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世界科技全景百卷书: 消灭病菌病毒
高温灭菌法 走了远路脚上起了泡，或者不小心手上扎了刺，常用针来挑，不过家里的针要在火灼烧后用，这样就会避免伤口化脓感染，这是由于高温烧死了针上附着的有害微生物。那么高温能消灭微生物的原因是什么呢？这要从它与温度的关系谈起。 微生物和其他生物一样，过冷过热都不能正常生长繁殖。最适合它们生长繁殖的温度，就叫做微生物的最适温度。各种微生物的最适温度随菌种的不同而有所差异。习惯上根据微生物生长繁殖的最适温度，可把它们分成嗜冷菌、中温菌和好热菌三类。 嗜冷菌，可在—10～30℃的温度范围内活动，最适温度为5～10℃。这类微生物多生存在水中和食品冷藏仓库中，往往由于它们喜欢低温的环境条件，从而造成冷藏食品的变质。 中温菌，它们生长的温度范围在10～45℃之间，最适的生长繁殖温度为25～40℃。它们分布在土壤里，其中真菌的最适温度一般在25～30℃；细菌的最适温度在35～37℃；而放线菌的最适温度介于真菌和细菌之间，为30～32℃，个别寄生性的放线菌最适温度都在37～40℃之间。另外，在人和温血动物体内寄生的病原菌或肠道中细菌的最适温度，大多数在37℃左右。 好热菌，它们生长繁殖的温度范围在25～80℃之间，最适温度为 50～55℃。个别的甚至可以在98℃的泉水中生存。它们多生存在温泉和有机堆肥中，参与堆能、厩肥等有机肥料中的物质分解。青贮饲料和发酵饲料的制作过程中，也往往有此类微生物的参与。好热菌主要是芽胞杆菌和放线菌中的某些种类。 高温杀灭细菌方法分为干热灭菌、湿热灭菌两种。干热灭菌又可分为直接灼热、热空气灭菌；湿热灭菌又可分为高压蒸汽灭菌、间歇灭菌、煮沸消毒等。但无论那种加热的方法，其基本原理是一样的，即通过不同的加热方法使细菌体内蛋白质凝固变性，从而达到杀灭细菌的目的。 直接利用火焰杀死微生物来灭菌的方法有简便、迅速、彻底的优点。工业生产实践中或一些需要无菌操作的用具如接种针、试管口都是用此法来灭菌。细菌试验用的动物尸体也常焚烧防止病菌的传染。 对一些不能直接灼烧的物品常用热空气的方法来灭菌，一般都是在专门制造的烘箱中进行。细菌在 100℃下一个半小时就能被杀死，有些芽孢杆菌则需要在140℃下2～3小时才能杀死，为了灭菌彻底在实际使用中控制在160℃下干热1～2小时进行灭菌。用红外线治疗疾病时也有部分的杀菌作用，这是红外线灯产生的高温的结果，500瓦的红外线灯温度可达到200℃，灭菌的速度与热空气基本相同。 在同一温度下，湿热灭菌比干热灭菌效果好。这是因为蛋白质凝固变性与蛋白质中含水量的多少有关，含水量较多者，其凝固所需要的温度较低；反之，含水量较少者，需高温才能使蛋白质凝固，因此杀灭细菌和芽孢比杀灭营养体所需要的温度高。另外湿热比干热的穿透力强。湿热的气体接触灭菌物品便凝结成水，放出潜热能提高温度，从而增加了灭菌的效力。正因为如此，在微生物的工业生产中广泛应用水蒸汽对各种设备、管道、培养基进行灭菌。在利用蒸汽灭菌时，当提高蒸汽压力时就能提高灭菌的温度缩短灭菌的时间。根据这个原理制成的高压灭菌锅成了医院、制药、食品等许多行业中必不可缺的设备。高压蒸汽灭菌是应用最广的一种灭菌方法。 如果把培养基或其他含水的材料放到密闭的高压灭菌锅中，压力升到每平方厘米1千克，这时，锅内的温度可达121℃。再维持15～30分钟，这样可以达到完全杀死芽胞的目的。 对各种物品进行灭菌所需要的温度和时间并不是完全一致的，温度的高低及时间的长短是以能否杀死耐热的芽孢为依据的。