Dairy industry Dairy industry Молочная промышленность 1019-8946 92276 10.21603/1019-8946-2024-6-18 Научная статья Research Article Научная статья Effect of pH on Bactericidal Efficacy of Chlorine Dioxide against Escherichia coli Влияние рН на бактерицидную эффективность диоксида хлора относительно тест-культуры Escherichia coli Свириденко Галина Михайловна Sviridenko Galina M. vniims@fncps.ru

доктор технических наук;

doctor of technical sciences;

 Комарова Татьяна Валентиновна Komarova Tatyana V. t.komarova@fncps.ru Захарова Марина Борисовна Zakharova Marina B. m.zackarova@fncps.ru

кандидат технических наук;

candidate of technical sciences;

 Всероссийский научно-исследовательский институт маслоделия и сыроделия – филиал Федерального научного центра пищевых систем им. В. М. Горбатова РАН Углич Россия All-Russian Scientific Research Institute of Butter- and Cheesemaking – Branch of V. M. Gorbatov Federal Research Center for Food Systems of RAS Uglich Russian Federation Всероссийский научно-исследовательский институт маслоделия и сыроделия – филиал Федерального научного центра пищевых систем им. В. М. Горбатова Углич Россия All-Russian Scientific Research Institute of Butter- and Cheesemaking – Branch of V. M. Gorbatov Federal Research Center for Food Systems Uglich Russian Federation Всероссийский научно-исследовательский институт маслоделия и сыроделия – филиал Федерального научного центра пищевых систем им. В. М. Горбатова РАН Россия All-Russian Scientific Research Institute of Butter- and Cheesemaking – Branch of V. M. Gorbatov Federal Research Center for Food Systems of RAS Russian Federation 23 12 2024 23 12 2024 6 76 81 19 04 2024 01 12 2024 https://moloprom.kemsu.ru/en/nauka/article/92276/view

Диоксид хлора (ClO2) в настоящее время признан одним из наиболее эффективных дезинфектантов в отношении бактерий, в том числе их споровых форм, вирусов, грибов и простейших. Роль рН среды в бактерицидной эффективности диоксида хлора вызывает значительные разногласия среди исследователей. В работе представлены данные по влиянию рН в диапазоне активной кислотности от 3 до 11 на бактерицидную эффективность диоксида хлора относительно тест-культуры Escherichia coli, как основного санитарно-показательного микроорганизма для молочного производства. Проведены исследования влияния различной бактериальной обсемененности растворов на бактерицидную эффективность ClO2. Установлен уровень содержания жизнеспособных клеток в растворах 105 КОЕ/см3. Показано комплексное влияние активной кислотности среды и концентрации диоксида хлора на бактерицидную эффективность относительно тест- культуры Escherichia coli. Эффективность обеззараживания, т. е. обеспечение гибели 99,99 % тест-культуры Escherichia coli имеет тенденцию к увеличению с понижением рН растворов. Так, минимально исследованная концентрация диоксида хлора 1,7 мг/дм3 (0,05 % по препарату) достаточна для уничтожения клеток только в кислой среде с рН 3. Концентрация ClO2 2,5 мг/дм3 (0,075 % по препарату) уничтожает кишечную палочку в диапазоне рН от 3 до 5. Для полной инактивации Escherichia coli в растворах с рН 8 и ниже требуется концентрация 3,3 мг/дм3 (0,1 % по препарату) ClO2. Диоксид хлора в концентрации 6,6 мг/дм3 (0,2 % по препарату) убивает тест-культуру в диапазоне рН от 3 до 10. Во всем исследованном диапазоне активной кислотности эффективная концентрация дезинфектанта составляет 8,3 мг/дм3 (0,25 % по препарату).

