低温型季铵盐消毒液的产品开发

齐建军 孙红霞 赵建利

北京洛娃日化有限公司，北京，101300

1 研究背景

随着新型冠状病毒肺炎(COVID-19)疫情全球大范围流行，消毒作为预防控制疾病扩散、避免疫区交叉感染的重要环节，成为社会关注的热点。使用消毒剂是进行消毒的主要手段，消毒剂的需求大幅度提高导致一时物资紧缺，及时供应迫在眉睫，作为生产消毒剂的日化行业责无旁贷。

消毒剂的种类繁多，合适的场所和条件下合理使用正确种类的消毒剂至关重要，过度使用可能导致达不到消毒效果和消毒剂的浪费，使用不当会造成安全问题或者对人体造成伤害。冠状病毒的粒子囊膜由双层脂质组成，是化学消毒剂的主要作用部位，其对乙醚、氯仿和其他脂溶剂敏感，SARS病毒和新型冠状病毒（2019-nCoV）均为亲脂病毒，因此其对消毒剂的抗力比较弱，对热力、紫外线和中低效消毒剂均很敏感。中国疾病预防控制中心专家指出，75%乙醇、乙醚、含氯消毒剂、过氧乙酸和氯仿等脂溶剂均可有效灭活病毒，同时季铵盐类消毒对新冠病毒也有很好的杀灭效果。

冠状病毒不耐热、喜干燥，但是低温、低湿环境有利于冠状病毒生存，所以进口冷链食品成为新冠病毒很好的“藏身之所”，需要开发一款刺激性小、腐蚀性低、稳定性好、杀菌效果可靠的低温型消毒液。乙醇、乙醚、氯仿属于易燃易爆物，在储存和使用过程中存在火灾隐患，同时易挥发，开启后需要在短期内尽快使用，当浓度降低后消毒效果会明显下降。含氯消毒剂和过氧乙酸有着明显的缺陷，其腐蚀性非常强，有刺激性气味，稳定性差，不易保存。

2 季铵盐的特点

季铵盐是一类重要的阳离子表面活性剂，由叔胺和烷化剂反应制得，被广泛用作外科手术和医疗器械的杀菌消毒剂，工业循环水处理的杀菌灭藻剂，油田水回注的处理剂，林业和建筑行业的防腐剂，家庭个人、公共卫生和硬表面的洗涤消毒剂，家畜的消毒洗净剂，肉类、蛋类和其他食品加工设备的洗净杀菌剂，以及用于配制具有杀菌功能的洗衣液、洗手液等洗涤产品。季铵盐消毒剂的作用机制主要是其在水中带正电荷，可以吸附于带负电荷的微生物表面，形成微团，通过渗透作用进入细胞膜的类脂层和蛋白层，从而改变细胞膜的通透性，使细胞内容物外渗，导致微生物死亡；同时又凝固蛋白质，使酶和结构蛋白变性，破坏微生物的代谢，将微生物杀死[1]。铵盐烷基通过与细菌表面蛋白质分子结合，改变细菌胞膜的通透性，继而发生溶胞作用，破坏细菌细胞结构，引起细菌死亡，达到灭菌的效果[2]。

季铵盐种类繁多，按照其结构不同，可分为单长链季铵盐、双长链季铵盐、双长链双季铵盐和其他季铵盐。单长链季铵盐常见的是烷基二甲基苄基卤化铵和烷基二甲基苯氧乙基卤化铵，以苯扎氯铵（别名洁尔灭，十二烷基二甲基苄基氯化铵）为代表。双长链季铵盐有双烷基双甲基卤化铵和双长链双季铵盐类化合物，以双癸基二甲基氯化铵为代表。由于单一的季铵盐杀菌剂在某些使用环境下杀菌效果会受到限制，且长期单独使用会产生耐药性，研究人员发现复配型的季铵盐协同作用会具有更优异的广谱杀菌效果和许多别的优点，如延长杀菌周期、扩大抗菌谱和抗菌范围、降低使用浓度、防止细菌产生抗药性等[3]。

3 配方开发

由于单一品种的季铵盐消毒剂杀菌谱狭小，消毒应用范围有限，所以市面上大多产品采用复配技术。通过研究不同种类的季铵盐独特的杀菌作用机制，在配方中添加多种季铵盐进行复配，因协同作用得到放大、应用范围更广，可以广泛对抗致病性细菌、真菌、病毒等微生物。常用的单链季铵盐包括十二烷基三甲基氯化铵、十二烷基二甲基苄基溴化铵、十二烷基二甲基苯氧基溴化铵、十四烷基二甲基吡啶溴化铵，双链季铵盐包括双癸基甲基羟乙基氯化铵、双癸基二甲基氯化铵、双辛基癸基二甲基氯化铵。本产品采用比较有代表性的单长链季铵盐和双长链季铵盐进行配比，找到最优配方。总季铵盐含量控制在3～5 g/L。

