Ультразвук

Ультразвуковая стерилизация жидких сред.

Обработанные ультразвуком растворы, эмульсии, суспензии и отвары в течение некоторого времени после обработки остаются стерильными. В последующие года, стерилизующее действие ультразвука стало предметом всесторонних исследований.  Были получены многочисленные экспериментальные данные, некоторые отмечались ранее (например, стерилизация молока), другие же, наиболее интересные, приведены далее.

• В течение 5 минут ультразвуковой обработки удается достичь полной стерилизации питьевой воды без применения каких-либо химикатов.
• При воздействии ультразвука постоянной интенсивности на поверхность кожи человека, количество микроорганизмов прогрессивно падает по мере увеличения длительности.  После 30 — 40  минут обработки
  поверхность кожи становится стерильной.
• Установлено, что при ультразвуковом воздействии повышается чувствительность микроорганизмов к дезинфицирующим веществам. Поэтому концентрации антисептиков и консервантов в сочетании с ультразвуковой обработкой могут быть уменьшены в десятки и сотни раз.
• Ультразвуковая обработка изделий и материалов для хирургии (например, катетеры и искусственные клапаны сердца) в растворах антибиотиков обеспечивает не только стерилизацию, но и введение антибиотиков вглубь материалов. Введенные таким образом антибиотики сохраняют длительное действие в тканях человека.

Проведенные исследования позволили неопровержимо установить, что стерилизующее действие звука проявляется на частотах 20 кГц и выше, при интенсивности более 0,5 Вт/см2.  Механизм стерилизующего действия ультразвука весьма сложен и раскрыт не полностью. Очевидно только, что ведущим стерилизующим фактором является ультразвуковая кавитация. При стерилизации различных жидких сред ультразвуком необходимо учитывать следующее:

• Бактерицидное действие ультразвука зависит от состояния среды и ее состава, а также от количества микроорганизмов. Так в дисцилированной воде процесс стерилизации происходит быстрее, чем в растворах солей, белков, высокомолекулярных соединениях.
• При обработке настоев и отваров в первую очередь погибают плесени, затем дрожжи, слизеобразующие и в последнюю очередь спороносные бактерии.
• Ультразвуком разрушаются кишечная, брюшнотифозная, дифтерийная, сенная палочки, бациллы дизентерии, столбняка, сальмонеллы, кокки, гонококки, трипаносомы, трихомонады, возбудитель паратифа, тифа и др.
• При высоких интенсивностях ультразвука, то есть в непосредственной близости от рабочего инструмента, разрушаются вирусы табачной мозаики, полиомиелита, сыпнотифозные, гриппа. Бактериофаги больших размеров также чувствительны к действию ультразвука.
• Из патогенных микроорганизмов наибольшую устойчивость проявляют штаммы туберкулезных палочек.
• В сочетании с ультразвуком бактерицидным свойствами обладают бура, сульфит и бульфит натрия и калия, соли фенилртути, мертиолит, кислоты, отдельные красители (генционовый, фиолетовый, фуксин, бриллиантовый зеленый), соли аммониевых соединений, окислители (хлор, йод, перекись водорода), газы (озон, углекислый сероводород).

В каждом участке среды, куда приходит ультразвуковая волна, периодически происходит сжатие или разрежение. Ультразвуковые волны, распространяющиеся в жидкости, вызывают в местах разрежения образование микроскопических полостей. Возникшая полость быстро закрывается под влиянием последующего сжатия. Это - кавитация. Продолжительность жизни кавитационного пузырька почти соизмерима с периодом звукового колебания. В диапазоне высоких ультразвуковых частот она составляет миллионные доли секунды. Находящиеся в кавитационной полости молекулы и атомы газов подвергаются процессам ионизации или диссоциации кавитационной полости молекулы воды (которая как бы вскипает) образуются весьма активные радикалы (Н, ОН). В таких полостях возникают богатые энергией вещества (ионизированные и активизированные молекулы и ионы, свободные радикалы Н, ОН, НО2 и т.д.), что дает возможность осуществлять в ультразвуковом поле почти все известные химические реакции. Ультразвук может не только влиять на чисто физические и химические процессы, но и оказывает сильное биологическое действие, резко меняя жизнедеятельность живых существ, попавших в его сферу.

В основе летального действия ультразвука на микроорганизмы лежит кавитация, при которой создаются большая разница в давлениях и разрыв клеточной оболочки.

В процессе озвучивания бактериальной культуры микробные клетки подвергаются моментальному разрушению. В клетках подвергших механическому сотрясению происходит разжижение протоплазмы, увеличение клетки в размерах, а затем разрыв клеточной стенки.

В результате воздействия ультразвука происходит коагуляция белков внутри клетки и нарушение ее жизненных функций.  Последнее подтверждается микроскопической картиной. Мгновенный разрыв (меньше чем в 1/1200 секунды) установлен многими исследованиями. При таких разрывах из клеток извлекаются эндотоксины, антигены, ферменты. Действию ультразвука поддаются дрожжевые клетки, светящиеся бактерии, кишечные, тифозные палочки, сальмонеллы.  Установлено, что при воздействии на бактерии кишечно-тйфозного семейства в первую очередь разрушается двигательный аппарат (жгутики), а затем сами клетки. Ультразвук оказывает бактерицидное действие на дизентерийные палочки. Под действием ультразвука погибают как аэробные так и анаэробные патогенные микроорганизмы. Ультразвуковые волны вызывают разрушение капсулы почти у всех клеток азотобактера, независимо от их возраста. Микобактерии туберкулеза, обладающие, как известно, высокой устойчивостью к большинству физических факторов, также подвергаются разрушению ультразвуковыми волнами.

На основании изложенного можно считать, что с помощью ультразвука  или его сочетаний с антисептиками, стерилизацию можно проводить значительно быстрее, чем обычными способами, с меньшими экономическими  затратами,  экономией антисептиков,  сохраняя биологически активные вещества, ферменты, витамины, так как ультразвуковая стерилизация проводится при низкой температуре.

Ультразвуковая обработка мяса и рыбопродуктов.

Приготовление различных эмульсий.

Ультразвуковая обработка молока.