Chlorine dioxide (ClO2) is one of the most effective disinfectants against bacteria, spores, viruses, fungi, and protozoa. However, the jury is still out on the role of pH in its bactericidal performance. This research tested the effect of pH 3–11 on the antibacterial properties of chlorine dioxide against Escherichia coli as the main sanitary indicator in dairy production. The experiment involved solutions with various levels of bacterial contamination with a viable cell count of 105 CFU/cm3. The pH of the medium and the concentration of chlorine dioxide exerted a complex effect on E. coli. The 99.99% disinfection performance occurred at lower pH values. The minimal concentration of chlorine dioxide in this research was 1.7 mg/dm3 (0.05%). It was efficient against E. coli only at pH 3 while 2.5 mg/dm3 (0.075%) was efficient at pH 3–5. A concentration of 3.3 mg/dm3 (0.1%) provided complete inactivation of E. coli in solutions with pH ≤ 8. Chlorine dioxide at a concentration of 6.6 mg/dm3 (0.2%) killed the test culture at pH 3–10. The effective concentration across the total pH range was 8.3 mg/dm3 (0.25%).

 диоксид хлора дезинфекция бактерицидная эффективность эффективность обеззараживания тест-культура Escherichia coli активная кислотность концентрация дезинфектанта chlorine dioxide disinfection bactericidal efficacy disinfection efficacy Escherichia coli pH disinfectant concentration работа выполнена в рамках государственного задания по теме FGUS – 2024-0007

