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详细内容

農場使用氫氧化鈣作為抵御病原體的有效屏障

畜牧業受到傳染病發生的影響,但可以通過適當的衛生控制措施來預防爆發。氫氧化鈣 (Ca(OH) 2 ),通常稱為熟石灰,粉末傳統上用作消毒劑以預防牲畜的傳染病。由于 Ca(OH) 2可以滅活多種病原體,對環境影響小,不需要消毒罐(即可以直接撒在地上)并且在全球范圍內生產成本低廉,因此被用于預防世界各地農場的流行病。水對于作為其消毒效果基礎的強堿是必不可少的,但不知道在現場條件下需要多少水。此外,Ca(OH) 2與環境中的二氧化碳發生反應,降低其 pH 值,但尚不清楚在實際現場使用下其降解需要多長時間。因此,我們測量了基于Ca(OH) 2的消毒劑的吸水能力及其與消毒劑活性的關系,通過菌落計數和活/死染色和觀察進行評估。我們發現在實踐中進行消毒需要15-20% (w/w) 的 Ca(OH) 2水。此外,我們發現在實際使用條件下,Ca(OH) 2的pH值在大約兩周到一個月內下降,失去了消毒能力。我們進一步表明,由 Ca(OH) 2制備的顆粒沸石保持高堿度的時間是鈣粉的兩倍多。這些發現將有助于建立一種應用 Ca(OH) 2的合適方法來保護農場免受傳染病的侵害。

氫氧化鈣

介紹
家畜傳染病在世界范圍內普遍存在(圖 1)。例如,最近,2018年非洲豬瘟(ASF;圖1,紅圈)在全球范圍內的影響 非常嚴重,有680萬頭豬被殺,而當年飼養的家畜豬9億頭,0.75%的豬被殺ASF 單獨1、2。牲畜增加對環境造成的破壞被認為是一個關鍵的管理問題3 , 4,因此需要保護農場免受牲畜傳染病的侵害,以防止牲畜不必要的死亡。由于許多農場位于經濟條件不利的地區,因此需要使用廉價且通用的消毒系統進行疾病預防,以增加牲畜食品供應生產。
眾所周知,強堿性會使細菌和病毒等各種病原體失活。2010 年發生口蹄疫 (FMD) 疫情,日本宮崎市 290,000 頭牲畜死亡5 后,日本農林水產省強烈建議使用 Ca(OH) 2以防止牲畜傳染疾病。在這個所謂的“備用消毒”系統中,Ca(OH) 2粉末以大約 0.5-1.0 kg 的密度散布在農場入口和畜舍周圍,或作為牲畜衛生服務中心的相關設施/m 2 (補充圖 1 )。Ca(OH) 2的強堿性(pH 12.4,25 °C)防止汽車、人、野生動物等帶入場所的病原體侵入,并通過滅活細菌和病毒,作為抵御各種傳染病的屏障。大腸桿菌,沙門氏菌,和高致病性禽流感滅活在分別為24小時,2小時,和5-10分鐘,6,7,8。
Ca(OH) 2 的消毒與水環境中氫氧根離子的釋放有關6 , 8 , 9。然而,尚無研究在待機消毒條件下檢查固體 Ca(OH) 2的消毒性能,即當顆粒結合的病原體與 Ca(OH) 2粉末接觸時,這種情況發生在現場應用中。相反,歐洲規范 (EN)、美國測試與材料協會 (ASTM) 和官方分析化學家協會 (AOAC) 規定的評估消毒劑的標準協議包括將消毒劑溶液滴在瓊脂上或混合含有液體介質的溶液。
Ca(OH) 2 的成本為 109 美元/噸,約為使用表面活性劑作為消毒劑的成本(2066 美元/噸)10 的二十分之一。此外,Ca(OH) 2可以直接鋪在地面上,即不需要水箱。由于 Ca(OH) 2不會顯著影響土壤微生物群落11,因為它與環境中的CO 2反應生成無毒碳酸鈣 (CaCO 3 ),因此它是一種環保消毒劑。此外,由于作為 Ca(OH) 2生產原料的石灰石在世界范圍內大量生產12(圖 1), 空心三角形), Ca(OH) 2可廣泛用于農場。盡管有許多優點,但使用 Ca(OH) 2作為消毒劑有幾個缺點:(1) Ca(OH) 2粉末被風吹散,(2) 待命消毒條件所需的水量是未知的,(3) Ca(OH) 2及其環境轉化產物CaCO 3缺乏消毒活性,使用常用方法無法區分。通過克服這些缺點,可以建立現實而有效的障礙來保護世界各地的農場免受傳染病的威脅。據我們所知,本報告是第一個研究含水量對 Ca(OH) 2消毒能力影響的報告。我們使用了備用消毒策略,該策略考慮了 Ca(OH) 2具有最高消毒活性的條件。評估了 Ca(OH) 2(熟石灰)粉末和新開發的熟石灰基顆粒 (SLBGs) 13的消毒效果。SLBG 的開發是為了防止被風吹散,并添加沸石作為預期的除臭效果和 pH 值的長期持久性。這些評估是在模擬實際待機消毒條件的條件下進行的,同時還檢查了適當的水含量。
氫氧化鈣

