El ciclo de líquidos en autoclaves

La esterilización de líquidos en autoclave es un procedimiento habitual en laboratorios de microbiología y centros de investigación, donde la esterilidad de los líquidos es esencial para la integridad de experimentos científicos y procesos de producción.

Las autoclaves, dispositivos que trabajan con vapor de agua a presión, son comúnmente usados para esterilizar tanto instrumentos como objetos sólidos. Sin embargo, la esterilización de líquidos, como medios de cultivo y soluciones tampón, presenta desafíos únicos que influyen en el diseño y duración del ciclo de esterilización a emplear.

Un aspecto crítico en la esterilización de líquidos es evitar el efecto «boil-over», un fenómeno que ocurre cuando un líquido caliente en un recipiente cerrado experimenta un brusco cambio de presión, provocando su ebullición espontánea y derrame. Este riesgo, junto con la necesidad de controlar cuidadosamente la velocidad de calentamiento y enfriamiento, distingue la esterilización de cargas líquidos de la de objetos sólidos.

Principios básicos del ciclo de líquidos en autoclave

El ciclo de líquidos en una autoclave se basa en un ciclo gravitatorio con algunas modificaciones ya que se debe controlar la fase de enfriamiento y se debe elongar la duración de la fase de calentamiento. Si bien la temperatura de esterilización que se emplea es de 121°C, la duración dependerá en gran medida de la cantidad de líquidos y tamaño de los recipientes.

A diferencia de los ciclos de gravedad y de vacío, que se destinan a procesos de esterilización de materiales sólidos y porosos, el ciclo de líquidos está diseñado específicamente para procesar cargas líquidas en recipientes, y persigue evitar fallas en la esterilización, sobrecalentar la carga, la ebullición espontánea y minimizar la pérdida por evaporación.

Para conseguir estos objetivos el control preciso de la fase de calentamiento es crucial. Los grandes volúmenes de líquidos tardan mucho tiempo en calentarse ya que experimentan un importante retraso en equiparar su temperatura con la temperatura de cámara, por lo que si aplicamos el mismo tiempo de exposición propio de un ciclo de sólidos para esterilizar una carga líquida veremos que la carga líquida no alcanzará la temperatura de esterilización con la misma velocidad.

El efecto contrario ocurre en la fase de enfriamiento, los líquidos tardan mucho más tiempo en enfriarse, por lo que los usuarios inexperimentados corren el riesgo de padecer quemaduras al retirar la carga porque a pesar de que la temperatura cámara se haya enfriado a una temperatura de seguridad, los líquidos pueden estar aún muy calientes.

Otro aspecto a tener en cuenta es que una despresurización demasiado rápida durante la fase de enfriado puede causar el efecto «boil-over», o lo que es lo mismo, una ebullición espontánea del líquido. Por ello, el ciclo de líquidos debe despresurizar la cámara gradualmente, reduciendo lentamente la presión para evitar cambios bruscos de temperatura.

Desafíos únicos de la esterilización de líquidos

Como hemos visto, la esterilización de líquidos en autoclave enfrenta desafíos específicos debido a las propiedades físicas de los líquidos y la necesidad de mantener su integridad durante el proceso.

Manejo del alto calor específico de los líquidos

Uno de los principales desafíos en la esterilización de líquidos es su alto calor específico. Los líquidos, en comparación con los sólidos, requieren de mucha más energía para aumentar su temperatura. Esto significa que los ciclos de esterilización para líquidos deben ser más largos, ya que se necesita más tiempo para que el líquido alcance la temperatura de esterilización. Igualmente, el enfriamiento también toma más tiempo, prolongando la duración total del ciclo.

Para abordar este problema, las autoclaves modernas pueden equiparse con una sonda central que monitorea la temperatura interna de la carga y que también actúa como regulador del ciclo. Esto significa que si programamos un ciclo de líquidos con una temperatura de esterilización de 119°C durante 10 minutos, el cronómetro no comenzará hasta que la temperatura de la carga alcance los 119°C.

