緩釋型氣體二氧化氯在食品加工場所消毒應用

葉更新，呂曉冬，張寒冰，黃達偉，馬寧，袁衛偉

南陽市產品質量檢驗檢測中心（南陽 473000）

食品衛生是食品安全的最基本保障，關系到人民群眾的身體健康、生命安全。長期以來，食品加工場所消毒不徹底問題是導致食品因二次污染產生霉變主要原因。對于食品加工場所，傳統的消毒方式主要有紫外線空氣消毒和液體消毒劑擦拭。但這些消毒方式存在消毒盲區、消毒效果不穩定、處理效果不均勻、人為因素影響等問題，尤其是無法解決因人員、物料的流動而造成空氣二次污染的風險問題。

二氧化氯是公認的廣譜、高效的第四代綠色消毒劑，對細菌、病毒等具有極強的滅活能力。氣體二氧化氯具有安全高效、消毒周期長、滲透性強、消毒無死角等方面的優勢，是一種理想的消毒劑。我國從2010年開始，先后發布多個二氧化氯相關的國家標準[1-2]，用于支持并規范二氧化氯在消毒領域的應用。國內外關于氣體二氧化氯消毒的應用研究，始于非典（SARS）流行期間，盛于新冠疫情爆發之后。從國內外對二氧化氯氣體消毒的研究與應用成果來看，二氧化氯氣體的濃度是消殺效果的關鍵因素。賈海泉等[3]采用商品化及自制的枯草芽孢桿菌黑色變種芽孢菌片作為生物指示劑，對氣體二氧化氯在不同消毒參數及試驗條件下微環境實驗室消毒效果進行定性評價，認為300 mg/m3氣體二氧化氯消毒3 h基本可達到空間滅菌水平。陳惠珍等[4-5]以白色葡萄球菌為試驗對象，以濃度0.9 mg/m3的二氧化氯氣體進行實驗室試驗，結果表明作用30 min后，對白色葡萄球菌的平均殺滅率達到100%，對空氣中自然菌作用60 min后，平均消亡率95.11%。劉靜曉[6]研究不同濃度二氧化氯氣體對空氣中自然菌的殺滅能力，結果表明在0.3 mg/m3的低濃度下，即具有較好的殺菌性能，且隨滅菌時間的延長，效果明顯提高。奚小艷等[7]通過在圖書館等人群密集場所進行的現場試驗證明，以濃度0.3 mg/m3的二氧化氯氣體作用60 min，即可使空氣中自然菌的消亡率達99.8%。Ogata等[8]結合小白鼠試驗低濃度二氧化氯氣體對流感病毒的預防功效，結果顯示二氧化氯氣體可以在病毒進入小白鼠肺部以前使其失去活性，有效阻止病毒感染，可作為預防流感的有效方法。朱獻忠等[9]報道，在二氧化氯氣體濃度0.44 mg/m3的情況下，20 min可100%殺滅物體表面的大腸桿菌及金黃色葡萄球菌。李忠銘等[10]的試驗結果表明，二氧化氯氣體濃度在0.31～0.36 mg/m3時，1 h內對大腸桿菌的殺滅率即可達99.55%。奚小艷等[11]以圖書館內書刊表面為試驗對象，結果表明以0.6 mg/m3的二氧化氯氣體作用60 min，殺菌率可達99.69%。Morino等[12-13]使用A型流感病毒、貓杯狀病毒（FCV）、金黃色葡萄球菌、大腸桿菌作為目標微生物進行相關試驗，試驗表明：二氧化氯氣體濃度0.14 mg/m3，作用5 h，對濕玻璃皿上A型流感病毒和大腸桿菌的殺滅對數值為5，對貓杯狀病毒與金葡菌的殺滅對數值為2；在有人員活動的場所，如廚房、衛生間等，低濃度二氧化氯氣體對于降低附著于硬質表面的細菌與病毒的感染風險，是有效且安全的。

國內外的相關研究充分證實二氧化氯氣體在空氣、物體表面消毒方面，具有良好效果，其殺菌效果與殺菌時間之間具有顯著的正相關性。大部分研究成果中二氧化氯氣體的濃度范圍處于相關國家標準中規定的安全限值之內，能夠實現有人環境中動態空間消毒。與食品加工企業通用的間歇式消毒方式相比，二氧化氯氣體可實現空間內的空氣及物體表面全方位無死角的全面消毒，具有無可替代的天然優勢。為揭示自主研發的緩釋型氣體二氧化氯消毒劑的釋放規律，以空氣、物體表面為研究對象，檢驗新型消毒劑二氧化氯氣體的消毒效果，并對其在食品加工場所的使用方法及效果進行探究。

