorgegebener Grenzwert geworden ist. Danach erfolgt eine Abkühlphase.
• Die Sterilisationstemperatur im Autoklaven beträgt in der Regel 121 °C bei einem Standarddruck von 1 bar. Die Sterilisationszeit wird festgelegt aus dem keimspezifischen Dezimalreduktionswert D oder D-Wert, welcher die Zeit angibt, in der die Keimzahl bei einer festgehaltenen Temperatur um einen Faktor 10 verringert wird. Dabei hängt D mit K_n wie folgt zusammen: D = 2,303/Kn.
• Der D-Wert hängt u. a. von der Temperatur ab. Die Temperaturänderung, die notwendig ist, den D-Wert um einen Faktor 10 zu ändern, wird mit z oder z-Wert bezeichnet, und es gilt z = 2,303/KT.
• Die Parameter D und z werden in der Regel aus Experimenten unter isothermen Bedingungen ermittelt. Die Sterilisationszeit wird so gewählt, dass eine hohe Effektivität erzielt werden kann. Aus D und z wird ein Parameter für die Effektivität, nämlich der F-Wert definiert, der den erforderlichen Zeitraum angibt, der benötigt wird, bei einer bestimmten Temperatur oder sonstigen genau definierten Bedingungen praktisch alle Mikroorganismen abzutöten (Endkeimzahl < 10^–6). Dem Stand der Technik entspricht das so genannte F₀-Verfahren, in dem unabhängig von der Keimart der z-Wert gleich 10 °C gesetzt wird.
• Dieses bekannte Verfahren hat den Nachteil, dass es zu fehlerhaften Ergebnissen führen muss, wenn die tatsächlichen z-Werte der vorhandenen Keimflora deutlich von 10 °C abweichen. Außerdem wird zur Bestimmung der Parameter ein spezieller Autoklav verwendet, der ein äußerst schnelles Aufheizen auf die jeweilige Sterilisationstemperatur und ein ebenso schnelles Abkühlen an die Raumtemperatur ermöglicht.
• Die Bedingungen eines derartigen Zyklus unterscheiden sich erheblich von denen einer normalen Sterilisation. Es ist somit fraglich, inwieweit die so ermittelten D- und z-Werte ihre Gültigkeit unter normalen Sterilisationsbedingungen beibehalten. Ferner bleibt bei Sterilisationen unter Normalbedingungen die Wirkung der Aufheiz- und Abkühlphasen unberücksichtigt, was sich bei der Sterilisation insbesondere von einer langen Reihe gleichartiger Chargen insbesondere auf die Gesamtsterilisationszeit nachteilig auswirken kann.
• Aus der DE 24 27 834 A1 ist ein Verfahren zur Bestimmung der Gesamtzahl der während einer Sterilisation abgetöteten Mikroorganisamen von einem gegebenen Mikroorganismus bekannt geworden. Dabei erfolgt eine kontinuierliche Überwachung von die Sterilisierung beeinflussenden Parametern im Inneren einer Sterilisierungskammer mit einer Mehrzahl von Messfühlern, welche ein jedem der ermittelten Parametern entsprechendes Signal hervorrufen können. Jedes dieser Signale wird kontinuierlich in ein Ausgangssignal umgewandelt, welches eine Anzeige über die Abtötungsrate für den gegebenen Mikroorganismus unter den ermittelten Werten für die Parameter der Umweltbedingungen gibt. Die Abtötungsraten werden über ein zeitlich bestimmtes Intervall zur Erhaltung der Gesamtzahl der in die- sem zeitlich bestimmten Intervall abgetöteten Mikroorganismen integriert.
• Aus der DE 29 34 167 A1 ist ein Sterilisationsverfahren bekannt geworden, bei dem laufend die Kerntemperatur des zu sterilisierenden Gutes gemessen und über die Zeit integriert wird, um den Sterilisationsvorgang zu beenden, sobald ein vorgegebener Letaleffekt erreicht ist. Die Abkühlung wird vor Erreichen des vorgegebenen Letaleffektes eingeleitet, um das zum wirksamen Letaleffekt beitragende Zeitintegral während der Abkühlung zu berücksichtigen.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur optimalen Steuerung von Sterilisationen durch Dampf oder trockene Hitze vorzuschlagen, das den Sterilisationseffekt des gesamten Zyklus einschließlich der Aufheiz- und Abkühlphasen unter Einbeziehung der individuellen D- und z-Werte unter anisothermen Bedingungen berücksichtigt.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Steuerung der Sterilisation mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
