Технология ультразвуковой стерилизации и инактивации

Технология ультразвуковой стерилизации и инактивации

Ультразвуковая стерилизация, также известная как стерилизация с помощью ультразвука, представляет собой технологию, в которой используются высокочастотные звуковые волны (обычно > 20 кГц) для уничтожения или инактивации микроорганизмов (таких как бактерии, вирусы и грибки). Ультразвуковая стерилизация использует кавитационный эффект ультразвука для создания экстремальных температур и давлений в жидкостях, тем самым разрушая стенки микробных клеток и обеспечивая стерилизацию. Ультразвуковую стерилизацию можно использовать отдельно или в сочетании с другими методами стерилизации для повышения эффективности, снижения требований или сокращения продолжительности процесса.

Кавитационный процесс:

Генерация и рост. Когда ультразвук высокой интенсивности распространяется через жидкую среду, он создает чередующиеся зоны сжатия и разрежения. В зонах разрежения жидкость растягивается, создавая внутри них крошечные пузырьки или полости.

Сильное схлопывание: эти пузырьки быстро сжимаются последующей волной сжатия и резко разрушаются за очень короткое время (порядка микросекунд), создавая локальные экстремальные температуры (приблизительно 5000 К), давления (приблизительно 1000 атмосфер) и интенсивные ударные волны.

Разрушительный эффект:

Механический сдвиг: ударная волна и микрофлюидика оказывают огромные силы сдвига на близлежащие стенки/мембраны микробных клеток, разрывая их и вытекая из содержимого, что приводит к гибели клеток. Химические свободные радикалы. Высокая температура и высокое давление вызывают разрушение молекул воды с образованием большого количества гидроксильных радикалов (·OH) и водородных радикалов (·H). Эти высокореактивные свободные радикалы могут атаковать мембраны микробных клеток, ферменты и ДНК, инактивируя их.

Проще говоря, ультразвук действует как «микроскопический взрыв» в жидкостях, уничтожая микроорганизмы посредством как физической фрагментации, так и химического окисления.

Основные приложения:

Ультразвуковая стерилизация, благодаря своим преимуществам, таким как устойчивость к высоким температурам, отсутствие химических остатков и способность обрабатывать сложные поверхности, показала большой потенциал в различных областях.

1. Пищевая промышленность

Это одна из наиболее широко используемых областей ультразвуковой стерилизации.

Жидкие продукты: используется для стерилизации соков, молока, соевого соуса, напитков и т. д. По сравнению с традиционной пастеризацией, она лучше сохраняет вкус, цвет и пищевую ценность продуктов.

Стерилизация поверхности: используется для очистки и стерилизации патогенов (таких как кишечная палочка и сальмонелла), прикрепленных к поверхностям фруктов, овощей, мяса и водных продуктов.

Упаковочные материалы: стерилизует внутреннюю часть упаковочных контейнеров для пищевых продуктов, таких как банки и картонные коробки Tetra Pak. Синергическая стерилизация: в сочетании с мягким нагревом (термозвуком), умеренным давлением (манозвуком) или небольшим количеством химического дезинфицирующего средства температура, давление или дозировка химикатов, необходимые для стерилизации, могут быть значительно снижены, достигая «зеленого» процесса.

2. Медицина и биотехнология

Очистка и стерилизация медицинского оборудования: ультразвуковые чистящие машины являются стандартным оборудованием в больницах и стоматологических клиниках. Они эффективно удаляют биопленку, кровь и болезнетворные микроорганизмы из щелей и углов инструментов, подготавливая их к последующей стерилизации паром под высоким давлением.

Производство фармацевтических препаратов и вакцин. Они используются для обработки термочувствительных фармацевтических препаратов, вакцин и питательных сред, обеспечивая их стерильность без разрушения активных ингредиентов.

Обработка ран: ультразвук низкой интенсивности можно использовать для удаления некротической ткани и бактерий из ран, способствуя заживлению.

3. Водоочистка: используется для очистки питьевой воды, воды в бассейнах и промышленных сточных вод. Они эффективно убивают водоросли, бактерии и вирусы в воде и разлагают органические загрязнители. Они еще более эффективны при использовании в сочетании с ультрафиолетом или озоном.

4. Фармацевтика и косметика

Обеспечивает стерильное производство термолабильных жидких лекарственных средств, глазных капель, средств по уходу за кожей и косметики.

Преимущества:

Нетермическая обработка: особенно подходит для обработки термочувствительных веществ, максимально сохраняя исходное качество продукта.

Отсутствие химических остатков: позволяет избежать остаточных проблем, связанных с химическими дезинфицирующими средствами, что делает его более безопасным и экологически чистым.

Высокая проникающая способность: способен уничтожать микроорганизмы в жидкостях и на неровных поверхностях, устраняя мертвые зоны.

Сильная синергия: в сочетании с другими технологиями она может значительно повысить эффективность, снизить общие затраты и уменьшить повреждение продукции.