Задача 8. Кинетика инактивации и гибели клеток; хлорирование

Предложено несколько уравнений, описывающих скорость инактивации или гибели клеток; опубликованное одним из первых уравнений предусматривало экспоненциальное снижение во времени численности активных спор возбудителя сибирской язвы в присутствии 5 %-ного фенола. Соответствующее уравнение инактивации часто называют законом Чика:

Применялись и другие математические модели;

а) Проинтегрируйте каждое из приведенных уравнений; покажите, какую форму будут иметь кривые соответствующих графических зависимостей.

б) В табл. приведены данные, отражающие зависимость степени инактивации популяции Е. coli от времени и концентрации хлора. Соответствуют ли эти данные какому-либо из приведенных выше уравнений?

Таблица 6 – Зависимость скорости инактивации клеток Е. coli от концентрации хлора и времени экспозиции (рН 8, 5; 2—5°С); указана доля (в %) клеток, сохранивших жизнеспособность

5.2 Критерий стерилизации

Если процесс стерилизации осуществляется при различной температуре (несколько этапов процесса), и, следовательно, различных значениях удельной скорости гибели то интеграл для выражения удельной скорости гибели можно записать следующим образом:

(85)

или

(86)

где – количество живых микроорганизмов перед стерилизацией (при ).

Ф.Х. Дейндорфер и А.Е. Хемфри предложили левую часть этого уравнения обозначить (набла) и назвать критерием стерилизации. При постоянной температуре критерий стерилизации будет равен

(87)

Чтобы рассчитать эффективность принятого режима стерилизации, следует взять из таблицы значение которое обычно устанавливается по экспериментальным данным для наиболее термоустойчивого эталонного микроорганизма – Bacillus stearothermophilus 1518 – в зависимости от температуры.

Таблица 7 – Зависимость удельной скорости гибели клеток и критерия стерилизации от температуры

º С	мин-1	или	º С	мин-1	или
	0, 013	0, 013		2, 440	11, 825
	0, 017	0, 030		3, 075	14, 900
	0, 023	0, 053		3, 765	18, 665
	0, 030	0, 083		4, 570	23, 235
	0, 036	0, 119		5, 9	29, 13
	0, 038	0, 167		7, 4	36, 53
	0, 062	0, 229		9, 3	45, 88
	0, 083	0, 312		11, 7	57, 58
	0, 109	0, 421		14, 8	72, 38
	0, 135	0, 556		16, 6	88, 98
	0, 163	0, 719		18, 6	107, 58
	0, 193	0, 912		23, 4	130, 98
	0, 234	1, 146		29, 5	160, 48
	0, 302	1, 448		37, 2	197, 68
	0, 412	1, 860		46, 8	244, 48
	0, 540	2, 400		59, 0	298, 48
	0, 653	3, 053		74, 2	377, 68
	0, 810	3, 863		93, 5	471, 18
	1, 002	4, 865		104, 8	474, 98
	1, 210	6, 075		118, 0	693, 98
	1, 480	7, 550		148, 0	841, 98
	1, 830	9, 385		–	–

Для расчёта и обоснования режима стерилизации при неизотермических условиях реального производства используют приближенный метод Т. Ричардса. Метод предполагает учитывать критерии стерилизации при нагревании стерилизуемого объекта (), выдерживания его при температуре стерилизации () и охлаждения ().

Обрабатывая многочисленные экспериментальные данные, Т. Ричардс отмечает, что обработка при температуре ниже 100º С малорезультативна и составляет около 2 % общего критерия стерилизации. Был проведён расчёт критерия стерилизации и в интервале от 100 до 125º С при прогрессировании температуры обработки 1º С в минуту. Позднее Д. Уэнга с сотрудниками рассчитали значения критерия стерилизации для температуры 143º С, то есть для таких температур, которые используются в настоящее время при стерилизации.

Если темп нагревания или охлаждения отличается от принятого при составлении таблицы (1º С за 1 мин), то для расчёта действительного критерия стерилизации можно использовать соотношение:

(88)

где – табличное значение,

t – длительность изменения температуры от 100º С до ,

– температура стерилизации, º С.

Эффект стерилизации определяется по сумме критерия стерилизации:

(89)

Число оставшихся жизнеспособных клеток будет рассчитываться так:

(90)

Задача 9. Режим стерилизации

Объём стерилизуемой среды V = 1 м³, нагревание ведётся от температуры 100º С до = 125º С в течение мин (1º С в мин), выдерживание при температуре 125º С составляет мин, охлаждение от 125 до 100º С, = 25 мин. Концентрация спорового материала в среде ед./мл. Обеспечивает ли выбранный режим стерилизацию объекта?

ЛИТЕРАТУРА

1. Бейли, Дж. Основы биохимической инженерии. Пер с англ. В 2-х частях. Ч.1 / Дж. Бейли, О.Оллис.– М.: Мир, 1989.– 692 с., ил.

2. Варфаломеев, С.Д. Биокинетика: Практический курс / С.Д. Варфаломеев, К.Г. Гуревич.– М.: ФАИР-ПРЕСС, 1999.–720 с.: ил.

3. Кантере, В.М. Теоретические основы технологии микробиологических производств: Учебники и учеб. пособия для студентов высш. учеб. заведений / В.М. Кантере.– М.: Агропромиздат, 1990.– 271 с., ил.

4. Грачёва, И.М. Технология ферментных препаратов / И.М. Грачёва, А.Ю. Кривова.– 3-е изд., перераб. и доп. М.: издательство «Элевар», 2000.–512 с.: ил.- (Учебники и учеб. пособия дл студентов высш. учеб. заведений).

5. Решетников, М.Т. Планирование эксперимента и статистическая обработка данных: Учебное пособие / М.Т. Решетников.– Томск: Томск. гос. ун-т систем управления и радиоэлектроники, 2000. –231 с.

СОДЕРЖАНИЕ