酸性氧化电位水应用于乳品消毒工艺
2017-04-14
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酸性氧化电位水(Electrolyzed-oxidizing water,简称EOW),又称高电位氧化离子水、强酸水、酸化电位水、强酸性电解水、氧化电位水,是一种具有高氧化还原电位(ORP),低pH值,含低浓度活性氯、活性氧和次氯酸的水,具有较强的快速杀灭微生物作用。这种水在完成消毒杀菌作用后,不留任何有害残存物,是一种以物理消毒为主,化学消毒为辅的新型消毒剂。EOW于20世纪80年代由日本研制成功,初始作为对耐甲氧西林的金黄色葡萄球菌(MRSA)的杀菌剂,经过多年的研究、实践,人们对其杀菌的有效性、安全性、不留残毒、有利于环保等优点得到共识,并在医疗领域用于手消毒、内窥镜的清洗消毒、血液透析装置的消毒、环境的消毒以及褥疮等创面的治疗。20世纪90年代末EOW生成机进入中国市场,很快得到中国同行的认可,在一些医院用于内窥镜、牙钻、手术室、供应室医疗器械的消毒收到了理想效果。酸性氧化电位水作为一种广谱、高效、无毒、环保的消毒手段于2002年被中华人民共和国卫生部纳入《消毒技术规范》。酸性氧化电位水在医疗行业成功的应用也为推广到其他行业奠定了基础。本文针对乳制品行业生产过程中，对所经过的液体奶管道及容器采用冷消毒的方法进行探讨，并提出一种新的消毒方式——酸性氧化电位水（EOW）消毒法。它除了具有乳制品行业传统就地清洗系统（Cleaning In Place，简称CIP）消毒方法的优点外，还能大幅度的降低工厂消毒成本。
1. 酸性氧化电位水的生成和灭菌机理
1.1 生成
酸性电位水消毒液生成是通过特殊铂金钛合金电极，在带有渗透隔膜的电解槽中将自来水（经过滤、软化）和一定比例的电解添加剂(0.05%氯化钠)混合后在含有离子交换膜的电解槽中电解。其中，在阳极一侧生成酸性氧化电位水、在阴极一侧生成碱性氧化电位水。由于离子交换膜将电解槽的阳极与阴极分开，使盐水通过电解解离成H+和OH-,随着进一步的反应，在阳极生成次氯酸（HClO和CLO2）,从而得到酸性氧化电位水。
1.2 理化特性
酸性氧化电位水为无色、透明、无刺激性异味的液体。它的pH值在2.3～2.7之间；有效氯质量浓度为50 mg/L；氧化还原电位（ORP）为+1100 mV；接触空气、光线、有机物或加温至摄氏40 ℃以上可逐渐还原成普通水。
碱性氧化电位水的pH值在11.2～11.5，氧化还原电位（ORP）-870～-840 mV, 当它与酸性氧化电位水结合后，直接还原成水。
1.3 杀菌机理
在物理学方面，主要包括氧化还原电位学说、电子运动学说与电传导学说学。1994年以前，人们普遍接受Becking在1960年提出的物理化学说：酸性氧化电位水的低pH值（2.7以下）与高ORP（+1100 mV以上）超出了微生物的生存范围，并使微生物细胞的膜电位发生改变，以导致细胞膜通透性增强与细胞代谢酶的破坏，达到杀灭微生物的论说。
在化学方面，1994年日本科学家提出了酸性氧化电位水杀菌的主要成分包括：次氯酸、过氧化氢和OH基。有趣的是这些成分和担负中性粒细胞杀菌作用的活性氧的组成完全相同。经过大量的科学实验，1998年有效氯学说得到了证实，确立了酸性氧化电位水中的有效氯是杀灭病原微生物的最主要因素。
根据微生物生成环境可知，只有在pH值为4～9，ORP值为400～900mV，微生物才能存活。而酸性氧化电位水的pH值为2.3～2.7、ORP值为+1100 mV，大大超过了微生物的生存环境，同时加以有效氯质量浓度为50 mg/L的作用，使得酸性氧化电位水的灭菌效果更加安全有效。
