DE2518822A1

DE2518822A1 - Waessrige loesung und verfahren zur bestaetigung eines gewuenschten hitzebehandlungseffekts bei einer eine bestimmte zeit dauernden hitzebehandlung ausgesetzten materialien

Info

Publication number: DE2518822A1
Application number: DE19752518822
Authority: DE
Inventors: Edward N Baylor
Original assignee: Baxter Laboratories Inc
Current assignee: Baxter International Inc
Priority date: 1974-05-10
Filing date: 1975-04-28
Publication date: 1975-11-20
Also published as: CA1043676A; AU8068975A; FR2269967B1; FR2269967A1; JPS50153695A; SE7505395L; GB1492441A

Description

PATENTANWÄLTE

HENKEL, KERN, FEILER&HÄNZEL

BAYERISCHE HYPOTHEKEN- UND

TELEX: 05 29 802 HNKL D ED U ARD-SCH M ID-STR ASSE ° WECHSELBANK MÜNCHEN Nr.SIWBlll

«₃₁97 «30 91 . 02 ~ DRESDNER BANK MÜNCHEN 3 914

el οι üNCHEN D-8000 MÜNCHEN 90 Postscheck: münchfn i< >2M7 - m

Baxter Laboratories, Inc.
Morton Grove, XIl₀,

V.St.A.

L J

UNSER ZEICHEN: Dr.F/Πη MÜNCHEN. DEN

Ηϊ—TR IT-FTP·

Wäßrige Lösung und Verfahren zur Bestätigung eines gewünschten Hitzebehandlungseffekts bei einer eine bestimmte Zeit dauernden Hitzebehandlung ausgesetzten
Materialien

Es ist von höchst kritischer Bedeutung, daß bei sämtlichen an Patienten zu verabreichenden parenteralen Lösungen eine absoite Sterilität gewährleiste^ ist. Wenn
eine solche Sterilität nicht gewährleistet ist, kann
es insbesondere bei gesundheitlich geschwächten Patienten zu schlimmen Blutvergiftungen kommen. Aus Gründen
eines möglichst guten Wirkungsgrads und aus wirtschaftlichen Gründen müssen die zum Sterilisieren von größeren Mengen von Lösungen zur parenteralen Verabreichung verwendeten Sterilisationskammern sehr groß dimensioniert
werden. Aus diesem Grund muß eine konstante Überwachung gewährleistet sein, um sicherzustellen, daß in jeder noch so kleinen Ecke der großdimensionierten Sterilisationskammer über die benötigte Zeit hinweg auch tatsächlich
die erforderliche Sterilisationstemperatur herrscht. Es ist insbesondere auch laufend zu überwachen, daß jeder
der die parenteral zu verabreichende Lösung enthaltende

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Behälter der Charge genügend lang der erforderlichen Sterilisationshitze ausgesetzt wird. Selbstverständlich können in sämtlichen Behältern der Charge beim Einbringen in die Sterilisationskammer kostspielige Thermoelemente verteilt werden, Thermoelemente, die jedoch dazu neigen, bei solchen Temperaturen auszufallen, liefern unzureichende Ergebnisse. Ferner verbietet sich eine solche Maßnahme üblicherweise auch aufgrund der hohen. Kosten und des großen Arbeitsaufwands. Schließlich ist die maximale Anzahl an installierbaren Thermoelementen in der Praxis durch deren Verdrahtung und dergleichen begrenzt.

Ferner werden von sämtlichen Herstellern derzeit rigorose und komplizierte Qualitätskontrollen durchgeführt_a wobei die sterilisierten Lösungen in der Regel mit Hilfe von Bakterieninkubationstests geprüft werden. Diese Maßnahmen sind mit einer Reihe von bereits erkannten Nachteilen behaftet.

Es besteht folglich ein Bedarf nach einem einfachen Verfahren, mit dem sich bestimmen läßt, ob eine bestimmte Produktcharge in einer Sterilisationsvorrichtung die gewünschte Gesamtsterilisati©nshitze, die eine Funktion sowohl der Temperatur als auch, der Einwirkungsdauer ist, erhalten, hat. Die Berechnung· sinier derartigen Hitse kann sehr komplex sein₉ da in die Berechnung die Temperaturwerte und die Bauer, während der die Temperatur der zn. sterilisierenden Materialieacharge auf die maximale Sterilisationstemperatur ansteigt, eingehen· Anschließend muß bei der Berechnung auch der Temperatur/Zeit-Beitrag der Periode, in der die Temperatur wieder auf Raumtemperatur absinkt, mit einbezogen werden.«

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Gemäß den Lehren der US-PS 3 3¹Ik 670 wird die applizierte Gesamtmenge als Funktion der Zeit und Temperatur mit Hilfe eines mit Silbernitrat und dergleichen behandelten trockenen Papiers auf kolorimetrischem Wege bestimmt. Diese Maßnahme läßt sich jedoch in wäßriger Umgebung nicht wirksam und genau genug durchführen und kann in keinem Falle genaue quantitative Ergebnisse liefern. In entsprechender Weise ist es aus "Journal of Food Science", Band 36 (1971), Seiten 692 bis 698, bekannt, daß sich die Hitzesterilisation von Nahrungsmitteln und dergleichen in zur Berechnung des Abbaus von Thiamin oder sonstiger in dem Nahrungsmittel enthaltener Materialien entsprechenderweise geschätzt werden kann, da das Eingehen von Bakterien und der Abbau von Thiamin einer kinetischen Reaktion erster Ordnung folgen.

