阪田總一郎

（日本高砂熱學(xué)工業(yè)株式會社新技術(shù)開發(fā)部）

二氧化氯消毒殺菌體系的特征及在食品制造現(xiàn)場的應(yīng)用

阪田總一郎

（日本高砂熱學(xué)工業(yè)株式會社新技術(shù)開發(fā)部）

介紹了二氧化氯消毒殺菌體系的特征及消毒殺菌機理，指出了應(yīng)用二氧化氯消毒殺菌的一些關(guān)鍵數(shù)據(jù)和指標(biāo)，列舉了在食品制造現(xiàn)場應(yīng)用二氧化氯消毒殺菌的實例，最后指出了二氧化氯生成的安全方法和應(yīng)用前景。

二氧化氯；消毒殺菌；食品制造現(xiàn)場；CT值

由于使用福爾馬林殺菌消毒有致癌的危險，日本高砂熱學(xué)工業(yè)株式會社于2013年4月開始使用更加安全、效果更好的二氧化氯（ClO2）開展殺菌消毒業(yè)務(wù)。該公司銷售的名為TSCLOO?的消毒殺菌產(chǎn)品，是Takasago Sterilization System ClO2的簡稱。本公司得到衛(wèi)生綜合管理會社集團的New Techno Grop（簡稱NTG）大力協(xié)助，負(fù)責(zé)對高砂熱學(xué)工業(yè)株式會社的ClO2氣體殺菌消毒技術(shù)進(jìn)行指導(dǎo)，開展ClO2氣體殺菌消毒的業(yè)務(wù)。

2013年7月中旬召開的日本國內(nèi)最大的制藥相關(guān)展示會，約700名醫(yī)藥、食品企業(yè)的人員以及50家有名的企業(yè)參會。此次展示會上展出的TSCLOO?獲得了與會者的廣泛好評。

1. ClO2氣體殺菌消毒技術(shù)的歷史

1.1 炭疽菌事件

ClO2自從200年前被發(fā)現(xiàn)后，其在紙漿和食品漂白、水消毒、室內(nèi)噴霧消毒等方面得到了廣泛應(yīng)用，其它有氧化性的殺菌劑包括臭氧、次氯酸鈉、過醋酸等。ClO2易于分解，不太容易保存，與其它殺菌劑相比，ClO2是具有強烈刺激性臭味的物質(zhì)。但是，自2001年秋季美國發(fā)生炭疽菌恐怖事件以來，美國政府批準(zhǔn)使用ClO2作為殺菌劑，開始對建筑屋內(nèi)部進(jìn)行大規(guī)模殺菌消毒，這一舉措徹底改變了人們對ClO2的評價。因郵送炭疽菌污染的主要建筑物包括美國參議院（27萬m3）、布倫特伍德郵件分發(fā)中心（38萬m3）、漢密爾頓郵件分發(fā)中心（16萬m3）及佛羅里達(dá)州事務(wù)所大樓。

美國環(huán)境保護廳（EPA）制定的消毒殺菌標(biāo)準(zhǔn)如下：①殺滅表面附著的1012個芽胞形成菌（其中包括最難殺死的炭疽菌）；②對重要的書籍、各種儀器、家具、美術(shù)作品影響要?。?000ppm，20h的曝露試驗）；③清除污染后無殺菌劑殘留，不會影響人們的健康；④清除污染的時間要短。

研究者以安全芽胞形成菌為對象進(jìn)行了模擬試驗，經(jīng)過反復(fù)試驗，并與過氧化氫、過醋酸等清除污染劑相比，最終選擇了完全滿足EPA關(guān)于消毒殺

菌4個要素的ClO2。美國2001年12月30日對參議院所在地實施ClO2消毒殺菌，12月31日完成消除污染作業(yè)，在對建筑物屋內(nèi)整理、實施安全檢查后，于2002年1月22日該建筑物重新開始正常辦公。

1.2 在民用方面的應(yīng)用

在美國發(fā)生的炭疽菌事件中，至少有22名感染者，其中有5名感染者死亡。在炭疽菌事件發(fā)生后，美國政府委托The sabre companies（Sabre公司）和ClorDiSys Solutions，Inc（CDS公司）等民間企業(yè)在醫(yī)藥、食品、醫(yī)療等領(lǐng)域開展采用ClO2的殺菌消毒作業(yè)。表1是美國和日本使用ClO2的領(lǐng)域與規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)、法規(guī)的對比情況。EPA及其下屬的國土安全研究所（NHSRC）對各種殺菌劑進(jìn)行評價，并逐一公示了結(jié)果。

