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编号:10259961
交联淀粉碘的制备及对水中细菌杀灭效果的研究
http://www.100md.com 《中国消毒学杂志》 1999年第1期
     作者:熊鸿燕 张凌* 刘育京** 涂瀛***

    单位:熊鸿燕 第三军医大学大坪医院野战外科研所,重庆 400042;张凌* 中国人民解放军第302医院 No.302 Hoital of Chinese People's Liberation Army;刘育京** 军事医学科学院微生物流行病研究所 Institute of Microbiology and

    关键词:饮水消毒;碘复合物;杀菌作用;大肠杆菌;伤寒杆菌;

    中国消毒学杂志990101 提要 以交联淀粉作载体,制备出紫蓝色、直径约100μm、不溶于水的交联淀粉碘(CSI)颗粒,有效碘含量为6.393mg/1000mg。以该消毒剂15g/L作用3min,对菌悬液中大肠杆菌与伤寒杆菌的杀灭率为100%。对自来水以5g/L作用5min,泉水、地面水以50g/L作用25~30min,可将细菌总数减少99.73%以上。反复回收3次的消毒剂,杀菌效果无明显变化。
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    PREPARATION OF CROSS-LINKED STARCH IODINE AND STUDYcON ITS BACTERICIDAL EFFICACY

    Xiong Hongyan Zhang Ling* Liu Yujing** Tu Ying***

    (Research Institute of Sugery,the Third Military Medical University,Chongqing 400042)

    Abstract The water-insoluble cross-linked starch iodine (CSI) was prepared using the cross-linked starch (CS) as the carrier of iodine.CSI is purplish blue-colored granules with diameter about 10μm and contains available iodine 6.393mg/1000mg. It shows strong aborption peak at300~900nm wavelength of ultrviolet rays.CSI 15g/L with a3min contact time killed 100% of Escherichia coli or Salmonella typhi.CSI5g/L with a 5min contact time,CSI50g/L with a 25min contact time andCSI50g/L with a30min contact time could kill 99.73%~99.94% of natural bacteria in tap water,fountain water and surface water reectively. The efficacy ofCSI recovered repeatedly3 times in killing E.coli in water did not change obviously.
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    Key words disiection of drinking water compound iodine bactericidal effectEscherichia coli Salmonella typhi

    与含氯消毒剂相比,含碘消毒剂腐蚀性、刺激性与毒性较小,杀菌作用受环境因素影响亦较小。其中,碘复合物多为水溶性,有效碘含量较稳定,在饮水消毒中展示了良好的前景〔1~3〕。由于碘制剂较昂贵,过去主要用于野外工作情况下的饮水消毒。随着社会经济水平提高,人们对饮水质量重视及缺碘地区对补碘的要求,以碘复合物替代氯制剂广泛用于饮用水消毒将成为现实。研制有效、稳定、使用方便、安全、经济的碘复合物可对其起促进作用。为此,我们用交联淀粉作为碘的载体,制备出不溶于水的交联淀粉碘(CSI)颗粒,并对其一般特性和杀菌作用进行了研究。

    1 方法

    1.1CSI的制备
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    将马铃薯淀粉与无水乙醇及交联剂按比例混合,在35℃碱性条件下进行交联反应3~5 h。加醋酸中和碱性,再分别用无水乙醇、去离子水、丙酮反复洗涤,过滤,所得交联淀粉(CS)经60℃烘干。用筛器筛选出106~250μm直径的CS颗粒。取该CS100g与350ml碘溶液混合。混悬(20r/min)作用2h,过滤去除溶液后,经60℃干燥。制成的CSI 装于棕色瓶中,置室温(20~25℃)下保存,备用。

    1.2CSI形态观察

    CSI扫描电镜样品按常规法制备。在电压为10~20kV的扫描电镜(日立S 450)下观察其超微形态结构。1个样品观察15~20个视野。

    1.3 CS和CSI结构分析

    以1%溴化钾(KBr)压片,用美国 Nicolet 公司的5 DX FT-IR 红外光谱仪对淀粉样品和CS进行波谱扫描,观察淀粉交联前后的分子结构变化。用日本 Shimadzu公司的2201型紫外分光光度计测定CS和CSI混悬液的吸光度。
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    1.4 有效碘含量测定

