为什么乙醇可以杀死微生物而不能致死皮肤等上皮细胞
乙醇分子同时具备亲水的羟基和疏水的烃基。乙醇分子的烃基可与蛋白质内部的疏水基团结合,让蜷曲旋转的蛋白质长链松弛、施展,导致蛋白质的变性。而酒精可以通过单纯扩散的形式通过细菌的细胞壁和细胞膜进入到细胞内部,导致细菌内部蛋白变性,从而起到杀菌的作用。细菌外层的细胞壁主要成分是肽聚糖组成,还有一层外膜主要成分为脂蛋白、脂质双层和脂多糖。百分之七十五浓度的酒精可以透过这些阻挡直达细菌内部。但纯酒精还有另一个作用,脱水。使用纯酒精会造成细菌的细胞壁、外模脱水固化形成一层致密的保护膜,使得乙醇分子难以进入细菌内部。而浓度不够起不到杀灭细菌的作用。
主要原因是上皮细胞并不是直接暴露在体表的,外面还覆盖有角质和死细胞。皮肤由表及里有以下五层构成,角化层透明层颗粒层棘层基底层。活细胞最多可摘颗粒层观察到,角化层和透明层是没有活细胞的。角化层细胞内部充满角化蛋白,而且细胞间由致密的细胞桥粒链接,像盾牌一样,阻挡酒精的侵入,口腔部分上皮没有角化层但存在透明层,所以也不很怕。
乙醇产生菌的主要种类有
酵母菌属(Saccharomyces)、
裂殖酵母菌属(Schizosaccharomyces)、
假丝酵母属(Candida)、
球拟酵母属(Torulopsis)、
酒香酵母属(Brettanomyces)、
汉逊氏酵母属(Hansenula)、
克鲁弗氏酵母属(Kluveromyces)
毕赤氏酵母属(Pichia)、
隐球酵母属(Cryptococcus)、
德巴利氏酵母属(Debaryomyces)、
卵孢酵母属(Oosporium)、
曲霉属(Aspengillus)等。
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酒精能杀菌消毒,但并不是任何浓度的酒精都能杀菌。酒精杀菌的机理是,酒精能够渗入微生物的细胞膜进入细胞内部,将其细胞内的蛋白质凝固,从而使微生物死亡。
但浓度过低的酒精虽可进入细菌,但不能将其体内的蛋白质凝固,也就不能将细菌彻底杀死。而浓度过高的酒精会在细菌表面形成一层保护膜,阻止其进入细菌体内,也不能将细菌彻底杀死。
而酒精在75%浓度时,杀灭微生物的效率最高。所以医用酒精的浓度都是75%。
乙醇,就是我们通常说的酒精。纯乙醇的沸点为78.5℃,很容易燃烧,在世界面临能源危机的今天,开发利用乙醇作动力燃料,正受到人们越来越多的关注。
有的国家把乙醇掺进汽油里混合使用,称为醇汽油,效率甚至比单用汽油还高。产糖量居世界第一的巴西,完全用乙醇开动的汽车,已经在圣保罗的大街上奔驰了。
生产乙醇的主角是大名鼎鼎的酵母菌。它能够在缺氧的条件下,开动体内的一套特殊装置——酶系统,把碳水化合物转变成乙醇。近些年来人们又陆续发现,微生物王国中能够制造乙醇的菌种还不少,比如有一种叫酵单孢菌的,它的本领比酵母菌还高,不仅发酵速度快,生产效率高,而且能更充分地利用原料,产出的乙醇要比酵母菌高出8倍多,是更为理想的乙醇制造者。
在相当长的一段时间里,微生物用来生产乙醇的原料主要是甘蔗、甜菜、甜高粱等糖料作物和木薯、马铃薯、玉米等淀粉作物,现在人们找到了一种廉价的原料,这就是纤维素。
纤维素也是碳水化合物,而且在自然界里大量存在,许多绿色植物及其副产品,如树枝树叶、稻草糠壳等,几乎有一半是纤维素,用它们做原料可以说是取之不尽,用之不竭。当然,用纤维素做原料对酵母菌来说,将发生极大的困难,也就是说很难施展它的发酵本领。
不过有办法,人们早就从牛、羊等牲畜能吸收纤维素的研究中发现,微生物中的球菌、杆菌、黏菌和一些真菌、放线菌,会分泌出一种能催化纤维素分解的酶,叫纤维素酶。
用这种纤维素酶先把纤维素分解成单个葡萄糖分子,然后酵母菌就能把葡萄糖发酵变成乙醇。
更令人赞叹不已的是,有一种叫嗜热梭菌的微生物,它们居然能一边“吃”纤维素,一边“拉”出乙醇来,那就更简单了。在日本和韩国等地,利用木霉和酵母菌协同作战,也成功地用纤维素生产出了乙醇。微生物利用纤维素做原料生产乙醇,为乙醇登上新能源的宝座铺平了道路。由于这些原料都来自绿色植物,所以有人把乙醇称为绿色的汽油。