Es ist auch bereits bekannt (j. Zahradnik "Controlling Regimes and Survival Rates of Salmonella During Heating", Massachusetts Institute of Technology, I965)» die applizierte Gesamthitze in einem gegebenen Sterilisationszyklus (aus welchem eine erreichte Bakterienabtötung nach üblichen bekannten Methoden ermittelt werden kann) durch Verfolgen des thermischen Abbaus einer wäßrigen Rohrzuckerlösung zu ermitteln. Unglücklicherweise ist jedoch die Aktivierungsenergie des Abbaus dieses Materials geringer als 30 Kilokalorien pro Mol. Deshalb können bei Raumtemperatur Rohrzuckerlösungen und Thiaminlösungen innerhalb eines Zeitraums von Wochen oder Monaten mit merklicher Geschwindigkeit einen Abbau erfahren. Folglich können Thiamin- und Rohrzuckerlösungen nicht über längere Zeit hinweg gelagert werden, da ein starker Thiamin- oder Rohrzuckerabbau zu ungenauen Analysenergebnissen führen

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kann. Diese zeigen dann, daß eine zur Sterilisation ausreichende Hitzemenge appliziert worden ist, während diese Hitzemente tatsächlich nicht appliziert wurde, so daß eine beträchtliche Menge an Bakterien am Leben geblieben sind.

In entsprechender Weise können Thiamin- und Rohrzuckerlösungen auch bei Nicht-Sterilisationstemperaturen oberhalb Raumtemperatur, die jedoch nicht zum Abtöten von Bakterien ausreichen, einen raschen Abbau erfahren, daß es ebenfalls zu unrichtigen Ergebnissen bezüglich der zugeführten "Sterilisationshitzemenge" kommt.

Der Erfindung lag nun die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Reagens und ein verbessertes Verfahren zur quantitativen Überwachung der Hitzesterilisation zu schaffen, die weitestgehend von den geschilderten Nachteilen frei sind.

Erfindungsgemäß läßt sich die Sterilität eines Materials, das eine bestimmte Zeit lang zur Aufnahme der Sterilisations- oder Pasteurisationshitze einer höheren Temperatur ausgesetzt werden soll, dadurch bestätigen, daß man zusammen mit dem Material einen getrennten Behältermit einer wäßrigen Lösung eines Polysaccharide, das mit einer Geschwindigkeit erster Ordnung oder pseudoerster Ordnung, die in der Regel der Arrhenius-Gleichung folgt, zu einem Monosaccharid hydrolysiert, indem die Aktiv!erungsenergie der zur Bildung des Monosaccharids führenden Hydrolysereaktion größer als 30 Kilokalorien pro Mol hydrolysierte Saccharid/Saccharid-Bindung ist und in der der Frequenz-

Ik 22 -1 faktor bzw. Häufigkeitsfaktor 10 bis 10 min beträgt,

eine bestimmte Zeit lang auf eine bestimmte Temperatur

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erhitzt. Hierauf wird dann die wäßrige Lösung zur Bestimmung des bei der eine bestimmte Zeit lang· dauernden Erhitzung auf eine bestimmte Temperatur erreichten Effekts analysiert. Der ermittelte Effekt wird dann mit einem vorgegebenen Standardeffekt, der anzeigt, daß eine eine bestimmte Zeit lang dauernde Erhitzung innerhalb des Sterilisationstemperaturbereichs stattgefunden hat, verglichen.

Bei Sterilisationstemperaturen kommt es in einem isolierten oder getrennten Behälter einer wäßrigen Lösung des beschriebenen Typs durch Hydrolyse zur Bildung eines Monosaccharide, wobei diese mit einer Geschwindigkeit abläuft, die mit der tatsächlichen Abtötungsgeschwindigkeit von in dem zu sterilisierenden Material vorhandenen Bakterien in Beziehung steht. Bei Raumtemperatur kommt es jedoch zu einem derart langsamen Abbau der Lösung, so daß sie lange genug lagerfähig ist, um ohne schwerwiegende Irrtümer bei der damit durchgeführten analytischen Bestimmung handelsfähig zu sein.