2. 殺菌消毒的條件（CT值）

CT值是殺菌劑使微生物不活性化所需的有效成分濃度與作用時間的積值。例如，6Log不活化CT值，表示殺菌劑能使106個微生物完全殺死所需的最低濃度與作用時間的積值。對于同樣的CT值有同等的不活化效果，濃度增加1倍，作用時間就會減少一半。相反，濃度減少一半，則作用時間增加1倍，才能獲得同樣的不活化效果。

表1 ClO2的應(yīng)用領(lǐng)域及規(guī)則

EPA和CDS公司對ClO2的不活化效果與CT值的關(guān)系做了詳細(xì)調(diào)查。對炭疽菌的芽胞形成菌，6Log不活化CT值是720ppm · hrs。6Log不活化是大多數(shù)制藥、食品產(chǎn)業(yè)的消除污染的標(biāo)準(zhǔn)。在發(fā)生炭疽菌事件之際，EPA對美國參議院辦公所在地消除污染采用的CT值，是比制藥、食品產(chǎn)業(yè)更高一級的9000ppm · hrs（750ppm×12hrs），對佛羅里達(dá)州辦公樓消除污染采用的CT值是9000ppm · hrs（3000ppm×3hrs）。消除污染時的溫濕度條件是在21℃以上、65%RH以上?；诿绹鴩郎系睦碛?，并未公布9000ppm · hrs的CT值是使多大的Log不活化，推測很有可能是12Log不活化的CT值。

對于有無芽胞形成菌6Log不活化的判定方法，由美國藥典和日本藥典作了詳細(xì)規(guī)定。在用ClO2消毒殺菌時，使用的指標(biāo)菌是芽胞形成菌的一種——Bacillus atrophaeus（菌株名為ATCC9372或NBRC13721）。在除紙材質(zhì)外（例如玻璃和塑料）的管表面涂敷該菌株100萬個以上，以此載體作為生物指示劑（BI）判定殺菌消毒力。滿足此條件的BI為美國Mesa Labs公司的Releasat（商品名）。在這種薄板的指定位置用ClO2曝露一定時間，然后回收并在指定條件下培養(yǎng)，如果未檢出芽胞菌的話，就認(rèn)為達(dá)到6Log不活化的目標(biāo)。

日本高砂熱學(xué)工業(yè)技術(shù)部的坂田總一郎在顧客現(xiàn)場試驗和該公司的技術(shù)研究所反復(fù)進(jìn)行的模擬消除污染試驗中，確認(rèn)CT值在超過720ppm · hrs的ClO2曝露條件下，可以實現(xiàn)6Log的不活化。這與美國的報告結(jié)果一致。

ClO2的密度是空氣的2倍多，濃度高于100ppm時呈黃褐色，肉眼可見。當(dāng)濃度僅為100ppm（WHO安全濃度）的數(shù)分之一就可檢測到ClO2的臭氣（與漂白劑亞氯酸類似）。ClO2易被活性炭吸收，易溶于亞硫酸鈉和硫代硫酸鈉溶液，在太陽光直射的強UV曝露下，ClO2加速分解，使其濃度降低。但是，在有室外采光的屋內(nèi)，ClO2幾乎不會發(fā)生分解。

ClO2被人體吸收后轉(zhuǎn)變?yōu)閬喡人犭x子，如果吸收量大大超過人體的攝取安全標(biāo)準(zhǔn)，就會造成肝臟損害，減少血小板數(shù)量。與氯氣和亞氯酸鈉不同，ClO2在水中不會生成三氯甲烷，也不會與氨反應(yīng)生成氯化銨，用ClO2消毒不會造成致癌性的反應(yīng)生成物。正因為如此，ClO2水和ClO2氣體已經(jīng)在美國作為食品制造生產(chǎn)線的殺菌劑之一。