Wu, V. C.-H. Chlorine Dioxide (ClO2) // Postharvest Management Approaches for Maintaining Quality of Fresh Produce / V. C.-H. Wu. – Cham: Springer, 2016. – P. 209–218. https://doi.org/10.1007/978-3-319-23582-0_12 Wu, V. C.-H. Chlorine Dioxide (ClO2) // Postharvest Management Approaches for Maintaining Quality of Fresh Produce / V. C.-H. Wu. – Cham: Springer, 2016. – P. 209–218. https://doi.org/10.1007/978-3-319-23582-0_12 Jonnalagadda, S. B. Chlorine dioxide for bleaching, industrial applications and water treatment / S. B. Jonnalagadda, S. Nadupalli // Indian Chemical Engineer. 2014. Vol. 56(2). Р. 123–136. https://doi.org/10.1080/00194506.2014.881032 Jonnalagadda, S. B. Chlorine dioxide for bleaching, industrial applications and water treatment / S. B. Jonnalagadda, S. Nadupalli // Indian Chemical Engineer. 2014. Vol. 56(2). R. 123–136. https://doi.org/10.1080/00194506.2014.881032 Gray, N. F. Chlorine Dioxide // Microbiology of Waterborne Diseases / N. F. Gray. – Academic Press, 2014. – Р. 591–598. https://doi.org/10.1016/b978-0-12-415846-7.00032-9 Gray, N. F. Chlorine Dioxide // Microbiology of Waterborne Diseases / N. F. Gray. – Academic Press, 2014. – R. 591–598. https://doi.org/10.1016/b978-0-12-415846-7.00032-9 Петросян, О. П. Аналитический обзор реагентов, используемых в водоподготовке / О. П. Петросян [и др.] // Электронный журнал: наука, техника и образование. 2016. №. 1(5). С. 195–215. https://elibrary.ru/wnifgz Petrosyan, O. P. Analiticheskiy obzor reagentov, ispol'zuemyh v vodopodgotovke / O. P. Petrosyan [i dr.] // Elektronnyy zhurnal: nauka, tehnika i obrazovanie. 2016. №. 1(5). S. 195–215. https://elibrary.ru/wnifgz Васильев, А. Л. Современные методы обеззараживания питьевой воды / А. Л. Васильев, А. С. Тарасов, Л. Д. Гусева // Приволжский научный журнал. 2022. № 3(63). С. 83–89. https://elibrary.ru/exzsjc Vasil'ev, A. L. Sovremennye metody obezzarazhivaniya pit'evoy vody / A. L. Vasil'ev, A. S. Tarasov, L. D. Guseva // Privolzhskiy nauchnyy zhurnal. 2022. № 3(63). S. 83–89. https://elibrary.ru/exzsjc Jefri, U. H. N. M. A systematic review on chlorine dioxide as a disinfectant / U. H. N. M. Jefri [et al.] // Journal of Medicine and Life. 2022. Vol. 15(3). Р. 313. https://doi.org/10.25122/jml-2021-0180 Jefri, U. H. N. M. A systematic review on chlorine dioxide as a disinfectant / U. H. N. M. Jefri [et al.] // Journal of Medicine and Life. 2022. Vol. 15(3). R. 313. https://doi.org/10.25122/jml-2021-0180 Ofori, I. Chlorine dioxide oxidation of Escherichia coli in water – A study of the disinfection kinetics and mechanism / I. Ofori [et al.] // Journal of Environmental Science and Health, Part A. 2017. Vol. 52(7). Р. 598–606. https://doi.org/10.1080/10934529.2017.1293993 Ofori, I. Chlorine dioxide oxidation of Escherichia coli in water – A study of the disinfection kinetics and mechanism / I. Ofori [et al.] // Journal of Environmental Science and Health, Part A. 2017. Vol. 52(7). R. 598–606. https://doi.org/10.1080/10934529.2017.1293993 Han, J. Low chlorine impurity might be beneficial in chlorine dioxide disinfection / J. Han [et al.] // Water research. 2021. Vol. 188. 116520. https://doi.org/10.1016/j.watres.2020.116520 Han, J. Low chlorine impurity might be beneficial in chlorine dioxide disinfection / J. Han [et al.] // Water research. 2021. Vol. 188. 116520. https://doi.org/10.1016/j.watres.2020.116520 Фокин, М. Гигиена должна быть полной! / М. Фокин // Молочная промышленность. 2014. №. 10. С. 28–31. https://elibrary.ru/sujnwh Fokin, M. Gigiena dolzhna byt' polnoy! / M. Fokin // Molochnaya promyshlennost'. 2014. №. 10. S. 28–31. https://elibrary.ru/sujnwh Al-Otoum, F. Disinfection by-products of chlorine dioxide (chlorite, chlorate, and trihalomethanes): Occurrence in drinking water in Qatar / F. Al-Otoum [et al.] // Chemosphere. 2016. Vol. 164. Р. 649–656. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2016.09.008 Al-Otoum, F. Disinfection by-products of chlorine dioxide (chlorite, chlorate, and trihalomethanes): Occurrence in drinking water in Qatar / F. Al-Otoum [et al.] // Chemosphere. 2016. Vol. 164. R. 649–656. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2016.09.008 Liu, C. Enhanced chlorine dioxide decay in the presence of metal oxides: Relevance to drinking water distribution systems / C. Liu, U. Von Gunten, J. P. Croue // Environmental science & technology. 