Существуют вещества, которые замедляют или полностью тор­мозят рост микроорганизмов. Если вещество подавляет рост бак­терий, а после его удаления или снижения концентрации рост их возобновляется вновь, то говорят о бактериостатическом дейс­твии, в то время как бактерицидные вещества вызывают гибель клеток.

Проявление того или иного действия дезинфектантов связано с концентрацией химических агентов, с температурой и величиной рН среды; также имеют значение видовые различия микроорганизмов, возраст вегетативных клеток, спорообразование.

Эффективность различных агентов, применяемых для уничто­жения микроорганизмов, характеризуется показателем D10, кото­рый обозначает время, необходимое для того, чтобы в определен­ной популяции при определенных условиях среды вызвать гибель 90% клеток.

Механизм действия различных антимикробных препаратов на микроорганизмы отличается один от другого. Это может быть по­вреждение поверхностей структур (клеточной стенки и цитоплазматической мембраны) либо повреждение ферментов и нарушение метаболизма, подавление синтеза белков и нуклеиновых кислот ан­тибиотиками. В табл. 6 приведены сведения по механизму действия некоторых дезинфицирующих веществ.

Различают химическую, термическую и химотермическую дезин­фекции.

Метод термической дезинфекции предполагает подачу пара в тру­бопроводы и аппараты, при этом все поверхности должны быть на­греты до 90°С и выдержаны при этой температуре не менее 10 мин. Этот способ используют на этапе получения чистой культуры дрожжей.

Для дезинфекции оборудования и производственных помеще­ний используют метод химической дезинфекции, при этом на по­верхность наносится химический состав, который остается в тече­ние некоторого времени (от 30 до 60 мин) и затем смывается водой. Обычно химическая дезинфекция проводится при той температуре, при которой осуществляются технологические процессы в данном оборудовании.

Химотермическая дезинфекция предполагает применение повы­шенных температур (60-100°С) с целью снижения концентрации дез­инфектантов или сокращения времени их воздействия.

Таблица 6

Механизм действия дезинфицирующих веществ

Направление действия Дезинфицирующие агенты Механизм действия
Повреждение клеточ­ной стенки и клеточ­ных мембран Этанол Коагуляция белка
Детергенты Нарушение функции клеточных мембран
Повреждение фер­ментов и нарушение метаболизма Тяжелые металлы Связывание SН-группы ферментных белков, в результате чего изменяется их структура и ферментативная активность. Блокирование функциональной сульфгидрильной группы КоА
Антимицин А Нарушает перенос электронов по дыхательной цепи
2,4-динитрофенол Разобщение процессов окисления и фосфорилирования в митохондриях
EDТА Связывание коферментов (главным образом двухвалентных металлов)
Фторацетат Блокирование цикла трикарбоновых кислот
Конкурентное ингибирование Оксид углерода Подавление дыхания за счет конкурирования с кислородом за цитохромоксидазу (конкурентное торможение)
Сульфонамид Антиметаболит 4-аминобензоата. Аминобензоат входит в состав тетрагидрофолевой кислоты. Метаболит и антиметаболит беспрепятственно входят в клетку и включаются в фолиевую кислоту
Канаванин Антиметаболит аргинина
Малонат Антиметаболит сукцината. Малонат ингибирует сукцинатдегидрогеназу, фермент ЦТК
Подавление синтеза нуклеиновых кислот и белка Антибиотики Направлен на функцию рибосом, влияет на синтез ДНК и РНК

 

В открытых системах, а также на многих участках технологиче­ского процесса в пределах закрытых систем (производство напитков, склады) химическая дезинфекция обычно не применяется.

В табл. 7 даны сведения о некоторых типах дезинфицирующих средств, применяемых в пищевой промышленности. Дезинфектанты подразделяются на окисляющие (например, хлорсодержащие препа­раты, надуксусная кислота, перекись водорода и т. д.) и неокисляющие типы (например, щелочи и кислоты).

При выборе дезинфицирующего вещества следует остановиться на таких показателях, как:

  • совместимость с другими химическими веществами;
  • совместимость с материалами оборудования;
  • толерантность к жесткой воде;
  • низкая способность к пенообразованию или ее полное отсутствие;
  • безопасность при использовании (отсутствие раздражения кожи при контакте);
  • способность к длительному хранению;
  • не влияние на пеностойкость;
  • широкая антимикробная активность при низких концентра­циях и низких температурах;
  • экономичность в использовании;
  • минимальное влияние на окружающую среду.