En las autoclaves tradicionales, el cronómetro se inicia cuando la temperatura de la cámara alcanza los 119°C, pero la temperatura de la carga podría estar solo en 105°C. Esta discrepancia es una causa común de fallos en la correcta esterilización de cargas líquidas.

Prevención del efecto «boil-over»

Este fenómeno, también llamado ebullición rápida, está causado por un cambio rápido de presión durante la fase de enfriado, lo que puede resultar en salpicaduras y derrames y la consiguiente pérdida de carga esterilizada y aún peor, ensuciar el equipo y el resto de carga.

A nadie le gusta tener que limpiar una autoclave con restos de agar solidificado por las paredes de la cámara. Para evitar este problema, se debe realizar una despresurización escalonada durante la fase de enfriamiento y efectuar un control preciso de la temperatura de la carga mediante el uso de una sonda central.

Mantenimiento de la integridad del líquido

Otro desafío importante es mantener la integridad química y biológica de los líquidos especialmente porque tardan mucho tiempo en enfriarse, lo que lleva a sobrecocciones y pérdidas de tiempo considerables. Esta situación es especialmente problemática para líquidos termolábiles, cuyas propiedades pueden verse afectadas adversamente por una exposición innecesaria a alta temperatura. Por ejemplo, ciertos medios de cultivo ven empeorada su tasa de fecundidad debido a la descomposición de proteína o triglicéridos, mientras que ciertos reactivos pueden experimentar cambios en su composición química.

Para combatir este problema y mejorar la productividad del laboratorio, se recomienda emplear autoclaves con sistemas de enfriado rápido, ya que reducen significativamente el tiempo de exposición al calor y permiten recuperar la carga mucho más rápido, aumentando drásticamente la productividad del laboratorio. En función del tipo de sistema de enfriado rápido empleado y el tipo de carga se pueden llegar a alcanzar reducciones de hasta el 90%, lo que representa ahorros de más de 60 minutos en cada ciclo de esterilización.

Entre las tecnologías más comunes están los ventiladores y los serpentines de agua. Además, las autoclaves más modernas incluyen sistemas de sobrepresión para prevenir el «boil-over» durante la fase de enfriado y minimizar la pérdida de líquido por evaporación. Otro tipo de autoclaves, los preparadores de medios, permiten obtener reducciones aún más rápidas.

Parámetros clave del ciclo de líquidos

Queda claro que el ciclo de líquidos en una autoclave es un proceso delicado que requiere la configuración precisa de varios parámetros para garantizar una esterilización efectiva y segura. Estos parámetros incluyen la temperatura de la cámara, la temperatura de la carga, la presión de la cámara, el tiempo de exposición y el control de la fase de enfriado, cada uno de los cuales juega un papel crucial en el éxito del proceso.

1. Temperatura y presión óptimas

   La temperatura y la presión son los factores más críticos en la esterilización de líquidos. Generalmente, los líquidos se esterilizan a una temperatura de alrededor de 121°C, que se logra bajo una presión de aproximadamente 1,1Barg. Esta combinación de alta temperatura y presión es efectiva para eliminar cualquier microorganismo, incluso las esporas. No obstante, para líquidos termolábiles se deberán usar temperaturas menores.

   En cualquier caso, es fundamental mantener estas condiciones de manera constante durante la fase de esterilización para asegurar la esterilidad completa del líquido. También es recomendable usar siempre una sonda central que monitorice la temperatura de la carga y que sea esta la que gobierne el ciclo en vez de la temperatura de la cámara.

2. Tiempo de esterilización

   El tiempo de exposición a la temperatura de esterilización es otro parámetro vital. Este tiempo varía según el tipo y volumen del líquido, así como de la carga total de la autoclave. Los líquidos requieren un tiempo de exposición más prolongado en comparación con los sólidos debido a su mayor calor especifico.