蛋白质是所有生物体共有的,并在细胞内行使许多必需功能。例如,叫做酶的蛋白质能让细胞执行保持存活的化学反应。蛋白质分子有复杂形状,对自身行为方式很重要,如果蛋白质失去形状,就难以正常功能。蛋白质形状缺失也叫做变性,发生在保持形状的键破损时。变性蛋白质倾向于凝固,意味着分子聚集在一起形成无形实体。
酒精通过分解分子链不同部位-链接相反电荷氢和氧原子的氢键使蛋白质变性。它们能做到这一点,是因为在这些地方自身形成氢键,导致蛋白质分子失去形状。它们的有效性取决于浓度高低。例如,乙醇在浓度70%的情况下抵御微生物效果最好,因为它容易被细胞吸收。如果浓度更高,它在细胞表面凝固蛋白质,阻碍进一步渗透;虽然暂时被失活,但微生物仍然有可能存活下来。
尽管乙醇和异丙醇都是原理类似的消毒杀菌剂,但抵御不同微生物的效力各有不同。乙醇的抵御病毒能力比异丙醇酒精好一些,但在抵御细菌方面正好相反。除了变性蛋白质以外,这些酒精还有脱水作用,并能能溶解脂肪和油脂等脂类,这从一定程度会造成细胞膜受损。乙醇的脱水效果更好,而异丙醇对脂类影响更大。
用途
酒精经常用于洗手液。医院职工频繁用杀菌剂洗手,防止危险性感染。除了液体和凝胶以外,酒精还有擦剂等产品形式。乙醇和异丙醇都可以用于手术前的皮肤消毒。
尽管这些物质会导致皮肤干燥和轻微刺激,但正常使用不会损害活组织,因为受死亡皮肤细胞外层保护。然而,这两种酒精都不能内服或用于敏感身体部位。除了偶尔在紧急情况下使用,酒精一般不用于消毒伤口,因为会损害内部组织。其它杀菌剂有时与酒精混合增加效力。其中一个典型例子是酊碘,是酒精中含碘的溶液。
同型乙醇发酵(homoalcholic fermentation):
酿酒酵母能够通过EMP途径进行同型酒精发酵,即由EMP途径代谢产生的丙酮酸经过脱羧放出CO2,同时生成乙醛,乙醛接受糖酵解过程中释放的NADH+H+被还原成乙醇.这是一个低效的产能过程,大量能量仍然贮存于乙醇中,其总反应为:
葡萄糖 + 2ADP + 2Pi ----- 2乙醇 + 2 CO2 + 2ATP
运动发酵单胞菌能通过ED途径进行同型乙醇发酵,但只产生1个ATP.
葡萄糖 + ADP + Pi 2乙醇 + 2 CO2 +ATP
缺乏完整EMP途径的少数细菌(假单胞菌,根瘤菌,农杆菌,粪肠球菌)利用ED途径替代EMP途径产能.
异型乙醇发酵(heteroalcoholic fermentation):
一些细菌能够通过HMP途径进行异型乳酸发酵产生乳酸、乙醇和CO2等,我们也可以称其为异型乙醇发酵,例如Leuconostoc mesenteroides(肠膜明串珠菌)进行的异型乙醇发酵总反应式为:
葡萄糖 + ADP + Pi ----- 乳酸 + 乙醇 + CO2 + ATP
为什么用70%~75%的酒精而不用纯酒精消毒呢?这是因为酒精浓度越高,使蛋白质凝固的作用越强。当高浓度的酒精与细菌接触时,就能使菌体表面迅速凝固,形成一层包膜,阻止了酒精继续向菌体内部渗透。细菌内部的细胞没能彻底杀死。待到适当时机,包膜内的细胞可能将包膜冲破重新复活。因此,使用浓酒精达不到消毒杀菌的目的。
如果使用70%~75%的酒精,既能使组成细菌的蛋白质凝固,又不能形成包膜,能使酒精继续向内部渗透,而使其彻底消毒杀菌。
经实验,若酒精的浓度低于70%,也不能彻底杀死细菌。
酒精具有消菌杀毒作用,其原理是使细菌的蛋白质凝固。95%的酒精凝固蛋白质的能力过强,使细菌外壁迅速凝固,反而形成一层保护膜,酒精无法深入内部彻底杀死细菌,细菌会在适宜的时间再次复活;而75%的酒精一般不会使细菌外壁蛋白质过快凝固,可使酒精进入细菌内部,彻底杀死细菌。因此75%的酒精杀菌消毒能力较强。
不是法律规定不用,而是酒精作用为消毒剂使用确实太Low,原因有三,1、危险品,闪点低;2、易染菌,杀菌效果一般;3、可能做饮料直接饮用,这是很重要的一个因素。
4、国外没有白酒行业,所以根本不想国内这样能容易买到酒精,都是商品化的消毒剂,直接用在AB级或CD级的。