飲水機抗菌技術(shù)及測試方法研究

張恒

(深圳安吉爾飲水產(chǎn)業(yè)集團有限公司 廣東深圳 518108)

1 引言

經(jīng)過二十多年的發(fā)展，飲水機已進入千家萬戶并成為人們飲水的主要器具，然而隨著人們對飲水健康和衛(wèi)生的越來越重視，如何解決桶裝水放置時間過長和空氣進入桶內(nèi)造成飲水污染的問題，成為各飲水機生產(chǎn)企業(yè)急需解決的課題。

本文通過對飲水機結(jié)構(gòu)、部件以及抗菌材料的分析，提出了一種低成本解決飲水機二次污染的技術(shù)方案，并探討了相應(yīng)的測試方法，系統(tǒng)性的解決了飲水機二次污染的問題。

2 飲水機的二次污染問題

使用桶裝水飲水機的結(jié)構(gòu)決定了其不可避免會產(chǎn)生二次污染的問題。從飲水機內(nèi)部結(jié)構(gòu)來看，當(dāng)開啟熱(冷)水龍頭時，外部空氣經(jīng)聰明座進入桶裝水瓶內(nèi)，即使有些聰明座在進氣口處使用了空氣過濾棉，但細(xì)菌也不可避免的進入桶裝水內(nèi)，并且隨著時間的增加桶內(nèi)的細(xì)菌數(shù)量呈幾何數(shù)增長，在7天左右桶內(nèi)的菌落總數(shù)達到峰值，這也是桶裝水廠商建議用戶在一周內(nèi)將水用完的原因。然而即使在一周內(nèi)將水使用完，細(xì)菌也隨著水流充滿了整個水路，并在易存水的區(qū)域大量繁殖，這是飲水機廠商建議用戶定期清洗飲水機水路的原因。

但是，通常情況下飲水機清洗的頻次及效果卻難以保證，因此需要一種主動防御細(xì)菌滋生的技術(shù)方案來降低飲水機二次污染的程度。目前可用于飲水機殺菌的主要有高溫加熱、強磁場脈沖、臭氧、紫外線、超聲、膜過濾、抗菌材料等技術(shù)，但從實現(xiàn)的難易、成本以及殺菌持久性比較，使用抗菌材料是一種較好的解決方案。

原因為使用抗菌材料較其它幾種方案，不用改變產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和電路，不需要增加其它額外的部件，抗菌效果持久，并且成本最低。

3 抗菌飲水機實施方案

3.1 抗菌材料的介紹

GB 21551.1-2008中抗菌的定義：采用化學(xué)、物理等方法殺滅細(xì)菌或妨礙細(xì)菌生長繁殖及其活性的過程。而納米抗菌材料是一種特征尺寸在1~100nm的新型抗菌材料，是將抗菌劑采用納米技術(shù)處理，使其具有殺菌廣譜性、安全性和耐熱加工性，并能通過緩釋作用，提高了抗菌長效性。

抗菌材料按材質(zhì)分為：天然抗菌材料、有機物抗菌材料和無機物抗菌材料。

(1)天然抗菌材料：主要來自天然植物的提取，如甲殼素、芥末、蓖麻油、山葵等，使用簡便，但抗菌作用有限，耐熱性較差，殺菌率低，不能廣譜長效使用且數(shù)量很少。

(2)有機物抗菌材料：有機抗菌劑的品種主要有香草醛或乙基香草醛類化合物，另外還有?；桨奉悺⑦溥蝾?、噻唑類、異噻唑酮衍生物、季銨鹽類、雙呱類、酚類等。一般來說有機抗菌劑耐熱性差些，容易水解，有效期短。

(3)無機物抗菌材料：利用銀、銅、鋅等金屬的抗菌能力，通過物理吸附離子交換等方法，將銀、銅、鋅等金屬(或其離子)固定在氟石、硅膠等多孔的表面制成抗菌劑，然后將其加入到相應(yīng)的制品中即獲得具有抗菌能力的材料。銀離子類抗菌劑最為常用，具有較強的抗菌能力，且耐熱溫度較高。

(4)納米抗菌材料的抗菌機理

(a)接觸反應(yīng)：抗菌材料中的金屬離子與細(xì)菌接觸反應(yīng)后，造成微生物固有成分破壞或產(chǎn)生功能障礙。當(dāng)微量的金屬離子到達細(xì)胞膜時，依靠庫侖引力，使兩者牢固吸附，金屬離子穿透細(xì)胞壁進入細(xì)胞內(nèi)，與巰基(-SH)反應(yīng)，使蛋白質(zhì)凝固，破壞細(xì)胞合成酶的活性，細(xì)胞喪失分裂繁殖能力而死亡。金屬離子還能破壞微生物電子傳輸系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)和物質(zhì)傳輸系統(tǒng)。當(dāng)菌體失去活性后，金屬離子又會從菌體中游離出來，重復(fù)進行殺菌活動，因此抗菌效果持久。見圖1。

(b)光催化反應(yīng)：在光的作用下，金屬離子能起到催化活性中心的作用，激活水和空氣中的氧，產(chǎn)生羥基自由基和活性氧離子，活性氧離子具有很強的氧化能力，能夠在短時間內(nèi)破壞細(xì)菌的繁殖能力而使細(xì)胞死亡，從而達到抗菌的目的。