   El tiempo de exposición típico puede variar desde 15 minutos hasta más de 30 minutos, dependiendo de estos factores. Dos recomendaciones a tener en cuenta son emplear indicadores biológicos para validar los procesos y tratar de minimizar el volumen de los contenedores para que los tiempos de ciclo sean menores. Es más eficiente procesar más contenedores de menor volumen que menos contenedores pero de mayor volumen.

   Finalmente, es recomendable emplear ciclos de esterilización regulados por F₀ gracias a su capacidad para cuantificar con precisión la letalidad de un proceso de esterilización. Al utilizar el valor F0, se ajusta automáticamente el ciclo de esterilización según las necesidades específicas de la carga. Esto evita errores de ineficacia por exposiciones demasiado cortas y problemas de consistencia relacionados con la disposición de la carga dentro de la autoclave, tanto en forma como en número de envases.

3. Control de la fase de enfriado

   La fase de enfriado es una etapa importante en el ciclo de líquidos. Una despresurización rápida provocará una ebullición descontrolada de la carga líquida, mientras que un enfriamiento demasiado lento prolongará innecesariamente el ciclo y sobrecocinará la carga, mermando la calidad del líquido procesado. Por lo tanto, debe usarse una autoclave con programa de líquidos para evitar cambios bruscos de temperatura y presión durante la fase de enfriado.

   Para los laboratorios que tengan una gran demanda de volumen a procesar, se recomienda utilizar autoclaves con sistema de enfriado rápido o preparadores de medios para acelerar este proceso sin comprometer la seguridad o la eficacia del mismo. Gracias a este tipo de autoclaves se puede mejorar exponencialmente la productividad del laboratorio.

4. Monitoreo y validación

   El monitoreo y registro de cada proceso es esencial para asegurar que cada ciclo de esterilización se está llevando a cabo correctamente. Esto generalmente se logra mediante sensores y controles automatizados que ajustan la temperatura, la presión y el tiempo según sea necesario. Además, la validación periódica del buen funcionamiento de la autoclave es crucial para confirmar que su desempeño siguen siendo efectivo a lo largo del tiempo.

Autoclaves y accesorios específicos para la esterilización de líquidos

En el mercado, hay varias opciones disponibles para mejorar la eficiencia y seguridad en la esterilización de líquidos, todas ellas basadas en el uso de tecnologías y modelos especializados:

• Autoclaves equipados con ciclos para líquidos

Estas autoclaves cuentan con sistemas de control y programas específicos para esterilizar líquidos. Los modelos más avanzados permiten incluso programar por el valor F₀ en vez de temperatura de esterilización.

• Autoclaves con sonda flexible central

Proporcionan lecturas de temperatura en tiempo real sobre las condiciones dentro de la carga líquida. Este accesorio permite controlar que la esterilización se realice correctamente y que la carga esté expuesta a la temperatura objetivo durante el tiempo que se requiera.

• Sistemas de enfriado rápido

Estos sistemas permiten acortar la duración de la fase de enfriamiento. Algunos ejemplos incluyen el uso de ventiladores externos, ventiladores internos, un serpentín de agua, una camisa de refrigeración o los sistemas de ducha de agua.

Consideraciones especiales para cargas líquidas sensibles al calor

La esterilización de cargas líquidas termolábiles requiere de un enfoque más cuidadoso y adaptado para preservar la integridad física y química de la carga a la vez que se asegura su esterilidad. Este tipo de cargas líquidas, al igual que ciertos reactivos químicos y medios de cultivo, pueden degradarse o alterar sus propiedades cuando se exponen a altas temperaturas durante demasiado tiempo.

Para evitar este problema, es recomendable trabajar con la equivalencia térmica entre distintas temperaturas y tiempos mediante el uso del valor F₀.

Uso del valor F₀

El valor F₀ permite cuantificar la esterilidad de un proceso térmico y la equivalencia de letalidad entre dos procesos. Es un método ampliamente utilizado en la esterilización de alimentos y también es esencial para preservar la integridad de sustancias propensas a la termólisis.