К сожалению, ни один из дезинфектантов не обладает всеми вы­шеперечисленными характеристиками.

Механизмы действия, преимущества и недостатки применения дезин­фектантов. Дезинфицирующие вещества, предлагаемые фирмами, со­держат не только чистый препарат антисептика, но также и некоторое количество вспомогательных средств: ПАВ – для улучшения смачи­ваемости; комплексообразователи – для снижения выпадения солей жесткости.

Эффективность применения дезинфицирующих растворов зави­сит от:

  • природы дезинфицирующего вещества;
  • чистоты обрабатываемой поверхности;
  • температуры раствора;
  • рН среды;
  • концентрации дезинфектанта;
  • времени обработки.

Важным обстоятельством для обеспечения результативной дезин­фекции является чистая поверхность, так как если на поверхности остается много загрязняющих веществ, то для того, чтобы получить надежный эффект, необходимо увеличивать рабочие концентра­ции дезинфектантов. Это наглядно проявляется при использовании препаратов, содержащих активный хлор, а также в случае примене­ния надуксусной кислоты. Белковой чувствительностью отличаются также альдегидные соединения.

Таблица 7

Типы дезинфицирующих веществ

Дезинфицирующие вещества Применение Отрицательный эффект Примечание
Соединения хлора (ги­похлорит, хлорамины, хлорфосфаты, препара­ты на основе дихлоризоциануровой кис­лоты: хлордезан, дихлор-1, хлорцин-N) Применяются в закры­тых системах и только в щелочной среде Белковый дефект*, вызывает коррозию, появление посторон­них привкусов в пиве Экологически опасны. Концентрация 100-500 мг/дм3 по активному хлору, температура не выше 25 °С. Стойкость при храпении ограничена
Надуксусная кислота (НУК) Применяется в закрытых системах, может добав­ляться в воду при опо­ласкивании Белковый дефект, вызывают коррозию. Из-за запаха не добавляется в замочные чаны. Действует на кожу Активная концентрация 0,1-1,0% (в дезоксоне-4 содержится 5-9% НУК). Оптимальные температуры 0-30°С. Экологически безвредная. Хорошая смываемость
Галогеноуксусные кислоты (монохлоруксусная, монобромуксусная) Рекомендуются для дезинфекции по методу СИП при производстве напитков. Многократное использование Высокая токсичность, не используются в замочных чанах -
Четвертичные соедине­ния аммония (катамин АБ, QAV, Quats – катионные ПАВ), олигомеры, бигуаниды, азотсодержащие амфотерные ПАВ, производные жирных аминов В открытых системах (мойки бутылок, ла­герных и бродильных танков) Ограниченное применение, так как адсорбируются на поверхности оборудования, отрицательно влияют на качество пены (инактивируют тензиды), плохо смываются Низкая активная концентрация (0,2 -0,5%), не имеют запаха, слабые корро­зийные свойства. QAV в комбинации с альдегидом дает быстрый антимикроб­ный эффект. Недостаточно эффектив­но действуют на грамотрицательные бактерии. Применение ограничено областью рН
Пероксид водорода При ведении чистой культуры дрожжей, для обработки семенных дрожжей, в цехе розлива - Не должны смешиваться с соединения­ми, содержащими хлор
Альдегиды (формальде­гид, глутардиальдегид, глиоксаль) В закрытых системах Ограниченное применение из-за высокой белковой чувс­твительности. Очень медленно действуют, поэтому используются в комбинации с четвертичными соединениями. В щелочной среде нестабильны
Йодные препараты, спиртовые аэрозольные препараты Дезинфекция наружных участков разливочных машин Ограниченное применение. При­меняют только в кислой среде и при низких температурах Короткое время воздействия, низкие температуры, активные концентрации по йоду 15-25 мг/дм3
Азотная кислота

Дезинфекция но методу СИП

Возможно повышение уровня нитратов в пиве Активная концентрация 5-10%
Каустическая сода Высокие коррозийные свойства Горячие 2-3%-ные растворы (80-90°С). Для предотвращения раз­вития посторонних микроорганизмов в щелочи следует вносить дезинфициру­ющие добавки

* Белковый дефект – явление взаимодействия дезинфицирующего вещества с органическими соедине­ниями, в результате чего снижается активная концентрация дезинфектанта.