1 材料與方法

1.1 主要材料與儀器設備

緩釋型氣體二氧化氯消毒劑：自主研發，由單獨包裝的A、B料組成，使用時混合均勻裝入布袋即可持續釋放出二氧化氯氣體。

對照消毒劑：某品牌二氧化氯消毒劑（簡稱對照劑），由片劑及酸液組成。

泵吸式二氧化氯檢測儀（量程范圍0～10 mg/m3，PLT300-CL02型，深圳市普利通電子科技有限公司）；恒溫培養箱（DHP-9082型，上海一恒科學儀器有限公司）；超凈工作臺（CW-CJ-1FD型，蘇州凈化設備有限公司）；撞擊式空氣采樣器（FA-1型，蘇州閩泰瑞澤電子科技有限公司）；普通營養肉湯培養基等。

1.2 試驗方法

1.2.1 二氧化氯氣體釋放規律（濃度變化規律）測定

將自主研發的緩釋型氣體二氧化氯消毒劑的A、B兩料混合均勻后轉入布袋中，懸掛在房間中央距地面1.5 m以上的位置，同時開啟風扇使室內空氣迅速混合均勻。將二氧化氯氣體濃度監測儀放置距地面80 cm左右且能夠從門的視窗觀測到濃度示數的位置，開啟檢測儀，關上房門。釋放初期每隔10 min記錄1次讀數，150 min后每隔30 min記錄1次讀數，510 min后每1 h記錄1次，測量二氧化氯氣體濃度0 mg/m3時停止測量記錄。由于二氧化氯氣體的降解速率與光照（主要是自然光）相關，測試分遮光與不遮光2種模式進行，同時用對照劑做比對（對照組）。

1.2.2 緩釋型二氧化氯氣體消毒劑對空氣中的自然菌、物體表面消毒效果的觀察

1.2.2.1 消毒處置過程

試驗組和對照組選2個面積相同房間，溫濕度一致，室內有桌椅。試驗開始前，用濕抹布、拖把將辦公桌及地板擦拭干凈，對房間內空氣和物體表面做消毒前采樣，作為初始樣本。將處理好的二氧化氯氣體消毒袋子懸掛在房間中央距地面1.5 m的位置，開啟風扇。將門窗關閉，對照組房間同樣關閉門窗，保持無人狀態，不做消毒處理。

1.2.2.2 空氣采樣與細菌培養

選取房間中央高1.0 m處為采樣點，消毒時間為0.5，1.0，2.0，8.0和10.0 h，用微生物采樣器分別對試驗組和對照組房間進行采樣，每次采樣時間5 min，氣體流量28.3 L/min。每次采樣選取5個點位，每個點位做2次，完成采樣后，取出采樣平板，放置于36±1℃溫箱中培養，48 h后記錄結果。采樣時注意個人防護，二氧化氯濃度較大時需帶防毒面罩。

1.2.2.3 物體表面的采樣與細菌培養

以2個房間內的門和桌椅等同時分別進行采樣，采樣時間設定在空氣采樣后立即進行。采樣時用沾濕含中和劑采樣液TPS的無菌棉拭于5.0 cm×5.0 cm標示面積上作涂抹采樣，再將棉拭采樣端剪入裝有5 mL稀釋液試管內，經充分振蕩洗脫，取洗脫液接種培養。樣本放置于36±1 ℃恒溫箱中培養48 h后記錄結果。每次采樣的部位不重復，每次采樣選擇4個點位，桌、門各2個，每個點位做兩個平板。

1.2.3 緩釋型二氧化氯氣體消毒劑在食品加工場所現場使用消毒效果的觀察

1.2.3.1 場所的選擇

某糕點廠。

1.2.3.2 消毒過程

消毒處置選擇在晚上下班后車間無人狀態下進行，即晚班工人下班后（20：00—21：00）進行消毒處置。根據消毒空間的大小，首次按每袋150～200 m3計算消毒劑的用量（此后按每袋300～500 m3計算），將處理好（混勻并裝入袋子）的消毒劑分布均勻地掛在距離地面1.5 m以上的位置，按先里后外的順序進行放置，開啟風扇，關閉門窗。

1.2.3.3 空氣和物體表面的采樣與細菌培養

在消毒處置后第2天工人上班前（7：00—7：30），按照1.2.2中規定的方法分別對空氣和物體表面（設備、墻壁、門窗或產品包裝等表面）進行采樣。采樣后及時進行細菌培養。在未進行消毒試驗前，正常生產的情況下進行同樣的采樣及細菌培養操作，作為參比對照。