外科手术器械物品的灭菌是根据破伤风杆菌的芽孢的抗热性定为121℃10分钟灭菌或者115℃30分钟灭菌。肉类罐头中会有121℃10分钟才能杀死的棱样状杆菌的芽孢，所以在灭菌时要控制在121℃20～70分钟进行。各种微生物发酵工业中用的培养基，灭菌则是根据自然界中存在的脂肪芽抱杆菌的芽抱可耐受 121℃12分钟而定为 121℃灭菌 15～30分钟。 有些培养基 （如明胶培养基础、牛乳培养基等）中的营养成分，在高温中会变质，甚至破坏。在这种情况下，可以采用间歇灭菌法。间歇灭菌的温度和时间是 100℃， 30分钟。这样的温度和时间足以杀死一切细菌的营养体，但是不能杀死芽抱，因此利用此法灭菌，我们在第一次灭菌后将物品或培养基放入适宜的环境下进行培养，使芽孢萌发成营养体，然后在 100℃下再进行第二次灭菌，杀死那些由芽孢发育的菌体，连续3次，同样也能达到彻底灭菌的目的。间歇灭菌既可以保护营养成分不被破坏，又可达到完全灭菌的目的。但因手续麻烦，时间长，故一般能用高压蒸汽灭菌的均不采用间歇灭菌。 由于牛奶中的有些营养成分遇到高温后会被破坏，所以，牛奶的消毒温度不易过高。通常采用75℃加热20秒到1分钟就可杀死奶中的致病菌。这个办法最早是由巴斯德发明的，所以叫做巴斯德消毒法。啤酒、酱油等一些不耐热的食品，也常采用斯德消毒法。有时，消毒的温度可降到60℃，消毒的时间则要延各长到30分钟。 在日常生活中，我们知道，越是新鲜的海鲜、肉类等食品，越易遭受微生物的侵袭而腐败、变坏。所以，我们常把它们放入冰柜或冰箱中冷冻保藏。 采用低温冷藏是保存食品防止变坏的有效方法。冻猪肉中的蛋白质在零下30℃时保存6个月到1年也不被分解。猪油在常温下很快就会酸败，而在零下20℃保存1年也不发生变化。低温所以能延长食品贮藏的时间，主要是因为在低温下微生物代谢活动减弱，甚至停止。这样，就减慢或抑制了微生物的生长繁殖的速度，防止了它们的腐败作用。 不同种类的微生物对寒冷的抵抗能力差别很大。脑膜炎双球菌、淋球菌、流行性感冒病菌在接近零度时很容易死亡，所以如果冬天的气候很冷，第二年开春就会减少一些传染病。伤寒杆菌和葡萄球菌置于零下 180～190℃的低温中，经过 20小时，病菌仍然是活的。把结核菌和伤寒杆菌置于193℃的液态空气和零下250℃的液态氢气中，它们也冻不死。因此，有人称结核杆菌和伤寒杆菌是“冻不死的病菌”。大多数的微生物对低温都有较强的抵抗能力。因此，冷冻尽管可以较长期的保存食品，但是食品的微生物并没有死去，一旦温度升高以后，它们仍然会继续生长繁殖。所以冰箱保藏的食品，食用前一定要重新回锅，否则同样会引起肠道传染病，甚至食物中毒。 微生物在低温下，为了适应寒冷的条件，新陈代谢、生长发育都变得迟缓。被冷冻的微生物一旦得到适宜的条件，马上就会“东山再起”，迅速地繁殖起来。根据这一特点，在工农业生产及科学研究中，人们常用冷冻的方法来保藏菌种。 干燥抑制法 木材是我们生产、生活中不可缺少的原材料。木材中的纤维素就像人的骨骼一样，使它具有坚韧、结实的特性，常用来铺设铁路、修建房屋、制作家俱等。 然而在自然界中竟有500多种微生物能“以木为食”，它们会造成木材制品的损坏。食木微生物主要是以木材中的纤维素为食，并使它分解，使坚硬的木材变成了像豆腐渣一样的朽木，失去了使用价值。 放在干燥地方的木材不易朽，而潮湿的地方就很容易腐朽。不仅木材如此，众所周知，在梅雨季节里，粮食、衣物、皮鞋等，也都很容易霉变和腐烂。但是，如果经常地把这些物品放在日光下晒一晒，并保持通风，使之干燥，就完全可以防止霉烂现象的发生。 这是什么原因呢？我们知道，水是生物体的重要组成成分，是一切生命现象的基础。没有水，就没有生命，这是早已被证实的科学道理，当然，微生物也不例外。