空气中病原微生物消杀技术现状及发展趋势

空气中病原微生物消杀技术现状及发展趋势

费君

上海外服（集团）有限公司浙江分公司，浙江省杭州市310000

摘要：近年来，随着社会建设的不断发展。微生物培养在生物、医药、食品、污水处理等领域具有重要的意义，是微生物学研究、生物制药、食品检测、水质检测等操作过程中最基本最常见的技术手段。微生物培养的过程复杂繁琐，往往需要分步处理，所需要使用的设备较多且需要于不同设备之间转换，不仅占用大量空间，还需要操作人员熟练使用各个设备，并定时地对这些设备进行保养、维修等，花费大量的人力、物力。另一方面，购置这些设备也需耗费大量的财力。由于微生物培养过程中对温度、湿度、洁净度等要求十分苛刻，在不同设备之间转换时也极易染菌而导致培养失败等问题出现。因此，将微生物培养过程简单化，把设备尽可能的一体化、智能化是行业的迫切需求，也符合资源合理化整合，从而可以减少大量的人力、物力和财力的投入

关键词：空气；病原微生物；消杀技术；现状；发展趋势

引言

如今，消费者更加意识到营养与健康之间的关系，消费者通常认为健康的食品是水果和蔬菜。食品加工商和零售企业都预测到了这一市场趋势，提供范围广泛的包装鲜切蔬菜，并将这些产品定位为结合“健康”和“便利”的绝佳替代品。与此同时，鲜切产品的销售数据也大幅增长。鲜切农产品销售，尽管卷心菜和莴苣因其高机械和生理脆弱性而难以加工，但它广泛存在于水果沙拉中。由于它在进入加工链的那一刻就已经受到微生物的严重污染，一些加工程序（例如切碎）甚至会增加微生物总数。尽管在鲜切蔬菜回收的微生物是造成蔬菜腐烂的主要原因，但受到单核细胞增生等病原体的污染，依然会对消费者身心健康带来风险。减少病原体存在或延长鲜切产品保质期的潜在策略之一是在加工过程中实施去污和消毒步骤。除了实现微生物减少外，在评估净化过程的充分性时，还应考虑对其他质量属性（如感官质量和营养成分）的影响。一般来说，外观是消费者在决定接受包装的叶类蔬菜时评估的最重要的属性。与鲜切卷心菜和莴苣相关的最常见的质量问题之一是切边褐变。鲜切生菜制备过程中的切口会导致苯丙烷代谢酶的合成、酚类化合物的合成和积累，导致褐变的出现。据说去污剂（例如二氧化氯）具有氧化特性，可以诱导褐变，具有与酶促褐变相同的模式特征。由于维生素C和E等维生素以及类胡萝卜素和酚类物质等次生代谢物的存在，水果和蔬菜，尤其是莴苣对健康有益，水果和蔬菜的摄入量与预防动脉粥样硬化、癌症、糖尿病和关节炎等疾病之间存在正相关关系。

1气载病原体

气载病原体包括致病细菌、致病真菌及病毒等，它们可附着在细微颗粒物上，或以气溶胶的形式在空气中扩散并传播，可引起呼吸系统疾病。空气传播细菌在室内外大气环境中检测到许多病原菌，如假单胞菌（Pseudomonas）、乳球菌（Lactococcus）、不动杆菌（Acinetobacter）、棒状杆菌（Corynebacterium）、葡萄球菌（Staphylococcus）和芽孢杆菌（Bacillus）等. 相比于普通细菌，病原菌对极端环境的耐受能力更强. 例如，芽孢杆菌可以形成卵圆形的内生孢子从而具有更强的耐受能力，有研究表明其相对丰度随着空气质量恶化而增加. 芽孢杆菌是一种常见的病原菌，不仅存在于室外大气中，而且广泛存在于一些特殊的空气环境中，如垃圾焚烧厂、医院和污水处理厂等. 蜡状芽孢杆菌可引起人类食物中毒、严重感染和菌血症.多重耐药细菌在医院环境很常见，如耐头孢他啶铜绿假单胞菌和耐亚胺培南鲍曼不动杆菌.金黄色葡萄球菌是一种共生菌，也是一种条件致病菌，可导致皮肤感染、血流感染、感染性心内膜炎、骨髓炎和肺部感染. 金黄色葡萄球菌易获得耐药基因，尤其容易耐甲氧西林，并在医院废水中被检出. 病原微生物的耐药性给疾病治疗带来困难，对人体健康产生极大威胁.空气传播病毒气载病毒主要包括鼻病毒（Rhinovirus）、流感病毒（Influenzavirus）、水痘-带状疱疹病毒（Varicellazostervirus）、麻疹病毒（Measlesvirus）、腮腺炎病毒（Mumpsvirus）、汉坦病毒（Hantavirus）以及冠状病毒（Coronavirus）等. 这些病毒可能会引发流感、水痘、麻疹、腮腺炎以及呼吸道疾病等. 呼吸道病毒可通过飞沫、密切接触和气溶胶传播. 流感病毒、鼻病毒和新冠病毒等均可通过生物气溶胶传播.空气传播真菌空气中的优势真菌主要包括青霉菌（Penicillium）、链格孢菌（Alternaria）、枝孢菌（Cladosporium）和曲霉菌（Aspergillus）等. 真菌是潜在的过敏原，接触其孢子可能会引起易感个体的免疫反应，可能导致过敏性鼻炎、支气管哮喘或外源过敏性肺泡炎等疾病发生. 在家禽养殖场和谷磨厂等空气中，青霉菌、曲霉菌和毛霉菌（Mucor）为优势菌. 在医院环境中常见真菌包括曲霉菌、青霉菌、镰刀菌（Fusarium）、枝孢菌等，均具有潜在的致病性. 新生隐球菌（Cryptococcusneoformans）是一种病原真菌，其可通过呼吸道进入人体引发致命的隐球菌脑膜炎。