    用氧化还原滴定法〔4〕测定CSI中有效碘含量。取500mgCSI混悬于5ml去离子水中,用0.01mol/L 硫代硫酸钠标准液滴定至CSI颗粒变为白色为止。以3次测试所耗硫代硫酸钠溶液的平均量,计算CSI的有效碘含量。

    1.5 中和剂选择试验

    试验菌为大肠杆菌(8099)和枯草杆菌黑色变种(ATCC 8017)芽胞。按《消毒技术规范》〔4〕规定,试验分6组:①消毒剂+菌液;②(消毒剂+菌液)+中和剂;③(CS+中和剂)+菌液;④(消毒剂+中和剂)+菌液;⑤正常菌对照;⑥未接种菌的培养基对照。试验结果,以第6组无菌生长,第3、4、5组组间菌数相差不超过10%,第1组无菌生长或生长菌数远少于第2组,第2组菌数≥ 100cfu/ml,为选用的中和剂及其浓度适宜。
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    1.6 悬液定量杀菌试验

    试验时,向无菌生理盐水中分别加大肠杆菌和伤寒杆菌(ATCC 6539),制成含菌量约为108cfu/ml的菌悬液。将CSI(对照组为 CS)加入2ml菌悬液中,于室温下以磁力低速混悬一定时间,加入中和剂溶液并混匀。离心(4000r/min)5~10s 以去除CSI 。取0.1ml 上层水液作活菌计数。

    1.7 杀菌稳定性试验

    在室温下,将20mgCSI(对照组为CS)与2ml大肠杆菌水悬液混悬作用2min。离心,取上层水悬液1.0ml与0.5ml中和剂混合。中和作用后,取0.1ml混合液作活菌计数。将离心后下层CSI加入2ml菌悬液中,再混悬作用2min,其余操作同上,并将离心后下层CSI再次加入菌悬液中进行上述作用。

    1.8 饮用水消毒试验
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    取自来水、泉水或地面水2ml,加入CSI,于室温下作用一定时间。加中和剂终止反应。离心,吸上层水液作活菌计数。以未经CSI处理的水样作为对照。

    2 结果

    2.1CSI的形态

    在电镜下观察,CSI为直径100μm左右的颗粒,形态光滑,呈圆形或椭圆形(图1)。

    交联淀粉碘Cross-linked starch iodine

    淀粉Starch

    图1淀粉与CSI的扫描电镜观察
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    Fig 1 Scanning electronmicroscopic observation of

    starch and cross-linked starch iodine (500 ×)

    2.2 CS和CSI的红外光谱与紫外光谱

    在淀粉和CS的红外光谱10次累加扫描图(图2)上,淀粉和CS在3000cm-1波数处的吸光曲线(R1、R2)及1000cm-1波数处的吸光曲线(M1、M2)均有明显不同。据红外光谱图分析,3000 cm-1左右波数处代表羟基团的吸收谱图,1000cm-1左右波数处代表样品分子的指纹谱图〔5〕。因此该差异表明,淀粉多糖分子结构中游离羟基和缔合羟基的比例发生改变,两种样品的分子结构有所不同。这是淀粉交联时 α_1、6苷键的大量形成所导致的变化。
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    图2 CS的红外光谱图Cj

    Fig 2 Infra-red spectrogram of cross-linked starch

    CSI颗粒呈紫蓝色。其样品的紫外线吸收光谱(图3)在300~900nm波段扫描中?有明显的吸收峰,而未吸附碘的CS在此波段中无吸收峰。此表明CS与 I2络合后最大吸收波谱发生变化。

    图3 CS与CSI悬液的紫外吸收谱

    Fig3 Ultraviolet absorption ectrum of cross-linked starch and

    cross-linked starch iodine
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    2.3 中和剂试验结果