3. 殺菌消毒機理

圖1是ClO2的殺菌消毒機理。由于氧原子與氯原子是不對稱電子結(jié)合，在化學(xué)上不穩(wěn)定，很容易通過自由基反應(yīng)發(fā)生氧化作用，破壞由蛋白質(zhì)構(gòu)成的細(xì)菌細(xì)胞膜，及氧化病毒的外核。此時，氯原子和細(xì)菌與病毒體內(nèi)的Na、K結(jié)合，生成NaCl、KCl。

ClO2+蛋白質(zhì)+Na→氧化損傷蛋白質(zhì)+O2+NaCl

在ClO2與微生物反應(yīng)中，會使生物體的蛋白質(zhì)變成蛋白質(zhì)與氧結(jié)合的化合物，ClO2變成Cl-，Cl-與生物體內(nèi)的陽離子（Na+或K+）配對。不只是ClO2，過氧化氫和臭氧等氧化性殺菌劑，福爾馬林等水溶性氣體，都是在微生物體中溶解后發(fā)揮殺菌作用。因此，殺菌消毒對象（微生物體）周圍空氣的相對濕度會使殺菌氣體很容易溶入微生物體，即與殺菌效果有強的正相關(guān)性。雖然相對濕度提高，殺菌效果也提高，但氧化性殺菌劑和福爾馬林的金屬腐蝕性也會增強。

圖1 二氧化氯殺菌消毒的機理

EPA 600/R-11/051（2011年7月www.epa.gov/ ord）推薦：在室溫65%RH以上的條件下，ClO2可獲得較高殺菌效果。坂田總一郎等人從實驗中得出：既要發(fā)揮生物學(xué)指標(biāo)6Log的殺菌力，又要抑制金屬腐蝕性，最適相對濕度為60%RH。出于消毒殺菌目的，除了生物安全性外，還要根據(jù)食品生產(chǎn)設(shè)備的空間，決定最適相對濕度的數(shù)值。

4. ClO2氣體的安全性

4.1 氣體濃度的安全標(biāo)準(zhǔn)

在日本國內(nèi)，對ClO2氣體濃度的基本值，目前尚未作出規(guī)定。但美國職業(yè)安全衛(wèi)生局（OSHA）制定了ClO2氣體的職業(yè)性暴露標(biāo)準(zhǔn)。8h的加權(quán)平均值（TWA標(biāo)準(zhǔn)：大多數(shù)勞動者在8h/天、40h/周的工作時間暴露，對健康幾乎沒有影響的濃度）為0.1ppm（=100ppb）。此外，在15min的短時間內(nèi)暴露的允許濃度為0.3ppm（=300ppb）。

4.2 經(jīng)口攝取的安全性

在對食品制造現(xiàn)場使用ClO2氣體殺菌消毒時，存在ClO2被食品吸收的可能性，這種情況對人的健康安全性及ClO2容許劑量都是個問題。利用ClO2對食品制造現(xiàn)場殺菌消毒時，不論ClO2以哪種形態(tài)存在都有進(jìn)入食品的可能性，因此，日本厚生勞動省食品安全委員會制訂了基于《食品安全基本法》的報告書。在這份報告書中，食品安全委員會根據(jù)圖2的氯化物關(guān)系圖，認(rèn)為ClO2表現(xiàn)的毒性是由于亞氯酸（ClO2溶于水成為亞氯酸離子）而導(dǎo)致的，從兩個化合物的神經(jīng)行動學(xué)影響及發(fā)育毒性考慮，決定對ClO2不設(shè)定NOAEL（無毒性量），而對亞氯酸離子設(shè)定NOAEL，該結(jié)論沿用了EPA的見解。

對亞氯酸水（毒性與ClO2等價）影響食品健康的評價結(jié)果，設(shè)定亞氯酸水的每天攝取容量為0.029g/kg體重/日。

4.3. ClO2的表面附著量與經(jīng)口攝取量

將飼養(yǎng)實驗動物的無菌室（BCL）器材搬入BCL附屬的Passroom內(nèi)，用ClO2對其進(jìn)行殺菌消毒。在室溫下、60%RH的環(huán)境中，用300～400ppm的ClO2氣體處理3h，然后用吸附分解觸媒裝置處理1h，使Passroom內(nèi)的ClO2氣體基本得到除去，繼續(xù)吸附直至殘留氣體濃度為0。用離子色譜分析搬入器材不銹鋼表面附著的亞氯酸離子量，得到的分析值大約為200ng/cm2。另一方面，對體重為50kg的大人的亞氯酸離子攝取量為0.029g/kg體重/天× 50kg=1.45g/天，實際上基本達(dá)不到該值。假如對制造中的食品直接實施ClO2氣體殺菌消毒，除非該成年人食用1.45g/天÷200ng/cm2=725m2/天表面積殺菌后的食品，否則不會超過安全許可值。

