Cơ Chế Diệt Khuẩn Của Ozone

Cơ chế diệt khuẩn của ozone: oxi hóa, khoáng hóa (mineralization) chất hữu cơ (vi sinh vật)

Vi sinh vật (vi khuẩn, nấm mốc...) là các sinh vật đơn bào (có thể đa bào) nhân chuẩn hoặc nhân sơ. Chúng bao gồm nhiều protein khác nhau có khả năng thực hiện các chức năng khác nhau. Tế bào vi khuẩn chứa trên 95 % các nguyên tố C, H, O, N. Chúng tạo thành các đại phân tử hữu cơ (protein) có cấu trúc không gian phức tạp, trong đó cacbon là nhân tố trung tâm (a- carbon). Các nhà sinh hóa mô phỏng “thành phần và công thức” hóa học của vi khuẩn một cách tượng trưng và gần đúng như sau: C5H7O2N1. Ozone hay các chất oxi hóa khác tương tác rất mạnh với các phân tử hữu cơ, trước hết phá hủy vỏ tế bào, xâm nhập vào tế bào và nhân tế bào. Các phản ứng oxi hóa xảy ra, kết quả là các liên kết giữa C và H, O, N bị phá hủy tức là phá hủy cấu trúc protein, biến protein thành các hợp chất đơn giản hơn và cuối cùng là các hợp chất vô cơ (các chất khoáng). Quá trình oxi hóa chất hữu cơ, biến chúng thành chất vô cơ gọi là quá trình khoáng hóa/mineralization (Hình 1). Quá trình này là tất yếu để bảo đảm cân bằng giữa chất vô cơ và chất hữu cơ trên Trái Đất. “Phương trình” khoáng hóa vi khuẩn có thể viết như sau:

(Oxi hóa vi khuẩn tức là khoáng hóa chất hữu cơ, biến C, H, O, N hữu cơ (Protein) thành chất vô cơ đơn giản CO2, N2, H­2S, H2O. Phản ứng đó là quá trình trao đổi điện tử, vi khuẩn là chất khử /cho điện tử tức là chất bị oxi hóa, ozone là chất oxi hóa/nhận điện tử hay là chất bị khử).

Diệt vi khuẩn, vi trùng, bào tử khuẩn, diệt nấm, mốc, vi sinh vật nói chung (microbe, microorganism) trong môi trường nước và không khí.

Ozone là chất khử khuẩn mạnh nhất, tức là chỉ cần nồng độ O3 thấp và thời gian ngắn là đủ để diệt khuẩn. Thí dụ: chỉ cần 0,02 mg O3/lít (0,02 ppm) trong 1 phút là đủ để khử hết khuẩn e.coli, cũng với mục đích đó, nếu dùng cloramin thì cần khoảng 100 mg cloramin/lít trong 1 phút, tức là 5000 lần lớn hơn. Tốc độ diệt khuẩn của ozone nhanh hơn clo vài ngàn lần. Nếu dùng thuốc tím để diệt khuẩn cần nồng độ 2-4 mg/L (10-20 lần cao hơn) và để diệt virus cần ~50 mg/L.

+ Ozone có khả năng dừng hoạt động của vi khuẩn (inactivation, disinfection) và tiêu diệt vi khuẩn (sterilization) khi sử dụng nồng độ ozone cao hơn. Bảo quản đông lạnh chỉ có khả năng làm chậm, tạm dừng hoạt động của vi khuẩn.

+ Ozone có khả năng diệt vi khuẩn dạng kén, bào tử (nội bào tử, endospores). Nội bào tử là dạng “ngủ, ngừng ăn” của vi khuẩn, chúng tồn tại cả nghìn năm hoặc lâu hơn. Khi có điều kiện thích hợp chúng lại hoạt động trở lại như những vi khuẩn bình thường.

+ Ozone tan trong nước và không khí nên có khả năng diệt khuẩn trong cả hai môi trường này. Chú ý clo, thuốc tím... chỉ có khả năng khử trùng nước.

+ Ozone không bền nên tự phân hủy thành oxi trong thời gian vài chục phút trong môi trường nước và một vài giờ trong môi trường không khí. Vì vậy ozone không dư đọng lâu trong môi trường nên nó là chất diệt khuẩn mạnh và thân thiện môi trường. Ozone vừa diệt khuẩn, vừa làm cho nước giàu oxi.

Nồng độ ozone trong nước (ppm) và thế Oxi hóa khử ORP (mV) của nước khi trộn ozone cần để diệt khuẩn thể hiện trên hình 2. Khi ORP >800 mV (nồng độ ozone trên 0,2 ppm) đại đa số các vi khuẩn bị tiêu diệt. Nồng độ ozone thấp hơn có tác dụng làm giảm số lượng hoặc kìm hãm sự phát triển của khuẩn.

Loại bỏ dư lượng các chất bảo vệ thực vật trong rau quả và thực phẩm, khử mùi, khử màu... Ozone đặc biệt nhạy cảm với các chất hữu cơ và vì vậy phá hủy mạnh rất nhiều chất hữu cơ bao gồm cả các chất bảo vệ thực vật, các chất màu, chất gây mùi... Ozone có khả năng phá hủy và làm mất độc tính của các chất bảo vệ thực vật. Ozone loại bỏ đến 90 % -100% dư lượng các chất bảo vệ thực vật trên rau quả tươi. Các chất bảo vệ thực vật thường là hợp chất hữu cơ (C-H-O-N) chứa clo hay phospho, thí dụ như: Carbamates (CH2NO2), organochlorine (C14H9Cl5), organophosphates (O=P(OR)3)... có cấu trúc phân tử phức tạp nên dễ bị phá hủy bởi ozone và tia cực tím UV.

Ngâm rau quả tươi trong nước ozone có thể loại bỏ hầu hết dư lượng các chất bảo vệ thực vật. Ozone khử màu, khử mùi trong nước và trong không khí rất tốt (chất tạo màu và chất tạo mùi phần lớn là các chất hữu cơ và hữu cơ dễ bay hơi vì vậy dễ bị ozone phá hủy). Nước ozone được dùng nhiều trong công nghệ giặt, tẩy trắng quần áo, khử khuẩn mốc. Nhiều nơi người ta phun ozone vào các đám cháy để khử mùi, khử khí độc tạo ra trong đám cháy.