畜牧業(yè)受到傳染病發(fā)生的影響，但可以通過適當?shù)男l(wèi)生控制措施來預防爆發(fā)。氫氧化鈣 (Ca(OH) 2 )，通常稱為熟石灰，粉末傳統(tǒng)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(huán)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(nèi)生產(chǎn)成本低廉，因此被用于預防世界各地農(nóng)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(xiàn)場條件下需要多少水。此外，Ca(OH) 2與環(huán)境中的二氧化碳發(fā)生反應，降低其 pH 值，但尚不清楚在實際現(xiàn)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(shù)和活/死染色和觀察進行評估。我們發(fā)現(xiàn)在實踐中進行消毒需要15-20% (w/w) 的 Ca(OH) 2水。此外，我們發(fā)現(xiàn)在實際使用條件下，Ca(OH) 2的pH值在大約兩周到一個月內(nèi)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(fā)現(xiàn)將有助于建立一種應用 Ca(OH) 2的合適方法來保護農(nóng)場免受傳染病的侵害。
介紹
家畜傳染病在世界范圍內(nèi)普遍存在（圖 1）。例如，2018年非洲豬瘟（ASF；圖1，紅圈）在全球范圍內(nèi)的影響 非常嚴重，有680萬頭豬被殺，而當年飼養(yǎng)的家畜豬9億頭，0.75%的豬被殺ASF 單獨1、2。牲畜增加對環(huán)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(nóng)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(nóng)場位于經(jīng)濟條件不利的地區(qū)，因此需要使用廉價且通用的消毒系統(tǒng)進行疾病預防，以增加牲畜食品供應生產(chǎn)。
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(fā)生口蹄疫 (FMD) 疫情，日本宮崎市 290,000 頭牲畜死亡5 后，日本農(nóng)林水產(chǎn)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(tǒng)中，Ca(OH) 2粉末以大約 0.5-1.0 kg 的密度散布在農(nóng)場入口和畜舍周圍，或作為牲畜衛(wèi)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(huán)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(jié)合的病原體與 Ca(OH) 2粉末接觸時，這種情況發(fā)生在現(xiàn)場應用中。相反，歐洲規(guī)范 (EN)、美國測試與材料協(xié)會 (ASTM) 和官方分析化學家協(xié)會 (AOAC) 規(guī)定的評估消毒劑的標準協(xié)議包括將消毒劑溶液滴在瓊脂上或混合含有液體介質(zhì)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(huán)境中的CO 2反應生成無毒碳酸鈣 (CaCO 3 )，因此它是一種環(huán)保消毒劑。此外，由于作為 Ca(OH) 2生產(chǎn)原料的石灰石在世界范圍內(nèi)大量生產(chǎn)12（圖 1）, 空心三角形), Ca(OH) 2可廣泛用于農(nóng)場。盡管有許多優(yōu)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(huán)境轉(zhuǎn)化產(chǎn)物CaCO 3缺乏消毒活性，使用常用方法無法區(qū)分。通過克服這些缺點，可以建立現(xiàn)實而有效的障礙來保護世界各地的農(nóng)場免受傳染病的威脅。據(jù)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具有高消毒活性的條件。評估了 Ca(OH) 2（熟石灰）粉末和新開發(fā)的熟石灰基顆粒 (SLBGs) 13的消毒效果。SLBG 的開發(fā)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?shù)乃俊?br/>
結(jié)果和討論
SLBG 的制備
根據(jù)我們近期的報告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(xù)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(xù)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(nóng)用車輛和人們經(jīng)常在道路和谷倉前經(jīng)過，但不會在土壤和草地上經(jīng)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(jié)果表明，在待機消毒條件下，由Ca(OH) 2的高堿度產(chǎn)生的消毒效果僅持續(xù)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(nèi) pH 值的下降是由于環(huán)境條件造成的。豬舍前 pH 值下降較快的原因可能是 Ca(OH) 2與牲畜糞便接觸，因為糞便中異養(yǎng)微生物產(chǎn)生的 CO 2可以中和氫氧根離子
在室外測試中，結(jié)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(nèi)試驗 2℃）。在室內(nèi)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(jié)果類似于在室外試驗觀察到的（圖 2 b）所示，室內(nèi)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(jié)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(fā)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(jié)果表明，沸石造粒具有優(yōu)勢，可防止制備過程中引起的碳酸化。通過優(yōu)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 。
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(fā)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(nèi)對大腸桿菌和沙門氏菌失去活性。然而，該系統(tǒng)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(fā)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(jié)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。
結(jié)論
在這項研究中，我們發(fā)現(xiàn)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(nèi)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(jié)果將有助于建立適當?shù)?氫氧化鈣(OH) 2應用，以保護農(nóng)場免受傳染病的侵害。
