酸性氧化電位水的研制及其消毒滅菌機理研究.pdf

1、酸性氧化電位水(Electrolyzed Oxidizing Water,EOW)作為一種高效、快速、廣譜、環(huán)保型滅菌消毒劑,正日益廣泛地應(yīng)用于生活、醫(yī)療和衛(wèi)生等方面。
　　 本文采用ESEM、EDX和AUTOLAB電化學(xué)工作站對四種商用電極進行了表征；采用兩槽隔膜式電解槽進行了動態(tài)制備EOW的工藝研究,探討了制備條件對水質(zhì)和能耗的影響及其規(guī)律；以大腸桿菌、白色念珠菌、金黃色葡萄球菌和枯草桿菌黑色變種芽孢為殺滅對象,系統(tǒng)地考察了

2、EOW的各殺菌因子對滅菌效果的影響；通過TTC-脫氫酶活性測定、透射電鏡、電泳技術(shù)等手段,從分子生物學(xué)水平初步探討了EOW的殺菌機理。
　　 商用電極的表征表明:電極B3和B4較低的析氧電位與其涂層催化活性物質(zhì)RuO2和IrO2有關(guān)；綜合考慮電解出水水質(zhì)、單位能耗、電解時間及電極成本等因素,選擇電極B4做為動態(tài)制水的工作電極。
　　 酸性氧化電位水的動態(tài)制備研究表明:有效氯濃度ACC與電解質(zhì)濃度CNaCl(C)、電解時間

3、t呈線性相關(guān),與電壓U呈指數(shù)相關(guān)；氧化還原電位ORP與CNaCl、t呈線性相關(guān),與U呈對數(shù)相關(guān)；pH值與CNaCl、t呈對數(shù)相關(guān),與U呈線性相關(guān)。電解槽適宜的制水條件:CNaCl為6.0～9.0g·L-1、U為5.0～7.0V、t為2.0～6.0s。建立了EOW的水質(zhì)指標(biāo)數(shù)學(xué)模型:ACC=2.753e0.1888UCt-36.82t×e-0.2152U-37.23Ce-0.5124U+87.24e-0.05856U,R2=0.9945,

4、(α<0.001)；pH=2.869×10-2UlntlnC-0.1278lnClnt-4.182×10-2Ulnt-0.1271×10-2UlnC-0.1210U-5.003×10-2lnt-0.4512lnC+4.563,R2=0.9847,(α<0.001):ORP=1.101CtlnU-2.711tC-12.63ClnU-10.55tlnU+156.4lnU+31.43C+28.91t+798.7,R2=0.9796,(α<0.

5、001)。平均相對誤差為1.09％,能精確控制出水水質(zhì),應(yīng)用于制水機的自控系統(tǒng),可省去在線檢測裝置,顯著降低制造成本。
　　 酸性氧化電位水的滅菌效果及影響因素研究表明:EOW的殺菌能力遠高于單一ACC、低pH值及高ORP作用的簡單加和,它是以ACC為主導(dǎo),低pH值及高ORP為重要促進的三者協(xié)同作用的結(jié)果。其ACC越高、pH值越低、ORP越高,滅菌效果就越好。EOW具有高效、快速的殺菌能力,無干擾物時,EOW對大腸桿菌(ACC:

6、33.1 mg·L-1、0.5min)、金黃色葡萄球菌(ACC:57.6 mg·L-1、1min)、白色念珠菌(ACC:53.7 mg·L-1、3min)和枯草桿菌黑色變種芽孢(ACC:191 mg·L-1、20min)的滅菌率均能達到100％。EOW對病原菌的殺滅能力強弱次序:大腸桿菌>金黃色葡萄球菌>白色念珠菌>枯草桿菌黑色變種芽孢。
　　 ACC在EOW的高效殺菌能力中起了關(guān)鍵作用。Na2SO4、NaNO3電解出水因不含A

7、CC,滅菌效果均顯著低于EOW。但ACC并不單獨決定EOW的殺菌能力,因為堿性的NaClO滅菌能力均遠低于相同ACC的EOW,只有當(dāng)NaClO的ACC比EOW高3～10倍,兩者滅菌效果才相近。
　　 低pH值(高ORP)在滅菌中起了重要的促進作用。對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、白色念珠菌:有干擾物時,pH值越低滅菌效果越好；無干擾物時,在pH≤6,EOW(ACC分別為74.2、84.4和113 mg·L-1)在1min內(nèi)能分別將這

8、三種菌完全殺滅,在pH>6時,滅菌效果均隨pH上升而快速下降。對枯草桿菌黑色變種芽孢,無論是否有干擾物,在pH值為5.88時EOW滅菌效果最好。但低pH值(高ORP)并不具備高效殺菌能力,Na2SO4、NaNO3電解水的滅菌能力遠低于EOW,pH為2.50的H3PO4、HCl溶液的滅菌效果都很差。
　　 活性氧并非EOW具有高效殺菌能力的主要因為。高TOSs(224mg·L-1)的H2O2對白色念珠菌作用2min,滅菌率只有54

9、.4％(KL=0.34),有效氯和活性氧聯(lián)用對滅菌無協(xié)同作用。有機干擾物對EOW的殺菌能力有較強的抑制作用,濃度越高,抑制作用越明顯,抑制程度與殺菌能力的順序相反。
　　 酸性氧化電位水的消毒滅菌機理研究表明:病原菌的失活致死是由于細胞膜的通透性屏障被迅速破壞,重要胞內(nèi)物如蛋白質(zhì)、DNA及K+等快速泄漏,脫氫酶活性迅速下降,菌體蛋白質(zhì)被破壞等多種因素綜合所致。EOW能快速降低大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的脫氫酶活性；EOW能迅速增大

10、細胞膜的通透性,使菌液電導(dǎo)率發(fā)生突躍；超微結(jié)構(gòu)顯示EOW破壞了病原菌的胞壁,胞內(nèi)物質(zhì)泄漏,并使核區(qū)結(jié)構(gòu)受到不同程度破壞；蛋白質(zhì)、DNA及K+的檢出確證了病原菌的細胞壁、細胞膜已被破壞,細胞內(nèi)含物泄漏。在EOW分別作用1、1、3、20min時,四種菌的蛋白質(zhì)泄漏量達到峰值；SDS-PAGE凝膠電泳顯示EOW能破壞菌體蛋白質(zhì),使蛋白質(zhì)條帶染色變淺、模糊、甚至消失；基因DNA電泳說明EOW造成大腸桿菌的死亡是壞死現(xiàn)象而不是凋亡。電泳帶強度的減