关于二氧化氯与禽用抗生素混合溶液稳定性的研究

程海鹏 杨喜东 裴玉丽

摘 要：现代家禽养殖为了能提供健康优质的饮用水，普遍用消毒剂对供水系统和饮用水进行消毒净化处理。二氧化氯是一种安全高效的氧化类消毒剂，广泛用于家禽养殖的全过程饮用水消毒。同时为了有效防控疫病，常在家禽饮水中添加水溶性抗生素类药物。饮水给药高效便捷，适用于规模化养殖，。为了了解二氧化氯和家禽6种常用抗生素混合溶液的稳定性和影响因素，本试验采用二氧化氯和抗生素对应国家标准方法检测该混合溶液的稳定性。结果发现溶液中0.002 mg/mL的二氧化氯能分别被6种抗生素基本完全消耗；抗生素浓度降低比例从0.3%～36.8%不等，说明混合溶液对抗生素的稳定性有不同程度的影响。

关键词：二氧化氯；抗生素；混合溶液；稳定性

1811年汉弗莱·戴维先生发现了二氧化氯（CLO2），它是一种水溶性强氧化剂，其氧化能力是氯气的2.6倍，联合国世界卫生组织（WHO）[1]把二氧化氯列为安全AI级消毒剂，适用于人和动物所用的各种供水系统。二氧化氯在水处理方面，不受水体 pH、溴化物等影响，也不产生卤代消毒副产物。二氧化氯具有高氧化还原电位、高稳定性、用途广泛、使用方便等特点，不仅能有效杀灭水中大肠杆菌等常见菌和一些病毒，还能有效脱色除臭以及去除水中铁、锰等杂质[2，3]，是如今使用最广泛的水处理消毒剂之一。二氧化氯对饮用水的消毒效果好，投入量最低为0.2 mg/L即可达到水质卫生标准[4]，有明显的性价比优势，而且更加安全、方便，消毒效果、副产物控制明显优于含氯消毒剂[5，6]。消毒机理上也有其独特优势，二氧化氯对细胞壁有较强的吸附和穿透能力，特别是在低浓度时，比一般消毒剂更易进入微生物体内[7]。二氧化氯预氧化过程还可以在一定程度上降低水中原有的亚硝基二甲胺和微量抗生素污染[8]，在国外二氧化氯已大量用于处理抗生素等药物废水，取得了理想效果。

规模化家禽养殖场为了有效防治各种疾病，经常通过饮用水中添加水溶性抗生素类兽药，饮水给药已成为畜禽生产最常用的给药方式之一。经常添加的兽药有盐酸多西环素可溶性粉、硫酸新霉素可溶性粉、硫氰酸红霉素可溶性粉和盐酸大观霉素盐酸林可霉素可溶性粉等，饮水给药用量准确、操作简单、便捷高效，使家禽能及时均匀地饮用到定量药物。

关于低浓度二氧化氯与家禽抗生素混合溶液的稳定性尚无报道。在用二氧化氯处理抗生素废水试验中发现，二氧化氯未成对的电子可以激活其活泼氢，先攻击电子密度最大或供电子能力最强的原子，并夺走抗生素的一个电子使之变成自由基，进而自由基与二氧化氯或自身进行结合反应形成中间产物，再通过氧化等过程形成最终产物[8-9]。因而二氧化氯很可能与混合溶液中的禽用抗生素反应，对饮水消毒过程和水中抗生素浓度有一定影响。为了明确家禽饮用水中同时添加低浓度的二氧化氯和抗生素类药物是否影响彼此的稳定性及影响程度，我们进行了模拟试验和探討，以期对家禽养殖饮水消毒和饮水给药有一定指导作用。

1  仪器与试药

1.1  仪器

安捷伦高效液相色谱仪1260II[G7111A型号四元泵，G7129A型号自动进样器，G7116A型号柱温箱，G7114A型号检测器，C.01.10（287）版本色谱工作站]，抑菌圈测量仪（北京先驱威锋技术有限公司），生化培养箱（德国宾德），十万分之一天平[梅特勒-托利多（上海）有限公司]，二氧化氯检测仪LR（广东环凯微生物科技有限公司），超纯水机D-24UV（默克密理博）。

