不同杀菌方式对水质理化特性及微生物指标的影响

张娜 何海蓉 李亦斌 张建芬 马冠生

摘要：目的：分析比较三种常见杀菌方式对生活饮用水水质理化特性的影响，为选择杀菌方式提供科学依据。方法：取某包装饮用水公司生产线用水8L，分为4组水样，每种水样各2L。4组水样再经过不同杀菌方式，组1经过超高温瞬时杀菌（UHT）处理，组2经过臭氧杀菌处理，组3经过高温煮沸处理，组4则不经过任何杀菌方式处理。采用核磁共振波谱法测定4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;采用电极法测定电导率;采用离子色谱法测定溴酸盐含量;采用抑菌环法试验测定抑菌作用。结果：对于分子团大小，各组水样从小到大依次为组4（8642Hz）<组1（8702Hz）<组2（11948Hz）<组3（13232Hz）。对于氢自由基浓度，各组水样从大到小依次为组4（0177mmol/L）>组3（0142mmol/L）>组1（0126mmol/L）>组2（0111mmol/L）。对于电导率，各组水样从大到小依次为组3（718μS/cm）>组2（531μS/cm）>组4（498μS/cm）>组1（492μS/cm）。各组溴酸盐含量均<0005mg/L，铜绿假单胞菌均未发现（CFU/250mL），对金黄色葡萄球菌ATCC6538和大肠埃希氏菌ATCC25922均无抑菌能力。结论：不同杀菌工艺对水质理化特性有一定影响，相较于臭氧杀菌方式，超高温瞬时杀菌后水样的分子团最小，高温煮沸后水样氢自由基含量最高。

关键词：杀菌方式;臭氧杀菌;超高温瞬时杀菌;高温煮沸

水是生命之源，是机体的重要组成成分，参与体内新陈代谢，具有维持体液正常渗透压及电解质平衡、调节体温和润滑等重要生理功能[1]。喝水过多或过少都会影响机体的健康，足量饮水对于维持健康十分必要[24]。近年来，我国包装饮用水产业发展迅速，包装饮用水生产量、销售量及消费量快速增长，已成为较为普遍的饮水种类之一[56]。包装饮用水的安全至关重要，制作包装饮用水的水源大多不能直接饮用，需经过消毒和杀菌。目前常见的包装饮用水杀菌方式为臭氧杀菌、超高温瞬时杀菌（UHT）等。不同杀菌方式对水质理化特性及微生物指标是否存在影响，如何选择更合理的包装饮用水杀菌方式值得进一步探索。本研究主要比较三种常见杀菌方式对生活饮用水水质理化特性的影响，为选择健康杀菌方式提供科学依据。

1材料与方法

11试验用水样

某包装饮用水公司生产线用原水经过沙滤、超滤、碳滤、纳滤后，采用无菌操作在生产线上取经过以上步骤的水样共8L，分为4组水样，每种水样各2L，保存在无菌、干燥、密封容器中送检。

12水样杀菌方式

组1经过UHT处理：采用西得乐超净灌装生产线（SIDEL，巴黎，法国）UHT杀菌[（125±1）℃]15s。组2经过臭氧杀菌处理：采用臭氧浓度在06～08mg/L之间的臭氧发生装置对水样进行杀菌。组3经过高温煮沸处理：高温煮沸15s后，冷却至室温，并及时送检。组4则不经过任何杀菌方式处理。

13水质分析

（1）分子团大小：采用核磁共振波谱法测定4组水样的分子团大小。使用400MHz核磁共振波谱仪（ARX400型，Bruker，德国）进行测定，17O核的共振频率为54243MHz。每组水样平行测定两组取均值。（2）氢自由基浓度：采用有机聚合物生成反应原理测定氢自由基浓度，多篇国内外文献采用此方法，结果可靠[78]。原理为水和CO2反应生成碳酸，碳酸与氢自由基反应生成草酸，草酸及其衍生物继续与氢自由基反应生成有机聚合物。每组水样平行测定两组取均值。（3）电导率：采用电极法测定电导率。原理及步骤参考GB/T 57504—2006生活饮用水标准检验方法[910]。每组水样平行测定两组取均值。（4）溴酸盐含量：用离子色谱法测定溴酸盐含量。原理及步骤参考GB/T 575010—2006生活饮用水标准检验方法[10]。每组水样平行测定两组取均值。（5）抑菌作用：采用抑菌试验测定抑菌作用。菌株使用金黄色葡萄球菌ATCC6538和大肠埃希氏菌ATCC25922，菌液浓度分别为93×105CFU/mL和54×105CFU/mL，接触时间为60min。具体检测方法和评价标准参考QB/T 2738—2012 73日化产品抗菌抑菌效果的评价方法[11]。每组水样平行测定两组取均值。

