1. HYPOCLORIT LÀ GÌ:

-   Danh pháp quốc tế Hypochlorite (ClO):

Hypoclorit là muối của axit hypoclorơ, Hypoclorit quan trọng về mặt thương mại là canxi hypoclorit (Ca(ClO)2 và natri hypoclorit (NaClO)

-   Sản xuất hypoclorit sử dụng điện phân:

Các dung dịch hypoclorit có thể được sản xuất trực tiếp bằng cách điện phân dung dịch natri clorua trong nước trong cả quy trình theo lô và quy trình dòng chảy. Thành phần của dung dịch thu được phụ thuộc vào độ pH ở cực dương. Trong điều kiện axit, dung dịch được tạo ra sẽ có nồng độ axit hypoclorơ (acid hypochlorous) cao, nhưng cũng sẽ chứa khí clo hòa tan, có thể ăn mòn. Ở pH trung tính, dung dịch điện phân thu được sẽ có khoảng 75% axit hypoclorơ và 25% hypoclorit. Một số khí clo sinh ra sẽ hòa tan tạo thành các ion hypoclorit. Hypoclorit cũng được tạo ra do phản ứng tự oxi hóa khử của khí clo trong dung dịch kiềm.

* Phản ứng tự oxi hóa khử là dạng phản ứng mà quá trình oxi hóa và quá trình khử xảy ra với cùng 1 loại nguyên tố.

2. TÍNH AN TOÀN CỦA ACID HYPOCHLOROUS (AXIT HYPOCLORƠ)

HClO được Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ phân loại là không độc hại. Như bất kỳ chất oxy hóa nào, nó có thể ăn mòn hoặc gây kích ứng tùy thuộc vào nồng độ và độ pH của nó.

Trong một thử nghiệm lâm sàng, nước axit hypoclorơ đã được kiểm tra về kích ứng mắt, kích ứng da và độc tính, họ kết luận rằng nó không độc hại, không gây hại cho mắt và da ( Tham khảo: "Hypochlorous Acid as a Potential Wound Care Agent". Journal of Burns and Wounds )

Một ví dụ khác cho thấy tính an toàn của axit hypoclorơ là dung dịch vệ sinh nước muối được bảo quản bằng axit hypoclorơ tinh khiết đã được chứng minh là làm giảm đáng kể lượng vi khuẩn mà không làm thay đổi sự đa dạng của các loài vi khuẩn trên mí mắt. Sau 20 phút điều trị, đã giảm trên 99% vi khuẩn Staphylococci. 

3. KHẢ NĂNG THƯƠNG MẠI HÓA ACID HYPOCHLOROUS (AXIT HYPOCLORƠ)

Trong lĩnh vực khử trùng khử khuẩn, mặc dù đã được phát hiện từ lâu, nhưng tính ổn định của nước axit hypoclorơ (nước Anolyte) rất khó duy trì. Trong dung dịch, các hợp chất hoạt động nhanh chóng bị phân huỷ trở lại thành nước muốil. Do đó bị mất khả năng khử trùng và khó vận chuyển để sử dụng rộng rãi.

Mặc dù có khả năng khử trùng mạnh hơn nhưng do giá thành, trước kia axit hypoclorơ không thường được sử dụng làm chất khử khuẩn như cồn. Gần đây, với sự phát triển của công nghệ, axit hypoclorơ được sản xuất và đóng chai để sử dụng trong gia đình và thương mại. Tuy nhiên, hầu hết nước axit hypoclorơ có thời hạn sử dụng ngắn và không thích hợp để giữ trong thời gian dài. Bảo quản tránh xa nguồn nhiệt và ánh nắng trực tiếp có thể giúp làm chậm quá trình phân hủy.

