畜牧业受到传染病发生的影响，但可以通过适当的卫生控制措施来预防爆发。氢氧化钙 (Ca(OH) 2 )，通常称为熟石灰，粉末传统上用作消毒剂以预防牲畜的传染病。由于 Ca(OH) 2可以灭活多种病原体，对环境影响小，不需要消毒罐（即可以直接撒在地上）并且在全球范围内生产成本低廉，因此被用于预防世界各地农场的流行病。水对于作为其消毒效果基础的强碱是必不可少的，但不知道在现场条件下需要多少水。此外，Ca(OH) 2与环境中的二氧化碳发生反应，降低其 pH 值，但尚不清楚在实际现场使用下其降解需要多长时间。因此，我们测量了基于Ca(OH) 2的消毒剂的吸水能力及其与消毒剂活性的关系，通过菌落计数和活/死染色和观察进行评估。我们发现在实践中进行消毒需要15-20% (w/w) 的 Ca(OH) 2水。此外，我们发现在实际使用条件下，Ca(OH) 2的pH值在大约两周到一个月内下降，失去了消毒能力。我们进一步表明，由 Ca(OH) 2制备的颗粒沸石保持高碱度的时间是钙粉的两倍多。这些发现将有助于建立一种应用 Ca(OH) 2的合适方法来保护农场免受传染病的侵害。
介绍
家畜传染病在世界范围内普遍存在（图 1）。例如，2018年非洲猪瘟（ASF；图1，红圈）在全球范围内的影响 非常严重，有680万头猪被杀，而当年饲养的家畜猪9亿头，0.75%的猪被杀ASF 单独1、2。牲畜增加对环境造成的破坏被认为是一个关键的管理问题3 , 4，因此需要保护农场免受牲畜传染病的侵害，以防止牲畜不必要的死亡。由于许多农场位于经济条件不利的地区，因此需要使用廉价且通用的消毒系统进行疾病预防，以增加牲畜食品供应生产。
众所周知，强碱性会使细菌和病毒等各种病原体失活。2010 年发生口蹄疫 (FMD) 疫情，日本宫崎市 290,000 头牲畜死亡5 后，日本农林水产省强烈建议使用 Ca(OH) 2以防止牲畜传染疾病。在这个所谓的“备用消毒”系统中，Ca(OH) 2粉末以大约 0.5-1.0 kg 的密度散布在农场入口和畜舍周围，或作为牲畜卫生服务中心的相关设施/m 2 (补充图 1 )。Ca(OH) 2的强碱性（pH 12.4，25 °C）防止汽车、人、野生动物等带入场所的病原体侵入，并通过灭活细菌和病毒，作为抵御各种传染病的屏障。大肠杆菌，沙门氏菌，和高致病性禽流感灭活在分别为24小时，2小时，和5-10分钟，6，7，8。
Ca(OH) 2 的消毒与水环境中氢氧根离子的释放有关6 , 8 , 9。然而，尚无研究在待机消毒条件下检查固体 Ca(OH) 2的消毒性能，即当颗粒结合的病原体与 Ca(OH) 2粉末接触时，这种情况发生在现场应用中。相反，欧洲规范 (EN)、美国测试与材料协会 (ASTM) 和官方分析化学家协会 (AOAC) 规定的评估消毒剂的标准协议包括将消毒剂溶液滴在琼脂上或混合含有液体介质的溶液。
Ca(OH) 2 的成本为 109 美元/吨，约为使用表面活性剂作为消毒剂的成本（2066 美元/吨）10 的二十分之一。此外，Ca(OH) 2可以直接铺在地面上，即不需要水箱。由于 Ca(OH) 2不会显着影响土壤微生物群落11，因为它与环境中的CO 2反应生成无毒碳酸钙 (CaCO 3 )，因此它是一种环保消毒剂。此外，由于作为 Ca(OH) 2生产原料的石灰石在世界范围内大量生产12（图 1）, 空心三角形), Ca(OH) 2可广泛用于农场。尽管有许多优点，但使用 Ca(OH) 2作为消毒剂有几个缺点：(1) Ca(OH) 2粉末被风吹散，(2) 待命消毒条件所需的水量是未知的，(3) Ca(OH) 2及其环境转化产物CaCO 3缺乏消毒活性，使用常用方法无法区分。通过克服这些缺点，可以建立现实而有效的障碍来保护世界各地的农场免受传染病的威胁。据我们所知，本报告是第一个研究含水量对 Ca(OH) 2消毒能力影响的报告。我们使用了备用消毒策略，该策略考虑了 Ca(OH) 2具有高消毒活性的条件。评估了 Ca(OH) 2（熟石灰）粉末和新开发的熟石灰基颗粒 (SLBGs) 13的消毒效果。SLBG 的开发是为了防止被风吹散，并添加沸石作为预期的除臭效果和 pH 值的长期持久性。这些评估是在模拟实际待机消毒条件的条件下进行的，同时还检查了适当的水含量。
结果和讨论
SLBG 的制备
