非电解微酸性次氯酸水装备及消毒剂在奶牛场整体消毒的应用与展望

文/刁春文 刘长军 丁岚峰

（1江苏神力特生物科技股份有限公司；2黑龙江省牡丹江市农业农村局；3 黑龙江民族职业学院）

1976年John首次发现人体天然免疫系统中会产生次氯酸[1]，1979年Thomas[2]证实次氯酸可以造成肽键断裂和细胞膜巯基被氧化，具有使细菌蛋白质变性、使酶灭活的作用，次氯酸在机体内呈微酸性，是白细胞释放的杀灭病原微生物的，具有保护机体健康作用的物质。2002年6月，日本[3]修正了相关文件，以食品安全委员会提案作为食品添加剂进行应用；2017年美国FDA[4]重新修订了2008年的有关次氯酸应用条款，以FDA批准食品通知1811号开始应用。1994年我国开始涉足微酸性次氯酸消毒领域的研究，2002年卫生部[5]颁布《消毒技术规范》，以酸性氧化电位水的名称列入餐饮具、瓜果蔬菜和物品表面等的消毒应用。近10 年来，微酸性次氯酸水作为含氯消毒剂开始在奶牛场，如奶罐清洗、环境消毒、蹄浴、乳房药浴等方面进行应用，因其绿色环保、生物安全、无毒副作用、可带畜消毒、应用范围广、费用低廉，受到广大畜牧业同仁的关注。

1 微酸性次氯酸水装备及消毒剂概述

非电解微酸性次氯酸水以英文缩略语“CELA水”作为产品简称，源于Clean Economy Life Antisepsis，寓意“洁净、安全、健康的生活”。CELA水专利装备生成的非电解微酸性次氯酸水消毒剂，由次氯酸分子与六环微小分子水组成。目前，次氯酸水消毒剂的生成方式主要分为电解法（EP）和非电解法（NEP）2 种[6]。NEP是采用喷射流式相界面反应技术而生成的非电解微酸性次氯酸水（EAHAW）消毒剂，细分为横流喷射链式反应工艺法和混合反应工艺法。其中，以横流喷射链式反应工艺法生成的EAHAW消毒剂（CELA水）在含氯消毒剂中消毒效果最好。EP生成的次氯酸水消毒剂又称酸性电解水（AEW），细分为强酸性（StAEW）、弱酸性（WeAEW）和微酸性电解水（SlAEW）3 种，其主要成分是次氯酸分子，但有效氯浓度、pH值不稳定。电解法次氯酸水消毒剂一直未得到统一命名，曾有“酸性电位水”“氧化电位水”“强酸性电解水”“微酸性电解水”等多种名称。

1.1 CELA 水装备技术原理

1.1.1 CELA水发生器原理

CELA水装备[7]根据核化学链式反应的理论和爆发式水分子与次氯酸分子瞬间结合，形成比较稳定的次氯酸水小分子团，并依托物联网智能管理系统和pH值调控系统，研发出的新一代无毒副作用、生态友好型的CELA水装备（发生器），具有安全性好、受热稳定、杀菌速度快、消毒范围广、灭病毒效率高、无腐蚀性和劣化性、保存期长和环保、除臭等优点。CELA水生成的喷射流式相界面反应技术，与电解法、合成法截然不同，从原水处理到CELA水的生成都达到了极高的精细度与精密度。

1.1.2 CELA水消毒原理

CELA水的消毒原理[1，2，8]仍然沿用日本Fukuzaki教授2006年在《Biocontrol Science》的研究解释，即细胞膜表面带有负电荷，次氯酸根（ClO-）也带负电荷，不能轻易进入细胞内部，而次氯酸（HClO）是中性小分子，可以穿透细胞膜，进入细胞内部，并与其内部的DNA和线粒体发生反应，使其死亡而达到杀菌的作用。这在一定程度上解释了同等有效氯的情况下，次氯酸（HClO）的杀菌能力比次氯酸钠（NaClO）好的原因。同时，次氯酸在杀菌、杀病毒过程中，不仅可作用于细胞壁、病毒外壳，而且因次氯酸分子小，不带电荷，还可渗透入菌（病毒）体内，与菌（病毒）体蛋白质、核酸和酶等发生氧化反应，破坏其磷酸脱氢酶，使糖代谢失调而致其死亡，从而杀死病原微生物。