Folglich kann man also jede beliebige Anzahl getrennter, verschlossener Behälter mit einer Lösung gemäß der Erfindung in oder unter dem zu sterilisierenden oder pasteurisierenden Material verteilen und dann in üblicher bekannter Weise die Lösung auf das gebildete Monosaccharid, z.B. Glucose, hin untersuchen. Eine automatische Analyse zahlreicher kleiner Behälter der Lösung gemäß der Erfindung läßt sich mit derzeit im Handel befindlichen Instrumenten ohne weiteres durchführen. Diese Instrumente können zusätzlich derart modifiziert werden, daß ein Alarmsignal gegeben wird, wenn eine Analyse zeigt, daß ein gegebener Behälter eine geringere Glucosemenge als

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den gegebenen maximalen Glucosespiegel, der ein Anzeichen für eine gegebene Sterilität darstellt, enthält. Ein Beispiel für eine derartige automatische Analysenvorrichtung ist das von der Firma Travenol Laboratories, Inc., Morton

TM

Grove, 111., unter der Bezeichnung Rotochem -Analyzer vertriebene Gerät, das aus einer Grundeinheit und einem Probennehmer besteht.

Zweckmäßigerweise kann an dieses Gerät auch eine direkte Ableseeinrichtung zur unmittelbaren Lieferung von numerischen Ergebnissen angeschlossen werden.

Die Erfindung kann auch dazu ausgenutzt werden, Isothermenmuster der Hitzeintensität und Änderungen in den Isothermenmustern zwischen verschiedenen Erhxtzungszyklen aufzuzeichnen, Weiterhin können auch noch aadere Daten bezüglich eines detaillierten Erhitzungsvertialtens von Kammern und Reaktionsbehältern an beliebig vielen Stellen innerhalb der Kammer oder Behälter.bestimmt werden. So läßt sich also die Erfindung zur Untersuchung des Verhaltens von Sterilisationskammern und als Fingerzeig zum ingenieurmäßigen Umbau derselben ausnutzen, indem in einer Sterilisationskammer zur Gewinnung ei&er detaillierten Hitzekarte der Kammer Hunderte von Lösungsbehältern verteilt xf erden.

In typischer Weise besteht das in eimer wäßrigen Lösung gemäß der Erfindung verwendete Polysaccharid aus/ Disaccharidmaltose, das eine AktIvienmgsenergie der Hydrolyse zwischen 31 und 33 Kilokalorien pro Mol besitzt«, Die Maltose ist in 100 ml Lösung in der Regel in einer Konzentration von 0,1 bis 1 g enthalten. In typischer Weise besitst eine wäßrige Lösung gemäß der Erfindung einen sauren pH-

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+ / dem

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Wert von nicht größer als 2, um einen Frequenz- oder Häufigkeitsfaktor von über 10 zu gewährleisten. Der saure pH-Wert wird einer wäßrigen Lösung gemäß der Erfindung in typischer Weise durch Anwesenheit von 0,1 bis 1n-Schwefelsäure verliehen. Durch Einstellen des pH-Werts der maltosehaltigen wäßrigen Lösung läßt sich der Frequenzoder Häufigkeitsfaktor derart variieren, daß man eine höchst genaue Beziehung zu der zweckmäßigsten Bakterienabt ötungskurve erreicht. Die Hydrolysegeschwindigkeit nimmt mit abnehmendem pH-Wert zu.

Erfindungsgemäß können in der wäßrigen Lösung auch andere Polysaccharide mit geeigneter Aktivierungsenergie, z.B, Trehalose, verwendet werden, sofern der Lösung ein pH-Wert verliehen wird, der den Hydrolysefrequenz— oder -häufigkeit sfaktor in den angegebenen Bereich bringt. So besitzt beispielsweise eine 0,50n-Schwefelsäurelösung mit pro 100 ml Lösung 0,*l· g Trehalose eine Aktivierungsenergie von etwa 32 bis 33 Kilokalorien pro Mol und einen

16 — 1 Frequenz- oder Häufigkeitsfaktor von etwa 5 x 10 min"

Die Arrhenius-Gleichung ist in der physikalischen Chemie bekannt. Sie lautet: k = Ae ' , worin k die Reaktionsgeschwindigkeitskonstante, A dem Frequenz- oder Häufigkeitsfaktor bzw. maximale Geschwindigkeitskonstante, e den bekannten natürlichen Logarithmus, auf einen Wert von 2,718 aufgerundet, E die Aktivierungsenergie, R eine Konstante eines Werts von 1,987 Kalorien pro K pro Mol und T die Reakti ons temperatur in ⁰K bedecken. Die Formel wird in typischer Weise aus empirischen chemischen Reaktionsergebnissen mathematisch gelöst, wobei die Werte für jede gewünschte unbekannte Menge in der Gleichung erhalten werden.