2013. Vol. 47(15). Р. 8365–8372. https://doi.org/10.1021/es4015103 Liu, C. Enhanced chlorine dioxide decay in the presence of metal oxides: Relevance to drinking water distribution systems / C. Liu, U. Von Gunten, J. P. Croue // Environmental science & technology. 2013. Vol. 47(15). R. 8365–8372. https://doi.org/10.1021/es4015103 Wen, G. Inactivation of three genera of dominant fungal spores in groundwater using chlorine dioxide: Effectiveness, influencing factors, and mechanisms / G. Wen [et al.] // Water research. 2017. Vol. 125. Р. 132–140. https://doi.org/10.1016/j.watres.2017.08.038 Wen, G. Inactivation of three genera of dominant fungal spores in groundwater using chlorine dioxide: Effectiveness, influencing factors, and mechanisms / G. Wen [et al.] // Water research. 2017. Vol. 125. R. 132–140. https://doi.org/10.1016/j.watres.2017.08.038 Wu, M. S. Inactivation of antibiotic-resistant bacteria by chlorine dioxide in soil and shifts in community composition / M. S. Wu, X. Xu // RSC advances. 2019. Vol. 19. Р. 6526–6532. https://doi.org/10.1039/c8ra07997h Wu, M. S. Inactivation of antibiotic-resistant bacteria by chlorine dioxide in soil and shifts in community composition / M. S. Wu, X. Xu // RSC advances. 2019. Vol. 19. R. 6526–6532. https://doi.org/10.1039/c8ra07997h Ofori, I. Chlorine dioxide inactivation of Pseudomonas aeruginosa and Staphylococcus aureus in water: The kinetics and mechanism / I. Ofori [et al.] // Journal of ater process engineering. 2018. Vol. 26. Р. 46–54. https://doi.org/10.1016/j.jwpe.2018.09.001 Ofori, I. Chlorine dioxide inactivation of Pseudomonas aeruginosa and Staphylococcus aureus in water: The kinetics and mechanism / I. Ofori [et al.] // Journal of ater process engineering. 2018. Vol. 26. R. 46–54. https://doi.org/10.1016/j.jwpe.2018.09.001 Петренко, Н. Ф. Диоксид хлора: применение в технологиях водоподготовки / Н. Ф. Петренко, А. В. Мокиенко. – Одесса: Optimum, 2005. – 486 с. Petrenko, N. F. Dioksid hlora: primenenie v tehnologiyah vodopodgotovki / N. F. Petrenko, A. V. Mokienko. – Odessa: Optimum, 2005. – 486 s. Copes, W. E. Activity of chlorine dioxide in a solution of ions and pH against Thielaviopsis basicola and Fusarium oxysporum / W. E. Copes, G. A. Chastaganer, R. L. Hummel // Plant disease. 2004. Vol. 88(2). Р. 188–194. https://doi.org/10.1094/PDIS.2004.88.2.188 Copes, W. E. Activity of chlorine dioxide in a solution of ions and pH against Thielaviopsis basicola and Fusarium oxysporum / W. E. Copes, G. A. Chastaganer, R. L. Hummel // Plant disease. 2004. Vol. 88(2). R. 188–194. https://doi.org/10.1094/PDIS.2004.88.2.188 Zoffoli, J. P. Effectiveness of chlorine dioxide as influenced by concentration, pH, and exposure time on spore germination of Botrytis cinerea, Penicillium expansum and Rhizopus stolonifer / J. P. Zoffoli [et al.] // Latinoamerican Journal of Agricultural and Environmental Sciences. 2005. Vol. 32(3). Р. 127–196. http://doi.org/10.7764/rcia.v32i3.1300 Zoffoli, J. P. Effectiveness of chlorine dioxide as influenced by concentration, pH, and exposure time on spore germination of Botrytis cinerea, Penicillium expansum and Rhizopus stolonifer / J. P. Zoffoli [et al.] // Latinoamerican Journal of Agricultural and Environmental Sciences. 2005. Vol. 32(3). R. 127–196. http://doi.org/10.7764/rcia.v32i3.1300 Han, J. Low chlorine impurity might be beneficial in chlorine dioxide disinfection / J. Han [et al.] // Water research. 2021. Vol. 188. 116520. https://doi.org/10.1016/j.watres.2020.116520 Han, J. Low chlorine impurity might be beneficial in chlorine dioxide disinfection / J. Han [et al.] // Water research. 2021. Vol. 188. 116520. https://doi.org/10.1016/j.watres.2020.116520 Yang, W. The synergistic effect of Escherichia coli inactivation by sequential disinfection with low level chlorine dioxide followed by free chlorine / W. Yang [et al.] // Journal of water and health. 2012. Vol. 10(4). Р. 557–564. https://doi.org/10.2166/wh.2012.067 Yang, W. The synergistic effect of Escherichia coli inactivation by sequential disinfection with low level chlorine dioxide followed by free chlorine / W. Yang [et al.] // Journal of water and health. 2012. Vol. 10(4). R. 557–564. https://doi.org/10.2166/wh.2012.067