Следующим важным фактором является температура: многие ве­щества снижают свою активность при низких температурах обра­ботки, однако это не относится к надуксусной кислоте, которая оди­наково хорошо действует в широком диапазоне температур (от 0 до 30°С).

Эффективность дезинфекции определяется концентрацией активного вещества в растворе. Между тем в настоящее время практи­чески не существует приборов, с помощью которых можно проверять концентрацию этих веществ в отработанных растворах, поэтому дез­инфицирующие средства почти всегда используют однократно. Бо­лее того, препараты, содержащие активный хлор, не могут использоваться многократно, так как восстановленные соединения хлора вызывают коррозию поверхностей.

Особенностью некоторых дезинфектантов является избирательность действия по отношению к различным микроорганизмам (табл. 8).

Фактором, определяющим дезинфицирующий эффект, является концентрация дезраствора; при этом следует иметь в виду, что при уменьшении концентрации препарата необходимо увеличить длительность обработки поверхности.

Снижение дезинфицирующего эффекта от применения дезинфектантов может быть связано со следующими факторами:

  • наличием органических остатков;
  • смешением катионных и анионных тензидов (в связи с этим не рекомендуется самостоятельно составлять смеси дезинфи­цирующих средств, а перед дезинфекцией тщательно смывать моющий раствор, приготовленный на основе соединений ам­мония);
  • с низкой концентрацией веществ (поэтому следует использо­вать автоматические дозаторы, вести постоянный контроль за концентрациями растворов, а также выдерживать программу обработки);
  • при обработке не соблюдены требуемые интервалы значений температуры и величины рН.

Таблица 8

Спектр действия дезинфицирующих веществ

Дезинфи­цирующие вещества Бактерии Вирусы Грибы
грамположительные грамотрица­тельные дрожжи плесе­ни
Споры Вегета-тивные Мико-бактерии
Надуксусная кислота ++ ++ ++ ++ ++ ++ ++
Активный хлор ++ ++ + ++ ++ + +
Йод, соединения йода ++ ++ + ++ +- + +
Альдегиды ++ ++ ++ ++ +- + +
Фенол и дериваты - ++ ++ ++ +- + +
Этиловый спирт - ++ ++ ++ +- + +
Аммонийные соединения - ++ - + +- ++ +-
Гуанидины - ++ - ++ - + +
Амфотерные соединения - ++ + ++ - ++ ++


Примечание.
(++) – хороший дезинфицирующий эффект; (+) – средний эффект; (-) – не действует; (+-) – селективное (избирательное) действие.

Дезинфектанты. Препараты на основе надуксусной кислоты (НУК). Надуксусная кислота (СН3СОООН) в настоящее время представ­ляет собой наиболее экологически безопасный дезинфектант, так как продуктами ее распада являются, кислород и уксусная кислота (СН3СООН):

2СН3СОООН →2СН3СООН + О2

В водном растворе образуется пероксид водорода (Н2О2), который является сильным окислителем:

СН3СОООН + Н2О сн3соон + н2о2

НУК хорошо смывается с поверхности оборудования и имеет це­лый ряд других технологических преимуществ по сравнению с дру­гими дезинфектантами. В то же время она обладает очень непри­ятным запахом, при больших концентрациях вызывает коррозию, химически активна и выступает как сильный окислитель; НУК отри­цательно действует на резиновые прокладки. Растворы НУК не очень стабильны, и для нее характерен белковый дефект, т. е. взаимодей­ствие с органическими соединениями. Она рекомендована только для мойки по методу СИП в качестве завершающего процесс дезинфици­рующего средства, а вследствие проявления биоцидного эффекта при низких температурах НУК применяется для дезинфекции форфасов и танков.

Хлорсодержащие дезинфектанты и другие галогены. Дезинфи­цирующие вещества на основе активного хлора находят широкое применение в промышленности, несмотря на целый ряд недостат­ков.