1.2 CELA 水装备及消毒剂的特性

1.2.1 CELA水发生器的特性

CELA水发生器[7]及其消毒剂具有较大的优势特性，其核心是采用喷射流式相界面反应的横流喷射链式反应工艺技术，生成目前稳定的次氯酸分子水。该发生器具有以下特点：一是即时生产。采用流体控制技术，可现场即时生产CELA水，相当于把消毒液生产厂搬到养殖场。二是一机多用。可将动物饮水消毒、养殖器具消毒和喷雾消毒一体化，并可应用于粪污除臭、去氨、环保、清洁环境等。三是浓度可调。采用计算机IOT远程监控，消毒液浓度可调，喷雾喷淋时间、次数可调。一般生物膜或饮水消毒浓度≤5 mg/L，喷雾消毒浓度≤50 mg/L，器具喷淋消毒浓度≤100 mg/L，以及杀灭烈性传染性病毒浓度100～200 mg/L等。四是产能可调。装备（成套设备）产能0.75～10.00 t/h，扬程40 m，可根据养殖场的实际情况设计控制产能。五是杀菌、灭病毒广泛。可迅速杀灭细菌、病毒，控制人兽共患病，特别对非洲猪瘟、高致病性禽流感、口蹄疫[9]、布氏杆菌病、大肠杆菌、沙门氏菌、霉菌等有效。六是技术标准先进。要求pH值为6.20±0.05～6.80±0.05；最高有效氯成分≤200 mg/L；供电要求为220 V，50 Hz；最大功率为4 500 W；自来水或井水；进水压力要求为0.1～0.3 Mpa；进水流量≥1 500 L/h；主机重量为300 kg；使用环境为室内，温度≥5 ℃。七是消毒剂无腐蚀性。CELA水pH值呈中性，对现代化设备无任何腐蚀性，并克服了氯气的有毒性和易爆性，克服NaClO的不稳定性和腐蚀性和常规氯消毒剂的异味性。

1.2.2 CELA水与含氯消毒剂的比较

CELA水消毒剂属于环境友好、生物安全型消毒剂，从稳定性、理化性质、安全性、适用范围、应用方式、使用浓度、消毒效果等方面与混合法EAHAWAEW以及常用含氯消毒剂之间进行比较，优势明显，结果见表1。

目前，CELA水消毒剂经过急性毒性、遗传毒性、细胞毒性、刺激性以及敏感性等多项认证检测，得到了医药卫生、食品保健、畜牧兽医等部门的安全认定，可广泛应用于食品加工、医疗保育、公共机关、农业养殖、餐饮业等领域。因此，综合比较，CELA水＞混合法EAHAW消毒剂＞AEW消毒剂＞NaClO消毒剂＞含氯类消毒剂。

早在1948年，Fair等[10]证实，SlAEW消毒剂优于NaClO消毒剂，杀菌能力是NaClO的80～100 倍，主要是因为不带电荷的HClO分子能穿透微生物细胞和孢子壁，而带电荷的次氯酸阴离子不能穿透细胞壁的缘故。赖发伟等[11]发现，SlAEW作为杀菌剂的效力是同等摩尔比NaClO的80～100 倍。陈为民等[12]进一步证明，采用2 mg/L的SlAEW与三氯异氰尿酸、次氯酸钠及二氧化氯进行定量杀菌试验，在1 min内的杀菌效果相当于含40 mg/L有效氯的三氯异氰尿酸或次氯酸钠及含30 mg/L有效氯的二氧化氯的效果。牛会平等[13]用60 mg/L的SlAEW，经35 倍稀释后对大肠杆菌的杀灭率达到100%，而稀释了16 倍的AEW的杀灭率仅达到了59%；同样，稀释了45 倍后对金黄色葡萄球菌的杀灭率为100%，而稀释了11 倍的AEW的杀灭率只能达到60%，SlAEW优于AEW。Disinpower产品报告[14]指出，15mg/LSlAEW与60 mg/LAEW的杀菌速率相同。由此推断，EAHAW50 mg/L浓度相当于200 mg/LAEW的杀菌速率。