1.2  试验药品及试剂

金黄色葡萄球菌CMCC（B）26003冻干菌、短小芽孢杆菌CMCC（B）63202冻干菌、肺炎克雷伯菌CMCC（B）46117冻干菌，上述菌株均来自中国兽医药品监察所。新霉素标准品，批号：K0091811，效价657 IU/mg；大观霉素标准品，批号：K0261705，效价：644 IU/mg；林可霉素标准品，批号：K0102002，含量：84.9%；氟苯尼考对照品，K0302010，含量99.6%；甲砜霉素对照品，批号：K0241406，含量99.7%；阿莫西林对照品，批号：K0221703，含量86.6%；土霉素对照品，批号：K0032206，含量88.3%，上述样品均来自中国兽医药品监察所。美他环素对照品，批号：130499-200802，含量88.5%；?-多西环素对照品，批号：130405-201608，含量100%；多西环素对照品，批号：130485-201703，含量84.7%；红霉素标准品，批号：130307-202218，效价943 IU/mg，红霉素A组分95.9%，上述样品均来自中国食品药品检定研究院。其余试剂：甲醇、乙腈，色谱级；硼砂、磷酸、磷酸氢二钾、磷酸二氢钾、冰醋酸、乙醇、草酸铵、N，N-二甲基甲酰胺、磷酸氢二铵、盐酸、氨溶液、醋酸、丙二酸和硫酸等，都为分析纯，上述试剂均购自国药集团化学试剂北京有限公司。超纯水，北京康牧生物科技有限公司自制。

2  样品及方法

2.1  家禽抗生素的选用

家禽抗生素选择由北京康牧生物科技有限公司生产的硫酸新霉素可溶性粉（含量规格为100 g：6.5 g；批号M2300101）、硫氰酸红霉素可溶性粉[含量规格为100 g：5 g（500万IU），批号N2300201]、盐酸大观霉素盐酸林可霉素可溶性粉[100 g含大观霉素40 g（4 000万IU）与林可霉素20 g（按C18H34N2O6S计），批号AU2301001]、氟苯尼考粉（含量规格为10%，批号O2300201）、阿莫西林可溶性粉（含量规格为10%，批号AS2300101）和盐酸多西环素可溶性粉（含量规格为10%，批号F2300201）共6种抗生素进行试验。兽用消毒剂二氧化氯选用由北京康牧生物科技有限公司生产的复合亚氯酸钠泡腾片（含量规格以二氧化氯计0.1 g，批号20230530）。

2.2  样品的配制

复合亚氯酸钠泡腾片用于家禽饮用水的消毒净化，可在养殖过程中全程使用。复合亚氯酸钠泡腾片定量直接投加到家禽供水系统的水箱中，或者通过加药机按饮用水的流量以确定比例把溶解后的高浓度二氧化氯溶液泵到水管中，最终饮水中二氧化氯浓度控制在0.002 mg/mL左右。试验抗生素用于家禽对应敏感菌感染的疾病防治，现场用量遵循国家质量标准推荐使用浓度，使用方法同复合亚氯酸钠泡腾片，也是直接定量加到水箱中溶解或水管中定量泵入溶解后的高浓度溶液。

为了避免水中微生物和其他有机物消耗二氧化氯，本试验采用超纯水溶解消毒剂和所有抗生素。模拟现场用药程序，首先将复合亚氯酸钠泡腾片直接加入超纯水，制成初始浓度为0.004 mg/mL的二氧化氯溶液，为溶液1；再将6种抗生素分别直接加入超纯水，制成浓度为质量标准推荐用药浓度（推荐范围取下限）两倍的6种初始溶液2；最后将6份溶液2分别按1：1加入6份溶液1中混合均匀，制成6种抗生素和二氧化氯的混合溶液即试验溶液，分别命名为样品1、样品2、样品3、样品4、样品5、样品6。每种试验溶液制成后马上分出两份，每份100 mL，分别装入高硼硅棕色磨口三角瓶中，两份样品溶液尽快一起放入冰箱中 4 ℃密封避光保存，备用。所有溶液2，依据2.3项中方法检测其实际浓度，样品的初始溶液浓度和试验溶液理论浓度见表1。为了模拟现场供水系统的避光条件，配制过程均采用避光操作。

2.3  试验方法

每种产品的两份试验溶液在冰箱中放置1.5 h后，一份按照GB/T5750.11-2023[10]检测二氧化氯浓度；另一份加入0.05 mg硫代硫酸钠中和10 min后检测混合溶液中抗生素的浓度。放置1.5 h是为了模拟现场家禽饮水从添加药物到饮用的时间，并参考岳翠霞等[11]发现二氧化氯与氟喹诺酮类抗生素溶液混合60 min 后对抗生素的去除率基本保持稳定的结论。

检测方法依据产品对应的《中国兽药典》2020年版一部[12]、《兽药质量标准》2017年版[13]和二氧化氯国标中含量测定项的方法进行检测，方法来源见表2。

3  试验结果

3.1  除了样品2外，其余样品的二氧化氯检测结果都为零，结果见表3。二氧化氯有较强的氧化性，家禽用抗生素大多有还原性分子基团，所以正如结果显示的那样，混合溶液中微量二氧化氯很容易被完全反应。虽然如此，但其他类的抗生素还需进一步试验，已经证实氟甲喹和二氧化氯的混合溶液基本不发生反应[11]。

3.2  样品1和样品2抗生素成分降幅较大，分别下降18.7%和36.8%；样品3的两个成分分别降低了0.3%和1.0%，降幅相对较小；样品4、5、6分别降低了5.1%、6.7%和4.4%，说明所有试验抗生素都与二氧化氯发生了反应，有效成分含量有不同程度的下降。抗生素浓度变化的结果见表3。

