不同温控下立式压力蒸汽灭菌器热穿透效果试验研究

莫淑琴

（海南省计量测试所，海南 海口 570100）

0 引言

压力蒸汽灭菌器已正式投入生产领域多年，主要应用领域有食品加工、医院医疗等。试验室拥有许多待灭菌处理的物品，应该根据物品种类，选择合适的灭菌方式，配合相应的灭菌程序，以提升物品灭菌效果。可是，许多单位在应用湿热灭菌技术时，对设备说明书过于依赖，或是仅关注灭菌设备厂商技术指导，缺乏对压力蒸汽灭菌器热穿透能力的研究，针对这些情况，需要进行分析，来提升湿热灭菌效果。

1 研究方法

使用100L下排立式工作压力蒸汽灭菌器作为该试验研究对象。现应用无线网络温度监测软件对样品温度传感器进行负载温度检测、运输热穿透检测和温控检测，在不同运输方式和不同温控方式下，可以获得更强的杀菌热穿透效果，提高样品杀菌试验数据的精准性。将杀菌温度调整到121℃，整个杀菌过程维持30min，将无线网络温度监测软件预设成每隔1min对样品杀菌效果数据进行记录，利用以下试验方法对该试验做进一步验证[1]。

1.1 灭菌器试验

灭菌器试验设定为试验A，如图1所示，选择灭菌器工作室的上、中、下校准面作为数据测量点，再将无线网络温度监测软件放置于这3个位置，一共设置9个测试用例。其中，9#位置是灭菌器底部的出水口位置，与温控传感器间距较短。所有测试用例和与工作室内壁的间距应大于10cm。在做试验处理时，要先将培养瓶放置在房间测试位置外的地方，直到培养瓶内充满房间内的空气，才能正式进入试验。培养瓶间需要保持一定的间距，使蒸汽系统可以正常运行。在整个灭菌处理过程中，如果灭菌器已经达到满载状态，工作室的温度就会停止升高，而内部热量也会在此时固定，不会继续增加。

1.2 有盖聚丙烯培养瓶热穿透试验

有盖聚丙烯培养瓶热穿透试验设定为试验B，以100L高压灭菌锅为校准对象，设定其灭菌温度为121℃，灭菌保持时间至少为30 min。灭菌过程的保持时间是指灭菌设备内所有点的温度保持在灭菌温度范围内的持续时间段。为了测量灭菌锅内温度的均匀性，将无线温度记录仪放在设备工作室内上、中、下3个校准面上，共9个测试点，以中层中心点的位置作为高温灭菌锅的实际温度值，且各测试点与工作室内壁的距离不小于各边长的1/10。在9个等体积聚丙烯培养瓶中各加入50℃100mL纯水系统，插入无线网络温度监测软件，将摄像头朝向瓶底并拧上顶盖。在完成培养瓶的标记工作后，依次把9个培养瓶放在不同位置，对所有培养瓶执行试验A，分析培养瓶的顶部螺旋盖在连接状态下，其内部热渗透的真实情况。

图1 灭菌器提供的9个数据测量点

1.3 无盖聚丙烯培养瓶热穿透试验

无盖试验设定为试验C。和试验B相比，大体操作内容、步骤相似，唯一区别是在试验C中，所有培养瓶均没有将顶部拧上，培养瓶暴露在室内环境中。利用这种方式分析如果培养瓶在没有拧上顶部螺旋盖时，热量渗透到培养瓶内部的真实情况。

1.4 灭菌器嵌入样品温度传感器试验

灭菌器嵌入样品温度传感器试验设定为试验D。在试验A的基础上，增加可以嵌入灭菌器中的样品温度传感器。同时，预先拿走5#培养瓶螺帽，并在螺帽的中心位置用工具钻开1个和样品温度传感器测试端口规格相同的圆孔，并向5#培养瓶中添加纯水系统，设置无线网络温度监测软件后，再将已经处理的瓶盖旋上培养瓶，把用于测量样品温度的温度传感器从小圆孔中穿出，并让测试端口位置伸入锥形瓶内，让端口可以和瓶内液体产生直接接触，对特殊程序处理流程做详细分析。在这个时候，灭菌器自动控制系统是以待测量样品的温度传感器数据来控制培养瓶内温度，而不是根据灭菌器底部出水口温度传感器的基本温度进行控制[2]。在试验中，会在6#培养瓶的左右两侧，设置10#无线网络温度监测软件，负责测量和记录工作室的中心位置的蒸气温度。同时，重复进行试验B。利用培养瓶中从原本的液体温度控制切换为瓶内环境温度控制的试验评估，验证各个培养瓶中的热渗透效果，以及在培养瓶中心位置的内外环境温度差值的相关研究。