表1 CELA水消毒剂与常用含氯消毒剂比较

2 CELA水装备及其消毒剂在奶牛场的应用

2.1 奶牛场环境、物体消毒

2.1.1 CELA水消毒浓度低、速率快、灭菌谱广

次氯酸属于弱酸性强氧化剂，动物机体内的次氯酸是中性粒细胞和单核细胞产生的杀灭毒性强、丰度高的氧化剂，来源于中性粒细胞的髓过氧化物酶与过氧化氢作用下的氯离子氧化反应。顾峥嵘等[8]证实，中性粒细胞的次氯酸产量非常可观，1.0×106个中性粒细胞产生2×10-7moL，足以在几毫秒内杀灭1.5 亿个大肠杆菌。同时证实，低浓度次氯酸水无细胞毒性。Wang等[15]采用受试细菌1.0×106CFU/mL的接种量，次氯酸浓度0.1～2.8 μg/mL，在MBC值时检测微生物的杀菌速率，大多数微生物在2 min内被杀死（＞99.99%），仅酿脓性链球菌需要10 min被杀灭，AEW快速杀菌效果极其显著，结果见表2。

国内试验证实，SlAEW消毒速率快、灭菌谱广。赵斌秀等[16]采用65 mg/LSlAEW悬滴，对脊髓灰质炎病毒5 min、脊髓灰质炎病毒3 min、甲型流感病毒和疱疹病毒1 min，灭活对数值均达到4.0以上。张学辉等[17]用54 mg/LSlAEW悬滴，对枯草杆菌黑色变种芽孢作用15 min，杀灭率为100%；在有机物干扰下作用60 min，杀灭率仅为99.65%。对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌作用30 s，杀灭率均达到100%；加入30 g/L小牛血清白蛋白作用12 min，平均杀灭率分别为95.06%和99.90%。赵嘉宇等[18]使用51.4 mg/LSlAEW对耐甲氧西林金黄色葡萄球菌作用30 s，金黄色葡萄球菌作用30 s，铜绿假单胞菌作用60 s，杀菌效果分别为99.9%、99.92%和99.97%；对念珠菌作用4 min，杀灭率达到了99.9%。马玲等[19]用44.25 mg/L电解酸性次氯酸水，采取菌悬液、流动浸泡、载体定量的方式，对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、枯草杆菌黑色变种芽孢、白色念珠菌等杀灭效果基本相同。近年来检测证实[9，19]，EAHAW对高致病禽流感、非洲猪瘟、口蹄疫、新冠肺炎、萨斯、乙肝、埃博拉病毒等均有较强的杀灭消毒作用。

2.1.2 CELA水装备适应于奶牛场环境、物体消毒

SlAEW属于环境友好型消毒剂，对环境无污染，对人和动物无害，生态安全[20]。CELA水装备及其消毒剂便于奶牛场的地面喷洒、厩舍喷雾、工具清洗消毒，消毒剂随机生产，节省人力，能实现奶牛场产业管理升级与现代化消毒，符合奶牛场理想消毒剂的选择条件。采用50 mg/L的CELA水消毒剂，对饲养人员、带牛环境、生产区设施进行清洁、喷雾消毒，2～3 次/天、3～5 min/次；可按饲养习惯对奶牛榨乳通道清洁时喷洒、冲洗消毒，并可对粪便除臭、降氨。同时，采用100 mg/L的CELA水消毒剂，通过门卫通道、消毒池对进入人员、车辆等开展消毒；经常性地使用50 mg/L的CELA水消毒剂，对生活区环境喷雾、人员洗手消毒，预防人兽共患病。奶牛场的环境、物体消毒对保证食品安全，提高奶牛业经济效益有着极其重要的作用和价值。