据测定，微生物的细胞内含有80％～90％的水分。营养物质必须溶于水中才能被微生物吸收利用，同样，微生物新陈代谢所产生的废物，也只有溶于水才能排出体外。所以，在缺水的条件下，微生物既吸收不到营养物质，也排不出体内产生的废物，这样就失去了正常的生命活动能力。利用这个道理，把食品晒干或烘干，使其脱去水分，就能够有效地控制微生物的生长，从而达到长期保存的目的。例如，人们加工制成的鱼干、果干及各种干菜等。 各种物品放在干燥的环境中就能减少霉烂，库房和保管室要求干燥则是首先必要的条件。纺织品和原料在贮存时，物品含水量应低于8％，环境的空气中相对湿度也要控制在75％以下，各种粮食在存放前要晒干以减少粮食中的含水量。在使用木材做电杆的地区，埋栽电杆时都要将电杆埋入地下的部分用火烧焦外面，烧焦的一层碳就像为电线杆穿上了一件防水衣一样，能阻止水分浸湿木材内部，而防止了微生物的生长和腐朽作用，延长了电线杆使用的时间。铁路上铺的枕木都涂上一层沥青，木制品油漆都是防水抗腐的有效的办法。 干燥对微生物不仅有抑制作用，而且还有杀菌的效能。当过度干燥时引起菌体失水，构成细胞的主要成分蛋白质结构因此变性导致微生物的死亡。 食品工厂中用一种高温气流在很短的时间内除去牛奶中的水分就制成了奶粉。奶粉不仅吃起来很方便，同时还可以存放较长的时间不被微生物破坏。豆浆、藕汁、桔子汁都能制成干燥的粉末来供长期食用。 糖、盐抑制法 在日常生活中，桃、杏等水果存时间长了就会腐烂，如果加上糖做成果脯和蜜饯，就能放很长时间。肉、鱼和蔬菜放置1～2天后就会变质，如果加上盐制成咸肉、咸鱼和咸菜，就可久藏不坏。这是因为，微生物这些小东西没有嘴，“吃”东西是靠细胞原生质表面的一层半透性的原生质膜。通常，原生质内的渗透压要比菌体外溶液的渗透压高。因此，微生物可维持一定的形状，自由地从外界溶液中吸收水分和营养物质。如果菌体周围是浓度很高的糖溶液或食盐溶液时，微生物不但不能吸收外界的水分和营养物质，反而使自身细胞内的水分被糖溶液或食盐溶液夺去。如果水分继续渗出，超过了微生物细胞的适应能力，微生物的生长就会受到抑制甚至死亡。各种腌制品就是利用这个道理来控制微生物的生长。 较大浓度的食盐具有高的渗透压，有强烈的脱水作用，它能使浸泡在盐溶液中食物上的微生物失水而停止生长。腌制时为了维持一定的渗透压，食盐浓度应控制在 15～ 20％。有时为了保持肉的色泽还加入1～2％的硝酸盐和少量的糖。腌后的肉类再用烟熏就能保藏更长的时间。使用高浓度的糖也能改变渗透压，起到抑制微生物生长的作用，所以密饯食品也是不易变坏的，使用时糖的浓度控制在40～60％为宜，由于糖分高水分少，就是嗜糖成性的酵母菌也无法生存。 在日常生活中，人们常常把新鲜的蔬菜、大蒜等，洗净切好，凉干后装在干净的罐子或大缸中，然后再加上醋和一定量的食盐或糖，密封起来，制成酸菜或糖蒜。这样的醋渍食品也能较长时间地保存。据实验，在醋渍食品中，只要加入的醋酸浓度在1％以上，就完全可以抑制腐败细菌的正常生命活动。 在醋渍食品中，要严防霉菌的侵入。因为霉菌喜欢在酸性条件下生长繁殖，并且还能利用醋酸、乳酸等有机酸做为碳源，尤其是在通气良好的条件下，醋渍的食品很快就会霉烂。因为霉菌有好氧的特性。在醋渍食品时，尽量把罐装满些，或密封严一些，即可抑制霉菌的生长繁殖。 射线杀菌法 烧伤病房或无菌室中常装置一种较细的电棒，它与一般的日光灯不同，发射出来的不是白光，而是一种蓝色的光线，这种灯叫紫外灯。紫外灯发出射线的波长比可见光中紫色光的波长还要短，它是我们用肉眼看不到的一种射线。但它被某些荧光的物质吸收后，能发出紫色的荧光，因此我们把它叫做紫外线。