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Das Verfahren gemäß der Erfindung· ermöglicht nicht nur eine genauere Bestimmung der Bakterienabtötung durch die Sterilisation als die bekannten Überwachungsverfahren, sondern stellt auch eine preiswerte und automatisierbare Maßnahme dar. Dies macht das Verfahren gemäß der Erfindung zum Verfahren der ¥ahl bei der Überwachung der Hitzesterilisation von handelsüblichen Loten parenteral zu verabreichender Lösungen. Das Verfahren und die wäßrige Lösung gemäß der Erfindung können auch zur überwachung der ähnlichen Sterilisation oder Pasteurisierung beim Erhitzen über eine bestimmte Zeit hinweg von Nahrungsmitteln während des Eindosens oder Inflaschenfüllens oder danach und dergleichen zum Einsatz gebracht werden. So kann beispielsweise eine mit einer Lösung gemäß der Erfindung gefüllte Phiole an einem Träger im Inneren einer verschlossenen, ein Nahrungsmittel enthaltenden Dose oder Flasche gehalten oder in eine Pasteurisier- oder Sterilisiervorrichtung mit anderen Nahrungsmittel enthaltenden Dosen oder Flaschen eingesetzt werden. Das Ausmaß des Polysaccharidabbaus in derPhiole zeigt die im Zentrum der Dose oder Flasche, die selbstverständlich den am wenigsten erhitzten Bereich der Dose oder Flasche darstellt, aufgenommene Wärmemenge. Aus dem Polysaccharidabbau läßt sich dann die Vollständigkeit der Pasteurisierung oder Sterilisierung bzw. die Eignung des Pasteurisierungs- oder Sterilisationsverfahrens ermitteln.

Während des eine gewisse Zeit dauernden Erhitzens einer wäßrigen Lösung gemäß der Erfindung ändert sich der Frequenz- oder Häufigkeitsfaktor praktisch nicht, da die Nettowasserstoffionenkonzentration und der daraus resultierende pH-Wert während der Hydrolyse praktisch nicht geändert werden. Wenn man jedoch zu Anfang die Menge an

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vorhandenen Wasserstoffionen einstellt, läßt sich der Frequenz- oder Häufigkeitsfaktor variieren, wobei man - wie g-ewünscht - unterschiedliche Reaktionskurven des PoIysaccharidabbaus erhält. Eine Erhöhung der Wasserstoffionenkonzentration führt in der Regel zu einer Erhöhung des Häufigkeits- oder Frequenzfaktors und zu einer Beschleunigung der Umsetzung,

Die am meisten bevorzugte wäßrige Lösung gemäß der Erfindung zur Überwachung der Hitzesterilisation besteht aus einer Lösung mit 0,h g Maltose pro 100 ml Lösung in 0,15n-Schwefelsäurelösung, wobei diese Lösung einen Frequenz- oder Häufigkeitsfaktor von etwa 10 bis 10 min" aufweist. Gegebenenfalls können auch andere Säurelieferanten, wie Chlorwasserstoffsäure, Salpetersäure oder sonstige starke Säuren, die keine unerwünschten Nebenreaktionen herbeiführen, verwendet werden.

Es wurde bereits erwähnt, daß man eine Lösung gemäß der Erfindung in Phiolen füllt, diese verschließt und dann in der zu sterilisierenden Charge einer parenteral zu verabreichenden Lösung oder in sonstigen zu sterilisierenden Behältern verteilen kann. Vorzugsweise kann ein Behälter für eine parenteral zu verabreichende Lösung als solcher mit der Lösung gemäß der Erfindung beschickt werden. Hierbei kann eine oder mehrere getrenntePhiole(n) in den mit der parenteral zu verabreichenden Lösung gefüllten Behälter fallen gelassen oder in dessen Zentrum aufgehängt werden. In jedem der drei geschilderten Fälle wird die Lösung gemäß der Erfindung Bedingungen ausgesetzt, die weit stärker mit den tatsächlich herrschenden Bedingungen, denen die eigentliche parenteral zu verabreichende Lösung oder das sonstige zu sterilisierende Material aus-

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gesetzt sind, identisch, sind, da sich, die Lösung· gemäß der Erfindung während des Sterilisationsverfahrens bereits in dem Behälter, in dem die parenteral zu verabreichende Lösung verkauft wird, befindet.

Nach beendeter Sterilisation werden die mit einer Lösung gemäß der Erfindung gefülltenPhiolen oder die Behälter, in denen sich die Lösung gemäß der Erfindung befindet, von den auszuliefernden parenteral zu verabreichenden Lösungen getrennt und zur Bestimmung des Glucosegehalts jeder Lösung analysiert. Wie bereits ausgeführt, stellt die Glue ο s ekonz ent rat ion einen, zuverlässigen Indikator für die applizierte Wärmemenge als Funktion der Temperatur und der Zeit, denen jede Probe der Lösung gemäß der Erfindung ausgesetzt war, dar.

Die Glucose kann beispielsweise mit Hilfe von Glucoseoxidase kolorimetrisch analysiert werden, Andere geeignete Analysenverfahren, bei denen, es sich um manuelle oder automatische Analysenverfahren handeln kann, können selbstverständlich auch angewandt werden. Beispiele hierfür sind eine Analyse auf die reduzierende Zuckerkonzentration, die optische Aktivität oder sonstige Eigenschaften der Lösung, die durch die Hydrolyse des gewählten Polysaccharide zu einem Mono sac ciiarld beeinflußt wurden.

