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氯化物——常用消毒劑

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2010-05-11
核心提示:  液態(tài)氯、次氯酸鹽、無機氯胺、有機氯胺、二氧化氯都可作為殺菌劑,但它們的抗菌活性有所不同。將氯氣慢慢通入水中可形成具有

  液態(tài)氯、次氯酸鹽、無機氯胺、有機氯胺、二氧化氯都可作為殺菌劑,但它們的抗菌活性有所不同。將氯氣慢慢通入水中可形成具有抗菌作用的次氯酸鹽(HOCl)。液態(tài)氯是次氯酸鈉溶液(NaOCl),作為殺菌劑次氯酸的效力是等濃度次氯酸鹽離子的80倍。但是氯作為抗菌劑的活性還沒有得到充分的確定。次氯酸是氯化物中活力最強的,它通過對在碳水化合物代謝中起重要作用的酶分子中的巰氫基團(tuán)進(jìn)行氯氧化作用,以抑制葡萄糖氧化反應(yīng)的發(fā)生,從而殺死微生物細(xì)胞。因為醛縮酶在新陳代謝中的重要性質(zhì),所以認(rèn)為它是主要的被作用部位。

  氯作用的其它方式可能是:(1)破壞蛋白質(zhì)復(fù)合物;(2)氨基酸氧化脫羧形成亞硝酸和醛;(3)與核酸、嘌呤、嘧啶反應(yīng);(4)破壞關(guān)鍵酶造成不平衡新陳代謝;(5)誘導(dǎo)DNA損傷,造成DNA-轉(zhuǎn)變的喪失;(6)抑制氧的吸收和氧化磷酸化,并且使某些大分子泄露;(7)胞嘧啶的毒性N-氯代衍生物的形成;(8)造成染色體畸變。

  營養(yǎng)細(xì)胞吸收的是自由氯而不是結(jié)合氯,因此,細(xì)胞原生質(zhì)中氯胺的形成不會引起內(nèi)部的破壞,在有氯存在下使用32P顯示出在微生物細(xì)胞膜中出現(xiàn)了破壞性的永久變化。Camper和McFetters(1979)的研究證明了氯攻擊細(xì)胞膜的功能性,特別是胞外營養(yǎng)物的運輸,同時,標(biāo)記過的碳水化合物和氨基酸不能被經(jīng)氯處理過的細(xì)胞吸收。Benarde 等(1965)曾采用14C-標(biāo)記氨基酸,揭示了二氧化氯破壞大腸桿菌中的蛋白質(zhì)合成物,但他并沒有指出破壞程度。

  氯的釋放成分能刺激芽孢發(fā)芽,然后使萌芽的芽孢失活。Kulikoosky 等(1975)研究認(rèn)為,氯通過改變芽孢的外層覆蓋物并釋放出其中的Ca2+、吡啶二羧酸(DPA)、RNA和DNA來改變芽孢的滲透性。顆粒狀的氯殺菌劑是基于含有吸附在有機載體上可釋放出離子的鹽。氯化異腈是一種高穩(wěn)定性,快速溶解的氯載體,它可以釋放出兩個氯離子中的任一個,并在水溶液中形成NaOCl。對這類產(chǎn)品,通過調(diào)節(jié)與固體氯載體混合的緩沖液的最適pH值來控制抗菌活性、腐蝕特征以及殺菌劑溶液的穩(wěn)定性。

  氯的化學(xué)性質(zhì)是當(dāng)液態(tài)氯和次氯酸鹽與水混合時,便水解形成次氯酸。次氯酸溶解于水中,形成氫離子(H+)和次氯酸根離子(OCl-)。如果將鈉離子與次氯酸鹽混合則生成次氯酸鈉,方程式如下:

Cl2+H2O→HOCl+H++Cl-

NaOCl+ H2O→NaOH+HOCl

HOCl→H+OCl-

  當(dāng)氯殺菌劑主要以次氯酸形式存在時,它們在低pH下具有較高的殺菌效率。pH升高,次氯酸根離子仍然是主要存在形式,但不能作為有效殺菌劑。另一種氯化合物,二氧化氯在水溶液中不能水解,因此,其活性狀態(tài)是完整的分子形式。

  氯是一種有效的殺菌劑,能夠作用于機械拋光的不銹鋼、未磨光的電拋光不銹鋼以及聚碳酸酯表面,使單菌落數(shù)減少到1.0logCFU/cm2,這種殺菌劑對菌落數(shù)超過1.0logCFU/cm2的電拋光不銹鋼以及礦物樹脂表面的殺菌效果不佳(Frank and Chmielewski, 1997)。