Concretamente, el valor F₀ representa el tiempo de exposición en minutos equivalente a 121°C. Así, un F₀ de 3 denota una esterilización equivalente a tres minutos a 121°C. Siguiendo con el ejemplo, aplicando la fórmula, podemos calcular que una F₀ de 3 equivale a 6 minutos a 118ºC. Es decir, es lo mismo esterilizar 3 minutos a 121°C que esterilizar 6 minutos a 118°C.

Fundamentalmente, permite la extrapolación de la efectividad esterilizante de un proceso a otras temperaturas, facilitando la adaptación precisa de un proceso térmico al modificar la temperatura máxima del proceso con el objetivo de poder optimizar la relación entre esterilización y preservación de las propiedades fisicoquímicas del producto.

Cálculo de la duración de un ciclo regido por valores F₀

Cuando se trabaja con una autoclave con programas F₀, sólo se debe informar del valor F₀ objetivo y la temperatura máxima de proceso, eliminando la necesidad de programar un tiempo en el ciclo de esterilización. De esta forma, la autoclave automáticamente mide la evolución del valor F₀ real y detiene el ciclo al alcanzar el valor F₀ objetivo.

Enfriamiento de líquidos termolábiles

El enfriamiento cuidadoso es igualmente importante para los líquidos sensibles al calor. Un enfriamiento demasiado lento provocará una sobreexposición al calor. Igualmente, una despresurización rápida provocará salpicaduras y derrames. Por lo tanto, es muy recomendable utilizar autoclaves equipados con sistemas de enfriado rápido y con soporte de presión para procesar este tipo de cargas y así reducir al mínimo necesario el tiempo que la carga está caliente.

Mejores prácticas y consejos para la esterilización efectiva de líquidos en autoclave

Para optimizar la esterilización de líquidos en autoclave, recomendamos seguir ciertas prácticas:

1. Selección adecuada de contenedores

   Utilizar siempre contenedores termoresistentes y dejar siempre un espacio para la expansión térmica de los líquidos.

2. Recipientes con tapón siempre semi-abiertos

   Para evitar la rotura de recipientes o derrames, nunca se debe esterilizar líquidos en envases herméticos a menos que se use un ciclo con soporte de presión. Por ejemplo, los tapones de las botellas se deberán desenroscar levemente y los Erlenmeyer deberán cubrirse con papel de aluminio.

3. Ajuste correcto de los parámetros de la autoclave

   Ajustar la duración del ciclo según el volumen total de los recipientes a esterilizar y contar con una autoclave que ejecute una despresurización escalonada en la fase de enfriamiento.

4. Usar autoclaves con programas para líquidos y un sistema de enfriado rápido

   Esto nos permitirá ahorrar mucho tiempo, evitar la sobrecocción de la carga, ofrecerá mayor seguridad para los operadores y a la larga nos evitará mucho tiempo de limpieza fruto de derrames de la carga.

   

5. Monitoreo y validación

   Equipar la autoclave con una sonda central y colocarla dentro de un recipiente de referencia. Esto nos permitirá monitorizar precisamente la evolución de la temperatura en la carga y verificar que la carga ha estado expuesta a la temperatura objetivo durante el tiempo necesario. También es muy recomendable usar indicadores biológicos y químicos para confirmar la correcta esterilización y mantener un registro detallado de todos los procesos ejecutados.

6. Manipulación de la carga

   Evitar la apertura prematura de la puerta de la autoclave y manipular con precaución los recipientes una vez finalizado el ciclo. Como hemos visto, los líquidos tardan mucho más tiempo en calentarse que los objetos sólidos y lo mismo ocurre en la fase de enfriado.

7. Limpieza y mantenimiento regulares de la autoclave

   Mantener la autoclave limpia y realizar inspecciones y mantenimientos regulares para asegurar el correcto funcionamiento de los mecanismos de seguridad y prolongar su vida útil.

Siguiendo estas prácticas, podrás mejorar la eficacia y seguridad de la esterilización de líquidos en autoclave, garantizando resultados consistentes y confiables en cualquier contexto.