Die genauesten Analysenergebnisse erhält man mit einer wäßrigen Lösung gemäß der Erfindung in. der Regel für gegebene Sterilisationsbedingungen, denen die Lösung gemäß der Erfindung ausgesetzt worden ist, wenn etwa die Hälfte der verfügbaren Maltose während des Sterilisatiotasverlaufs zu Glucose hydrolysiert wird. Ein typischer Sterilisationsverlauf für parenteral zu verabreichende Lö-

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sunken dauert etwa 35 min in einer Sterilisationskammer einer Temperatur von mindestens 113 C. Wenn die bevorzugte wäßrige Lösung gemäß der Erfindung diesen Bedingungen ausgesetzt wird, erfolgt eine etwa 50- bis 75$ige Maltosehydrolyse. Selbstverständlich kann der Sterilisationsverlauf auch bei zahlreichen anderen Temperaturen und verschiedenen Zeitdauern durchgeführt werden«

Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung näher veranschaulichen.

Beispiel 1

Es wurde eine große Probe einer wäßrigen Lösung mit 0,4$ (Gewicht/Volumen) Maltose in 0,15n-Schwefelsäure hergestellt und in handelsübliche 1 1 fassende Flaschen für parenteral zu verabreichende Lösungen gefüllt,» Die Lösung war mehrere Monate bei Raumtemperatur, d.h. bei einer Temperatur unterhalb von 29,4 C, stabil genug, um während dieser Zeit brauchbar und wirksam bleiben zu können. Eine Lösung wird in der Regel dann als "brauchbar und wirksam" gehalten, solange die Maltose vor der Sterilisation nicht mehr als 25$ hydrolysiert ist. Hier und im folgenden bedeutet der Ausdruck "Gewicht/Volumen" g pro 100 ml. Dies bedeutet, daß die zubereitete Maltoselösung 0,4 g Maltose pro 100 ml Lösung, bei der es sich um eine 0,15n-Schwefelsäure handelt, enthielt.

Der ursprüngliche Glucosegehalt unmittelbar nach Zubereitung der Lösung betrug etwa 1 mg pro 100 ml.

In jede Flasche, in der sich die in der geschilderten Weise zubereitete Maltose- bzw. Testlösung befand, wurde über

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einen handelsüblichen Flaschenstopfen mit geschlossenem Loch ein Thermoelement in einer aus rostfreiem Stahl bestehenden Sonde mit einem Drahtanschluß derart eingeführt, daß die Thermoelementsonde in die Lösung eintauchte.

Bis zu elf dieser Flaschen mit den Thermoelementen wurden über etwa I500 ähnliche Flaschen mit einer wäßrigen Lösung in einer großen, wassergekühlten, handelsüblichen Sterilisationsvorrichtung verteilt. Die Drahtanschlüsse der Thermoelemente waren an ein Ablesegerät angeschlossen, Die Sterilisationsvorrichtung wurde dann verschlossen und auf eine Temperatur erhitzt, die - aufgezeichnet durch das Thermometer der Sterilisationsvorrichtung mindestens 35 min auf über 112,8 C blieb. Dann wurde die Sterilisationsvorrichtung rasch abgekühlt, indem Wasser durch ihr Inneres fließen gelassen wurde, worauf die Flaschen mit der Maltose- bzw. Testlösung zu Analysezwecken entnommen wurden.

Proben der Testlösung aus jeder der Flaschen wurden auf ihre Glucosekonzentration hin analysiert. Die Analyse erfolgte mit einem Technicon-Autoanalyzer unter Verwendung eines modifizierten Glucoseoxidaseverfahrens mit Glucostat, einem handelsüblichen Glucoseoxidaseprodukt. ¥ährend der Analyse wurde die Testlösung mit einem Puffer, bestehend aus 6,805 g ΚΗ^ΡΟκ und 6,0 ml 5n-Natriumhydroxidlösung, mit Wasser aufgefüllt auf 1 1, gepuffert. Der Technicon-Autoanalyzer entnimmt pro Test etwa 0,07 ml Testlösung und eine geeignete Menge Pufferlösung, die anderen Reagent!en werden automatisch zugemischt. Die Glucosekonzentration jeder Probe wurde auto-

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matisch als relative Konzentration im Vergleich zu einer Reihe von Glucoselösungen bekannter Standardkonzentration in einer Säurekonzentration ähnlich der Testlösung· ausgeworfen»

Für jede Probe der verschiedenen erhitzten Maltoselösungen wurde das "Maltoseverhältnis" berechnet. Hierbei handelt es sich um einen Ausdruck, der sich auf die Menge an durch die Hitzebehandlung abgebauter Maltose bezieht. Der Ausdruck ist definiert als

^mo -

worin m die Anfangsmaltosekonzentration in der Lösung nach deren Zubereitung, g die Konzentration der Glucose

el

nach dem Erhitzen und g , die Konzentration der Glucose unmittelbar vor der Hitzebehandlung bedeuten.