結果和討論

SLBG 的制備
根據我們最近的報告13,SLBG 比粉末狀的 Ca(OH) 2更不容易在風中散射,它是由 Ca(OH) 2粉末和天然沸石粉末與高剪切濕法制粒機制成的,沒有任何粘合劑。在這項研究中,1.0 到 2.0 毫米的篩分顆粒用于測試。在通過待機消毒施用Ca(OH) 2后,pH 值變化持續長達 1 個月
迄今為止,還沒有報告研究在待機消毒條件下,潛在的高 pH 值消毒效果能維持多久。首先,我們評估了在鈣存在的(OH)pH值的變化的持續2涂覆的粉末通過待機消毒(圖 2 a)至土壤草道路,并在谷倉前(補充圖 2)。農用車輛和人們經常在道路和谷倉前經過,但不會在土壤和草地上經過。一個谷倉前,牲畜通行,除了車輛和人。在該測試中(圖 2 b),Ca(OH) 2的高堿度大約兩周后,處理過的表面開始減少。44 天后,它們的 pH 值已降至約 9,這與 CaCO 3的 pH 值相當。在谷倉前,將pH后22天(圖下降到8.99  2 B,實心三角形)。這些結果表明,在待機消毒條件下,由Ca(OH) 2的高堿度產生的消毒效果僅持續約 2 周至 1 個月。在另一項研究中,Ca(OH) 2粉末的 pH 值和消毒效果在干濕交替后降低14,表明 1 個月內 pH 值的下降是由于環境條件造成的。豬舍前 pH 值下降最快的原因可能是 Ca(OH) 2與牲畜糞便接觸,因為糞便中異養微生物產生的 CO 2可以中和氫氧根離子
在室外測試中,結果因測試地點的條件而異,例如降雨量波動、車輛通過頻率、接觸糞便等。為了確定的恒定條件下pH改變持久性,我們進行了與由待機消毒(圖類似于在條件室內試驗 2℃)。在室內試驗中,Ca的pH值(OH)2粉末仍然很高通過第21天,但降低到9.63在第35天(圖 2 d,黑色正方形)。由于該結果類似于在室外試驗觀察到的(圖 2 b)所示,室內試驗被認為是代表實際室外待機消毒條件。76 天后 SLBG 的 pH 值為 11.58(圖 2d,白色方塊),表明 SLBG 的消毒效果比 Ca(OH) 2粉末保持的時間長兩倍以上。這些結果表明,在本研究中測試的待機消毒條件下,Ca(OH) 2粉末只能保持高堿度長達約一個月,而我們開發的 SLBG 保持高堿度的時間至少是其兩倍。在制備 SLBG 的過程中,我們使用水并在 60 °C 下干燥過夜(參見方法部分)。在此過程中,SLBG 中的Ca(OH) 2預計會部分碳酸化。盡管如此,SLBGs 保持高堿度的時間比 Ca(OH) 2粉末更長(圖 2d)。該結果表明,沸石造粒具有優勢,可防止制備過程中引起的碳酸化。通過優化制備工藝,有可能獲得更高Ca(OH) 2含量和更持久的高堿度的SLBGs 。
氫氧化鈣

Ca(OH) 2的消毒活動需要水
為了直接評估與 Ca(OH) 2處理引起的 pH 變化相關的消毒活性,我們研究了體外殺菌效果。在這項研究中,對 Ca(OH) 2 6 , 7 , 8具有高度抗性的大腸桿菌被用作模型病原體來評估處理的消毒活性。在之前的研究中,大腸桿菌和沙門氏菌在體外實驗7中暴露于 Ca(OH) 2溶液10 分鐘后,分別減少了 6 log 10和 4 log 10,這表明 Ca(OH) 2是一種有效的消毒劑。然而,在該報告7中,由于評估是使用Ca(OH) 2溶液7進行的,因此不清楚Ca(OH) 2在待機消毒條件下是否發揮其消毒作用(補充圖 1、圖 2 ) 。此外,一項單獨的研究報告稱,將 Ca(OH) 2粉末添加到牲畜糞便中后,該粉末在 6 小時16內對大腸桿菌和沙門氏菌失去活性。然而,該系統中的水也很豐富,而失活是由于其他一些因素,例如 CO 2糞便中的微生物排放。因此,我們開發了一種新方法(補充圖 3)來評估干 Ca(OH) 2粉、SLBG 和 CaCO 3粉在待機消毒條件下對大腸桿菌的消毒效果。新方法及其驗證的詳細信息在補充方法和補充圖中進行了解釋。4 – 8,分別。在消毒劑和大腸桿菌開始接觸時,所有樣品中的細菌豐度為 4-5 log 10菌落形成單位 (CFU)/mL(圖 3)a, 0 小時)。接觸 3 小時后,所有樣品的豐度相似,包括對照(即沒有任何消毒劑)樣品(圖 3a,3 小時)。這些結果(圖 3a)清楚地表明干燥的 Ca(OH) 2不能滅活大腸桿菌,表明 Ca(OH) 2消毒活性需要水。
氫氧化鈣

結論
在這項研究中,我們發現在待機消毒條件下,氫氧化鈣(OH) 2的 pH 值會在大約兩周到一個月內下降并失去消毒活性,而消毒需要 15-20% (w/w) 的水影響。我們進一步證實,SLBG 的 pH 持久性是氫氧化鈣(OH) 2粉末的兩倍多。這些結果將有助于建立適當的 氫氧化鈣(OH) 2應用,以保護農場免受傳染病的侵害。

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