試論二氧化氯對細(xì)菌的殺滅機(jī)理

胡偉

摘 要：二氧化氯是國際上公認(rèn)的安全、無毒的綠色消毒劑，濃度極低就能殺滅大多數(shù)致病菌，在濃度為十萬分之幾時就能完全殺滅所有的微生物，但目前人們對二氧化氯的殺菌機(jī)理尚不清楚。簡述了二氧化氯對重要生物分子的作用機(jī)理，以期進(jìn)一步明確二氧化氯的殺菌機(jī)理。

關(guān)鍵詞：二氧化氯；細(xì)菌；殺菌機(jī)理；氨基酸

中圖分類號：Q93-334 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.22.083

眾所周知，二氧化氯是當(dāng)前最安全的消毒劑之一，其氧化能力是氯氣的2.5倍，可取代三氯甲烷等消毒劑對飲用水和食品進(jìn)行消毒。當(dāng)前，二氧化氯應(yīng)用的范圍較為廣泛，但對于二氧化氯殺菌作用的機(jī)理，卻一直未能明晰。本文深入探究了二氧化氯的作用機(jī)理，以更有效地利用二氧化氯。

1 二氧化氯的殺菌機(jī)理

1.1 二氧化氯對氨基酸的作用

現(xiàn)有的研究證實(shí)，二氧化氯只能與幾種特定的帶有還原性的氨基酸反應(yīng)，包括脯氨酸、組氨酸、半胱氨酸、酪氨酸、色氨酸和蛋氨酸，其中，與二氧化氯反應(yīng)最快的氨基酸有半胱氨酸、色氨酸、酪氨酸。這種與特定氨基酸反應(yīng)的特性使得二氧化氯能夠改變6-磷酸葡萄糖脫氫酶的活性。6-磷酸葡萄糖脫氫酶是磷酸戊糖途徑的重要催化酶，二氧化氯改變了6-磷酸葡萄糖脫氫酶的活性，使得磷酸戊糖途徑受阻，微生物無法進(jìn)行糖類的代謝，從而死亡。這可能是二氧化氯的殺菌機(jī)理之一。

1.2 二氧化氯對DNA的作用

由于技術(shù)手段的限制，長期以來，人們都沒有觀察到二氧化氯對DNA的損傷。但是最新研究顯示，二氧化氯對DNA同樣有損傷作用。這可能是二氧化氯殺菌機(jī)理的另一個方面。研究顯示，二氧化氯能夠破壞嘧啶和嘌呤之間的共軛雙鍵，從而導(dǎo)致DNA失去原有的形態(tài)，在宏觀上表現(xiàn)為脫氧核糖核苷三磷酸的OD260下降一半以上。DNA形態(tài)結(jié)構(gòu)的改變能夠阻礙DNA的表達(dá)，最終細(xì)菌無法通過DNA的轉(zhuǎn)錄翻譯來表達(dá)出與生命活動相關(guān)的蛋白質(zhì)，從而死亡。

1.3 二氧化氯對細(xì)胞的影響

傳統(tǒng)的氯消毒劑可以對細(xì)胞的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生直觀的損傷，但是二氧化氯對細(xì)胞結(jié)構(gòu)的損傷卻不是很明顯，因此破壞細(xì)胞原有的形態(tài)結(jié)構(gòu)并不是二氧化氯的主要?dú)⒕鷻C(jī)理。但是研究發(fā)現(xiàn)，二氧化氯能增加細(xì)胞膜的通透性，細(xì)胞內(nèi)的各種小分子物質(zhì)，例如鉀離子、鎂離子、ATP等能夠發(fā)生泄漏。各種離子的泄漏會改變細(xì)胞內(nèi)外的滲透壓，由此導(dǎo)致細(xì)胞的生命活動出現(xiàn)異常，甚至?xí)騼?nèi)外滲透壓的差別過大而使細(xì)胞破裂。ATP等主要供能物質(zhì)的泄漏會導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)的能量不足以維持細(xì)胞本身的生命活動，從而導(dǎo)致細(xì)菌死亡。