2 试验结果与相关讨论

对上述试验进行分析。

2.1 灭菌器试验分析

在收集试验A数据后，将试验结果整理为图3。灭菌器在灭菌维护处理工序中运行时，所有无线网络温度传感器计数实际灭菌温度在121.1℃～122.1℃，温度波动保持±0.5℃内，而温度均匀度控制在≤0.7℃范围内，维持最佳灭菌效果的最冷点时间F0为33.9min，满足灭菌数值指标需求。通过该试验可知，如果灭菌器保持满载运行状态时，所有功能指标均可以正常，灭菌效果较为稳定，可以根据需求完成之后的灭菌试验处理。

2.2 有盖聚丙烯培养瓶热穿透试验分析

图3 试验A的时间—温度关系曲线

图4 试验B的时间—温度关系曲线

图5 试验C的时间—温度关系曲线

在处理试验B结果后，将数据整理为图4。在灭菌器从无操作状态转换为灭菌维护处理模式时，在培养瓶所有检测的热穿透温度，在短时间内没有达到试验预设的灭菌温度。而随着试验时间不断提升，热穿透温度会有逐渐提升的趋势[3]。下层最先达到121℃，其次是中层，当灭菌29 min 后，各位置热穿透温度全部达到指定灭菌温度。达到灭菌最冷点F0后，需要维持该温度约19.1min，如果灭菌处理15min，就需要将F0维持5.9min，如果灭菌处理23min，需要将F0维持12.4min。由此可见，在该运输方式下，要想获得热穿透等效电路灭菌的实际效果，灭菌器设定的灭菌维持时间至少为23min。

2.3 无盖聚丙烯培养瓶热穿透试验分析

将试验C数据整理为图5。整个灭菌处理数据和试验B数据基本保持一致。在灭菌处理25min时，培养瓶各部分热透温度达到121℃。灭菌维持时间的最冷点F0，需要维持21.1min，如果灭菌处理15min，就需要将F0维持6.8min，当灭菌处理22min时，将F0维持时间调整到12.8min。从上述灭菌处理时间可知，如果使用该运输模式，想要达到热穿透等效电路相同的灭菌效果，需要将灭菌器的灭菌时间调整为大于22min。与试验B相比，试验C有更强的热穿透效果，同时在相同杀菌处理时间下，试验C的F0值更高，这和培养顶部是否有旋盖有关，它影响培养瓶内热蒸汽的保温效果。但是考虑到实验具有一定的时间效应，选择取消顶盖和提升热穿透特性并没有直接的关系。

2.4 灭菌器嵌入样品温度传感器试验分析

将试验D数据整理为图 6 。在灭菌器工作，让试验正式进入灭菌处理时，将所有无线网络温度传感器计数的灭菌温度调整为121.1℃～121.7℃，并将温度波动控制在±0.2℃，保持温度均匀度≤0.4℃，并让灭菌时间最冷点F0维持32.9min，满足性能指标要求[4]。当杀菌12min时，F0为12.7min，说明该模式杀菌12min可以达到热透的实际效果。将传感器6#和10#的统计数据信息进行对比：灭菌器进入灭菌维护环节前5min，个人工作间（10#）几何中心温度为122.0℃～122.2℃；杀菌维护环节10#为121.6℃～121.8℃。在这期间，几何中心培养瓶的热透温度（6#）随时间呈持续上升趋势；在杀菌维持初期，记录值10#超过6#，杀菌处理时间逐渐提升后，培养瓶的内外温度形成自然的热力循环状态。在对试验做进一步维护处理时，6#和10#的标准值可以保持一致。

图6 试验D的时间—温度关系曲线

3 结论

综上所述，立式压力蒸汽灭菌器是1种安全可靠的灭菌设备。当前世界各国对如何正确使用灭菌器、正确掌握灭菌检测方法已有大量实践经验。通过研究加盖培养瓶的热渗透和试品温度传感器添加到实验处理，可以得到“输送方法与温度控制模式，会对工作压力蒸汽灭菌器灭菌效果存在明显影响”的结论。试验强调，培养瓶对某种特殊材料的热渗透特性较弱，不能采用处理温度为121℃、处理时间为15min的程序工艺来对样品进行合理的杀菌处理；如果采用未加盖的培养瓶，虽然可以提升一定的热渗透效果，但是对整个湿热灭菌工作的处理效率影响一般，外部细菌会给灭菌内的环境带来安全风险；而在湿热灭菌处理中添加样品温度传感器，采用实时监测模式，控制样品灭菌处理温度，对灭菌器使用进行控制，可以让热穿透获得处理效果，这也是最合适的处理湿热灭菌的方法。选用时应结合实际情况，进一步确定灭菌对产品的可靠性。