冷链食品外包装流体环节较为复杂，容易携带病毒和有害微生物，在人们处理和搬运时容易接触造成交叉感染。一些常用的消毒剂在低温条件下会失效，温度低了以后，消毒剂的消毒能力显著下降，特别是如果消毒液结冰，肯定就没有效果了，哪怕不结冰，它的消毒效果也会下降很多倍。为了让消毒液在-18℃条件下保持液体状态、无析出、无结晶、性状与常温一致，还需加入抗冻剂，选用丙二醇、乙醇、异丙醇和甘油中的一种或几种作为抗冻剂。

4 低温实验室杀菌试验

《低温消毒剂卫生安全评价技术要求》（国卫办监督函〔2020〕1062号）于2020年12月31日发布，文件中规定用于低温冷冻物品表面消毒的低温消毒剂，需要在低温条件下进行实验室微生物杀灭试验和模拟现场试验，代表菌株为大肠埃希菌和金黄色葡萄球菌。

4.1 染菌载体制备

指标菌分别为大肠埃希菌（8099）和金黄色葡萄球菌（ATCC6538），购于中国普通微生物菌种保藏管理中心，试验用培养基为胰蛋白胨大豆琼脂培养基（TSA）、胰蛋白胨大豆肉汤培养基（TSB）。实验室杀灭试验采用脱脂无菌白平纹棉布片（1.0 cm×1.0 cm）为载体。

使用TSB配制染菌用菌悬液，微量移液器吸取菌悬液10 μL，滴染于载体，涂抹均匀，置37℃培养箱内30min干燥制成染菌载体（下称菌片）。把干燥后菌片在-18℃恒温条件下，放置30 min，备用。

4.2 中和剂鉴定试验

试验分组：第1组为消毒剂+菌悬液进行培养，观察消毒剂对试验菌有无杀灭或抑制能力。第2组为（消毒剂+菌悬液）+中和剂进行培养，观察残留消毒剂被中和后，受到清毒剂作用后的试验菌是否能恢复生长。第3组为中和剂+菌悬液进行培养，观察中和剂是否抑菌。第4组为（消毒剂+中和剂）+菌悬液进行培养，观察中和产物，或未被完全中和的残留消毒剂对试验菌的生长繁殖是否有影响。第5组为稀释液+菌悬液进行培养，作为菌数对照。第6组为稀释液+中和剂+培养基进行培养，作为阴性对照。

中和剂选用D/E中和肉汤，以金黄色葡萄球菌为试验菌进行3次重复试验。在-18℃恒温条件下，-18℃过夜（＞8 h）保存的低温型季铵盐消毒液的中和剂鉴定结果为：第1组生长平均菌落数为0 cfu/片，第2组生长平均菌落数为122 cfu/片，第3组、第4组和第5组生长平均菌落数分别为2.68×106cfu/片、2.65×106cfu/片和2.87×106cfu/片，三组间误差率3.81%，第6组为阴性对照（表1）。

表1 中和剂鉴定试验结果

4.3 载体定量杀菌试验

依据《消毒技术规范》（2002年版）第2.1.1.7.5（1）项。试验用-18℃过夜（＞8 h）保存的低温型季铵盐消毒液，在-18℃恒温条件下，作用时间为5.0 min、10.0 min和15.0 min，重复3次试验。

4.4 试验结果

结果表明，用D/E中和肉汤作为中和剂，可有效中和消毒液原液对试验菌的残留作用，且中和剂、中和产物对试验菌生长无明显影响，表明所选择的中和剂及其浓度适宜。

在-18℃恒温条件下，应用-18℃过夜（＞8h）保存的低温型季铵盐消毒液，作用5.0 min、10.0 min和15.0 min，对布片载体上金黄色葡萄球菌和大肠埃希菌的杀灭对数值均＞3.00，符合《消毒技术规范》（2002年版）消毒合格和《低温消毒剂卫生安全评价技术要求》微生物杀灭试验的规定。

5 模拟现场试验

依据《消毒技术规范》（2002年版）第2.1.2.9项。取10片菌片，放入环境温度：-18.0℃、相对湿度45%的冷库环境中，置于最难消毒的位置，保持30 min。用装有-18℃过夜（＞8h）保存的低温型季铵盐消毒液的喷洒装置，进行喷洒消毒，作用10.0 min，将菌片取出，放入含有5 ml中和剂溶液的试管内，作为试验组。将同批次的中和剂、稀释液接种培养基，作为阴性对照组。取-18℃冷库环境中同条件下放置的2片菌片，放入稀释液中做适当稀释，作为阳性对照组。分别取试验组、阳性对照组和阴性对照组样本各1.0 ml接种平皿，一式两份，倾注胰蛋白胨大豆琼脂培养基（TSA），置37℃培养箱内培养48 h，计数存活菌落数，计算杀灭对数值。