表2 室温下AEW对不同病原体的杀灭时间

2.2 奶牛场奶罐清洗、蹄浴、乳房药浴消毒

2.2.1 挤奶罐清洗消毒

奶牛场挤奶系统的热碱、热酸循环冲洗是原位清洗（CIP）的关键步骤，长期使用会腐蚀挤奶系统，废水处理困难，对环境污染危害大。刘羽等[21]采用62 mg/LSlA E W和碱性电解水（NaHO）、水温37.8 ℃，对挤奶系统比较“温水--碱性电解水--微酸性次氯酸水”冲洗模式与常规“温水--碱性清洗剂（0.5%NaHO+NaClO）--酸性清洗剂（0.5%H2SO4+H3PO4）--温水”冲洗模式，通过ATP酶荧光检测清除微生物的效果，认为SlAEW清洗模式最佳，成本费用比以往降低25%以上，并可节水14%。陆筑凤等[22]采用AEW对200 L啤酒发酵罐按“回收冲洗10 min--冷碱水（2%NaHO）清洗10 min--冷酸水（1.5%H2SO4）清洗10 min--酸性次氯酸水清洗2 min”啤酒罐CIP清洗模式，检验乳酸菌、野生酵母菌、醋酸杆菌、有害菌消毒状况，结果显示，8～10 mg/L的AEW消毒效果最好，有效氯在啤酒罐中的半衰期60 h，实验室培养无杂菌生长，弥补了以往啤酒罐消毒剂残留、毒害的不足，具备啤酒消毒剂的良好条件和应用价值。刁春文等[23]采用双排式18位挤奶设备，分别用10 mg/L、50 mg/L的EAHAW消毒剂，替代原位清洗（CIP）的热碱、热酸清洗步骤，仅把步骤中的温水冲洗改为温热水（40～50 ℃）冲洗8～10 min，结果显示，3组间清洗效果基本相同，组间差异不显著；微生物检测有效氯50 mg/L组好于有效氯10 mg/L组的趋势，交奶检测的微生物指标、体细胞数优于原位清洗（CIP）的热碱、热酸清洗模式；EAHAW成本费用降低了30%～40%。

2.2.2 蹄浴与乳房药浴消毒

蹄病发病非常普遍[24，25]，尤其是集约化程度高的奶牛场发病率更高，奶牛蹄病是造成牧场经济损失的大病之一。蹄病主要包括蹄趾皮炎、趾间皮炎、腐蹄病、蹄跟糜烂等，多与细菌、真菌、病毒有关；也包括与感染性无关的白线病、蹄底溃疡、蹄裂、蹄叶炎等[26]。通常1 头奶牛在1 个泌乳周期内产奶量降低约360 kg，而且也会使产犊间隔相应延长，即从产犊到受孕的时间间隔增加14～40 天，也使得淘汰风险增加了3 倍，平均每个蹄病患牛造成的成本损失867～2 776 元。蹄病中发病率44.43%的奶牛患有蹄趾皮炎，由螺旋体引发，常伴发腐蹄病[24，25]。为此，建议采用50 mg/L的CELA水进行奶牛蹄浴，对预防奶牛蹄病至关重要，如若蹄浴效果做好，即会转化为蹄趾皮炎的初始阶段而逐渐治愈[26]。

西川晃豊等[27]采用2.5%的硫酸铜酸性电解水溶液杀灭大肠杆菌的效果，比同浓度的硫酸铜溶液效果好。患有蹄趾皮炎的奶牛5 个月发病率为1.5%～3.9%，比使用5.0%硫酸铜溶液4 个月的效果好，发病率减少了50%。刁春文等[28]采用100 mg/L、150 mg/LEAHAW消毒剂进行蹄浴，均达到了同样的预防蹄病的效果。蹄浴液随着蹄浴时间、头数及有机物污染程度的增加，有效氯浓度逐渐下降，第4 h下降了70%，第6 h仍能保持5 mg/L以上的浓度，蹄病发病率同比减少了3%。建议采用50 mg/L的流动性EAHAE，可以取得更好效果。