2结果与分析

由附表可知，各组水样的分子团从小到大依次为组4（8642Hz）<组1（8702Hz）<组2（11948Hz）<组3（13232Hz），水样采用核磁共振波谱法测定的谱图见附图。各组水样氢自由基浓度从大到小依次为组4（0177mmol/L）>组3（0142mmol/L）>组1（0126mmol/L）>组2（0111mmol/L）。各组水样电导率从大到小依次为组3（718μS/cm）>组2（531μS/cm）>组4（498μS/cm）>组1（492μS/cm）。各组水样溴酸盐含量均<0005mg/L，均未发现铜绿假单胞菌（CFU/250mL），均对金黄色葡萄球菌ATCC6538和大肠埃希氏菌ATCC25922无抑菌能力。

3讨论

饮用水的水质理化特性与微生物情况，除了与水源地的水质本身有关外，水的杀菌方式也对其理化特性与微生物情况具有一定影响，而水质理化特性与微生物又会影响机体的健康，因此研究包装饮用水的杀菌方式具有重要意义，但相关研究甚少。本研究比较了三种杀菌方式对水样的分子团簇大小的影响，结果显示，相较于臭氧杀菌方式，UHT后水样的分子团最小。还有科学研究显示，烧开水和冷冻水在热处理的过程也会影响水样的分值团簇大小，水样在热处理过程中会发生大量氢键的断裂和重组，烧开和冷冻后水的团簇结构会发生一定变化[12]。在氢自由基含量比较上，结果显示，相较于臭氧杀菌方式，高温煮沸后水样氢自由基含量最高。多项研究显示，富含氢气的水具有抗氧化能力，有助于防治动脉粥样氧化、缓解氧化应激损伤[1315]，有必要进一步开展相关研究探索提升水中氢气浓度的工艺、探索富含氢气的水的健康效应。且國内外几乎无杀菌工艺对水中氢自由基含量影响的报告，需更多研究验证此研究中的结果。

各杀菌方式处理后的水样溴酸盐含量均<0005mg/L，均未发现铜绿假单胞菌（CFU/250mL），这可能与水样本身（组4）溴酸盐含量和铜绿假单胞菌含量低有关。溴酸盐是一种具有氧化性的致癌物，长期饮用含有溴酸盐的饮用水会增加动物肾癌、甲状腺和腹膜间皮瘤的发病率，它是由于臭氧消毒过程中臭氧与水中溴化物反应而产生的一种副产物[16]。在此前国内的相关调查中，包装饮用水上述相关理化指标超标的现象经常发生。2011—2015年河北省瓶（桶）饮用水检验结果中，溴酸盐不合格率达64%。多项研究显示，水样在臭氧杀菌中可能会存在副产物溴酸盐超标的问题，需进一步探索控制副产物的技术[1718]。铜绿假单胞菌是一种重要的水源性致病菌，对消毒剂、紫外线等理化因素有着很强的抗性。在国内外研究者报告中，包装饮用水铜绿假单胞菌的检出率在12%～236%之间[19]。

在抑菌试验中，三种杀菌方式处理后的水样均对金黄色葡萄球菌ATCC6538和大肠埃希氏菌ATCC25922无抑菌能力。柬埔寨一项研究对煮沸杀菌方式进行了研究，结果表明，未经处理和煮沸的水样对比，大肠杆菌平均减少985%;煮沸样品的162个样品（44%）不含大肠杆菌（<1菌落形成单位[CFU]/100mL），并且270个样品（73%）具有<10CFU/100mL[20]。

4结论

不同杀菌工艺对水质理化特性有一定影响，建议开展更多相关研究，为创新包装饮用水杀菌技术，选择健康杀菌方式提供科学依据。◇

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