酸性氧化電位水應用于乳品消毒工藝
2017-04-14
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酸性氧化電位水(Electrolyzed-oxidizing water,簡稱EOW),又稱高電位氧化離子水、強酸水、酸化電位水、強酸性電解水、氧化電位水,是一種具有高氧化還原電位(ORP),低pH值,含低濃度活性氯、活性氧和次氯酸的水,具有較強的快速殺滅微生物作用。這種水在完成消毒殺菌作用后,不留任何有害殘存物,是一種以物理消毒為主,化學消毒為輔的新型消毒劑。EOW于20世紀80年代由日本研制成功,初始作為對耐甲氧西林的金黃色葡萄球菌(MRSA)的殺菌劑,經過多年的研究、實踐,人們對其殺菌的有效性、安全性、不留殘毒、有利于環保等優點得到共識,并在醫療領域用于手消毒、內窺鏡的清洗消毒、血液透析裝置的消毒、環境的消毒以及褥瘡等創面的治療。20世紀90年代末EOW生成機進入中國市場,很快得到中國同行的認可,在一些醫院用于內窺鏡、牙鉆、手術室、供應室醫療器械的消毒收到了理想效果。酸性氧化電位水作為一種廣譜、高效、無毒、環保的消毒手段于2002年被中華人民共和國衛生部納入《消毒技術規范》。酸性氧化電位水在醫療行業成功的應用也為推廣到其他行業奠定了基礎。本文針對乳制品行業生產過程中，對所經過的液體奶管道及容器采用冷消毒的方法進行探討，并提出一種新的消毒方式——酸性氧化電位水（EOW）消毒法。它除了具有乳制品行業傳統就地清洗系統（Cleaning In Place，簡稱CIP）消毒方法的優點外，還能大幅度的降低工廠消毒成本。
1. 酸性氧化電位水的生成和滅菌機理
1.1 生成
酸性電位水消毒液生成是通過特殊鉑金鈦合金電極，在帶有滲透隔膜的電解槽中將自來水（經過濾、軟化）和一定比例的電解添加劑(0.05%氯化鈉)混合后在含有離子交換膜的電解槽中電解。其中，在陽極一側生成酸性氧化電位水、在陰極一側生成堿性氧化電位水。由于離子交換膜將電解槽的陽極與陰極分開，使鹽水通過電解解離成H+和OH-,隨著進一步的反應，在陽極生成次氯酸（HClO和CLO2）,從而得到酸性氧化電位水。
1.2 理化特性
酸性氧化電位水為無色、透明、無刺激性異味的液體。它的pH值在2.3～2.7之間；有效氯質量濃度為50 mg/L；氧化還原電位（ORP）為+1100 mV；接觸空氣、光線、有機物或加溫至攝氏40 ℃以上可逐漸還原成普通水。
堿性氧化電位水的pH值在11.2～11.5，氧化還原電位（ORP）-870～-840 mV, 當它與酸性氧化電位水結合后，直接還原成水。
1.3 殺菌機理
在物理學方面，主要包括氧化還原電位學說、電子運動學說與電傳導學說學。1994年以前，人們普遍接受Becking在1960年提出的物理化學說：酸性氧化電位水的低pH值（2.7以下）與高ORP（+1100 mV以上）超出了微生物的生存范圍，并使微生物細胞的膜電位發生改變，以導致細胞膜通透性增強與細胞代謝酶的破壞，達到殺滅微生物的論說。
在化學方面，1994年日本科學家提出了酸性氧化電位水殺菌的主要成分包括：次氯酸、過氧化氫和OH基。有趣的是這些成分和擔負中性粒細胞殺菌作用的活性氧的組成完全相同。經過大量的科學實驗，1998年有效氯學說得到了證實，確立了酸性氧化電位水中的有效氯是殺滅病原微生物的最主要因素。
根據微生物生成環境可知，只有在pH值為4～9，ORP值為400～900mV，微生物才能存活。而酸性氧化電位水的pH值為2.3～2.7、ORP值為+1100 mV，大大超過了微生物的生存環境，同時加以有效氯質量濃度為50 mg/L的作用，使得酸性氧化電位水的滅菌效果更加安全有效。