Weiterhin wurde der Erhitzungsverlauf in einminütigen Intervallen durch sämtliche in die mit der Testlösung gefüllten Behälter getauchten Thermoelementsonden über den Erhitzungszyklus hinweg überwacht» Aus diesen Thermoelementwerten wurde entsprechend den von CR. Stumbo in "Thermobacteriology in Food Processing", 2. Ausgabe (1973), Academic Press, New York, insbesondere Kapiteln 9 und 10, nämlich Seiten 146 bis 151, beschriebenen Maßnahmen ein entsprechender theoretischer äquivalenter Bakterienabtötungseffekt (mit "F " bezeichnet) bei 121,1°C, ausgedrückt in min für ein Bakteriensystem mit einem z-Wert von 18, für jede Flasche berechnet. Die Variablen "F " und "z" werden in der Literaturstelle "Stumbo" im

Detail erläutert.

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Kurz gesagt, bedeutet der Parameter F , wie er liier und im folgenden benutzt wird, die integrierte lethale Hitzekapazität, die an sämtlichen Stellen in einem Behälter während des Erhitzungszyklus aufgenommen wurde. Er stellt ein Maß für die Fähigkeit eines speziellen Hitzeverfahrens zur Erniedrigung der Population eines lebenden Organismus, der exponentiell zerstört wird, ausgedrückt in min, die zum Erreichen des Bakterienabtötungseffekts eines speziellen Hitzeverfahrens erforderlichen lethalen Temperaturen erhitzt werden muß, dar.

Für dieses Beispiel wurde ein F -Mindestwert von 2,73 Äqui-

valent-Minuten bei 121,1 C als Indikator für eine ausreichende Temperatur und Zeit für eine adiquate Sterilisation gewählt. Für dieses Beispiel entspricht dies einem Maltoseverhältnis von etwa 0,38. Wenn eine größere Sicherheit einer erfolgten Sterilisation gewünscht wird, sollten höhere F -Werte mit entsprechend niedrigerem Maltose-

verhältnis gewählt werden.

Die folgende Tabelle I enthält die Ergebnisse der Thermoelementsonden-Temperaturhistorie und die Maltoseverhältnisse jeder Probetestlösung mit der jeweiligen Thermoelementsonde.

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Tabelle I

O CO OO ■Ο-

Erhitzungsdauer (min)

Thermoelement-Sonde Nr.: 1+234

6+++

10

11

12

10
20
30
40
50++

Maltoseverhältnis

Temperatur (⁰C):

29,5 28,7 48,8 48,6 72,6

103,8

111,3

72,9 103,8 111,4 112,6 112,8 112,9 112,9 94,5

76,3 65,6

64,7

104,5
91,0
80,2

76,7
4,25

3,93

28,7

44,5

68,5

102,7

111,1

112,6

112,9

98,4

78,6

66,2

61,2

3,89

30,2

52,4

91,3

104,8

111,6

112,8

112,9

99,8

82,1

70,4

68,5 4,18

71,5

85,1

97,9

112,6

113,1

113,0

113,4

75,2

58,5 70,0

49,3

0,31

0,36 0,34

28,9
47,6

70,3
102,7
110,9
112,5
112,8
106,7

96,4

87,9
84,7
4,26

28,8

35,7 55,0 98,0

109,7 112,2

112,7

105,7

93,2

83,0

76,9

3,70

29,9 38,3 58,2 98,4 109,7

112,2

112,8

104,4

92,2

82,5

78,9 3,69

32,8

46,1

67,1

101,2

110,5

112,4 112,8

101,9

84,7

72,0

64,0

3,76

33,5

48,7

71,5

103,4

110,9 111,5

112,2 98,0

76,7 c?v 63,6 59,4 3,31

+ Das Thermolelement Nr. 1 arbeitete nicht.

++ Das Erhitzen wurde an diesem Punkt eingestellt.

+++ Die Sonde Nr. 6 wurde in der Sterilisationskammer untergebracht und gibt folglich die Sterilisations· kammertemperatur an.

0,35 0,31 0,35 0,36 0,35 0,36 + Äquivalentmin bei 121,1⁰C ++ Die Probe ging verloren

Der geschilderte Sterxlxsatxonsversuch wird als für eine zuverlässige Sterilisation handelsüblicher Flaschen mit einer Füllung aus einer parenteral zu verabreichenden Lösung unter den angegebenen Bedingungen angesehen.

Beispiel 2 (Vergleichsbeispiel)

Der Versuch des Beispiels 1 wurde wiederholt, wobei jedoch die Sterilisationsvorrichtung auf eine Sterilisationstemperatur erhitzt wurde, die, wie die Sterilisationsvorrichtungsinstrumente zeigten, lediglich etwa 23 min auf eine Temperatur oberhalb von 112,8 C gehalten wurde. Dieser Zyklus war ungeeignet, eine zuverlässige und angemessene Sterilisation herbeizuführen.

Die folgende Tabelle II enthält die Ergebnisse der Thermoelement-Temperaturhistorie und die entsprechenden Maltoseverhältnisse.

