Oggigiorno, nel mondo farmaceutico e non solo, il concetto di sterilizzazione e la sua importanza sono assodati e consolidati.
Cosa si intende per sterilizzazione?
La sterilizzazione è il risultato finale di processo (chimico o fisico) ripetibile, standardizzabile e documentabile nel quale un materiale viene liberato dalla presenza di microorganismi vivi, dalle loro parti in grado di rigenerare l'intero microorganismo.
Generalmente i microorganismi distrutti tramite il processo di sterilizzazione sono virus, batteri e funghi (come i lieviti), ma anche le particelle come le spore batteriche.
I mezzi utilizzati per la distruzione di ogni specie microbica sono differenti, e ne citiamo alcuni: luce ultravioletta, filtrazione su membrane microporose, ossidazione chimica e termica ad alte temperature. Di questi metodi quelli più utilizzati sono gli ultimi due.
Su scala industriale, data la semplicità operativa ed efficacia, viene impiegata la sterilizzazione termica.
In accordo con la farmacopea Europea, un processo di sterilizzazione ha lo scopo di ridurre la carica batterica presente all’interno del prodotto garantendo uno Sterility Assurance Level (SAL) pari a uno su un milione (1ppm) che equivale a dire che solo 1 unità su 1 milione può risultare contaminata dopo un processo di sterilizzazione.
Tra i vari processi di sterilizzazione conosciuti e utilizzati, il processo di sterilizzazione a vapore saturo resta quello più comune e diffuso per la sterilizzazione di piping, compounding e, ovviamente, nelle autoclavi.
ACCENNI SULLA STERILIZZAZIONE A VAPORE SATURO
Il processo di sterilizzazione a vapore saturo ricade nella categoria di sterilizzazione a calore umido.
Questo processo di sterilizzazione, che combina un’azione termica ed una meccanica nell’abbattimento dei microorganismi, è reso possibile sfruttando le caratteristiche fisiche del fluido utilizzato per la sterilizzazione ovvero il vapore saturo.
Il vapore saturo non deve avere un tenore di umidità né troppo alto in quanto potrebbe causare un sovraccarico di energia trasferita né troppo basso facilitando così un surriscaldamento del vapore nella fase di espansione.
Il processo di sterilizzazione a calore umido con vapore saturo ha un’azione di degradazione dei microrganismi estremamente efficace, in quanto è in grado di trasferire una quantità importante di energia; grazie a questa caratteristica provoca facilmente la coagulazione delle proteine cellulari e dei microrganismi presenti.
Si fa notare che il vapore saturo ha una capacità termica maggiore rispetto all’aria ed è in grado di rilasciare, condensando, una quantità di energia termica pari al suo calore latente di vaporizzazione pari ad oltre 500 cal/gr.
DEFINIZIONE DI TEMPO EQUIVALENTE O F0
Il concetto più importante per la definizione di un ciclo di sterilizzazione a vapor saturo efficace in tempo/temperatura è quello di “tempo equivalente di sterilizzazione” o “F0” introdotto per la prima volta dalla National Canners Association nel 1968 e ripreso in seguito dalla Food and Drug Administration (FDA). Si parla di Tempo equivalente di sterilizzazione in quanto non sempre la temperatura di sterilizzazione utilizzabile in un processo a vapore saturo è quella canonica di 121.1°C. Possono, infatti, essere utilizzate temperature superiori o inferiori le quali incidono sui tempi di sterilizzazione e non ne consentendo più una corretta valutazione dell’efficacia.
L’F0 sopperisce a quanto sopra indicato rispondendo alla domanda: “quanti minuti di sterilizzazione ad una certa temperatura sono equivalenti ad altrettanti minuti a 121.1°C?”. Proveremo di seguito a dare una risposta a tale domanda.
Il tempo equivalente di sterilizzazione o F0 è il metodo matematico utilizzato per definire il tempo di sterilizzazione, equivalente a 121.1°C, per una data temperatura, espresso in minuti in grado di garantire la sterilità; in parole più semplici è l’indice della letalità del processo di sterilizzazione.