Gần đây nhất, trong khuôn khổ chương trình hợp tác quốc tế của đại học Đà Nẵng và tổ chức UNIDO. UBND thành phố Đà Nẵng đã có Quyết định số 394/QĐ-UBND phê duyệt tiếp nhận 4 máy sản xuất nước khử khuẩn bằng nước axit Hypoclorơ của Công ty Công nghiệp Kanazawa (do Chính phủ Nhật Bản viện trợ với giá trị hơn 1,1 tỷ đồng). Đây là một trong các thiết bị điện phân dòng chảy liên tục sử dụng nguyên liệu muối ăn thân thiện và công suất quy mô công nghiệp để tạo ra axit hypoclorơ tại chỗ cho các mục đích khử khuẩn nhà máy. 

Xem thêm chi tiết về sản phẩm này: https://thaiduong-solution.vn/san-pham/may-san-xuat-nuoc-diet-khuan-aqua-pulita.html

Lí giải sâu hơn về khả năng khử khuẩn của acid hypochlorous (HClO). Cùng tìm hiểu về phản ứng của HClO với các đại phân tử sinh học cấu trúc nên tế bào vi khuẩn 

4. KHẢ NĂNG PHẢN ỨNG CỦA HClO VỚI CÁC PHÂN TỬ SINH HỌC

4.1 Phản ứng với nhóm sulfhydryl protein:

Knox và cộng sự lần đầu tiên lưu ý rằng HClO là một chất ức chế sulfhydryl, với số lượng đủ lớn, có thể làm ức chế hoàn toàn các protein có chứa nhóm sulfhydryl. Điều này là do HClO oxy hóa các nhóm sulfhydryl, dẫn đến sự hình thành các liên kết disulfur, qua đó có thể dẫn đến liên kết các protein (hiện tượng đông tụ protein)

Cơ chế oxi hóa sulfhydryl của HClO tương tự như cơ chế của monocloramin (NH2Cl) và chỉ có thể kìm khuẩn, bởi vì một khi lượng clo hết, một số chức năng sulfhydryl có thể được khôi phục. Một axit amin chứa nhóm sulfhydryl có thể phản ứng với bốn phân tử axit hypoclorơ. Giả thuyết là các nhóm sulfhydryl có thể bị ba phân tử acid hypochlorous (axit axit hypoclorơ) oxy hóa và cuối cùng là phản ứng của HClO với nhóm α-amino. Phản ứng đầu tiên tạo ra axit sulfenic (R – SOH) sau đó là axit sulfinic (R – SO2H) và cuối cùng là sulfonic R – SO3H. Axit sulfonic tạo thành tiếp tục tạo cầu nối disulfide với một nhóm sulfhydryl của protein khác, gây ra liên kết chéo và đông tụ protein. Axit sunfonic và các dẫn xuất R – SO3H chỉ được tạo ra ở lượng dư HClO. Liên kết disulfide cũng có thể bị oxi hóa bởi HClO thành axit sulfinic và tiếp tục chu trình. Quá trình oxy hóa sulfhydryl và disulfide tạo thành axit clohydric và dẫn đến nồng độ HClO - acid hypochlorous giảm đáng kể.

*Nhóm sulfhydryl (còn được gọi là “nhóm thiol”) bao gồm một nguyên tử lưu huỳnh với hai cặp đơn lẻ, liên kết với hydro. Các liên kết disulfide đóng góp vào cấu trúc bậc ba và bậc bốn của protein.

*Các axít sulfonic là một lớp các axít hữu cơ với công thức tổng quát R-S(=O)2-OH, trong đó R thông thường là các mạch hydrocarbon

4.2 Phản ứng của axit hypoclorơ với nhóm amino protein

Axit hypoclorơ (acid hypochlorous) phản ứng dễ dàng với các axit amin có chuỗi bên chứa nhóm amino, Cl từ HClO thay thế một hydro của nhóm amino (R-NH2), tạo ra gốc chloramin hữu cơ (R-NHCl). Lượng nhóm NH2 giảm dần thúc đẩy cloramin hữu cơ  tấn công vào liên kết peptit, dẫn đến sự phân cắt của protein.