在日常生活中，经常地晒晒被褥和衣服，不仅盖起来松软、穿起来舒适，而且还能将被褥、衣服上的病菌杀死。这是因为太阳光里有紫外线的缘故。 紫外线不仅能激发荧光物质发出荧光，而且还能杀死微生物。因此，可用紫外线来进行消毒和灭菌。 实验证实并不是所有的紫外线都具有杀菌作用，只有波长在 2000～3000A之间的紫外光才有杀菌的能力，尤其以波长在2573A左右的紫外光杀菌能力最强。所以在实验室、医院和工厂里消毒、灭菌和诱变育种用的紫外光波长都在2573A左右。 当微生物细胞吸收了紫外线后，细胞内的蛋白质和核酸等物质马上就会发生变化，并失去了正常的生理功能，从而导致死亡。紫外线还有一个特性，就是它不能穿透玻璃。所以实验用的接种箱和接种室，都是用玻璃制作的。这样，在用紫外线杀菌时，工作人员既能看到接种室或接种的工作情况，又不至被紫外线所伤害。紫外线灯是将汞放入石英玻璃中，通电后，汞蒸发为气体发射出紫外线。通常，用紫外线照射 15～20分钟后，就可以杀死空气中和物品上 95％的微生物。 另外，在紫外线照射时，能使空气中的氧原子电离，形成由三个氧原子结合而成的臭氧。臭氧有一种特殊的臭味，同时具有杀菌作用，会损害人体的健康。 人体在紫外线下较长时间的照射，可使人体的皮肤变红、害皮肤病，在紫外灯下照射几分钟，能引起眼角膜炎、结膜炎病。因此，在使用紫外线杀菌时，人必须离开，紫外灯关闭后，也要等到20分钟后臭氧消失之后，再进入无菌室或接种室工作。同时，我们在进行日光浴时，也应注意涂好防晒油，避免紫外线对人体的损伤。 大量的紫外线能损伤人体，而少量的紫外线对人体却有一定的益处。例如，少量紫外线能促进人体维生素D的合成，有利于骨骼的发育，患软骨病的儿童，经常晒晒太阳，并补充适量维生素D及钙源，很快就能治愈。 常用消毒剂 酒精不仅是各种饮料酒的主要成分，也是大家熟悉的消毒剂。它的杀菌作用是因为能使菌体蛋白质脱水变性。纯酒精不是消毒剂，只有稀释后才具有杀菌作用，其中以70％（以重量计）的酒精杀菌效果最好。酒精对芽孢作用不大或无作用。但70％酒精加1％硫酸或氢氧化钠可干 1～2天内杀死枯草杆菌的芽孢。酒精与其他消毒剂合用可以提高杀菌的效果。把碘和碘化钾溶解在酒精中就成为棕色的碘酒，是理想的外用药，特别是对破伤风杆菌的杀灭能力很强。红药水用酒精配制也可提高杀菌能力。但碘酒和红药水反应能生成对皮肤有腐蚀作用的碘化钾，所以它们不能同时使用。95％～100％的酒精杀菌力弱，其原因是95％～100％酒精接触菌体后，立即引起菌体表层蛋白质凝固，形成保护膜，使得酒精分子不易深入。 酒精属于醇类，醇类的杀菌作用随着分子量的增大而增强。消毒皮肤用80％的丙醇最好，但它没有乙醇方便经济。 用重金属及其化合物杀菌 汞、铅、铜、银、砷的盐，是一类重要的消毒剂和外用药。它们能与微生物的蛋白质或酶中的硫氢基作用，使蛋白质变性、酶失活。有时误服了少量的这些重金属就会造成中毒，这时医生常用含有丰富硫氢基的蛋白物如牛奶、鸡蛋清让中毒者口服，来中和还停留在胃中的重金属以保护人体蛋白质不被破坏。擦抹小伤口常用的红药水就是含汞的水溶液。白色的升汞溶液杀菌力更强，但容易被皮肤粘膜吸收，所以对人的毒性较大，同时当它遇到蛋白质时形成蛋白汞就失去了杀菌能力，因此不能作外用药，也不能用来消毒粪便，一般常用来作手术前的消毒或玻璃器皿消毒。黄降汞为黄色，刺激性小，可用来治疗睑缘火、泡性结膜炎。白降汞则是医治牛皮癣和脓疱病的外用药。 铜盐能杀死许多细菌和霉菌。它对伤寒杆菌、霍乱弧菌作用更强，通常铜矿工人不易患伤寒和霍乱就是这个道理。蓝色的硫酸铜对霉菌的杀菌力强，广泛用于各种物品的防霉中，它还能用作饮水中消毒和治疗沙眼。 银盐也是常用的外用药。