因此，根據(jù)抗菌材料的特性并考慮飲水機產(chǎn)品的特點，無機納米銀系抗菌材料將是飲水機產(chǎn)品的首選。

3.2 抗菌部件的加工

在飲水機產(chǎn)品中與飲用水接觸的零部件有：聰明座、儲水罐、熱水管路、冷水管路、加熱單元、制冷單元、出水龍頭等，從材料上分主要是ABS、PP、硅膠、不銹鋼。由于不銹鋼材質(zhì)的加熱單元自身可以對水高溫殺菌，所以需要使用抗菌劑的材料主要是ABS、PP和硅膠。

為了便于飲水機抗菌部件的加工，ABS、PP原料母粒對應(yīng)使用銀系A(chǔ)BS、PP抗菌母粒。ABS、PP抗菌母粒是將抗菌劑通過一定的工藝加入到ABS、PP的原料母粒中?？咕噶６酁榍宄夯蛭⒉蔹S色母粒(見圖2)，根據(jù)抗菌母粒中抗菌劑含量的不同，抗菌母粒的添加比例不同，一般抗菌母粒的質(zhì)量添加比例為0.5%-4%(抗菌母粒質(zhì)量/總質(zhì)量)。注塑前應(yīng)將抗菌母粒與原料在攪拌機中充分拌和20分鐘，在60℃的烘箱中預(yù)干燥，然后按正常工藝進行注塑。應(yīng)注意抗菌母粒與原料混勻烘干后應(yīng)直接注塑成型，不宜再造粒；且注塑加工不宜過長時間或過高溫度(超過250℃)。使用抗菌母粒的注塑成型部件的物理性能、外觀不會有變化，如原為淺色(白色或半透明)，則顏色略有加深。

硅膠原料使用銀系抗菌粉體。抗菌粉體中抗菌劑的含量較高，一般添加的質(zhì)量比例為0.5%-1%(抗菌粉體質(zhì)量/總質(zhì)量)?？咕垠w一般為白色粉末(見圖3)，加工前應(yīng)將抗菌粉體與硅膠原料充分混合均勻，然后按正常工藝生產(chǎn)。使用了抗菌粉體的硅膠部件的物理性能、外觀不會改變，其透明度略有降低。

4 檢驗方法分析

4.1 抗菌材料的衛(wèi)生安全

因使用了抗菌材料的部件是與飲水接觸的部件，所以在使用了抗菌材料后，這些部件應(yīng)符合衛(wèi)《生活飲用水輸配水設(shè)備及防護材料衛(wèi)生安全評價規(guī)范》(2001)的要求，檢驗方法為GB/T 5750-2006《生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗方法》，檢驗項目見圖4。

4.2 抗菌效果檢驗

對于能夠直接從抗菌部件(如抗菌PP水罐)上裁剪約50×50mm，厚度小于5mm的抗菌部件樣塊的，則可從抗菌部件上直接裁剪；對于不能從抗菌部件上直接裁剪的，則需將抗菌和原料的混合料加工成約50×50mm，厚度小于5mm的抗菌部件樣塊。

試驗菌種選擇最常見的細(xì)菌，大腸桿菌(ATCC 25922)和金黃色葡萄球菌(ATCC 6538 )，試驗方法依據(jù)QB/T 2591-2003《抗菌塑料 抗菌性能試驗和抗菌效果》的附錄A。試驗結(jié)果當(dāng)抗菌部件對大腸桿菌(ATCC 25922)和金黃色葡萄球菌(ATCC 6538 )兩種細(xì)菌的抗細(xì)菌率均≥90時，則可以判定該抗菌部件具有抗細(xì)菌作用；當(dāng)對兩種細(xì)菌的抗細(xì)菌率均≥99時，則可以判定該抗菌部件具有強抗細(xì)菌作用。

5 結(jié)論和展望

綜上所述，本文通過對飲水機二次污染產(chǎn)生原因以及抗菌材料的分析，提出了一種可行的抗菌型飲水機的解決方案，并對其衛(wèi)生安全和試驗方法進行了探討，較好的解決了飲水機內(nèi)部水路的細(xì)菌滋生問題。

2011年09 月，GB 21551《家用和類似用途電器的抗菌、除菌、凈化功能》系列國家標(biāo)準(zhǔn)已正式實施，該系列標(biāo)準(zhǔn)首次通過國家標(biāo)準(zhǔn)用微生物指標(biāo)來考核家用電器的除菌、抗菌和凈化性能質(zhì)量，將生物化學(xué)技術(shù)引入家用電器行業(yè)。由此可見，作為與人們飲水息息相關(guān)的飲水機產(chǎn)品其抗菌、除菌的國家標(biāo)準(zhǔn)也必將在不久的將來頒布并實施，而抗菌型飲水機也將在不久成為飲水機的主流產(chǎn)品。

[1]沈海軍 史友進《納米抗菌材料的分類、制備、抗菌機理及應(yīng)用》-（《中國粉體工業(yè)》2006年第2期）

[2]GB 21551.1-2008 《家用和類似用途電器的抗菌、除菌、凈化功能通則》

[3]《生活飲用水輸配水設(shè)備及防護材料衛(wèi)生安全評價規(guī)范》(2001)

[4]GB/T 5750-2006《生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗方法》

[5]QB/T 2591-2003《抗菌塑料 抗菌性能試驗和抗菌效果》