4  分析与讨论

4.1  混合溶液对二氧化氯的影响

除样品2外，其余样品中二氧化氯余量都为零，结果符合二氧化氯易被具有还原性抗生素类药物等反应的特性。样品2的结果，分析可能与二氧化氯现有检测方法的局限性有关。吴培[14]试验发现二氧化氯需要有足够浓度才能完全氧化有还原性的药品，如氧化一分子环丙沙星大约要消耗两分子的二氧化氯，反应遵循二级反应动力学，所以混合溶液中微量二氧化氯很容易被完全反应。

用二氧化氯处理氟喹诺酮类抗生素废水时，发现用地表水、污水和超纯水配制同样浓度混合溶液，反应消耗的二氧化氯分别为20%、40%和10%～15%，表明水中有机物质会消耗一定量的二氧化氯[15]。鉴于家禽饮用水的水质远差于超纯水，因此现场二氧化氯和抗生素混合使用时二氧化氯的消耗会更多。

4.2  混合溶液对抗生素的影响

结果显示，混合溶液中不同抗生素的氧化降解程度差别较大；这与王培发现二氧化氯对6种氟喹诺酮类抗生素氧化降解率为2.9%～96.6%的结论类似[8]。差别较大的原因之一是不同溶液中二氧化氯与抗生素相对浓度比不同；其次，二氧化氯对抗生素的作用靶点和反应速率也有差异。现代研究证明阿莫西林等? -内酰胺类抗生素中? -内酰胺环易被氧化分解，失去抗菌活性；硫酸新霉素等氨基糖苷类抗生素分子中的醛基受电子效应的影响，易被氧化成酸而失效[16]。盐酸多西环素等四环素类抗生素分子中D环二甲胺基团和 A-B-C 环的酚酮双烯基团是氧化的主要位点之一，而且氧化反应会导致羰基化及环结构的断裂，大幅度降低其抑菌性。从相关试验结果可知，随着二氧化氯浓度的增加，混合溶液中抗生素的降解幅度也会相应增加。

4.3  抗生素氧化后产物及药理作用

大多抗生素被氧化后，因有效成分结构破坏而失去药理作用。但药理作用的降低和有效成分含量的下降不一定成正比，部分氧化后產物会保留甚至有优于药物本身的药理作用。试验发现二氧化氯会导致氟喹诺酮类抗生素哌嗪基团部分或全部去除，但对活性结构喹诺酮影响较小。试验结果证明，二氧化氯和恩诺沙星的混合溶液，后者抑菌作用因氧化产物药理作用更强反而被提升了17%左右[8]。

综上所述，在家禽养殖过程中二氧化氯消毒净化饮用水和在饮水中添加抗生素都不可替代，但试验发现二氧化氯分别和6种抗生素的混合溶液都有反应，确实存在相互影响的关系。希望本试验结果能给家禽养殖过程中用二氧化氯消毒水质和饮水给药提供一些使用方法和使用时机的依据和参考。鉴于现有家禽饮用水的水质较差，建议日常严格执行使用二氧化氯消毒净化饮用水。需要在饮水中添加抗生素时，暂停二氧化氯的使用或者先于药物添加适宜的还原性物质，如硫代硫酸钠等进行中和后再使用抗生素；不暂停或不中和，将对大部分抗生素有不同程度的氧化降解，同时会使水中微量二氧化氯完全失效，尤其应该禁止高浓度二氧化氯和抗生素同时在水中混存。因现场家禽饮用水的水质较差，可能混用时水中原有的有机物质会消耗一定量的二氧化氯，实际对抗生素的降解幅度要小于本试验结果，但还是要尽量避免混用，只有个别抗生素如氟甲喹、恩诺沙星等，对二氧化氯不敏感或无影响的抗生素可混用。二氧化氯和抗生素等兽药在家禽饮水中的反应，受到浓度、pH、温度、流速等影响，其反应机理、产物及反应动力学还需进一步试验，希望通过本文能使家禽养殖行业更重视这方面的理论研究和使用探索。

参考文献：

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[2]  侯智昊.二氧化氯降解磺胺类抗生素反应动力学及机理研究[D].西安：西北大学，2021：1.

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[11] 岳翠霞.二氧化氯对典型氟喹诺酮类抗生素的降解机理研究[D].西安：西北大学，2022：79-80.

[12] 中國兽药典委员会.中国兽药典（一部）（2020年版）[M].北京：中国农业出版社，2020.

[13] 中国兽药典委员会.中国兽药质量标准（化学药品卷）（2017年版）[M].北京：中国农业出版社，2017.

[14] 王培.CLO2消毒过程中抗生素及亚硝基二甲胺的行为研究[D].上海：上海交通大学，2011：42.

[15] 王培.CLO2消毒过程中抗生素及亚硝基二甲胺的行为研究[D].上海：上海交通大学，2011：55.

[16] 尤启冬.药物化学[M].北京：化学工业出版社，2003：461-493.