Активный хлор применяется в двух видах:

  • неорганические соединения, содержащие ионы гипохлорита;
  • органические хлорсодержащие соединения (например, трихлоризоцианурат).

Существенным недостатком этих препаратов является образова­ние органических устойчивых галоидных соединений и хлорного газа, который получается при взаимодействии хлорсодержащих препара­тов с кислотами.

На производстве обычно используется гипохлорит натрия (NaОСl). Это соединение наиболее стабильно в слабом растворе щелочи, по­этому концентрат его поставляется на завод с NaOH (значении рН около 12). В используемых растворах 50-300 мкг/дм3 значения рН со­ставляют 7-9. При оптимальном для дезинфекции значении рН 5,0 раствор менее стабилен. При рН менее 5,0 выделяется газ Сl2. NaOCl гидролизует протеины, делая их более растворимыми и легко удаляе­мыми.

Это соединение имеет много преимуществ, среди них отсут­ствие образования пены, толерантность к жесткой воде, оно не оставляет остатков в виде активных компонентов, имеет широкий антимикробный спектр, действует быстро и экономично в исполь­зовании.

Диоксид хлора. Это бактерицидное средство с широким спектром действия на микроорганизмы. Бактерицидный эффект связан с его высокой окисляющей способностью. Отмечено отсутствие адаптации микроорганизмов к этому препарату.

Диоксид хлора (СlО2) получают непосредственно на пивоварен­ном заводе из хлорита натрия (NaClО2) и соляной кислоты (HCl).

Ранее диоксид хлора широко использовали для обработки воды и сточных вод вместо хлора и озона. При дезинфекции воды при­меняют двуокись хлора в концентрациях 0,2-0,4 мг/дм3. В каче­стве дезинфицирующего агента в пивоварении рекомендованы до­зировки 1–3 мг/дм3. Для ополаскивания аппаратов после дезинфек­ции с точки зрения микробиологической чистоты рекомендуется до­бавлять в воду 0,8 мг/дм3 СlО2.

Несомненными преимуществами данного хлорсодержащего пре­парата являются его низкая себестоимость и относительная безопас­ность для окружающей среды, так как отсутствует образование кан­церогенных продуктов: хлорфенолов, тригалометана, в значительной степени снижается образование высокомолекулярных соединений органогалогенов. Двуокись хлора не вступает во взаимодействие с ио­нами NH4+ и аминосоединениями.

Препараты йода. Йодные препараты используют для дезинфекции разливочных и укупоривающих машин. Эти препараты характеризу­ются быстротой действия и широким дезинфицирующим спектром влияния на микроорганизмы.

В пивоварении йод используют в сочетании с ПАВ (йодофоры), в качестве активного вещества выступает йод. Для проявления его активности оптимальное значение величины pH около 5,0. ПАВ, в свою очередь, улучшает смачивание и проникновение йода в орга­ническое загрязнение. Эти соединения более эффективны, чем гипохлориты, но они дороже последних. Используют их в ваннах для отмочки, при распылении в концентрациях 10 мг/дм3 свободного йода. Рабочие растворы нестабильны и по мере хранения обесцве­чиваются. При больших концентрациях они обладают коррозион­ными свойствами.

Препараты брома. Бром используют редко, только для обработки оборотной воды.

Бромноватистая кислота наряду с хлорноватистой может быть об­разована растворением бром-хлор-диэтилхидантоина, поставляемого в твердом или порошкообразном состоянии, в воде с помощью броматора:

C5H6BrClN2О2 + 2Н2О → C5H8N2О2 + НОВr + НОСl

Поступление воды в броматор регулируется так, чтобы поддер­живать определенный уровень брома – 0,5 мкг/дм3. В этом виде бром обладает меньшей коррозионной активностью, чем гипохлорит. Бром-хлор-диэтилхидантоин обеспечивает сравнительно безопасный путь при использовании брома.

2-бром-2-нитропропан-1,3-диол (БНПД) – является медленно действующим биоцидом. Он используется для обработки рециркулирующей воды; действует в кислой среде и разлагается под дейст­вием микроорганизмов. Активен против широкого спектра микро­организмов.

