抗菌日用鈞瓷抗菌性能的檢測影響因素分析和檢測技術發展*

劉 琳 郭志勇

(1 許昌市產品質量檢驗檢測與研究中心 河南 許昌 461000)

(2 國家市場監管重點實驗室(陶瓷制品有害物質分析與評估)) 河南 許昌 461000)

隨著我國物質生活水平的不斷提高,傳統日用鈞瓷的質地、花色、功能性漸漸滿足不了人們的需求,尤其是近些年來頻繁爆發的公共安全事件使得人們更加關注日用鈞瓷的抗菌能力。抗菌日用鈞瓷作為新型功能性陶瓷產品,既能夠滿足目前市場上對這類瓷器的日常需求,又能夠有效避免細菌、疾病的傳播,減少人員交叉感染。因此,發展高效抗菌日用鈞瓷產品已經成為鈞瓷生產企業的重要方向之一。鈞瓷是河南省獨有的地理標志性產品,極具歷史、文化和特色經濟價值,獨特的鈞瓷釉料和工藝特色是其它瓷種無法取代的,所謂“入窯一色,出窯萬彩”,其在原料使用方面和燒制工藝上有較大的地理局限性。抗菌日用鈞瓷兼具了藝術觀賞性和使用安全性,即在生產過程中加入納米級無機抗菌劑,從而使日用鈞瓷表面具有抗菌作用,在使用過程中能持續對細菌等微生物有抑制或殺滅作用。筆者以抗菌日用鈞瓷為研究對象,對抗菌機理、檢測方法、影響因素進行了分析,并對檢測技術的現狀和未來發展進行了探討。

1 抗菌日用鈞瓷

抗菌日用鈞瓷是在普通鈞瓷釉添中合適比例的復合納米銀系抗菌劑,在氧化氣氛下高溫燒結得到的。抗菌性能顯著、耐候性穩定。其通過緩慢釋放的銀、鋅等金屬離子破壞細菌的細胞結構和代謝過程,促使細菌繁殖受到抑制或死亡,使陶瓷制品表面的細菌數目控制在一定范圍之內,可以避免器具上細菌、霉菌的滋生和人員交叉感染[1]。抗菌效果與其采用的抗菌劑有直接的關系。

2 主要抗菌劑及抗菌機理

2.1 主要抗菌劑

金屬或其離子是抗菌劑中的關鍵成分,其抗菌效果的大小次序為Ag+＞Co2+＞Ni2+＞Al3+＞Cu2+＞Zn2+＞Fe3+＞Ba2+＞Mg2+＞Ca2+等,Ag+是公認的抗菌效果最好的金屬離子,但價格高,易氧化,而Cu2+、Zn2+抗菌效果一般,卻價格便宜[2]。抗菌日用鈞瓷抗菌釉料采用納米級銀離子和鋅離子兩種單一的無機抗菌材料,復合在同一載體上所得到的同時具備兩者優點的復合型抗菌材料,這類復合型抗菌材料除了同時具備各自的抗菌性外,同時也表現出了由兩者相互作用所具備的更加優異的抗菌性能,彌補了單一離子材料的不足,將兩種離子材料的優點進行互補,得到更加理想化的復合抗菌材料[3]。

2.2 抗菌機理

抗菌釉料中不斷釋放出銀離子與細菌細胞壁和細胞膜相互作用,使胞壁結構損傷、細胞膜通透性增加從而通過內吞作用進入細胞內部阻斷DNA 復制損傷細菌,同時促使細菌胞內外產生活性氧和活性氮等自由基,引起細菌細胞膜脂質過氧化,抑制細菌跨膜呼吸及引起細菌內溶物泄露,使細菌進一步裂解從而無法代謝及繁殖直至死亡[4]。當細胞失去活性后,銀離子游離出并繼續與其他細胞作用,因而具有持續抗菌效能。納米級銀離子協同鋅離子具有更高的表面積與體積比,能以更快的速度釋放更多的銀離子,從而增強殺菌性能。

3 國內現行檢測方法

國內在陶瓷制品抗菌性檢測方面的研究相對滯后,存在標準間不協調,標準采用率低等問題。陶瓷產品中抗菌骨質瓷對其抗菌性檢測編制了單獨的國家標準,其他日用瓷種尚未對產品抗菌性檢測制定標準。隨著抗菌材料的不斷創新和發展,抗菌檢測方法較為單一,對于不同抗菌材料不同燒制工藝的抗菌日用鈞瓷是否具有普遍適用性還待研究。抗菌日用鈞瓷當前無抗菌性能相關檢測標準,此次檢測參照的為JC/T 897-2014抗菌陶瓷制品抗菌性能[5]。

表1 陶瓷產品抗菌性能相關檢測標準

圖1 銀離子抗菌原理圖

4 實驗部分

4.1 檢測流程圖

分別取試驗用菌液0.4 mL滴加在樣品A(陰性對照即空白平皿)、樣品B(包括對照0 h和對照24 h)和抗菌日用鈞瓷樣品C上。

用滅菌鑷子夾起滅菌覆蓋膜分別覆蓋在樣品A、樣品B和樣品C上鋪平,使菌液均勻接觸樣品。樣品A 和對照0 h 樣品B 立即進行洗脫,加入洗脫液10 mL,反復洗脫樣品及覆蓋膜,混勻后取洗脫液10倍遞增稀釋至合適濃度,取一定量接種于平板計數瓊脂中,在37℃±1℃下培養24～48 h后活菌計數。對照24 h樣品B 和樣品C 在35 ℃±1 ℃、相對濕度大于90%條件下培養24 h。