    试验表明,以0.02mol/L硫代硫酸钠溶液中和100mgCSI是适宜的(表1)

    表1CSI的中和剂试验结果

    Table 1 Results of neutralization test forCSI

    组 别

    Group

    平均菌数

    Average bacterial count (cfu/ml)

    大肠杆菌E.coli

    枯草杆菌黑色变种芽胞
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    B. subtilis var. niger spore

    (CSI+菌液)+生理盐水

    (CSI+bacterial suspension)+normal saline

    8

    62

    (CSI+菌液)+中和剂

    (CSI+bacterial suspension)+neutralizer

    640

    3820

    (CS+中和剂)+菌液
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    (CS+neutralizer)+bacterial suspension

    32700000

    1610000

    (CSI+中和剂)+菌液

    (CSI+neutralizer)+bacterial suspension

    32600000

    1480000

    (CS+菌液)+生理盐水

    (CS+bacterial suspension)+normal saline

    34800000
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    1600000

    未接种菌的培养基对照

    Uninoculated culture medium control

    0

    0

    [注: ] 试验在室温下进行。以30mgCSI对5ml大肠杆菌悬液作用1min,100mgCSI对2ml枯草杆菌黑色变种芽胞悬液作用10min。加中和剂后作用5min。结果为5次试验平均值。

    Note:The test was carried out at room temperature. 5ml of E.coli suspension was exposed to30mg of CSIfor 1min and 2ml of suspension of B.subtilis var.niger spore was exposed to 100mg of CSI for 10min. The neutralizing time was 5min. The results are means of 5 tests.
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    2.4CSI的杀菌作用

    经检测,CSI的有效碘含量为6.393mg/1000mg。用10mgCSI对2ml 大肠杆菌或伤寒杆菌菌液作用10s,杀灭率均可达99.99%;但需以30mgCSI作用3min,杀灭率才达100%(表2)。

    表2CSI对细菌的杀灭效果

    Table 2 Bactericidal efficacy ofCSI CSI质量

    Quantity

    of CSI

    (mg)

    作用时间

    Exposure
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    time

    (s)

    消毒后存活菌数

    No.of surviving

    bacteria after

    disiection

    (cfu/ml)

    杀灭率

    Killing

    rate

    (%)

    大肠杆菌E.coli
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    30

    300

    0

    100.00

    180

    0

    100.00

    120

    1

    99.99

    20

    600

    1
, 百拇医药
    99.99

    300

    1

    99.99

    60

    2

    99.99

    30

    1

    99.99

    10

    1

    99.99
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    10

    60

    1

    99.99

    30

    21

    99.99

    10

    254

    99.99

    伤寒杆菌S.typhi

    30

    180
, 百拇医药
    0

    100.00

    10

    60

    1

    99.99

    30

    1

    99.99

    10

    32

    99.99

    注:试验在室温下进行。试验时,将CSI与2ml菌悬液混悬。消毒前对照组菌数,大肠杆菌为34700000Ocfu/ml,伤寒杆菌为37000000cfu/ml。结果为5次试验平均值。
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    Note: The test was carried out at room temperature.CSI was mixed with 2ml of bacterial suension for test. The bacterial count of control group before disiection was34700000cfu/ml forE.coli,and37000000cfu/ml for S.typhi. The results are means of 5 tests.

    2.5CSIFK杀菌效果的稳定性

    检测表明,处理菌液后的CSI,反复回收使用3次,对大肠杆菌的杀灭率无明显变化(表3)。

    表3 使用不同次数的CSI对大肠杆菌的杀灭效果

    Table3 Efficacy ofCSI used repeatedly for different times in killing FK E.coli 回收使用次数
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    消毒后存活菌数

    杀灭率

    No. of recovery

    and use

    No. of surviving bacteriaafter disiection(cfu/ml)

    Killing

    rate

    (%)

