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超高温瞬时杀菌对水质理化特性及微生物指标的影响

2024-05-21 51 上传者：管理员

摘要：目的研究超高温瞬时、臭氧与高温煮沸不同杀菌方法对饮用水的水质理化特性与微生物指标的影响。方法 2022年选择某包装公司生产线饮用水30 L纳入本研究，将纳入的水样本随机分成超高温组(n=10 L)、臭氧组(n=10 L)与煮沸组(n=10 L),进行平行检测。核磁共振波谱法测定3组水样的分子团大小，采用有机聚合物生成反应原理测定氢自由基浓度，3组水样的导电率采用电极法测定，溴酸盐含量采用离子色谱法测定，分别采用滤膜法和平板计数法对铜绿假单胞菌和大肠菌群进行检测。结果煮沸组的水样分子团最高，为(134.47±8.21)Hz,其次为臭氧组的(120.84±9.37)Hz,最低为超高温组，为(89.52±4.95)Hz;超高温组的氢自由基为(0.365±0.021)mmol/L,其次为煮沸组的(0.321±0.019)mmol/L,最低为臭氧组，仅为(0.226±0.014)mmol/L;煮沸组水样导电率最高，为72.8%,其次为臭氧组，为52.1%,超高温组水样导电率最低，仅为48.6%;3组水样溴酸盐含量均不足0.005 mg/L;经3种杀菌方案处理后各组水样中均未发现铜绿假单胞菌和大肠菌群。结论超高温瞬时、臭氧与高温煮沸杀菌均可对饮用水水质理化特性产生一定的影响，但超高温瞬时杀菌方案能够缩小水样分子团，提高氢自由基浓度，杀菌效果理想。

关键词：
微生物指标
水质理化特性
臭氧杀菌
超高温瞬时杀菌
高温煮沸
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随着社会进步，国内饮用水产业发展迅猛，包装饮用水的生产量、销售量、消费量快速增长[1,2],已成为较为常见的普通饮用水种类之一，因此饮用水的安全非常重要。制作包装饮用水的水源不能直接饮用，需要进行消毒与杀菌。目前常见的饮用水杀菌方法为臭氧杀菌与超高温瞬时杀菌(ultra-high temperature, UHT)等，不同杀菌方法是否能对水质理化特性及其微生物指标产生影响，如何选择比较合理的杀菌方法还需要深入探讨[3]。本文对饮用水采用超高温瞬时、臭氧与高温煮沸3种杀菌方法，旨在对比不同杀菌方案对饮用水水质理化特性的影响，以期为制定更为科学合理健康的杀菌方案提供有效的科学依据。

1、材料与方法

1.1 样品

选择某包装饮用水公司，将其生产线上所应用的原水经过沙滤、超滤、碳滤、纳滤之后，应用无菌操作在生产线上取经过滤后的水样纳入本研究，水样含量为30 L,将水样分为超高温组、臭氧组及煮沸组，每组水样含量均为10 L,开展平行检测。水样在容器中保存，容器满足无菌、干燥、密封的条件，将容器送去检验。

1.2 仪器和试剂

电热恒温水浴锅(型号为DZKW-S-6,北京永光明医疗仪器有限公司),高压蒸汽灭菌锅(型号为Gi80DS,厦门ZEALWAY公司),核磁共振波谱仪(400 MHz, 型号为ARX400,德国Bruker公司),电导率仪(型号为DDS-307,上海雷磁公司)。

0.01 mol/L氯化钾标准溶液，营养琼脂培养基(型号为190422,北京陆桥技术股份有限公司)。

1.3 试验方法

1.3.1 杀菌方案

超高温组应用UHT杀菌方案给予处理，应用西得乐超净灌装生产线UHT杀菌，杀菌用时为15 s。臭氧组应用臭氧杀菌处理方案，应用臭氧进行杀菌，浓度维持在0.6～0.8 mg/L之间的臭氧发生装置对水样进行杀菌处理。煮沸组应用高温煮沸处理方案，经100 ℃高温煮沸15 s后，冷却至室温，及时送检。

1.3.2 分子团大小

对各组水样分子团大小进行测定，测定方法为核磁共振波谱法(核磁共振波谱仪，ARX400型，德国Bruker公司)。每组水样平行测量2次，取2组均值。

1.3.3 氢自由基浓度

采取目前应用较广泛的有机聚合物生成反应原理对氢自由基浓度进行测定[4]。每组水样平行测量2次，取2组均值。

1.3.4 导电率

对每组样品导电率进行测定，方法为电极法，原理及步骤参考生活饮用水标准检验方案[5],每组水样平行测量2次，取2组均值。

1.3.5 溴酸盐含量

应用离子色谱法测定溴酸盐含量，原理及步骤参考生活饮用水标准检验方案[5],每组水样平行测量2次，取2组均值。

1.3.6 铜绿假单胞菌检测

采用琼脂糖培养法进行细菌培养，将处于对数生长期的铜绿假单胞菌菌液1 mL分别注于3组未经处理的水样中，分别采用3种杀菌方案对水样进行处理。按照《食品安全国家标准包装饮用水检验方法》(GB 19298—2014)的相关方法(GB/T 8538)检测铜绿假单胞菌(滤膜法)。采用滤膜(孔径0.45 μm)对水样(250 mL)进行过滤，后转移滤膜至培养基，在36.5 ℃恒温培养箱中48 h后记录滤膜菌落生长情况。每组水样平行测量2次，取2组均值。