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Tabelle II

co co *-· -•J -»» CD 00 CD O)

Erhit zungs dauer	Thermoelement-Sonden Nr 1 2 3	42,8	t	45,9	•	44,0	5* 6***	-	7	8	9	10	11	12
(min)		88,9	89,8		89,9
		106,7	107,4		107,4
1	Temperatur (°C)	111,0	111,6	111,8	81,8	59,0	42,7	54,9	40,6	40,7	42,5
10	59,9	111,6	112,2	112,5	- 110,2	82,0	85,1	75,1	80,0	85,0	88,0
20	89,0	110,1	110,5	109,9	- 112,7	102,8	104,5	101,0	102,2	104,2	106,8
30	106,8	96,9	96,0	93,3	- 115,1	109,7	110,7	109,5	109,8	110,7	110,7
34**	110,4	82,2	80,8	76,0	- 114,0	110,8	111,6	111,0	111,2	111,8	111,1^5
40	111,1	74,9	75,5	68,7	- 104,0	110,2	110,6	110,1	109,9	109,8	108,8
50	109,8	1,79	2,00	1,95	- 69,0	102,2	105,2	100,5	97,6	94,7	90,6
60	102,9	0,51	0,49	0,50	56,5	92,1	97,5	88,0	85,5	78,4	72,1
70	95,7		68,8	86,1	91,7	81,2	76,9	71,7	64,8
^Fs⁺	88,0	1,49	1,93	1,36	1,36	1,54	1,54
1,73	0,52	0,45	0,56	0,54	0,55	0,54
Maltose verhält nis 0,47

* Die Sonde arbeitete nicht.

** Das Erhitzen wurde an diesem Punkt eingestellt

*** Die Sonde Nr. 6 wurde wie in Tabelle I untergebracht. + Äquivalentmin bei 121,1°C

OO OO ro

Es sei darauf hingewiesen, daß sämtliche Maltoseverhältnisse deutlich oberhalb 0,38 lagen, was darauf hindeutet, daß die gesamte aufgenommene Wärmemenge für eine sichere Sterilisation unzureichend war. Dies bestätigten die Thermoelementwerte beim selben Versuch,

Beispiel 3

Der Versuch vom Beispiel 1 wurde wiederholt, wobei jedoch die Sterilisationsvorrichtung auf eine Sterilisationstemperatur, die, wie die Sterilisationsvorrichtungsinstru— mente zeigten, 20 ι
de, erhitzt wurde.

mente zeigten, 20 min lang oberhalb 121,1 C gehalten wur-

Die F -Werte aus der Thermoelement-Temperaturhistorie und

die Maltoseverhältnisse wurden, wie beschrieben, erhalten· Diese sind in Tabelle III zusammengefaßt.

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— 1Q. —

Tabelle III

Thermoelement-Sonden Nr. 1 2

5# 6***

10

11

12

12,27 11,32 11,32 10,60

^ Maltose- -^ verhalten nis 0,283 0,208 0,2*H 0,2^5 oo

10,89 12,35 10,20
0,233 0,209 0,269

* Die Sonde Nr· 5 arbeitete nicht.

*** Die Sonde Nr. 6 wurde wie in Tabelle I untergebracht. 8,93 10,00 8,39

0,283 0,273 0,261

CO

Aus den in Tabelle III angegebenen Ergebnissen geht hervor, daß sämtliche Maltoseverhältnisse deutlich unterhalb 0,38 lagen, was darauf hinweist, daß die gesamte aufgenommene Wärmemenge ausreichte, um eine sichere Sterilisation zu gewährleisten.

Durch Vergleichen der Maltoseverhältnisse, die für die im vorliegenden Beispiel präparierten, mit Lösungen gefüllten Flaschen berechnet wurden, mit den entsprechenden F -Werten aus den Thermoelementergebnissen lassen sich die F -Werte mit den entsprechenden Maltoseverhältnissen in Beziehung setzen. Folglich lassen sich folgende und ähnliche handelsübliche Sterilisationszyklen unter ähnlichen Bedingungen ohne Thermoelemente durch bloße Analyse der in der zu sterilisierenden Charge enthaltenen Testlösungen und anschließende Berechnung der Maltoseverhältnisse für jede Probe nach der Sterilisation überwachen. Eine geeignete und zuverlässige Sterilisation ist dann gegeben, wenn die Maltoseverhältnisse sämtlicher Proben der Maltoselösung unter einem angegebenen maximalen Maltoseverhältnis, das für jeden eingehaltenen Erhitzungszyklus unter Einschluß eines beträchtlichen IrrtumsSpielraums eine geeignete Hitzesterilisation zuverlässig anzeigt, beispielsweise unter einem maximalen Maltoseverhältnis von 0,38 liegen. Dies errechnet sich dadurch, daß man jeden F -Wert auf einer Achse einer graphischen Darstellung gegen sein entsprechendes Maltoseverhältnis auf der anderen Achse aufträgt, wobei man auf der graphischen Darstellung für jedes F /Maltose-Verhaltnis-Paar einen Punkt erhält. Aus der erhaltenen Kurve von Punkten geht hervor, daß ein F -Wert von 2,73» der weiter oben als angestrebter Wert bezeichnet wird, einem Maltoseverhältnis von 0,38 in diesem Beispiel entspricht.