通過低pH值，高氧化還原電位和有效氯的共同作用，破壞微生物的生存環境，增強細胞膜的通透性，導致細胞腫脹，內部代謝酶被破壞，微生物迅速死亡，達到消毒殺菌的作用。
1.4 殺菌特性
酸性氧化電位水具有廣譜殺菌、殺菌迅速的特點。國內外多項研究證明，酸性氧化電位水具有廣譜殺菌的功效，不僅可殺滅細菌繁殖體、病毒，還能殺滅芽孢等多種病原微生物。實驗室殺菌試驗結果表明，酸性氧化電位水原液（不含有機物）作用15～30 s可完全殺滅大腸桿菌、綠膿桿菌、金葡萄球菌（包括MRSA）、淋球菌等細菌繁殖體；作用30 s能完全破壞乙肝表面抗原（HBsAg）、殺滅愛滋病病毒（HIV）；作用10 min可殺滅白色念珠菌；作用10～20 min可殺滅枯草桿菌黑色變種芽孢。
1.5 安全性
國內外科學家通過急性經口毒性試驗、皮膚刺激實驗、眼刺激實驗、動物骨髓細胞微核試驗和細胞毒性試驗等項檢測證明了酸性氧化電位水是安全可靠的消毒滅菌劑。且對于手部皮膚有保護作用，誤飲、誤入眼睛、直接接觸皮膚均無不良反應。
1.6 保存方法
遇光、空氣及有機物可還原成普通水。室溫開放保存4 d；室溫密閉保存30d；冷藏密閉保存可達90 d，最好是“現制現用”。儲存時最好選用不透明非金屬類容器，溫度超過40 ℃可明顯降低酸性氧化電位水的殺菌效果，乳品企業的實際情況完全符合EOW消毒的要求。
2. 酸性氧化電位水在乳制品行業應用的探討
2.1 傳統CIP消毒方法
乳制品行業對管道及及部分設備的消毒方式采用傳統的就地清洗系統CIP消毒方法，有以下5個步驟：① 用水沖洗掉管道及容器中的殘奶液；② 用片狀氫氧化鈉溶解稀釋至15 g/L的質量濃度（pH值為11）溶液，洗掉殘留的脂肪；③ 用水沖洗堿液和雜質；④ 用硝酸稀釋成pH值為2.0質量濃度為10 g/L的酸液來去掉蛋白質和殘垢，并對管道和容器消毒；⑤ 用無菌水沖洗酸液。用CIP方法消毒后，在第二天生產前，還應用高溫蒸汽保溫1 h以上，待管道冷卻后才能正常生產。該工藝經目前使用的效果是滿意的。
2.2 EOW消毒方法
利用EOW消毒方法，設計實驗只用三步就能完成全部的消毒工作。①用自來水沖洗掉管道及容器中的殘奶液；②用堿性氧化電位水去掉殘留的脂肪等；③用酸性氧化電位水去掉蛋白質和殘垢，并對管道和容器消毒。當酸性氧化電位水與堿性氧化電位水混合時，自然生成水，而最后用酸性氧化電位水清洗、消毒后，由于氧化電位水的特性決定它在整個消毒過程中無有害殘留，不必再用無菌水清洗，避免了水對管道、容器的再次污染。
2.3 采用不同的消毒方案比較
從實驗中發現，當用酸性氧化電位水沖洗管道、容器10 min后，管道中細菌總數這項指標已與采用傳統CIP消毒方式相同。
2.4 兩種消毒方式的經濟成本分析
采用傳統的就地清洗系統CIP消毒方法，1個月產千噸左右的生產線1個消毒周期耗時3.5～5 h，加上消耗酸堿原料660元/次，按30%損失每次補充需198元/次、煤1500元/次和水180元/次，平均每日消毒費用約1878元。每月按30 d計算則有56340元/月。
采用EOW消毒方法，對1個月產千噸左右的生產線進行消毒，消毒周期耗時0.5～1 h，平均每日消毒費用約為：消耗氯化鈉（分析純）33元/次、消耗電能6.3 kW約115元/次、消耗水60 t約100元/次，合計為248元/次，每月按30 d計算則有7 440元/月。
計算后可知使用EOW消毒方法消毒的成本只是CIP消毒方法的13.2%。僅此一項，每月可節約消毒費用達5萬多元，可見在經濟成本方面有著明顯的優勢。
3 結束語
EOW清洗消毒方法的提出，為乳制品行業在清洗消毒工藝方面增加了一項新技術。酸性氧化電位水消毒效果安全可靠、經濟運行成本低。從醫療行業成功應用的實踐中，也為今后在乳制品行業中的推廣、應用奠定了堅實理論與實踐的基礎。
