试论二氧化氯对细菌的杀灭机理

胡伟

摘 要：二氧化氯是国际上公认的安全、无毒的绿色消毒剂，浓度极低就能杀灭大多数致病菌，在浓度为十万分之几时就能完全杀灭所有的微生物，但目前人们对二氧化氯的杀菌机理尚不清楚。简述了二氧化氯对重要生物分子的作用机理，以期进一步明确二氧化氯的杀菌机理。

关键词：二氧化氯；细菌；杀菌机理；氨基酸

中图分类号：Q93-334 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.22.083

众所周知，二氧化氯是当前最安全的消毒剂之一，其氧化能力是氯气的2.5倍，可取代三氯甲烷等消毒剂对饮用水和食品进行消毒。当前，二氧化氯应用的范围较为广泛，但对于二氧化氯杀菌作用的机理，却一直未能明晰。本文深入探究了二氧化氯的作用机理，以更有效地利用二氧化氯。

1 二氧化氯的杀菌机理

1.1 二氧化氯对氨基酸的作用

现有的研究证实，二氧化氯只能与几种特定的带有还原性的氨基酸反应，包括脯氨酸、组氨酸、半胱氨酸、酪氨酸、色氨酸和蛋氨酸，其中，与二氧化氯反应最快的氨基酸有半胱氨酸、色氨酸、酪氨酸。这种与特定氨基酸反应的特性使得二氧化氯能够改变6-磷酸葡萄糖脱氢酶的活性。6-磷酸葡萄糖脱氢酶是磷酸戊糖途径的重要催化酶，二氧化氯改变了6-磷酸葡萄糖脱氢酶的活性，使得磷酸戊糖途径受阻，微生物无法进行糖类的代谢，从而死亡。这可能是二氧化氯的杀菌机理之一。

1.2 二氧化氯对DNA的作用

由于技术手段的限制，长期以来，人们都没有观察到二氧化氯对DNA的损伤。但是最新研究显示，二氧化氯对DNA同样有损伤作用。这可能是二氧化氯杀菌机理的另一个方面。研究显示，二氧化氯能够破坏嘧啶和嘌呤之间的共轭双键，从而导致DNA失去原有的形态，在宏观上表现为脱氧核糖核苷三磷酸的OD260下降一半以上。DNA形态结构的改变能够阻碍DNA的表达，最终细菌无法通过DNA的转录翻译来表达出与生命活动相关的蛋白质，从而死亡。

1.3 二氧化氯对细胞的影响

传统的氯消毒剂可以对细胞的结构产生直观的损伤，但是二氧化氯对细胞结构的损伤却不是很明显，因此破坏细胞原有的形态结构并不是二氧化氯的主要杀菌机理。但是研究发现，二氧化氯能增加细胞膜的通透性，细胞内的各种小分子物质，例如钾离子、镁离子、ATP等能够发生泄漏。各种离子的泄漏会改变细胞内外的渗透压，由此导致细胞的生命活动出现异常，甚至会因内外渗透压的差别过大而使细胞破裂。ATP等主要供能物质的泄漏会导致细胞内的能量不足以维持细胞本身的生命活动，从而导致细菌死亡。

从二氧化氯的物理性质来看，二氧化氯的氧化性介于臭氧和氯气之间。臭氧的强氧化性使其能严重损伤细胞的表面，破坏分布在细胞膜表面的各种蛋白质，阻止细胞膜正常功能的发挥；而弱氧化剂与细胞表面反应的能力较低，但是也具有强烈的杀菌效果，因为弱氧化剂能够扩散到细胞内部，破坏细胞的内部结构，从而导致细胞死亡。从氧化性强弱的角度来讲，二氧化氯能够同时作用于细胞内部和外部，从而导致细胞死亡。

2 影响二氧化氯杀菌效果的因素

与其他杀菌物质相同，二氧化氯的杀菌效果与时间成正比——作用时间越长，杀菌的效果越好。同时，二氧化氯的使用浓度同样与杀菌效果成正比——浓度越高，杀菌效果越好。除了作用时间和浓度之外，在0～50 ℃范围内，二氧化氯的杀菌效果与温度成正比——温度越高，杀菌的效果越好。温度每上升10 ℃，作用时间就可缩短1.954倍。pH值对二氧化氯的杀菌作用也有影响，二氧化氯消毒剂在酸性的条件下（pH值在3～5之间）杀菌效果好。当pH>7时，杀菌作用下降。

二氧化氯的活化时间对杀菌效果也有影响。由于二氧化氯不易储存，因而通常将二氧化氯气体溶解于含有碳酸钠、过碳酸钠、硼酸钠、过硼酸钠等的稳定剂中。在使用时，需要通过酸化将溶解在碳酸钠、过碳酸钠、硼酸钠、过硼酸钠等稳定剂中的二氧化氯释放出来，这个过程称为“活化”。研究表明，活化的时间呈正态分布的趋势，将活化5 min、15 min、30 min后的二氧化氯稀释成质量浓度为50 mg/L的溶液，然后对悬液中金黄色葡萄球菌作用10 min，杀灭率分别为62.99%，99.99%和90.78%.可见，要想达到最佳的灭菌效果，最好以活化15 min为宜。活化剂不同，二氧化氯的杀菌效果不同。以盐酸和柠檬酸为例，盐酸活化之后的二氧化氯对大肠杆菌的杀灭率为99.99%，由柠檬酸活化后的二氧化氯对大肠杆菌的杀灭率为78%.

二氧化氯存放的时间也是影响杀菌效果的一大因素——二氧化氯存放的时间越长，对细菌的杀灭效果越差。将活化后的二氧化氯在存放前与存放24 h、48 h、72 h后均稀释成质量浓度为150 mg/L的溶液，然后对枯草杆菌芽孢作用20 min，杀灭率分别为99.99%，98.86%，99.81%和98.64%.

也有相关研究证明，细菌附着的材料对杀菌效果有一定的影响。其原因可能是不同材料的表面光洁度有差异——材料表面越粗糙，细菌的吸附力越强，二氧化氯就难以深入材料的所有表面，杀菌效果随之下降。

3 结束语

本文梳理了关于二氧化氯杀菌作用机理的相关研究。总的来说，目前的研究成果并没有彻底明晰二氧化氯的杀菌机理，具体作用机理尚需相关研究学者进一步的研究、分析。笔者相信，随着时代和科学技术的发展，二氧化氯的应用必将越来越广泛。

参考文献

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〔编辑：王霞〕