通过低pH值，高氧化还原电位和有效氯的共同作用，破坏微生物的生存环境，增强细胞膜的通透性，导致细胞肿胀，内部代谢酶被破坏，微生物迅速死亡，达到消毒杀菌的作用。
1.4 杀菌特性
酸性氧化电位水具有广谱杀菌、杀菌迅速的特点。国内外多项研究证明，酸性氧化电位水具有广谱杀菌的功效，不仅可杀灭细菌繁殖体、病毒，还能杀灭芽孢等多种病原微生物。实验室杀菌试验结果表明，酸性氧化电位水原液（不含有机物）作用15～30 s可完全杀灭大肠杆菌、绿脓杆菌、金葡萄球菌（包括MRSA）、淋球菌等细菌繁殖体；作用30 s能完全破坏乙肝表面抗原（HBsAg）、杀灭爱滋病病毒（HIV）；作用10 min可杀灭白色念珠菌；作用10～20 min可杀灭枯草杆菌黑色变种芽孢。
1.5 安全性
国内外科学家通过急性经口毒性试验、皮肤刺激实验、眼刺激实验、动物骨髓细胞微核试验和细胞毒性试验等项检测证明了酸性氧化电位水是安全可靠的消毒灭菌剂。且对于手部皮肤有保护作用，误饮、误入眼睛、直接接触皮肤均无不良反应。
1.6 保存方法
遇光、空气及有机物可还原成普通水。室温开放保存4 d；室温密闭保存30d；冷藏密闭保存可达90 d，最好是“现制现用”。储存时最好选用不透明非金属类容器，温度超过40 ℃可明显降低酸性氧化电位水的杀菌效果，乳品企业的实际情况完全符合EOW消毒的要求。
2. 酸性氧化电位水在乳制品行业应用的探讨
2.1 传统CIP消毒方法
乳制品行业对管道及及部分设备的消毒方式采用传统的就地清洗系统CIP消毒方法，有以下5个步骤：① 用水冲洗掉管道及容器中的残奶液；② 用片状氢氧化钠溶解稀释至15 g/L的质量浓度（pH值为11）溶液，洗掉残留的脂肪；③ 用水冲洗碱液和杂质；④ 用硝酸稀释成pH值为2.0质量浓度为10 g/L的酸液来去掉蛋白质和残垢，并对管道和容器消毒；⑤ 用无菌水冲洗酸液。用CIP方法消毒后，在第二天生产前，还应用高温蒸汽保温1 h以上，待管道冷却后才能正常生产。该工艺经目前使用的效果是满意的。
2.2 EOW消毒方法
利用EOW消毒方法，设计实验只用三步就能完成全部的消毒工作。①用自来水冲洗掉管道及容器中的残奶液；②用碱性氧化电位水去掉残留的脂肪等；③用酸性氧化电位水去掉蛋白质和残垢，并对管道和容器消毒。当酸性氧化电位水与碱性氧化电位水混合时，自然生成水，而最后用酸性氧化电位水清洗、消毒后，由于氧化电位水的特性决定它在整个消毒过程中无有害残留，不必再用无菌水清洗，避免了水对管道、容器的再次污染。
2.3 采用不同的消毒方案比较
从实验中发现，当用酸性氧化电位水冲洗管道、容器10 min后，管道中细菌总数这项指标已与采用传统CIP消毒方式相同。
2.4 两种消毒方式的经济成本分析
采用传统的就地清洗系统CIP消毒方法，1个月产千吨左右的生产线1个消毒周期耗时3.5～5 h，加上消耗酸碱原料660元/次，按30%损失每次补充需198元/次、煤1500元/次和水180元/次，平均每日消毒费用约1878元。每月按30 d计算则有56340元/月。
采用EOW消毒方法，对1个月产千吨左右的生产线进行消毒，消毒周期耗时0.5～1 h，平均每日消毒费用约为：消耗氯化钠（分析纯）33元/次、消耗电能6.3 kW约115元/次、消耗水60 t约100元/次，合计为248元/次，每月按30 d计算则有7 440元/月。
计算后可知使用EOW消毒方法消毒的成本只是CIP消毒方法的13.2%。仅此一项，每月可节约消毒费用达5万多元，可见在经济成本方面有着明显的优势。
3 结束语
EOW清洗消毒方法的提出，为乳制品行业在清洗消毒工艺方面增加了一项新技术。酸性氧化电位水消毒效果安全可靠、经济运行成本低。从医疗行业成功应用的实践中，也为今后在乳制品行业中的推广、应用奠定了坚实理论与实践的基础。