关 文 怡 等[29]采 用6 0 m g/LAEW，对奶牛乳头药浴的杀菌效果强，杀菌率为96.74%，与5%聚维酮碘消毒液的杀菌率（95.38%）相当；使用有效氯30 mg/L的AEW与5%聚维酮碘消毒液，对挤奶员双手杀菌率均达95%以上，这与荒井威吉等[30]报道结果基本一致。南松剑等[31]采用20 mg/L的AEW对挤奶杯进行浸泡、消毒，消毒效果显著。对挤奶员手进行清洗，使用毛巾进行浸泡、消毒，分别使用1 min、5 min，效果分别达到93.94%和97.07%，高于相同有效氯浓度的次氯酸钠溶液。吕桂芬等[32]用30 mg/L、60 mg/L SlAEW，分别加入体积百分比3%和10%的甘油中，结果显示，2 h有效氯含量分别损失了43%和57%，6 h有效氯含量均损失90%。SlAEW由pH值6.5，在2 h内下降至约0.5，2～6 h下降至pH值3.5，随后缓慢下降保持不变。配置不同浓度的乳房药浴液和常用乳头药浴剂5%聚维酮碘的杀菌效果，达到或超过对照组和聚维酮碘组，与传统碘制剂相比具有安全、无残留、环保等优点，加入甘油后具有保护乳头的作用。

2.3 抗奶牛热应激的喷淋消毒

奶牛热应激对各生产阶段均有不利的影响，尤以高产奶牛最甚[33～35]。我国每年7月、8月、9月（南方可提前至5月）是奶牛热应激高发季节，可导致产奶量大幅下降，乳脂、乳蛋白含量降低，免疫力、繁殖性能下降，甚至可影响犊牛健康及奶牛以后几个产次，可继发奶牛瘤胃酸中毒和蹄叶炎，给奶牛场造成严重的经济损失。除通风、降温外最好的方法是喷淋，每天从早8～24时共喷淋7～8 次，每次间隔2 h，每次喷1 min，停4 min，6 个循环为1 次，最佳部位是颈上部[36]。采用CELA水在奶牛舍环境喷雾消毒的同时，使用10 mg/L的CELA水喷淋预防奶牛热应激，可获得一举多得的效果。不但可以预防奶牛结节性皮肤病，还可以预防奶牛皮肤瘙痒症，通过杀灭金黄色葡萄球菌等微生物作用或通过其抗炎作用（减少组胺、LTB4、IL-2的活性），减少瘙痒。

3 CELA水装备及其消毒剂的整体应用展望

CELA水可以更好地提升奶牛场生物安全、产品质量安全、公共卫生防疫安全，共筑人兽共患传染病的铁臂屏障，强化构建消毒手段与措施。

CELA水装备及消毒剂发展迅速，相对于电解法的强酸性电解水、微酸性电解水等，在装备上具有运输方便、智能化管控、消毒范围广、无残留等生物安全的优势，可以直接用于奶牛场消毒、防控疫病，也可应用在蹄浴、乳房药浴、挤奶设备清洗、奶牛热应激治疗等。更有意义的是，CELA水消毒剂在治疗犊牛腹泻、奶牛子宫内膜炎等方面尚有许多应研究开发之处。有充分的理由相信，采用CELA水装备及其消毒剂，开展奶牛场全方位整体消毒，实现“现场即时生产消毒剂，饮水、喷雾、喷洒一机多用，消毒剂浓度按应用可调，单位时间产能可控，物联网远程安全监控”的现代化运行模式，可获得比较高的生态效益、经济效益和社会效益。C