圖2 氯化物關(guān)系圖

5. ClO2生成法

在美國和日本公司，商業(yè)化的ClO2生成法有4種，這些方法在日本實用化時存在以下問題。

①從充填Cl2的儲氣瓶中取出Cl2，通入到反應(yīng)液（亞氯酸等）中生成ClO2的方法。

問題點：Cl2儲氣瓶的可操作性（危險物、儲氣瓶搬運與保管等）。

②次氯酸電解生成Cl2，把生成的Cl2通入反應(yīng)液（亞氯酸等），生成ClO2的方法。

問題點：通過控制電解，控制ClO2的濃度，生成的ClO2濃度低。

③利用裝置內(nèi)生成高濃度ClO2水溶液進(jìn)而生成ClO2的方法（高砂TSCLOO）在亞氯酸片（錠劑）中加入酸性液體（蘋果酸），用電爐加熱反應(yīng)液促進(jìn)ClO2的產(chǎn)生。

④在與酸反應(yīng)的亞氯酸水溶液中通入N2和空氣發(fā)泡，生成ClO2的方法。

6. 在食品制造現(xiàn)場的應(yīng)用實例

6.1 設(shè)備概要

對適用于魚肉加工及食品制造線的冷卻罐內(nèi)實施殺菌消毒。罐體是不銹鋼制，高約3m，體積約50m3。在該罐體中，為了搬入搬出加工食品，設(shè)有螺旋輸送機的入口和出口，開口密封非常重要。不銹鋼輸送機與外部簡易清潔制造線（入口處為烤制線，出口處為包裝線）直接連接，要想隔絕密封不可能，輸送機緊密連接，為了防止氣體漏出，需要進(jìn)行必要地保養(yǎng)。

為了使罐體內(nèi)充滿ClO2，在圖3所示罐體的輸送機出入口以外，在氣體容易發(fā)生泄漏的部位，需要用保養(yǎng)膠帶密封。此外，由于數(shù)百ppm的ClO2可能對濕度傳感器和煙感知器造成損傷，因而也需要用保養(yǎng)膠帶包上，使其與ClO2氣體隔絕。

不銹鋼制的罐體內(nèi)部定期用精制水洗凈，地面上會殘留一部分洗凈水。如果洗凈后不進(jìn)行換氣，在罐體密封后就使罐體相對濕度達(dá)到100%，會使ClO2氣體發(fā)生裝置和氣體分解裝置和循環(huán)泵腐蝕，并導(dǎo)致漏電保護器跳閘。用精制水洗凈罐體后，必須進(jìn)行換氣，使罐體內(nèi)的相對濕度低于65%后，必須實施密閉ClO2氣體發(fā)生作業(yè)。

6.2 殺菌消毒服務(wù)的概要

為了實施殺菌消毒，每組裝置必須具有相當(dāng)于50m3空間的處理能力，其中包括ClO2發(fā)生裝置、氣體分解裝置和使ClO2擴散的循環(huán)泵，并配置于消除污染對象空間內(nèi)。保養(yǎng)需要在以下部位進(jìn)行，這些部位要使用ClO2不能透過的材料：①輸送機出入口；②天井、墻壁的給排氣口；③洗手盆、水槽的開口部分；④插座；⑤照明開關(guān)；⑥出入所用的門開啟部分。