• Die Formel für log N in Anspruch 1 ist abgeleitet durch direkte Integration der Gleichungen (1) und (2), wobei die Proportionalitätskonstanten K_n und K_T nunmehr in den Größen D und z enthalten sind. Die Formel kann den Sterilisationseffekt des gesamten Zyklus einschließlich der Aufheiz- und Abkühlphasen berücksichtigen und ist exakt. In dem Integral in dieser Formel ist die Temperatur T im Allgemeinen zeitabhängig, sodass das Integral in der Regel numerisch ausgewertet werden muss. Sind D_R und z bekannt, so kann man unter Berücksichtigung der Zeitabhängigkeit der Sterilguttemperatur T das Integral numerisch auswerten und daraus die Endkeimzahl N bestimmen. Die Ausführung dieser Integration kann beispielsweise mit einem Computerprogramm automatisiert und leicht durchgeführt werden.
• Die beiden Parameter D_R und z kann man bestimmen, indem man das Sterilgut, etwa die Bakteriensporen, mindestens zwei unterschiedlichen Sterilisationszyklen in einem Standard-Autoklaven unterwirft, wobei die Sterilisationsbedingungen so zu wählen sind, dass nach der Behandlung noch lebensfähige Keime vorhanden sind. Setzt man die Endkeimzahlen N₁ und N₂ zu den entsprechenden Endzeiten t₁ und t₂ in die Formel für log N ein, so erhält man zwei Gleichungen zur Bestimmung von D_R und z. Indem man D_R eliminiert, erhält man eine Gleichung zur Bestimmung von z, die man numerisch durch Iteration lösen kann. Auch dies kann mit einem Computerprogramm optimal durchgeführt werden. Mit dem so ermittelten z-Wert kann nun D_R leicht bestimmt werden.
• Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist eine bessere Anpassung an eine gegebene Situation möglich als bei dem F₀-Verfahren. Auf den Einsatz von speziellen Autoklaven zur experimentellen Bestimmung von D_R und z kann verzichtet werden. Durch die Bestimmung von D_R und z für jeweils neue Chargen und die Berücksichtigung der Aufheiz- und Abkühlphasen kann die Sterilisationszeit bestens optimiert werden.
• Vorteilhafterweise kann die Referenztemperatur T_R = 121 °C betragen, damit das erfindungsgemäße Verfahren in einem mit den üblichen Sterilisationsverfahren vergleichbaren Rahmen bleibt.

Claims (2)

1. Verfahren zur Steuerung der Sterilisation von Lösungen und/oder Gegenständen durch Dampf oder trockene Hitze in einem Autoklaven, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Aufheizphase das Sterilgut auf eine vorgebbare Sterilisationstemperatur aufgeheizt wird, dann die Sterilisation bei dieser Temperatur so lange durchgeführt wird, bis die Keimzahl N in der Lösung oder auf dem Gegenstand kleiner als ein vorgebbarer Grenzwert geworden ist, wobei die Keimzahl N nach folgender Formel berechnet wird:

   

   mit N₀ Ausgangskeimzahl, D_R Zeit in Minuten, in der die Keimzahl bei einer Referenztemperatur T_R um eine Zehnerpotenz reduziert wird, z Temperatur in °C, die erforderlich ist, den D-Wert um den Faktor 10 zu verändern, T Sterilguttemperatur, T_R Referenztemperatur, t Zeit in Minuten, und t₀ Startzeit, wobei D_R und z experimentell aus mindestens zwei Standardsterilisationsabläufen mit verschiedenen Endkeimzahlen bestimmt werden.
2. Verfahren zur Steuerung von Sterilisationen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenztemperatur T_R = 121 °C beträgt.