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Claims

Patentansprüche

1. ¥äßrige Lösung zur Bestätigung eines gewünschten HitzebehandlungsefTekts bei einer eine bestimmte Zeit dauernden Hitzebehandlung ausgesetzten Materialien, dadurch gekennzeichnet, daß sie 0,1 bis 1$ (Gewicht/ Volumen) eines mit einer temperaturabhängigen Geschwindigkeit zu einem Monosaccharid hydrolysierenden Polysaccharide enthält, wobei die Geschwindigkeitskonstante der Arrhenius-Gleichung entspricht, daß die Aktivierungsenergie der zur Bildung des Monosaccharide führenden Hydrolyse größer als 30 Kilokalorien pro Mol

hydrolysierter Saccharid/Saccharid-Bindung ist und

1h 22 —1 daß der Häufigkeitsfaktor 10 bis 10 min beträgt.

2. Wäßrige Lösung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Polysaccharid Maltose enthält und daß ihr pH-¥ert nicht größer als 2 ist_o

3. Wäßrige Lösung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie 0,1 bis 1n-Schwefelsäure enthält.

h. Wäßrige Lösung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie 0,4$ (Gewicht/Volumen) Maltose und 0,15n-Schwefelsäure enthält.

5. Verfahren zur Bestätigung eines gewünschten Hitzebehandlungseffekts bei einer eine bestimmte Zeit dauernden Hitzebehandlung ausgesetzten Materialien, dadurch gekennzeichnet, daß man zusammen mit dem betreffenden Material eine isolierte wäßrige Lösung, die ein mit einer temperaturabhängigen Geschwindigkeit zu

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einem Monosaccharid hydrolysierendes Polysaccharid enthält, wobei die Geschwindigkeitskonstante der Arrhenius-Gleichungentspricht, bei der die Aktivierungsenergie der zur Bildung des Monosaccharide führenden Hydrolyse größer als 30 Kilokalorien pro Mol hydroly-

sierter Saccharid/Saccharid-Bindung ist und bei der

1 h 22 — 1 der Häufigkeitsfaktor 10 bis 10 min beträgt,

der eine bestimmte Zeit dauernden Temperaturbehandlung unterwirft und daß man anschließend die wäßrige Lösung auf den erreichten Temperaturbehandlungseffekt hin untersucht, um diesen mit einem vorgegebenen Standardeffekt, der ein Anzeichen für einen Erfolg der eine bestimmte Zeit dauernden Temperaturbehandlung darstellt, zu vergleichen.

6. Verfahren nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß man eine wäßrige Lösung mit einem pH—Wert von. nicht größer als 2 verwendet, die ein Polysaccharid enthält, das zu einem aus Glucose bestehenden Monosaccharid hydrolysiert.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß man eine wäßrige Lösung verwendet, die als Polysaccharid ein Disaccharid enthält.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß man eine wäßrige Lösung verwendet, die 0,1 bis InSchwefelsäure enthält.

9. Verfahren zur Bestätigung der erfolgten Hitzesterilisation von eine bestimmte Zeit lang Sterilisierungstemperatur ausgesetzten Materialien, dadurch geketin-

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zeichnet, daß man. zusammen mit dem betreffenden Material eine isolierte wäßrige Maltoselösung· mit einer solchen Menge an einer starken Säure, daß sich ein pH-Wert von nicht größer als 2 einstellt, eine bestimmte Zeit lang auf Sterilisierungstemperatur erhitzt, daß man anschließend die wäßrige Lösung auf einen durch Hydrolyse auf die Maltose und der eine bestimmte Zeit lang einwirkenden Sterilisierungstemperatur bewirkten Effekt hin analysiert und daß man schließlich den ermittelten Effekt mit einem vorgegebenen Standardeffekt, der ein Anzeichen für eine eine bestimmte Zeit dauernde Einwirkung eines Sterilisierungstemperaturbereichs darstellt, vergleicht.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß man eine wäßrige Lösung mit 0,1 bis 1n—Schwefelsäure verwendet·

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß man eine wäßrige Lösung mit 0,1 bis 1 g Maltose pro 100 ml Lösung verwendet.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß man eine wäßrige Lösung mit 0,4$ (Gewicht/Volumen) Maltose und 0,15n-Schwefelsäure verwendet.

13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß man das eine bestimmte Zeit dauernde Erhitzen auf Sterilisierungstemperatur für mindestens 35 min in einer eine Temperatur von mindestens 113 C aufweisenden Sterilisierungskammer durchführt.

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14. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß man bei der eine bestimmte Zeit lang· dauernden Erhitzung· auf Sterilisierung-stemperatur 50 bis 75% der Maltose zu Glucose hydrolysiert.

15· Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß man die Analyse des bei der Hitzebehandlung erzielten Effekts in Form einer direkten chemischen quantitativen Glucoseanalyse durchführt.

16. Verfahren nach Anspruch 15i dadurch gekennzeichnet, daß das Maltoseverhältnis in der wäßrigen Lösung nach der eine bestimmte Zeit lang dauernden Hitzebehandlung veniger als 0,38 beträgt.

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