此外，要事先檢查照明器具是否泄漏電，確認(rèn)罐體不漏氣后才可保養(yǎng)。

6.3 ClO2濃度評價

在評價殺菌消毒工程中ClO2濃度在罐內(nèi)空間的分布情況時，通常以空間平均濃度表示ClO2濃度的變化。在進(jìn)行殺菌消毒處理時，TSCLOO服務(wù)的標(biāo)準(zhǔn)工程是殺菌消毒3h，分解1h。圖4是殺菌消毒處理時，罐內(nèi)ClO2濃度隨時間變化的情況。殺菌消毒工程的平均ClO2濃度約240ppm。因此，計算出CT值（氣體濃度與曝露時間的積）約720ppm · hrs，低于本公司制定的標(biāo)準(zhǔn)殺菌消毒指標(biāo)9000ppm · hrs（300ppm×3hr），這只是達(dá)到CDS公司6Log不活化CT值720ppm · hrs的水平，在分解工程中也能快速吸附分解ClO2。

圖3 殺菌消毒對象區(qū)域的保養(yǎng)概要圖

從圖4看到，ClO2的濃度峰值低于600ppm，與圖5所示通常的生物學(xué)指標(biāo)的場合不同，ClO2濃度的衰減很快，其理由是：冷卻室內(nèi)的螺旋輸送機呈螺旋狀緊密充填，輸送機的搬送帶部分的不銹鋼表面積非常大，而且在本次ClO2殺菌消毒前曾對罐體用精制水噴霧洗凈，之后對冷卻室內(nèi)只實施1h的循環(huán)除濕。在除濕過程中，螺旋輸送機的不銹鋼部件沒有完全干燥，輸送機和不銹鋼地面也是潮濕狀態(tài)。

ClO2對水是可溶性的，能溶于各種部件表面形成的水膜，因而與通常的生物清潔室的ClO2不同，濃度衰減很快。

圖4 ClO2濃度與CT值的經(jīng)時變化情況（食品制造冷卻罐）

圖5 ClO2度與CT值的經(jīng)時變化情況（通常生物清潔室的比較例子）

表2 殺菌消毒前后冷卻室內(nèi)溫濕度和生物學(xué)指標(biāo)配置數(shù)

6.4 用生物學(xué)指標(biāo)評價殺菌消毒效果

本研究用生物學(xué)指標(biāo)（BI）評價了ClO2的殺菌消毒效果。BI采用Mesa.Lab制造的Releasat ClO2用菌種（菌種：B.atrophaeus（9372），菌數(shù)：106）；BI設(shè)置的9個場所如表2所示。BI對殺菌消毒效果的判定標(biāo)準(zhǔn)，是在內(nèi)部溫度調(diào)整為37℃的培養(yǎng)器內(nèi)培養(yǎng)48h，對照培養(yǎng)液的顏色由橙色變?yōu)辄S色即為陽性，培養(yǎng)液的顏色如果沒有變化仍為橙色，即為陰性。圖6是測定的結(jié)果。9個場所的測定結(jié)果均為陰性。即使在冷卻室內(nèi)設(shè)置BI最少的場所，該殺菌消毒操作仍達(dá)到使100萬個芽胞形成菌減少到為0的消毒水平。圖6最右端是未經(jīng)ClO2消毒的對照樣BI。

7. 結(jié)論

圖6 用生物學(xué)指標(biāo)評價殺菌消毒的結(jié)果寫真

采用ClO2殺菌消毒，比具有致癌性的福爾馬林更安全，操作時間更短，是一項切實可行的殺菌消毒技術(shù)。從其對生物恐怖襲擊現(xiàn)場的消除污染效果和安全性得到證實后，由美國政府官方推薦ClO2作為消除污染技術(shù)在全國得到普及。在食品制造現(xiàn)場使用時，經(jīng)口攝取安全性也比其它殺菌劑優(yōu)異。

日本高砂熱學(xué)工業(yè)的ClO2發(fā)生方法（TSCLOO），沒有采用美國ClO2發(fā)生使用的Cl2（毒氣）和鹽酸（危險物），而是采用同天然果汁一樣安全的原料蘋果酸，是對人體健康、安全的ClO2發(fā)生技術(shù)。

岳霄譯自2014.6《日本食品科學(xué)》。

The Characteristic of Chlorine Dioxide Disinfection System and The Application in Food Manufacturing Site

This article explained the characteristic and mechanism of chlorine dioxide Disinfection System，pointed out some key date and indicators in the course of applying chlorine dioxide，then illustrated the employment in food manufacturing site。Finally，the safety production method and application prospect of chlorine dioxide was indicated。

chlorine dioxide；disinfection；food manufacturing site；CT value

S859.79+9.1

A

1672-2701（2016）01-12-07