1.2.3.4 空氣中二氧化氯濃度的監測

消毒處置后第2天工人上班時（7：30—17：30），將二氧化氯檢測儀放在車間中部距地面1 m以上的適當位置測定空氣中二氧化氯濃度，每1 h記錄1次。

1.2.3.5 產品微生物指標的檢測比較

分別取消毒處理試驗和正常生產的終端產品，按照其質量標準進行微生物指標測試，驗證消毒效果。

1.3 空氣和物體表面殺菌結果計算

對照組自然衰亡率按式（1）計算，試驗組殺菌率按式（2）計算，試驗組消亡率按式（3）計算。

2 結果與分析

2.1 二氧化氯氣體釋放規律（濃度變化規律）

按照1.2.1中的試驗方法，記錄二氧化氯釋放數據，繪制釋放規律見圖1。

圖1 試驗組與對照組ClO2釋放規律

自主研發的緩釋型氣體二氧化氯消毒劑在不遮光處理的條件下，50 min內釋放速率最快，并在50 min左右二氧化氯的濃度達到極值（9.56 mg/m3）。2 h二氧化氯氣體濃度下降較快，下降濃度高峰值的70%，達3.06 mg/m3后曲線趨于平緩，濃度下降較慢，最終在8 h后檢測濃度為0 mg/m3。而遮光處理的也是在50 min內釋放速率最快，并在50 min左右二氧化氯的濃度達到高峰值，但隨后曲線相對比較平緩，濃度變化均勻。釋放10 h后濃度仍有1.55 mg/m3，而且濃度越低下降越慢，在釋放24 h后接近0 mg/m3。其中，濃度從1 mg/m3下降到0整個時段持續13 h左右。對照劑在有無遮光處理情況下均在20 min時達到濃度高峰值，而隨后濃度平緩下降，未遮光時在4～5 h檢測濃度為0 mg/m3，遮光情況下檢測濃度為0 mg/m3的時間延長至9～10 h。

比較還發現，自主研制的緩釋型二氧化氯消毒劑較對照劑在氣體釋放濃度達峰時間延后30 min，且達峰后濃度變化呈現出先快后慢的特點，濃度遞減為0 mg/m3的持續時長比對照劑延長2～6倍。由于對照劑是固液反應，沒有添加緩釋組分，接觸充分反應迅速，故而達峰時間快，且達峰后反應體系中不再釋放或少量釋放二氧化氯氣體，此后濃度遞減是二氧化氯分解所致，由于沒有持續的氣源補充，濃度呈現線性下降趨勢，且坡度較陡，持續時長較短。自主研發產品中添加緩釋成分，因此達峰時間延后，且達峰后仍持續有二氧化氯氣體不斷釋放，同時釋放速率急劇下降造成二氧化氯分解速率遠大于產品的釋放速率，故而濃度變化曲線出現陡降現象。但隨著濃度的降低，其分解速率與釋放速率漸趨平衡，濃度曲線出現平緩下降的現象，徹底釋放完全時，濃度逐漸變為0 mg/m3，因此出現檢測濃度為0 mg/m3的時長延遲現象，能使二氧化氯氣體在較長時段保持在低濃度區間，達到緩慢釋放的目的。

另外，2組試驗在遮光處理情況下，低濃度維持時間均較不遮光處理要長，這與崔超等[14]的研究結果一致。

2.2 對空氣自然菌的殺菌作用

2.2.1 自然菌含菌量的變化情況

在室內環境溫度控制在25 ℃、相對濕度65%試驗條件下，試驗組房間內二氧化氯氣體持續作用，對照組不作消毒處理。在2組房間均無人活動的情況下，2組室內空氣中自然菌含菌量都呈現下降，試驗組10 h后自然菌的菌量明顯下降，從初始菌落數496 CFU/m3到最后的13 CFU/m3，自主研發的二氧化氯氣體對試驗組室內空氣中自然菌的殺菌率為96.70%，對空氣中自然菌的平均消亡率為97.38%，有消毒效果；對照組從初始菌落數的503 CFU/m3到最后的399 CFU/m3，對照組平均自然衰亡率為20.68%，結果如表1所示。

表1 二氧化氯氣體消毒劑對空氣中自然菌消毒效果

2.2.2 殺菌效果

二氧化氯氣體對試驗組室內空氣中自然菌的平均殺菌率為96.70%，對空氣中自然菌的平均消亡率為97.38%，有明顯消毒效果；對照組平均自然衰亡率為20.68%，見圖2。表明緩釋型二氧化氯氣體消毒劑對室內空氣中自然菌起到殺菌作用。