结果表明，对最难消毒位置处30个布片载体上金黄色葡萄球菌和大肠埃希菌的平均杀灭对数值分别为6.39和6.42，大于规定的3.00，符合《消毒技术规范》（2002年版）消毒合格和《低温消毒剂卫生安全评价技术要求》现场试验的规定。

6 理化试验

消毒液在使用时存在接触人体皮肤及黏膜的风险，对季铵盐在配方中的浓度均有限量要求，准确分析其含量，能够指导合理使用，既保证使用效果又减少对环境的危害，同时还能为产品质量控制以及监督检测提供参考。季铵盐活性物含量依照GB/T 26369—2020《季铵盐类消毒剂卫生要求》附录A.4四苯硼钠滴定法进行测定，重复测定3次。将低温型季铵盐消毒液原液密封包装置于37℃恒温箱存放90 d后，按同样方法测季铵盐含量，下降率为7.4%，符合《消毒技术规范》（2002年版）将产品贮存有效期为2年的要求。

依据《化妆品安全技术规范》（2015年版）第四章1.6电感耦合等离子体质谱法测定消毒液中铅、砷、汞的含量，对低温型季铵盐消毒液进行重金属分析检测，检测结果均为未检出。同时对低温型季铵盐消毒液进行金属腐蚀性测定，用该消毒液浸泡已经洗净、脱脂并干燥的金属片72 h，结果得出其对不锈钢和铜基本无腐蚀，对碳钢和铝有轻度腐蚀。所有低温型季铵盐消毒液应避免长时间接触碳钢和铝制品。

7 毒理试验

目前国内的毒理学试验以动物活体试验为主，检测结果如下。

（1）急性经口毒性试验：低温型季铵盐消毒液对小鼠急性经口毒性试验LD50＞5000mg/kg体重，毒性分级属于实际无毒级，符合《消毒技术规范》（2002年版）的要求。

（2）皮肤刺激试验：一次完整皮肤刺激试验结果表明，低温型季铵盐消毒液使用原液对家兔最高皮肤刺激指数均为0，刺激强度属无刺激性，符合《消毒技术规范》（2002年版）的要求。

（3）小鼠骨髓嗜多染红细胞微核试验：结果表明，各剂量组与阴性对照组相比，动物骨髓嗜多染红细胞微核率无显著性差异（P＞0.05）；环磷酰胺阳性对照组与阴性对照组相比，有显著性差异（P＜0.01）。各剂量组动物骨髓PCE/NCE的比值均大于0.1，表明受试样品对骨髓没有明显抑制作用，且样品各剂量组PCE/NCE的比值与阴性对照组比较无显著性差异（P＞0.05）。在给药期间，各剂量组动物未见明显异常表现。低温型季铵盐消毒液对小鼠骨髓嗜多染红细胞无致微核作用，符合《消毒技术规范》（2002年版）的要求。

8 讨论

在抗击此次疫情中为广大医护人员和人民群众提供洗涤、消毒、杀菌保障的消毒液、杀菌洗衣液、杀菌洗手液等洗涤产品中，季铵盐类消毒杀菌剂起到了关键的作用。季铵盐消毒杀菌剂具有高效、低毒、不易受pH变化的影响、持续时间长的特点，且对黏液层有较强的剥离作用，化学性能稳定，分散及缓蚀作用较好，还具有灭藻、絮凝等特点[4]。

本项目研发的低温型季铵盐消毒液主要应用范围包括：用于-18℃冷库中物体表面的消毒，包括冷冻食品外包装、墙面地面、工具货架等表面；也可用于冷链食品集装箱及运输车辆的消毒。该消毒液为外用消毒液，不得口服；不得用于餐具消毒，避免与食品接触。因为季铵盐为阳离子表面活性剂，其不能与肥皂或其他阴离子洗涤剂同用，也不能与过氧化物、碘或高锰酸钾同用，以免影响消毒效果。食品行业消毒对消毒剂的要求比较其他领域要高，不仅要求毒性低，还要求对环境比较友好。开发的低温型季铵盐消毒液正是本着这个思路设计和所进行的试验。实验结果证明，该消毒液在较低浓度条件下可快速杀灭细菌，属实际无毒级，对完整皮肤无刺激性，完全符合对冷链食品外包装的消毒要求。