PGS. TS. Trương Quốc Phú, Trưởng Khoa Thủy sản – Đại học Cần Thơ.

Trong nuôi trồng thủy sản, các hợp chất khử trùng có chứa nguyên tố chlorine (Cl) được sử dụng để khử trùng nguồn nước đầu vụ nuôi hoặc dùng để diệt khuẩn định kỳ trong quá trình nuôi. Các hợp chất thường được sử dụng bao gồm: Hypochlorite Natri (NaOCl), Hypochlorite Canxi (Ca(OCl)₂), Trichlorocyanuric axít hay còn được gọi tắt là TCCA (C₃N₃O₃Cl₃), Chloramine B (C₆H₅SO₂NClNa) và Chloramine T (C₇H₇SO₂NClNa).

Phản ứng sinh hoạt chất khử trùng

Các chất khử trùng có chứa nguyên tố Cl khi hòa tan vào trong nước sẽ sinh ra hoạt chất oxy hóa mạnh, ion hypochlorite (OCl^-) và acid hypochlorous (HOCl) gây bất hoạt vi sinh vật. Các phản ứng sinh ra hoạt chất như sau:

Phản ứng của hypochlorite: 

            NaOCl®Na⁺+ OCl^-

            Ca(OCl)₂®Ca²⁺+ 2OCl^-

Các hợp chất chứa chlorine vô cơ (hypochlorite) thường có tác dụng nhanh nhưng thời gian tác dụng ngắn do phản ứng sinh hoạt chất xảy ra nhanh và dễ bị quang phân.

Phản ứng của chloramine:

            R-NClNa®R-NCl^-+ Na⁺                  (Gốc R: C₆H₅SO₂hay C₇H₇SO₂)

            R-NCl^-+ H⁺®R-NHCl

2R-NHCl ®R-NH₂+ R-NCl₂

R-NHCl + H₂O ®R-NH₂+ HOCl

R-NCl₂+ H₂O ®R-NHCl + HOCl

Phản ứng của TCCA:

            C₃N₃O₃Cl₃+ 3H₂O ®C₃H₃N₃O₃+ 3HOCl

Các hợp chất chlorine hữu cơ (TCCA, chloramine) phản ứng sinh hoạt chất xảy ra chậm nên tác dụng khử trùng chậm nhưng kéo dài, đặc biệt TCCA có tác dụng kéo dài do axít cyanuric (C₃H₃N₃O₃) sinh ra sau phản ứng có khả năng hấp thụ ánh sáng (tia UV-VIS) nên làm giảm sự quang phân.

Cơ chế tác động gây bất hoạt vi sinh vật

HOCl và OCl^-thường được gọi là chlorine tự do, chúng tác động mạnh (phản ứng) đến một vài bộ phận trong tế bào của vi sinh vật. HOCl có tác dụng khử trùng tốt hơn OCl^-vì HOCl không tích điện nên dễ dàng thấm qua vách và màng tế bào của vi sinh vật. HOCl tác động đến vi sinh vật thông qua các phản ứng oxy hóa (oxidation), thủy phân (hydrolysis) và khử amin (deamination). Cơ chế phản ứng của HOCl bao gồm liên kết với protein tạo nên các hợp chất N-chloro, liên kết với gốc SH (sulfhydryl) của protein và oxy hóa a-amino axít thành nitrile (R-CºN) và aldehyde (R-CHO). 

Khi thấm vào tế bào, đầu tiên HOCl gây tổn thương vật lý cho vách và màng tế bào của vi sinh vật. Bên trong tế bào chất, HOCl tác động lên ty thể gây phá hủy enzyme cytochrome xúc tác phản ứng oxy hóa khử, các emzyme này có vai trò quan trọng trong hoạt động hô hấp của tế bào. Kết quả của quá trình phá hủy cytochrome gây nên sự sụt giảm lượng glucose và ATP bên trong tế bào chất. Ngoài ra, HOCl còn gây rối loạn quá trình trao đổi chất và tổng hợp protein. 

Phản ứng của HOCl bên trong tế bào sinh ra gốc ^·OH (hydroxyl radical) có tính oxy hóa mạnh làm biến đổi purine và pyrimidine gây tác động đến vật chất di truyền (AND) của vi sinh vật.

Ion OCl^-thường có tác dụng khử trùng rất thấp do chúng khó thấm qua vách hoặc màng tế bào vi sinh vật. Màng kép của tế bào vi sinh vật (phospholipid bilayer) được cấu trúc từ phospholipid có chứa phosphatidylserine và phosphstidylinositol tích điện âm. Vách tế bào vi khuẩn gram (+) được cấp tạo từ peptidoglycan có chứa axít teichoic (gồm glycerolphosphate và ribitalphosphate) tích điện âm, trong khi đó màng ngoài của vi khuẩn gram (-) có chứa lipopolysaccharide tích điện âm cao. Ion OCl^-cũng tích điện âm nên không thể đi qua các lớp vật chất tích điện âm của vách và màng tế bào vi sinh vật.   

Hình 1: Cơ chế tác động gây bất hoạt vi sinh vật

Sử dụng các hợp chất khử trùng có chứa nguyên tố Cl

Trong nước, OCl^-và HOCl sẽ chuyển hóa cho nhau tùy theo giá trị pH của môi trường nước. Sự chuyển hóa được mô tả qua phản ứng sau:

            HOCl ÛH⁺+ OCl^-

Trong môi trường pH thấp (nồng độ H⁺cao) thì tỉ lệ HOCl cao dẫn đến hiệu quả khử trùng cao. Ngược lại, trong môi trường pH cao thì tỉ lệ ino OCl^-cao dẫn đến hiệu quả khử trùng thấp. Khi pH<5 thì HOCl đạt tỉ lệ 100% (OCl^-là 0%), lúc này hiệu quả khử trùng là cao nhất. Khi pH=7,48 thì tỉ lệ HOCl là 50% và OCl^-là 50%, lúc này hiệu quả khử trùng giảm một nửa. Khi pH>10 thì tỉ lệ OCl- là 100%, lúc này các hợp chất chứa Cl không còn hiệu quả khử trùng. Theo khuyến cáo của các nhà chuyên môn thì không dùng các hợp chất khử trùng có chứa Cl khi pH>7,5.

Ngoài ra, cần lưu ý rằng không được sử dụng các hợp chất khử trùng có chứa Cl khi môi trường nước dơ bẩn (chứa nhiều NH₃và CH₄) vì HOCl sẽ phản ứng với NH₃ hoặc CH₄ sinh ra độc tố Chloramine và Trihalomethan gây độc cho môi trường sống của sinh vật và con người.

Bài viết đã được UV-Việt Nam mua tác quyền từ tác giả, bất cứ hình thức sao chép nào đều phải có trích dẫn nguồn từ Công ty Cổ Phần UV.