2物理消毒方法

2.1紫外线消毒

紫外线消毒是一种公认的高效杀菌方法，其因使用方便且无化学残留在医院及许多公共场所广泛应用. 紫外光的波长范围为10—400 nm，低于240 nm的紫外线易产生臭氧. 紫外线辐照会破坏或改变微生物的遗传物质（DNA和RNA），形成胸腺嘧啶二聚体（遗传物质的光产物），干扰核酸的复制和转录，从而导致微生物死亡. 紫外线空气消毒的效率取决于空气微生物对紫外线的敏感性、紫外线辐照度强度和紫外线辐照剂量. 紫外线对病毒、细菌、原生动物和真菌都有良好的消杀效果.Kim等研究表明，254 nm低压汞紫外灯（强度为1.5—4.6 mJ·cm−2）对鼠伤寒沙门氏杆菌、单核细胞增生李斯特菌、大肠杆菌、黄曲霉菌和金黄色葡萄球菌气溶胶的去除率可达到99.68%—99.99%.Yang等研究表明，在通风管道中，紫外线对空气中粘质沙雷氏菌、产碱假单胞菌、大肠杆菌、肠沙门氏菌和表皮葡萄球菌的消杀效果较好，在高入口速度（6 m·s−1）的条件下，对被试菌中耐光性最强的表皮葡萄球菌的灭活率为76.1%. Walker等研究发现，噬菌体MS2和腺病毒气溶胶都对紫外线消毒有很强的抵抗力，而冠状病毒气溶胶的敏感性则是MS2和腺病毒气溶胶的7倍至10倍，更容易被消灭. 与细菌气溶胶不同，对于紫外线消毒，高相对湿度对病毒气溶胶没有显著保护作用. 杨晶雪等研究表明，在医院环境中经紫外线直接照射法消毒10 min时，根据室内空气菌落数计算，空气灭菌率为31.45%；消毒20 min时，空气灭菌率为63.24%；消毒30 min时，空气灭菌率可达到89.44%，空气中含菌量合格.紫外线消毒虽然具有诸多优点，但杀菌波长的紫外线直接照射到人体皮肤上会造成损伤，特别是眼睛对紫外线格外敏感. 除此之外，紫外线消毒后的细菌仍存在光复活的风险，这可能会降低紫外消毒的效率。

2.2过氧化物消毒剂

过氧化物消毒剂主要有过氧化氢（H2O2）、过氧乙酸（CH3COOOH）、过氧戊二酸（C10H14O8）和臭氧（O3），有效成分主要是活性氧物种（reactive oxygen species，ROS），其主要是通过氧化破坏细胞膜、损坏细胞内蛋白质和核酸以及抑制能量生产，从而抑制微生物生长与繁殖. 过氧化物类消毒剂对于细菌、孢子、真菌和病毒（如轮状病毒、腺病毒、甲型流感病毒和脊髓灰质炎病毒）等微生物具有广谱高效的杀灭作用.H2O2是常用的过氧化物消毒剂. Masotti等研究表明，H2O2雾化消毒和O3消毒均可有效灭活乳品厂室内空气中枝孢菌属、青霉菌属、隐球菌属、德巴利菌属、棒状菌属和孢子菌属等微生物. Choi等验证了H2O2雾化消毒是医院环境进行消毒的有效方法，医院病房和急诊室经消毒后表面取样，革兰氏阳性菌CFUs数量下降超过90%. Popov等也证实了H2O2气雾剂可以显著减少医院空气和物体表面微生物污染. Tuladhar等研究表明，176 μg·L−1的H2O2蒸汽是一种有效的杀病毒剂，可有效杀灭室内空气中肠道和呼吸道病毒，包括脊髓灰质炎病毒、人类诺如病毒、鼠诺如病毒、轮状病毒、腺病毒和甲型流感（H1N1）病毒. Horn等研究发现，H2O2蒸汽消毒与病房中艰难梭菌（从1.38例到0.90例/1000个患者日）、耐万古霉素肠球菌（从0.21例到0.01例/1000个患者日）和产超广谱β-内酰胺酶的革兰氏阴性菌（从0.16例到0.01例/1000个患者日）的感染显著减少相关。