圖2 抗菌性能檢測流程圖

取出對照24h樣品B和樣品C,分別加入洗脫液10 mL,反復洗脫樣品及覆蓋膜,充分混勻后10倍遞增稀釋至合適濃度,取一定量接種于平板計數瓊脂中,在37℃±1℃下培養24～48 h后活菌計數。

計數結果必須符合下述3個條件全部成立,試驗被判定有效。反之則試驗無效,須重新進行試驗。

對照0 h樣品B的菌落數,滿足了公式(1)給出的條件:

式中:L最大——菌落數的最大對數值;

L最小——菌落數的最小對數值;

L平均——三個試樣菌落數對數的平均值。

陰性對照A 和對照0 h B的活菌值應為(3～9)×103CFU;

3個對照24 h B 經24 h培養后的菌落數不小于1.0×102CFU。

4.2 抗菌率計算

試驗有效條件下,按公式(2)計算:

式中:R——抗細菌率,數值取四位有效數字,%;

B——對照24h B 培養24h 后的平均菌落計數的數值,單位為菌落數(CFU);

C——抗菌鈞瓷試樣培養24 h后平均菌落計數的數值,單位為菌落數(CFU)。

5 結果與討論

5.1 對照樣品的確定

抗菌日用鈞瓷對照樣品的確定在做抗菌性能檢測時很關鍵。抗菌率是通過添加抗菌釉料樣品與未添加抗菌釉料對照樣品的菌落生長數量比值而得到的。對照樣品吸水率、表面質量、釉面平整度都會影響到檢測結果。現行行業檢測標準對對照樣品未做統一規定,菌種在不同的對照樣上菌落增長倍數相差較大。而實際檢測過程發現,菌種在對照樣品培養過程中,其生長量可能達約100倍,在不同的對照樣上菌落增長倍數相差可達10倍。而不同的檢測機構采用不同的對照樣品,導致各檢測機構的檢測結果各不相同,重復性和再現性也較低[9]。經過大量實驗摸索,若委托單位對對照樣品加工困難,平整度、表面質量達不到實驗要求、吸水率不能較好控制時,經委托方同意也可由檢測單位采用硼酸鹽玻璃板作為對照樣品并在報告中注明。下圖為不同批次的日用鈞瓷對照樣品和硼酸鹽玻璃片表面質量對比圖。

表2 各批次抗菌日用鈞瓷瓷片表面質量對比

5.2 樣品預處理方式

陶瓷產品是由無機礦物材料經高溫燒制而成,雖然目測表面很致密,但微觀看還是有很多孔洞,表面的致密程度直接影響吸水率,抗菌實驗時樣品表面只鋪0.3～0.5 mL 的菌液,要作用24 h后再沖洗下來。雖然作用過程濕度環境要求達到90%以上,但由于菌液量少、作用時間長,樣品表面有一定吸水性,其表面更易表干。因此采用預處理方式,實驗前用70%醫用酒精對試樣清洗消毒,再將消毒處理過的試樣表面釉層向上,坯體部分浸泡于無菌水中(18～24)h,保證試片吸水充分,實驗時取出試片用滅菌干紗布將試片表面的多余水分輕輕擦去,然后放入滅菌平皿中待用[10]。

5.3 菌種代數的不同

抗菌檢測主要針對菌種活性較強時樣品的抗菌效果,要在菌種活性較強時才能反映產品真實抗菌性能。菌種活化代數越多,菌種越不穩定。傳代過程中發生自發突變的概率隨著傳代次數的增加而增加,尤其是負突變發生概率將大大增加[11]。現行的陶瓷行業標準JC/T 897-2014抗菌陶瓷制品抗菌性能規定可使用第3代～第14代活化菌種。同一實驗室使用不同批次的活化菌種也會導致結果差異,不同檢測機構使用不同活化代數的菌種,實驗室之間檢測結果無可比性。

5.4 菌液滴加量的確定

JC/T 897-2014抗菌陶瓷制品抗菌性能中規定接種菌液范圍在(1～3)×104CFU/mL,接種量0.3 mL。GB/T 28116-2011 抗菌骨質瓷器中規定接種菌液范圍在(5.0～10)×105CFU/mL,接種量0.5 mL。多次試驗得出,在抗菌陶瓷樣品表面接種的菌濃度數量級應在103范圍,模擬日常環境中陶瓷制品上可能污染或接觸上的細菌量。菌液濃度過高,樣品抗菌作用時間長,結果不穩定[12]。同時滴加量0.4 mL 較為合適,較少更易表干,較多容易溢流。

6 抗菌日用鈞瓷檢測行業現狀和發展

6.1 檢測現狀

抗菌日用鈞瓷抗菌檢測目前無相應產品檢測方法,參考JC/T 897-2014抗菌陶瓷制品抗菌性能和GB/T 28116-2011抗菌骨質瓷器兩個檢測標準,兩種方法的實操性和結果差異性有待于進一步研究。

由于抗菌檢測涉及到微生物檢測等領域,須具有相應微生物檢測資質的檢測機構方能進行測試。檢測對人員、環境、操作等有較為嚴格的要求,且檢測周期偏長,通常需要半個月以上的時間才能得到檢測結果。目前的檢測方法不夠直觀的給消費者展示抗菌日用鈞瓷的抗菌效果,消費者認可度不足。

6.2 發展方向

隨著抗菌釉料和燒制工藝不斷發展和創新,抗菌日用鈞瓷產品盡快研究設立其相應的