1.3.7 大肠菌群检测

采用琼脂糖培养法进行细菌培养，将处于对数生长期的大肠菌群菌液1 mL分别注于3组未经处理的水样中，分别采用3种杀菌方案对水样进行处理。采用《食品安全国家标准包装饮用水检验方法》(GB 19298—2014)的GB 4789.3平板计数法检测大肠菌群。吸取杀菌处理后的水样各1 mL于无菌平皿中，同时加入15～20 mL熔化且温度为46 ℃的结晶紫中性红胆盐琼脂，充分混匀后置于36.5 ℃恒温培养箱中培养24 h, 记录平板上的菌体菌落数。每组水样平行测量2次，取2组均值。

1.4 统计学分析

采用SPSS 19.0统计学软件进行数据分析。定量资料采用均数±标准差进行描述，定性资料以率(%)进行表示。组间差异性检验采用t检验或方差分析进行分析。P<0.05认为差异具有统计学意义。

2、结果

2.1 水样杀菌处理前后理化特性

煮沸组的水样分子团半幅宽最大，为(134.47±8.21)Hz, 其次为臭氧组的(120.84±9.37)Hz, 最小为超高温组，为(89.52±4.95)Hz; 超高温组的氢自由基为(0.365±0.021)mmol/L,其次为煮沸组的(0.321±0.019)mmol/L,最低为臭氧组，仅为(0.226±0.014)mmol/L;煮沸组水样导电率最高，为72.8%,其次为臭氧组，为52.1%,超高温组水样导电率最低，仅为48.6%;3组水样溴酸盐含量均小于0.005 mg/L,与杀菌处理前溴酸盐含量相比显著下降(0.02 mg/L,P=0.016),详见表1。

2.2 水样杀菌处理前后微生物检测

水样在杀菌处理前铜绿假单胞菌检测结果为2 CFU/250 mL,经杀菌处理后各组水样中均未检出铜绿假单胞菌。平板计数法检测结果显示，水样在杀菌处理前大肠菌群检测结果为1 CFU/mL,经3种杀菌方案处理后各水样中均未发现大肠菌群。提示3种杀菌方案均对铜绿假单胞菌和大肠菌群具有明显的灭菌效果，见表1。

表1 不同杀菌方式对水质理化特性及微生物的影响

3、讨论

水源地的水质和饮用水的灭菌方式会影响饮用水水质理化特性与微生物情况[6],会对人体健康产生较大的影响[7],因此灭菌方案的选择对确保饮用水安全可起到至关重要的作用[8]。臭氧杀菌是一种方便、经济、可靠的杀菌方式，臭氧被称为万能消毒剂，常被应用于饮用水灭菌消毒中，其灭菌过程中产生的氧化物无毒、无味[9],能借助氧化絮凝作用净化水质，安全有效。但臭氧属于有毒气体，一旦过量会造成人体呼吸系统障碍。

超高温瞬时杀菌是一种新型的灭菌消毒技术，可将温度加热至135～150 ℃[10],加热时间较短，加热后饮用水可达到无菌要求，能够杀死微生物，最大限度保持饮用水的健康安全，超高温的短时杀菌作用能够在短时间内杀死微生物，确保饮用水的高品质[11]。此外，超高温瞬时杀菌能够准确把控温度，所使用的设备较精密，可以很好地控制饮用水微生物总量，杀菌时间短，且杀菌过程无三废排放，更环保，可实现绿色杀菌[12]。本研究结果表明，超高温瞬时杀菌后的水样分子团最小。也有研究表明，在热处理过程中，烧开水与冷冻水也会对水样分子团造成影响，因为水样在开展热处理时会产生大量的氢键断裂和重组，开水与冷冻水的团簇结构亦会产生对应变化[13]。本研究显示，与臭氧杀菌和高温煮沸杀菌相比，超高温瞬时杀菌后的水样氢自由基含量最高。

本研究显示，3种杀菌方案均对铜绿假单胞菌和大肠菌群具有明显的灭菌效果。各组杀菌处理后的水样溴酸盐含量均不足0.005 mg/L,且未见铜绿假单胞菌，可能与杀菌后溴酸盐与铜绿假单胞菌含量较少有关。李世勇等[14]研究发现，在饮用水中发生理化指标超标的事件时有发生，其溴酸盐不合格率达6.4%。WOLF等[15]研究表明，水样采用臭氧杀菌时可能会出现溴酸盐超标的问题，需要加强探索控制副产物技术。国内相关研究表明[16],饮用水铜绿假单胞菌的检出率在1.2%～23.6%之间。铜绿假单胞菌属于重要的水源致病菌，其对消毒剂、紫外线等理化因素具有较强的抗性。

综上所述，超高温瞬时杀菌、臭氧杀菌处理方案与高温煮沸杀菌均可对饮用水水质理化特性产生一定的影响，但超高温瞬时杀菌方案能够缩小水样分子团，提高氢自由基浓度，杀菌效果理想。

参考文献:

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[11]邱素红,孔晓冬,程颖,等.复用医疗器械清洗后灭菌方式对器械表面残留蛋白质的影响[J].中华医院感染学杂志,2021,31(24):3832-3835.

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