2.3等离子体消毒

等离子体是气体在高压作用下发生电离后产生的电中性气态物质，被称为物质存在的第4种形态，等离子体中包括大量高活性物质，如活性氧（原子氧、单线态氧、超氧阴离子、O3和羟基自由基）和活性氮（原子氮、激发态氮和一氧化氮）等. 等离子体消毒快速高效，可用于物体表面消毒和空气消毒. 等离子体消毒的主要机制是活性氧、羟基自由基、O3和其他活性粒子共同作用于微生物，导致微生物灭活，这些基于氧和氮的活性物质对脂质、蛋白质和DNA等生物分子具有强烈的氧化作用. 研究发现，等离子体消毒对白色葡萄球菌有良好消灭效果，并且在一定范围内，对空气消毒效果随温度和湿度的升高而增强，与作用时间成正比. Zhang等研究发现，等离子体消毒在冷链环境空气中灭活新冠病毒具有良好效果，等离子体产生的活性物质灭活病毒的能力优于传统O3消毒. 闫妍等研究发现，高压放电激发产生的等离子体与电极板上的纳米二氧化钛光触媒系统协同作用，对空气中白色葡萄球菌和H1N1甲型流感病毒都有良好消杀效果. 非热大气等离子体处理和脉冲氙紫外线（PXUV）处理广泛用于医院环境的消毒，对金黄色葡萄球菌、表皮葡萄球菌和酵母菌都有良好消灭效果.然而等离子体消毒过程中会有O3和氮氧化物等副产物的产生，并且等离子体消毒价格昂贵且操作具有一定的危险性.O3在空气中快速分解生成活性氧原子（O）或与水分子反应生成羟基自由基（OH·），它们可以通过氧化微生物中的不饱和键使得蛋白质以及核酸等物质变性，从而杀灭微生物，其在室内空气清洁、食品保鲜和医院消毒等方面都有广泛应用. Girgin等研究发现当O3接触细菌的细胞壁时，其氧化作用会在细胞中产生孔洞，随着孔洞扩大细菌就会失去形状，发生破裂. O3可能与真菌孢子外壳、核酸物质以及细胞内的酶发生反应并导致真菌死亡. O3灭活病毒的主要机制是对遗传物质的直接破坏，O3还可能对病毒的外部蛋白质衣壳层造成损害. Manning等研究表明，O3可有效杀灭N95口罩中的铜绿假单胞菌. Ding等研究表明O3消毒对耐氯孢子有效，因为它会破坏细胞结构和基因片段. O3生成简单，成本低廉，使用安全，可快速分解回氧气，不会产生消毒副产物，半衰期约为20 min，由于气体可以渗透到房间的所有区域，它比液体喷雾消毒剂更具穿透性. O3的氧化活性是HOCl的25倍，是次氯酸盐的2500到3000倍.张淼等研究表明，低剂量C10H14O8对公共场所空气消毒效果显著，消毒后公共场所的空气质量达到国家标准，消毒作用持续时间可达100 min以上. 谭金煜等在医院采取CH3COOOH气溶胶喷雾法与气体熏蒸消毒法对病房进行消毒. 结果表明两种消毒方式全部合格，但气溶胶喷雾法由于操作简单优于气体熏蒸消毒法. Tso等研究表明，相对于H2O2和CH3COOOH，ClO2更适合用于消灭副溶血性弧菌. Chhetri等研究表明ClO2、CH3COOOH和H2O2的对藻类的毒性依次降低.

结语

目前物理消毒方法存在操作不便及消杀效果较差的问题. 化学消毒虽然使用简便且消杀效果好，但是其不规范的使用会引起人体健康危害以及生态危害，因此需要确定其安全使用方式，避免过度消毒.关于消毒剂的生态风险评价目前大多数局限于水体，在其他介质如物体表面和空气中，其生态风险尚不明确. 目前仍缺乏化学消毒剂在空气介质中诱导气载微生物产生抗性的机理研究，许多消毒剂的生物安全性有待考察. 未来研究应聚焦于化学消毒剂诱导气载微生物产生消毒剂抗性和耐药性的研究，尤其是微生物消毒剂抗性和耐药性产生机制的研究以及消毒过程中可移动遗传元件在抗性水平转移中发挥作用的研究. 为科学有效地使用消毒剂、减少消毒剂抗性风险提供理论支持。

参考文献

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