從二氧化氯的物理性質(zhì)來看，二氧化氯的氧化性介于臭氧和氯氣之間。臭氧的強(qiáng)氧化性使其能嚴(yán)重?fù)p傷細(xì)胞的表面，破壞分布在細(xì)胞膜表面的各種蛋白質(zhì)，阻止細(xì)胞膜正常功能的發(fā)揮；而弱氧化劑與細(xì)胞表面反應(yīng)的能力較低，但是也具有強(qiáng)烈的殺菌效果，因?yàn)槿跹趸瘎┠軌驍U(kuò)散到細(xì)胞內(nèi)部，破壞細(xì)胞的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，從而導(dǎo)致細(xì)胞死亡。從氧化性強(qiáng)弱的角度來講，二氧化氯能夠同時作用于細(xì)胞內(nèi)部和外部，從而導(dǎo)致細(xì)胞死亡。

2 影響二氧化氯殺菌效果的因素

與其他殺菌物質(zhì)相同，二氧化氯的殺菌效果與時間成正比——作用時間越長，殺菌的效果越好。同時，二氧化氯的使用濃度同樣與殺菌效果成正比——濃度越高，殺菌效果越好。除了作用時間和濃度之外，在0～50 ℃范圍內(nèi)，二氧化氯的殺菌效果與溫度成正比——溫度越高，殺菌的效果越好。溫度每上升10 ℃，作用時間就可縮短1.954倍。pH值對二氧化氯的殺菌作用也有影響，二氧化氯消毒劑在酸性的條件下（pH值在3～5之間）殺菌效果好。當(dāng)pH>7時，殺菌作用下降。

二氧化氯的活化時間對殺菌效果也有影響。由于二氧化氯不易儲存，因而通常將二氧化氯氣體溶解于含有碳酸鈉、過碳酸鈉、硼酸鈉、過硼酸鈉等的穩(wěn)定劑中。在使用時，需要通過酸化將溶解在碳酸鈉、過碳酸鈉、硼酸鈉、過硼酸鈉等穩(wěn)定劑中的二氧化氯釋放出來，這個過程稱為“活化”。研究表明，活化的時間呈正態(tài)分布的趨勢，將活化5 min、15 min、30 min后的二氧化氯稀釋成質(zhì)量濃度為50 mg/L的溶液，然后對懸液中金黃色葡萄球菌作用10 min，殺滅率分別為62.99%，99.99%和90.78%.可見，要想達(dá)到最佳的滅菌效果，最好以活化15 min為宜?；罨瘎┎煌?，二氧化氯的殺菌效果不同。以鹽酸和檸檬酸為例，鹽酸活化之后的二氧化氯對大腸桿菌的殺滅率為99.99%，由檸檬酸活化后的二氧化氯對大腸桿菌的殺滅率為78%.

二氧化氯存放的時間也是影響殺菌效果的一大因素——二氧化氯存放的時間越長，對細(xì)菌的殺滅效果越差。將活化后的二氧化氯在存放前與存放24 h、48 h、72 h后均稀釋成質(zhì)量濃度為150 mg/L的溶液，然后對枯草桿菌芽孢作用20 min，殺滅率分別為99.99%，98.86%，99.81%和98.64%.

也有相關(guān)研究證明，細(xì)菌附著的材料對殺菌效果有一定的影響。其原因可能是不同材料的表面光潔度有差異——材料表面越粗糙，細(xì)菌的吸附力越強(qiáng)，二氧化氯就難以深入材料的所有表面，殺菌效果隨之下降。

3 結(jié)束語

本文梳理了關(guān)于二氧化氯殺菌作用機(jī)理的相關(guān)研究。總的來說，目前的研究成果并沒有徹底明晰二氧化氯的殺菌機(jī)理，具體作用機(jī)理尚需相關(guān)研究學(xué)者進(jìn)一步的研究、分析。筆者相信，隨著時代和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，二氧化氯的應(yīng)用必將越來越廣泛。

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〔編輯：王霞〕