  次氯酸鹽:活力最大、也是使用最廣泛的氯化合物。次氯酸鈣和次氯酸鈉是兩種重要的次氯酸鹽化合物,這些殺菌劑能有效地使懸浮于水中的微生物細(xì)胞失活,但需要大約1.5~100秒的接觸時間。對大多數(shù)微生物而言,少量游離態(tài)的活性細(xì)胞可在10秒內(nèi)殺死90%。細(xì)菌芽孢對次氯酸鹽的抵抗力要比營養(yǎng)細(xì)胞強,減少90%細(xì)胞所需的時間約為7秒到20多分鐘(Odlang,1981)。使細(xì)菌芽孢失活所需的FAC濃度約比殺死營養(yǎng)細(xì)胞所需的FAC濃度高10~1000倍(1000ppm,與0.6~13ppm相比較)。梭狀芽孢對氯的抵抗能力小于芽孢桿菌的芽孢。這些數(shù)字表明,在殺菌過程中由于次氯酸濃度低、接觸時間短,因此限制了其對細(xì)菌芽孢的作用。雖然對許多待清洗表面來說,有效濃度是200ppm,但對多孔區(qū)域建議使用800ppm。

  現(xiàn)舉例說明如何在200L罐中配制200ppm氯溶液。假設(shè)氯中含8.5%的NaOCl。

8.5%NaOCl=85,000ppm(0.085×1,000,000)

1L  =1,000mL

 
 

200L=200,000mL

 

85,000X=40,000,000mL

X=470mL8.5%的NaOCl

  次氯酸鈣、次氯酸鈉以及一系列氯化磷酸三鈉都可作為清洗后的殺菌劑使用,次氯酸鹽也可以加到清潔劑溶液中,以形成清潔-殺菌混合溶劑。清潔劑可以配合有機氯-釋放劑,例如二氯異腈鈉和二氯二乙內(nèi)酰脲。

  分子次氯酸的濃度隨pH的升高而降低,在pH4左右濃度最高;當(dāng)pH高于5時,次氯酸根離子(OCl-)增加;當(dāng)pH<4時,氯氣增多。由于pH超過6.5時存在大量次氯酸,殺菌操作通常在pH6.5~7.0范圍內(nèi)。

  以氯為基礎(chǔ)的殺菌劑的反應(yīng)時間取決于溫度,若溫度高于52℃時,每提高10℃反應(yīng)速度增加一倍;雖然次氯酸相對穩(wěn)定,但是,如果溫度高于50℃以上,氯氣的溶解性將迅速降低。

  Park 等(1991)評價了控制緩沖次氯酸鈉對細(xì)菌污染的效率,他們發(fā)現(xiàn)這種殺菌溶液對減少腸炎沙門氏菌很有效。研究表明,當(dāng)食品浸泡于殺菌液中時,食品中蛋白質(zhì)功能性、脂肪氧化性以及淀粉的降解沒有產(chǎn)生負(fù)面效果。

  活性氯溶液是非常有效的殺菌劑,特別是自由氯以及處于弱酸性溶液中時。這些化合物通過使蛋白質(zhì)變性和酶失活起作用。氯殺菌劑對格蘭氏陽性菌和格蘭氏陰性菌有效,而且在一定條件下對病毒和芽孢也有效。但是,如果存在殘余有機物,次氯酸鹽中的有效氯和其它氯釋放劑將與之反應(yīng),并且被鈍化。在這種情況下,如果采用足夠的氯溶液,同時其濃度也達(dá)到一定要求的話,那么其殺菌效率也能達(dá)到要求。應(yīng)該使用新配的溶液,在貯藏過程中溶液的強度和活性都會有所降低。利用檢測試劑盒可以很容易地測量出活性氯的濃度從而確保其達(dá)到所需要的濃度。

  無機氯胺是通過氯和胺型氮反應(yīng)而生成的化合物,有機氯胺則是通過次氯酸和胺、亞胺以及酰亞胺反應(yīng)生成的化合物。細(xì)菌芽孢和營養(yǎng)細(xì)胞對胺的抵抗力大于其對次氯酸的抵抗力。氯胺T釋放氯的速度慢,因此,與次氯酸比較,其致死效果也慢。其它的胺化合物在鈍化微生物時的效率與次氯酸鹽相等甚至更高。二氯異腈鈉殺死大腸桿菌、金黃色葡萄球菌和其它細(xì)菌的活力要高于次氯酸鈉。

  目前,對二氧化氯殺菌效果的了解還不及其它氯化合物。但是,這方面的研究工作正逐步深入,這種化合物的新化學(xué)式表明它能被輸送到使用區(qū)域(而不是需要現(xiàn)配現(xiàn)用),因此,其在食品工業(yè)上的應(yīng)用日益廣泛。據(jù)了解,二氧化氯的氧化能力是氯的2.5倍。這種化合物在pH6.5時不如氯有效,但在pH8.5時ClO2效果最佳。這種特性表明ClO2很少受堿性條件和有機物存在影響,因此在污水處理方面,二氧化氯是一種有效的殺菌劑。

  下述反應(yīng)方程式說明了二氧化氯的形成過程:

5NaClO2+4HCl→4ClO2+5NaCl+2H2O

NaOCl+HCl→NaCl+HOCl

HOCl+2NaClO2→ClO2+2NaCl+H2O

  Meinhold(1991)報道,利用產(chǎn)生的泡沫可將ClO2用于清洗和殺菌過程中,將氯鹽和氯或次氯酸鹽和酸混合,然后添加亞氯酸鹽可得到ClO2泡沫。一個生物降解泡沫含有1~5ppm的ClO2,它所需要的接觸時間比季胺或次氯酸鹽少。二氧化氯的抗菌范圍比較廣,包括細(xì)菌、病毒以及芽孢形成體。作為一種化學(xué)氧化劑,其殘余活性能顯著抑制微生物的二次污染。一般說來,在較寬的pH范圍內(nèi),它通常都具有活性。因此,特別適用于食品加工設(shè)備的清洗和消毒,而且這種化合物比其它氯化物殺菌劑的腐蝕性小。因為它所需使用的濃度較低,產(chǎn)生不愉快氣體的氯化有機物的量也較低。

  美國食品和藥物管理局(FDA)現(xiàn)已同意將穩(wěn)定的二氧化氯用于食品加工設(shè)備的殺菌。通常將濃度為5%的穩(wěn)定二氧化氯(pH8.5~9)稱為Anthium dioxcide。游離二氧化氯是溶液中的潛在殺菌劑,盡管Anthium dioxcide確實具有抗菌性能,但不及游離二氧化氯有效。穩(wěn)定二氧化氯在pH8.5時能溫和抑菌,但有效殺菌成分是游離二氧化氯。Anthium dioxcide是氧和氯以二氧化氯形式在水中結(jié)合而成的復(fù)合物,它比其它氯殺菌劑具有更長的后效。其在工業(yè)上的應(yīng)用包括:免漂洗殺菌劑(濃度為100ppm)、家禽冷凍罐的殺菌(使用濃度為3~5ppm)、飲用水的處理。

  8-羥基喹啉作為一種殺菌劑,近年來引起廣泛關(guān)注。相對與亞氯酸鹽的轉(zhuǎn)化而言,其形成過程與二氧化氯不同,它是通過其特有的反應(yīng)過程形成的。過程中,通過調(diào)節(jié)亞氯酸鹽和二氧化氯以及其它氧氯化合物的比例,以形成8-羥基喹啉,有可能提高殺菌能力。將氣體溶解在特殊的水溶液中,轉(zhuǎn)化成“鹽”的形式,便可以達(dá)到穩(wěn)定8-羥基喹啉的目的(Flikinger, 1997)。這種二元產(chǎn)物需要一種催化劑,如食用級的酸,以降低pH并回收氣體。這種化合物作為表面殺菌劑能有效防止形成生物膜。最近對大腸桿菌O157:H7的研究表明,6ppm 的8-羥基喹啉便可破壞這種病原體。

  當(dāng)氯化合物用在溶液中或表面上時,氯與細(xì)胞反應(yīng),這些殺菌劑都能殺滅微生物和芽孢。營養(yǎng)細(xì)胞比梭菌芽孢易受破壞,而梭菌芽孢又比芽孢桿菌芽孢更易被殺死。濃度低于50ppm的氯對利斯特單胞菌缺乏抗菌活性,當(dāng)濃度高于50ppm時,便能有效破壞這種病原體。當(dāng)提高游離氯含量,降低pH值并升高溫度時,大多數(shù)氯化合物的致死效果都會得到提高。但在高溫下,氯在水中的溶解度降低、腐蝕性升高,而且高濃度氯或低pH的溶液將會腐蝕金屬。氯化合物在以下幾方面優(yōu)于其它殺菌劑:

· 對細(xì)菌、真菌、病毒有效。

· 是一類能快速作用的化合物,可以在50ppm濃度下30秒內(nèi)通過Chambers實驗。

· 最廉價的殺菌劑(如果使用廉價的氯化合物)。

· 如果使用濃度低于或等于200ppm,那么設(shè)備可不必清洗。

· 能以液體或顆粒形式存在。

· 不受硬水鹽的影響(除了由于pH造成的少許變化外)。

· 高濃度氯能軟化墊圈,并從設(shè)備的橡膠部分帶走碳。

· 無毒性。

· 比氯腐蝕性小。

但是,它們也具有一些缺點:

· 不穩(wěn)定,加熱或受有機物污染時流失非?。

· 溶液pH升高時效力降低。

· 對不銹鋼或其它金屬的腐蝕性非常大。

· 必須和食品加工設(shè)備接觸,特別是對許多類型的盤子,短時間接觸能防止腐蝕。

· 儲存時見光或溫度超過60℃會變質(zhì)。

· 在低pH溶液中將生成有毒性和腐蝕性的氯氣。

· 濃的液態(tài)形式可能發(fā)生爆炸。

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