روش حرارتي داراي بيشترين کاربري در صنعت براي استريل کردن مواد مختلف است، اما در اين شيوه دما از حد معيني نمي تواند پايين تر بيايد، چون استريل شدن به صورت کامل انجام نمي گيرد.
البته بتازگي محققان گروه مهندسي صنايع غذايي پژوهشکده توسعه صنايع شيميايي جهاد دانشگاهي به تکنيک استريليزاسيون مواد غذايي و دارويي با سيال فوق بحراني دست يافته اند.
اين يافته امکان استريليزاسيون را در دماهاي پايين در حد دماي محيط و با حفظ کيفيت ماده غذايي و دارويي فراهم مي کند.ماده در شرايط دما و فشار بالاتر از نقطه بحراني را سيال فوق بحراني مي گويند.
در نقطه بحراني دانسيته دو فاز مايع و بخار برابر است و فصل مشترک بين فازهاي مايع و بخار از بين مي رود. در خلال دهه هاي 1970و 1980ميلادي مقالات زيادي در مورد خواص معجزه آسا و مرموز سيالات فوق بحراني منتشر شده اند.
به گفته مهندس عباس جعفري جيد، عضو هيات علمي پژوهشکده توسعه صنايع شيميايي ايران جهاد دانشگاهي ، در اين مقالات ، سيالات فوق بحراني براي حل مشکل موجود در صنايع مختلف ، از جمله براي جداسازي مواد شيميايي مختلف ، تصفيه فاضلاب ، بيوتکنولوژي و کاهش مصرف انرژي پيشنهاد شده اند.
خواصي که موجب شده است سيالات فوق بحراني داراي کاربري هاي مختلف باشند، به خاصيت نفوذپذيري بالا (مشابه ضريب نفوذ گاز)، دانسيته بالا (مشابه دانسيته مايع)، ويسکوزيته بالا (مشابه ويسکوزيته مايع) و ضريب هدايت حرارتي (مشابه ضريب هدايت حرارتي مايع) مربوط مي شود. جعفري جيد مي افزايد: به منظور استفاده از چنين خواص ويژه ، امکان استريليزاسيون مواد غذايي و دارويي براي اولين بار در کشور مورد بررسي قرار گرفته است.
استريل کردن مواد که با هدف بالا بردن ماندگاري صورت مي گيرد، کاربرد وسيعي در صنايع غذايي يافته است. اين در حالي است که استريل کردن در صنعت دارويي و پزشکي از اهميت دو چندان برخوردار است ؛ چرا که داروهاي تزريقي يا مصرفي بايد کاملا ميکروب زدايي شوند.

خداحافظي با استريليزاسيون سنتي
در صنعت غذايي از روشهاي زيادي استفاده شده است ، اما حرارت مهمترين و صنعتي ترين اين روشهاست. در عين حال تاکنون اين روش سنتي ترين روش استريل کردن بوده است.
اشکالي که همواره بر استفاده از روش حرارتي وارد بوده است ، تغييري است که در کيفيت و ماهيت ماده غذايي ايجاد مي کند. اين افت کيفي شديد از آنجا ناشي مي شود که حرارت با تغيير شکل ملکول هاي ماده هدف باعث تغيير ماهيت يا ته نشيني اين مواد مي شود. گاهي ديده شده که حتي حرارت موجب تبديل مواد غذايي به مواد سمي نيز شده است.
به گفته جعفري جيد اگر صنعت شير را به عنوان يک شاهد در نظر بگيريم براي استريل کردن شير از 2روش استفاده مي شود: روش اول ، روش استريليزاسيون است که در چند ثانيه دماي شير به 135تا 150درجه سانتي گراد مي رسد. اين روش منجر به نابودي تمامي ميکروب هاي بيماري زا و غيربيماري زا و اسپورها مي شود.
روش دوم ، روش پاستوريزاسيون است که در زمان 10تا 30دقيقه دماي شير به 110تا 120درجه سانتي گراد مي رسد. در اين روش ميکروب هاي بيماري زا از بين مي روند، ولي اسپورهاي آنها باقي مي مانند.
اما هر دوي اين روشها اثرات مختلفي روي شير دارند که از آن جمله مي توان به دناتوراسيون پروتئين هاي سرمي يعني تغيير در ساختمان سه بعدي مولکول و در نتيجه کاهش حلاليت آن ، تغيير خواص انعقاد، به وجود آمدن طعم پخت ، کاهش تغييرات اکسيداتيو، تغيير در خواص تغذيه اي شير و در نهايت تغيير در عطر و طعم و رنگ شير اشاره کرد.
در واقع بايد گفت مواد مغذي بسيار حساس به حرارت هستند و ازجمله حساس ترين اين مواد ويتامين ها هستند. به طور مثال ويتامين Cدر دماي حدود 40درجه سانتي گراد از بين مي رود. بنابراين مي توان ادعا کرد در شيري که فرآيند پاستوريزاسيون روي آن انجام شده است ، عملا ويتامين Cوجود ندارد.
در ضمن عطر شير حاوي مواد آروماتيک فرار است ، در فرآيند حرارتي اين مواد فرار از دست مي رود، طعم پختگي از ديگر عوارض فرآيند حرارتي است.
همچنين در اثر فرآيند حرارتي يک رنگ قهوه اي خفيف در شير ظاهر مي شود. در محصولات پزشکي و دارويي اين وضع دشوارتر است چراکه کلا روش حرارتي مردود است مثلا در مورد پليمرهاي زيست تخريب پذير که در بافتهاي بدن کاربرد دارد، بايد به دنبال راهي براي استريل کردن آنها بود؛ چراکه استريل کردن با اشعه موجب تغيير در خاصيت پليمر مي شود.