Il tempo equivalente di sterilizzazione è calcolabile per ogni istante della sterilizzazione e va identificato e valutato come valore cumulativo a fine sterilizzazione dei singoli valori per ogni intervallo di tempo.
La formula che definisce il tempo equivalente di sterilizzazione durante un intero ciclo di sterilizzazione è:
Dove:
· t: è un intervallo costante di tempo, opportunamente breve, tra le misurazioni espresso in minuti (normalmente l’unità di tempo) successive all’effettiva temperatura di esposizione T (espressa in °C);
· T: è la temperatura effettiva di sterilizzazione espressa in °C;
· z: coefficiente di temperatura; è la variazione di temperatura espressa in °C necessaria per incrementare di 10 volte la velocità di degradazione dei microorganismi (D-value).
Un parametro fondamentale della formula di calcolo dell’F0 è il valore “z” che è definito come “il numero di gradi di variazione di temperatura necessari per far variare di 10 volte il D-value”.
Cosa è il D-value?
Il “D-value” è un parametro che definisce il tempo di decadimento decadale di un microorganismo ossia identifica la resistenza di un determinato microorganismo alla sterilizzazione.
Il “D-value” nella sterilizzazione a vapore saturo è strettamente correlato alle variazioni di temperatura, infatti, incrementando la temperatura, la resistenza del microorganismo diminuisce, mentre diminuendo la temperatura la resistenza del microorganismo aumenta.
Facciamo un esempio pratico:
supponiamo di avere, in un ciclo di sterilizzazione, una fase di sterilizzazione di 20 minuti con registrazione di temperatura a 1 minuto con z value di 10.
Supponiamo, inoltre, che la temperatura (T) si mantenga costante a 140,0°C per i primi 10 minuti e a 139,0°C per gli altri 10 minuti di sterilizzazione.
Il calcolo dell’F0, come detto, deve essere eseguito per ogni registrazione dei 20 minuti applicando la formula indicata sopra come segue:
Prima registrazione (1 minuto):
Essendo un calcolo cumulativo il risultato finale di F0 della fase di sterilizzazione sarà la somma di tutti gli F0 puntuali calcolati ad ogni registrazione; normalmente, i software di acquisizione utilizzati per le mappature termiche, invece, eseguono direttamente il cumulativo andando a sommare al calcolo dell’F0 quello del minuto precedente fino alla fine della fase.
Di seguito in tabella è stato evidenziato sia il calcolo cumulativo sia il calcolo F0 puntuale che dimostra come l’andamento dell’F0 sia fortemente influenzato dalle variazioni di temperatura: infatti con l’abbassamento di 1 °C il valore di F0 puntuale diminuisce circa 16 punti:
Canonicamente il limite minimo di F0 da raggiungere per considerare positivo un ciclo di sterilizzazione è 15, ma è possibile applicare criteri diversi definiti in analisi di rischio dedicate.
L’applicazione del tempo di sterilizzazione equivalente può avvenire nella sterilizzazione a calore umido con vapore saturo in quanto è fondamentale che vi sia contatto tra l’acqua che si genera dalla condensazione del vapore e i microorganismi.
Nella sterilizzazione dei liquidi non solo il contatto con i microorganismi avviene con l’acqua di condensa del vapore ma il liquido stesso da sterilizzare, accumulando calore, diventa liquido sterilizzante e per questo il calcolo può essere espanso anche alle fasi di riscaldamento e raffreddamento fino alla temperatura di 100/110°C.
Questo non è applicabile alla sterilizzazione di elementi porosi o metallici in quanto l’efficacia di sterilizzazione è data solo dal contatto tra l’acqua di condensa del vapore e le superfici da sterilizzare e questo può essere ottenuto solo eliminando tutta l’aria che può frapporsi tra la superficie e il vapore.