根据我们近期的报告13，SLBG 比粉末状的 Ca(OH) 2更不容易在风中散射，它是由 Ca(OH) 2粉末和天然沸石粉末与高剪切湿法制粒机制成的，没有任何粘合剂。在这项研究中，1.0 到 2.0 毫米的筛分颗粒用于测试。在通过待机消毒施用Ca(OH) 2后，pH 值变化持续长达 1 个月
迄今为止，还没有报告研究在待机消毒条件下，潜在的高 pH 值消毒效果能维持多久。首先，我们评估了在钙存在的（OH）pH值的变化的持续2涂覆的粉末通过待机消毒（图 2 a）至土壤草道路，并在谷仓前（补充图 2）。农用车辆和人们经常在道路和谷仓前经过，但不会在土壤和草地上经过。一个谷仓前，牲畜通行，除了车辆和人。在该测试中（图 2 b），Ca(OH) 2的高碱度大约两周后，处理过的表面开始减少。44 天后，它们的 pH 值已降至约 9，这与 CaCO 3的 pH 值相当。在谷仓前，将pH后22天（图下降到8.99 2 B，实心三角形）。这些结果表明，在待机消毒条件下，由Ca(OH) 2的高碱度产生的消毒效果仅持续约 2 周至 1 个月。在另一项研究中，Ca(OH) 2粉末的 pH 值和消毒效果在干湿交替后降低14，表明 1 个月内 pH 值的下降是由于环境条件造成的。猪舍前 pH 值下降较快的原因可能是 Ca(OH) 2与牲畜粪便接触，因为粪便中异养微生物产生的 CO 2可以中和氢氧根离子
在室外测试中，结果因测试地点的条件而异，例如降雨量波动、车辆通过频率、接触粪便等。为了确定的恒定条件下pH改变持久性，我们进行了与由待机消毒（图类似于在条件室内试验 2℃）。在室内试验中，Ca的pH值（OH）2粉末仍然很高通过第21天，但降低到9.63在第35天（图 2 d，黑色正方形）。由于该结果类似于在室外试验观察到的（图 2 b）所示，室内试验被认为是代表实际室外待机消毒条件。76 天后 SLBG 的 pH 值为 11.58（图 2d，白色方块），表明 SLBG 的消毒效果比 Ca(OH) 2粉末保持的时间长两倍以上。这些结果表明，在本研究中测试的待机消毒条件下，Ca(OH) 2粉末只能保持高碱度长达约一个月，而我们开发的 SLBG 保持高碱度的时间至少是其两倍。在制备 SLBG 的过程中，我们使用水并在 60 °C 下干燥过夜（参见方法部分）。在此过程中，SLBG 中的Ca(OH) 2预计会部分碳酸化。尽管如此，SLBGs 保持高碱度的时间比 Ca(OH) 2粉末更长（图 2d)。该结果表明，沸石造粒具有优势，可防止制备过程中引起的碳酸化。通过优化制备工艺，有可能获得更高Ca(OH) 2含量和更持久的高碱度的SLBGs 。
Ca(OH) 2的消毒活动需要水
为了直接评估与 Ca(OH) 2处理引起的 pH 变化相关的消毒活性，我们研究了体外杀菌效果。在这项研究中，对 Ca(OH) 2 6 , 7 , 8具有高度抗性的大肠杆菌被用作模型病原体来评估处理的消毒活性。在之前的研究中，大肠杆菌和沙门氏菌在体外实验7中暴露于 Ca(OH) 2溶液10 分钟后，分别减少了 6 log 10和 4 log 10，这表明 Ca(OH) 2是一种有效的消毒剂。然而，在该报告7中，由于评估是使用Ca(OH) 2溶液7进行的，因此不清楚Ca(OH) 2在待机消毒条件下是否发挥其消毒作用(补充图 1、图 2 ) 。此外，一项单独的研究报告称，将 Ca(OH) 2粉末添加到牲畜粪便中后，该粉末在 6 小时16内对大肠杆菌和沙门氏菌失去活性。然而，该系统中的水也很丰富，而失活是由于其他一些因素，例如 CO 2粪便中的微生物排放。因此，我们开发了一种新方法（补充图 3）来评估干 Ca(OH) 2粉、SLBG 和 CaCO 3粉在待机消毒条件下对大肠杆菌的消毒效果。新方法及其验证的详细信息在补充方法和补充图中进行了解释。4 – 8，分别。在消毒剂和大肠杆菌开始接触时，所有样品中的细菌丰度为 4-5 log 10菌落形成单位 (CFU)/mL（图 3）a, 0 小时）。接触 3 小时后，所有样品的丰度相似，包括对照（即没有任何消毒剂）样品（图 3a，3 小时）。这些结果（图 3a）清楚地表明干燥的 Ca(OH) 2不能灭活大肠杆菌，表明 Ca(OH) 2消毒活性需要水。
结论
在这项研究中，我们发现在待机消毒条件下，氢氧化钙(OH) 2的 pH 值会在大约两周到一个月内下降并失去消毒活性，而消毒需要 15-20% (w/w) 的水影响。我们进一步证实，SLBG 的 pH 持久性是氢氧化钙(OH) 2粉末的两倍多。这些结果将有助于建立适当的 氢氧化钙(OH) 2应用，以保护农场免受传染病的侵害。