ازجمله اين پليمرها مي توان به پليمر PLGAاشاره کرد. اين پليمر که از واکنش 2اسيدگليکوليک و اسيدلاکتيک توليد مي شود، بتازگي به عنوان ماده پايه اي براي توليد چسبهاي زخم قابل جذب توسط بدن استفاده مي شود. با توجه به معايب روشهاي مذکور امروزه به منظور استريليزاسيون از سيال فوق بحراني استفاده مي شود.
دنياي عاري از ميکروب
استريليزاسيون سرد روشي است که براي استريل کردن مواد خصوصا مواد پليمري ، داروهاي تزريقي و مواد پيونددهنده بافتها استفاده مي شود. در اين روش سيال فوق بحراني دي اکسيدکربن به ماده هدف در فشارهايي در محدوده 2000 3000 psiو دماهايي در محدوده 30 45درجه سانتي گراد در زمان بين 20دقيقه تا 6ساعت تزريق مي شود.
هم زدن ، تغييرات فشار و حضور آب ، اجازه نفوذ سيال فوق بحراني به درون سلولهاي ميکروارگانيسم ها را مي دهد که در نهايت PHدرون سلولها تغيير مي کند و سلولها نابود مي شوند. اندازه و سرعت تغييرات فشار همانند زمان و دماي عمليات مطابق با نوع و شکل ماده اي که قرار است استريل شود و نوع ميکروارگانيسمي که بايد نابود شود تغيير مي کند. زمان اقامت و شرايط آزمايشگاهي براي استريليزاسيون کامل حداقل به 3عامل بستگي دارد.
اولين عامل ، طبيعت ديواره سلولي است که منظور طبيعت شيميايي و شکل سلول است. براي مثال ، ديواره سلولي ميکروارگانيسم هاي گرم منفي شکنندگي بيشتر و مقاومت کمتر در برابر افزايش فشار داخلي نسبت به ميکروارگانيسم هاي گرم مثبت دارند.
دومين عامل تماس بين سيال فوق بحراني دي اکسيدکربن و جامد (فاز سلولي) است. اين تماس به راندمان انتقال جرم بين فازها بستگي دارد و سومين عامل وجود ميزان کمي آب در محيط است. سيال فوق بحراني مناسب در اين روش دي اکسيدکربن است.
دي اکسيدکربن به صورت 95/99 درصد خالص ، موثر شناخته شده است. آزمايش ها با استفاده از سيال فوق بحراني تترافلوئور و اتان که خصوصيات بحراني شبيه به دي اکسيدکربن دارد، ولي از نظر خصوصيات شيميايي و اندازه مولکولي متفاوت است ، منجر به هيچ کاهش قابل توجه در سلولهاي موجود نشده است.
به طور مشابه ، آزمايش هايي با استفاده از گاز نيتروژن در همان شرايط عملياتي سيال فوق بحراني دي اکسيدکربن نيز نتايج مطلوبي به دنبال نداشته است.
فعاليت ضدميکروبي دي اکسيدکربن فشار بالا به نفوذپذيري آن به درون ميکروب ها بستگي دارد که PHداخلي را به يک سطح کشنده در مقابل اسيدهاي ديگر همانند اسيد فسفريک يا اسيدهيدروکلريک پايين مي آورد، که اين اسيدها نمي توانند به آساني وارد سلولهاي ميکروبي شوند.
جعفري جيد ضمن تشکر از مهندس علي ذاکري و رياست پژوهشکده مهندس زينالي که در اين طرح همکاري داشتند در خصوص ويژگي هاي آن مي گويد: اين روش مي تواند براي استريليزاسيون گونه هاي وسيعي از ميکروارگانيسم ها، شامل باکتري هاي گرم منفي و گرم مثبت استفاده شود.
باکتري هاي گرم منفي يک غشاي دروني و بيروني دارند. آن غشاي بيروني از LPS تشکيل شده است و به عنوان يک سد محافظ سلول عمل مي کند.
ديواره پپتيدوگليکان سلول در باکتري هاي گرم منفي خيلي نازک است. باکتري هاي گرم مثبت هيچ غشاي خارجي ندارند، اما يک غشاي پپتيدوگليکان به هم فشرده ، سنگين و ضخيمي دارند که اين نوع سلول را به صورت مکانيکي قويتر و مقاومتر نسبت به ليز شدن در اثر اختلافات فشار اسمزي مي کند.
اگر چه آن لايه پپتيدوگليکان سلول باکتري هاي گرم مثبت از باکتري هاي گرم منفي ضخيم تر است ، اغلب مواد شيميايي به آساني مي توانند به اين سد نفوذ کنند.
جعفري جيد در پايان با توجه ويژه به اسپورها در اين روش اشاره کرد و افزود: اسپورها شکل غيرفعال باکتري هستند که تحت شرايط نامساعد تغذيه اي يا عوامل محيطي ايجاد مي شوند و با مساعد شدن مجدد شرايط، قابل تبديل به باکتري هستند.
تاکنون تنها روش پيشنهاد شده براي غيرفعال سازي اسپور، حرارت بالا بوده است ، حتي در تحقيقات اوليه در استفاده از سيال فوق بحراني به دليل وجود لايه هاي اضافي سلولي ، غيرفعال سازي ناموفق بوده است.
اما در اين تحقيق به روشهاي نويني اشاره شده است که با استفاده از اين گونه از سيالات غيرفعال سازي اسپورها هم با موفقيت صورت گرفته است.
اين روشها برپايه ريز فعال سازي سيالات فوق بحراني توسط صفحاتي با مشهاي در حد 10ميکرومتر و استفاده از اين ريز سيالات براي غيرفعال سازي است.

منبع:جام جم85/2/26