Пероксид водорода и другие окислители. Пероксид водорода (Н2О2) поставляется в растворе, где он частично разлагается:

2О2→2Н2О + О2

Использование пероксида водорода для ручной дезинфекции не рекомендовано. Это вещество главным образом используется для распрыскивания из моющих головок, например, при асептическом розливе. Н2О2 является бактерицидным и фунгицидным средством, однако некоторые бактерии и грибы проявляют к пероксиду водо­рода меньшую чувствительность, так как они способны продуци­ровать фермент каталазу, разрушающую его. В виду того, что это вещество действует медленно, для хорошего антимикробного эф­фекта необходимы длительный контакт и/или повышение темпе­ратуры.

Альдегидные препараты. Формальдегид, глутаральдегид, глиоксаль редко используют в пивоварении в связи с высокой белковой чувстви­тельностью и медленным воздействием на микроорганизмы (иногда несколько часов). Глутаральдегид применяют в тоннельных пастери­заторах. Оптимальный уровень рН находится в диапазоне от щелоч­ного до слабокислого.

Следует учитывать влияние этих соединений на организм чело­века. В настоящее время дискутируется вопрос об их канцерогенности.

Изотиазолины. Эти вещества используют в тоннельных пастериза­торах и башенных охладителях. Эффект достигается при длительном воздействии препарата. Здесь их антимикробная активность заклю­чается в действии на сульфитредуцирующие бактерии, которые явля­ются причиной появления черной слизи, постороннего запаха и кор­розии. Изотиазолины добавляют в растворы моющих веществ, чтобы увеличить срок использования последних.

Дезинфектанты неокислительного действия. К типу неокисляющих дезинфектантов относятся четвертичные аммонийные соединения, бигуанидины, растворы этанола, каустика, кислот и фенольные со­единения (последние в пивоварении не используют).

Четвертичные аммонийные соединения (ЧАС) – это катионные ПАВ:

Meledina 1

ЧАС имеют значительно меньший дезинфицирующий эффект, чем окислители, они образуют пену, что не подходит при исполь­зовании технологии СИП. Кроме того, наблюдается «привыкание» к ним микроорганизмов. Эти вещества используются главным обра­зом для отмачивания засохшей грязи и ручной мойки при концент­рациях более 200 мкг/дм3. Спектр рН для проявления их активности от 3 до 10. Но они малорастворимы, а с таннином пива образуют оса­док, поэтому применяются редко.

Бигуанидины являются производными от натурального вещества гуанидина, обнаруженного в злаках и овощах:

Meledina 2

Активность бигуанидинов наблюдается при рН от 3 до 9, причем при рН более 9 они выпадают в осадок. Так как бигуанидины не обра­зуют пену, их применяют в системах СИП. Их также используют для отмачивания засохшей грязи, при ручной мойке и в качестве биоцида в тоннельных пастеризаторах. Эти соединения малоэффективны по отношению к дрожжам и плесневым грибам, а также спорам бакте­рий. Главное достоинство их – малотоксичность.

Спиртовые аэрозоли применяют для дезинфекции разливочных машин в области стерильного розлива.

Каустик (каустическая сода) при высоких температурах интен­сивно воздействует на контаминирующую микрофлору, что видно на примере наиболее устойчивой ее формы – спор (табл. 9).

Таблица 9

Концентрация NaOH (в об. %) при которой достигается гибель 25% спор Bacillus subtilis

Температура, °С Время, мин
1 2 4 8 16
49,0 2,44 1,64 1,10 0,74 0,50
54,5 2,15 1,44 0,97 0,65 0,44
60,0 1,90 1,28 0,86 0,58. 0,39
65,5 1,66 1,12 0,75 0,51 0,34
71,0 1,46 0,89 0,66 0,45 0,30

Пар. Эффективен для стерилизации оборудования, но исполь­зуется в пивоварении в ограниченных масштабах. Пар должен быть влажным и не содержать воздуха. Для получения эффекта стерилиза­ции обработка может длиться до 1,5 ч. Применение пара ограничено в связи с его дороговизной, опасностью использования, а кроме того, может иметь место затвердевание загрязнений (при плохо вымытых поверхностях) и, наконец, он отрицательно влияет на резиновые про­кладки.

В настоящее время для дезинфекции оборудования используют го­рячую воду с температурой более 85°С.