硝酸银滴入新生儿的眼内，可以预防淋菌性眼炎，浓度大时可以医治急性扁桃体炎、咽炎。鼻出血、肥厚性鼻炎以及尿道感染。硝酸银和蛋白质结合生成的蛋白银也有很强的杀菌力，一般用于沙眼、角膜溃疡、鼻膜炎、化脓性耳炎的治疗中。 含砷的有机化合物对细菌、酵母菌的毒性大，对于螺旋体更为显著。德国医生艾立希曾试验了各种砷化物。最后在人试验的第606号化合物发现了有很强的杀菌作用，对人的毒性又小。这个化合物叫做肿凡纳明，又叫做606，后来问世的914软膏，又叫新砷凡纳明都是早期对付微生物的外用药，随着磺胺和抗菌素药物的兴起，它们被挤出药架之外。 但是，重金属盐类对人体有毒害作用，在食品加工和酿造的过程中，要严防重金属盐类的污染。 在化学药剂中，有一部分氧化剂可使微生物的酶失去活性。常用的氧化剂右高锰酸钾、氢、漂白粉和过氧化氢等。其中，在日常生活中应用较广泛的是高锰酸钾。夏天，在公共场所的饮水处，常常放着一盆紫色的消毒用水，这就是浓度为 1％的高锰酸钾溶液。千万注意这种消毒水不能喝，因为它有催吐作用，在医院里常用作洗胃剂和催吐剂。据实验，0．1%的高锰酸钾溶液就有一定的杀菌作用，浓度达到4％时就能杀死细菌的营养体。高锰酸钾的酸性溶液杀菌力要比水溶液强得多。在有机物存在时，高锰酸钾的杀菌效果要降低。 有的化合物能释放出游离的氧而有消毒作用。漂白粉是次亚氯酸的钙盐，它在水中能产生游离氧和氯气。含量为1％的水溶液在5分钟内就能杀死绝大多数的细菌。5％的溶液在1小时内就能杀死抵抗力强的芽孢。用它洗刷培养室的墙壁和培养架，能大大减少室内的流感病毒。在饮水消毒时，商店中有现成的漂白粉精片，一般100千克水用一片消毒，半个小时后即可饮用。高锰酸钾也是一种强氧化剂，它溶解于水呈紫药色，多用来洗涤创伤、冲洗尿道和阴道以及作为皮肤粘膜消毒剂。用双氧水作消毒剂时它放出的游离氧能使脓块和坏死的组织松动，有利于清洁伤口。对一些不能用加热方法灭菌的医用导管、膀胱管、支气管镜以及糖类培养基可以用氧化乙烯来消毒灭菌。臭氧是一种有特殊腥臭味的气体，它的杀菌作用很强，如果用它消毒饮用水就不会像用氯气或漂白粉消毒那样使水味道改变。 有些染料也是消毒剂。常用的紫药水就是 1％的结晶紫水溶液，它对革兰氏阳性细菌的杀伤力很强，对人体也没有什么刺激性，因此常用来治疗皮肤和粘膜感染。将结晶紫涂抹在烧伤面上，不仅能防止再次感染，又能促使烧伤面凝结形成保护膜。不同的染料所抑制的微生物各不一样。煌绿、孔雀绿能抑制大肠杆菌、痢疾杆菌的生长，把它们加入培养基中制成选择性培养基，就能从许多种细菌中单独分离出沙门氏杆菌。 能降低表面张力的物质叫表面活性剂。它能聚集在菌体表面，引起菌膜损伤并和菌体蛋白作用表现出杀菌能力。胆汁、胆盐、肥皂都是表面活性剂。一些人工合成的阳离子表面活性剂如洗必泰、新洁尔灭，它们的杀菌能力常是石炭酸的几十倍。这些活性剂的分子中有亲水基团和疏水基团，碰到细菌后疏水基就会与菌体表面紧密结合，从而改变了细胞壁的通透性，使菌体胀裂死亡。它们消毒的特点是快速、彻底、效力高，对常见的大肠杆菌、变形杆菌、绿脓杆菌、金色葡萄球菌都有很好的杀菌效果。把它同洗涤剂混合可以制成杀菌洗涤剂，这种产品会给医院、食品行业的洗涤工作带来极大的好处。 上面介绍的各种消毒剂尽管有的对致病菌的杀菌能力很强，可是当这些致病菌钻进人体内部时它们也就英雄无用武之地了。这是因为它们对一切细胞都有毒害作用，服用后在杀死体内致病菌的同时也将人体细胞杀死。要专门消灭进入机体内部的致病菌，只能再选用另外一类物质，这就是化学治疗剂。 |
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