    0

    1

    99.99

    1
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    4

    99.99

    2

    2

    99.99

    3

    21

    99.99

    注:试验在室温下进行。以20mgCSI与2ml菌悬液混悬作用2min。消毒前对照组菌数为34 200000 cf/uml。结果为5次试验平均值。

    Note: The test was carried out at room temperature.20mg ofCSI was mixed with 2ml of bacterial sus-pension and the contact time was 2min. The bacterial count of the control group before disiection was 34 200000cfu/ml. The results are means of 5 tests.
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    2.6CSI对饮用水的消毒效果

    以10mgCSI对自来水作用5~10min,以100mgCSI对泉水与地面水分别作用25min 与30min,均可将细菌总数减少99.7%以上(表4)。

    表4CSI对饮用水的消毒效果

    Table 4 Efficacy ofCSI in disiection of drinking water 水源

    Water source

    CSI质量

    Quantity ofCSIC(mg)

    作用时间

    Contact time(min)
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    消毒后存活菌数No. of surviving

    bacteria after disiectionrate(cfu/ml)

    杀灭率

    Killing

    rate(%

    自来水

    Tap water

    10

    10

    1

    99.84

    10
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    5

    2

    99.73

    地面水(1)

    Surface water (1)

    100

    30

    7

    99.94

    地面水(2)

    Surface wate(2)

    20

    15
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    42

    97.94

    泉水

    Fountain water

    100

    25

    1

    99.83

    [注:]试验在室温下进行。将CSI与2ml水样混悬。消毒前对照组细菌总数自来水为820cfu/ml,地面水(1)为12300cfu/ml,地面水(2)为2060cfu/ml,泉水为575cfu/ml。结果为5次试验平均值。

    Note:The test was carried out at room temperature.CSI was mixed with 2ml of water sample. The total bacterial count of control group before disiection was 820 cfuml of tap water,12300cfu/ml of surface water (1),2060cfu/ml of surface water (2) and 575cfu/ml of fountain water. The results are means of 5 tests.
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    3 结语

    经交联和碘吸附技术处理,淀粉中α_1、6苷键大量形成,成为紫蓝色、不溶于水、直径100μm左右、在300~900nm 波段对紫外线有强吸收峰的载碘交联颗粒,有效碘含量为6.393mg/1000mg。

    杀菌试验显示,以10mgCSI对2ml菌悬液(相当5gL)作用10s,可将大肠杆菌和伤寒杆菌杀灭99.99%,以30mgCSI对2ml菌悬液(相当15g/L)作用3min,杀灭率达100%。对自来水用5 g/LCSI作用5~10min,对泉水、地面水以50/gL CSI作用25~30min,可杀灭自然菌99.73%~99.94%。反复回收3次的CSI,对水中大肠杆菌的杀灭率无明显变化。作者单位:熊鸿燕 第三军医大学大坪医院野战外科研所,重庆 400042

    张凌* 中国人民解放军第302医院 No.302 Hoital of Chinese People's Liberation Army
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    刘育京** 军事医学科学院微生物流行病研究所 Institute of Microbiology and Epidemiology,Academy of Military Medical Sciences

    涂瀛*** 第三军医大学预防医学系 Faculty of Preventive Medicine,the Third Military Medical University

    参考文献

    〔1〕 Block SS. eds. Disiection,Sterilization,and Preservation. 4th ed. Philadephia: Lea and Febiger,1991: 152.

    〔2〕 曹健,李焕三. 饮水的固相接触净化消毒. 北京:人民军医出版社,1993: 51.

    〔3〕 蒋兴锦. 饮水的净化和消毒. 北京:中国环境科学出版社,1989: 173.

    〔4〕 王云峰,王有森,白竟玉,等. 消毒技术规范. 北京:卫生部,1991:37,47.

    〔5〕 余仲建,李松兰,张殿坤. 现代有机分析. 天津:科学出版社,1994:352.

    (1997-11-03收稿 1998-08-10修回), 百拇医药(熊鸿燕 张凌* 刘育京** 涂瀛***)