圖2 二氧化氯氣體消毒劑對空氣中自然菌消毒效果

2.3 對物體表面的殺菌作用

2.3.1 自然菌含菌量變化情況

在室內環境溫度控制在25 ℃、相對濕度65%試驗條件下，試驗組房間內二氧化氯氣體持續作用，對照組不作消毒處理。在2組房間無人活動的情況下，2組室內物體表面上自然菌含菌量都呈現下降，結果如表2所示。經過10 h的殺菌試驗，試驗組自然菌菌量明顯下降，從初始菌落數314 CFU/樣本降至最后的2 CFU/樣本，對照組從初始菌落數272 CFU/樣本降至最后的180 CFU/樣本。

2.3.2 殺菌效果

二氧化氯氣體對試驗組室內物體表面自然菌的平均殺菌率為99.04%，對物體表面自然菌的平均消亡率為99.36%，有明顯消毒效果；對照組平均自然衰亡率為33.82%，見圖3。試驗表明，緩釋型二氧化氯氣體消毒劑對物體表面起到顯著殺菌作用。另外從實驗室消毒效果來看，空氣和物體表面的消毒時間越長消毒效果越好，這與寧培勇等[15]的研究結論吻合。

圖3 二氧化氯氣體消毒劑對空間內物體表面自然菌消毒效果

2.4 緩釋型二氧化氯氣體消毒劑在食品加工場所現場試驗

按照1.2.3的要求，在某糕點廠進行現場試驗。

2.4.1 空氣中二氧化氯濃度監測

生產場所（生產、包裝車間）空氣中二氧化氯濃度監測結果見圖4。

圖4 糕點廠生產場所空氣中二氧化氯濃度監測

監測初，二氧化氯起始濃度在0.3 mg/m3左右，7：30—9：30濃度下降較快，濃度降至0.1～0.13 mg/m3。14：30濃度監測值在0.03 mg/m3左右，18：30檢測儀示數為0。

在監測數值從0.3 mg/m3到示數0 mg/m3的10 h中，生產環境空氣中一直存在低濃度的二氧化氯氣體，并且該濃度符合安全規定[16]。

2.4.2 空氣及物表消毒效果

食品生產場所空氣及物表消毒結果見表3。二氧化氯氣體消毒劑對食品加工場所空氣及物表消毒前后，菌落數量明顯下降，顯示其殺菌效果顯著。

表3 二氧化氯氣體消毒劑對食品加工場所空氣及物表消毒效果

2.4.3 對產品微生物指標的影響

試驗選取該糕點廠3類終端產品進行菌落總數試驗測定，按GB 4789.2—2022中的方法進行試驗，經緩釋型二氧化氯氣體消毒劑殺菌前后3個終端產品P1、P2和P3菌落總數結果見表4。

表4 二氧化氯氣體消毒劑對食品微生物指標的影響

結果表明，緩釋型氣體二氧化氯消毒劑的使用對終端產品微生物的控制有顯著效果。

3 討論

二氧化氯氣體在空氣及物體表面消毒領域極具優勢，已有大量基礎研究及數據支持，擁有廣闊的應用前景，但同時也存在二氧化氯氣體的現場制備不方便及濃度不易控制、無法實現有人環境動態空氣消毒等缺點。

自主研發的緩釋型二氧化氯消毒劑利用天然礦物的孔隙，采用負壓灌充的方法，使固態二氧化氯物料分散在多個獨立的空隙內，利用激活劑組分的粒徑與礦物孔隙孔徑的差異，阻止其與固態二氧化氯充分接觸，通過礦物孔隙吸附的水分溶解激活劑，從而引發和控制反應，不僅避免劇烈反應引起的濃度失控，而且實現持續緩慢釋放二氧化氯氣體。同時通過礦物質孔隙內微環境中的反應液凈化，減少副產物氯氣的釋放，提高二氧化氯氣體的純度。

緩釋型二氧化氯消毒劑的釋放規律（曲線）顯示：避開自然光的情況下，二氧化氯氣體的濃度從最大值10 mg/m3降至0.3 mg/m3約11 h，濃度小于0.3 mg/m3的情況下持續時長超過10 h；而消殺試驗顯示空氣和物體表面通過10 h的消殺后平均殺菌率和自然消亡率都超過99%。

現場試驗選擇晚上不生產的間隙進行消毒操作，在無人環境進行高濃度的消殺，待到第2天早班生產前，使濃度降至安全濃度之下，從而實現有人環境中的動態消毒，以保障空氣和物面不會二次污染。試驗結果顯示能夠達到預期目的。

利用緩釋型氣體二氧化氯進行食品加工場所消毒的輔助消毒，可以實現動態、無死角的全方位消殺，保證生產車間空間及食品有直接接觸面的機械設備的微生物指標安全達標，對于食品成品質量控制有著重要意義。