McKenna và Davies nhận thấy rằng nồng độ HClO 10 mM trở lên là cần thiết cho quá trình phân mảnh protein. Ở một giả thuyết nghiên cứu sau đó, người ta đề xuất rằng chloramin trải qua quá trình sắp xếp nội phân tử, giải phóng HCl và amoniac để tạo thành một aldehyde. Nhóm aldehyde có thể tiếp tục phản ứng với một nhóm amino khác để tạo thành bazơ Schiff (Bazơ Schiff là một loại imine chỉ có các nhóm alkyl hoặc aryl gắn với các nguyên tử cacbon và nitơ), gây ra liên kết chéo và đông tụ các protein.

4.3 Axit hypoclorơ phản ứng với DNA và nucleotide

Axit hypoclorơ phản ứng chậm với DNA và RNA cũng như tất cả các nucleotide trong ống nghiệm. GMP phản ứng mạnh nhất vì HClO phản ứng với cả nhóm NH dị vòng và nhóm amin. Theo cách tương tự, TMP chỉ có một nhóm NH dị vòng phản ứng với HClO mạnh thứ hai. AMP và CMP, chỉ có một nhóm amin phản ứng chậm với HClO. UMP chỉ phản ứng với tốc độ rất chậm.  Các nhóm NH dị vòng phản ứng mạnh hơn các nhóm amin, và các cloramin thứ cấp của chúng có thể cho clo. Những phản ứng này có khả năng gây trở ngại cho sự bắt cặp cơ sở của DNA.

Frütz cũng đã tìm thấy sự giảm độ nhớt của DNA khi tiếp xúc với axit hypoclorơ HClO tương tự như sự giảm độ nhớt của DNA bị biến tính bằng nhiệt.

4.4 Acid hypochlorous phản ứng với lipid

Acid hypochlorous (axit hypoclorơ) phản ứng với các liên kết không bão hòa trong chất béo. Phản ứng này xảy ra bằng cách thủy phân liên kết không no (thêm clo vào một nguyên tử cacbon của nối và một nhóm hydroxyl vào nguyên tử carbon còn lại). Hợp chất tạo thành là một chlorohydrin (C2H5ClO). Clo phân cực phá vỡ lớp cấu trúc màng lipid kép và có thể làm tăng tính thẩm thấu.

5. PHƯƠNG THỨC HOẠT ĐỘNG CỦA CHẤT AXIT HYPOCLORƠ TRONG VAI TRÒ NƯỚC KHỬ KHUẨN

5.1 Giả thuyết về sự ức chế quá trình oxy hóa glucose của nước khử khuẩn HClO 

Năm 1948, Knox và cộng sự đề xuất ý tưởng rằng sự ức chế quá trình oxy hóa glucose là một yếu tố chính trong bản chất diệt khuẩn của các dung dịch clo. HClO ngăn chặn sự hấp thu các chất dinh dưỡng bằng cách ngừng hoạt động các protein vận chuyển. Venkobachar và cộng sự, đã phát hiện ra rằng succinic dehydrogenase bị ức chế trong ống nghiệm bởi HClO, dẫn đến việc gián đoạn vận chuyển điện tử có thể là nguyên nhân gây ra sự bất hoạt của vi khuẩn. Albrich và cộng sự, cũng phát hiện ra rằng acid hypochlorous phá hủy các cytochromes, qua đó ngăn cản sự hấp thụ oxy và các nucleotide adenine bị biến mất.

Rosen và cộng sự nhận thấy rằng succinate dehydrogenase cũng bị acid hypochlorous ức chế qua việc ngăn dòng electron chuyển sang oxy. Trái lại, theo nghiên cứu của Albrich và cộng sự, các tế bào vẫn còn khả năng hô hấp không thể phân chia sau khi tiếp xúc với acid hypochlorous.

5.2 Acid hypochlorous (axit hypoclorơ) làm cạn kiệt nucleotide adenine

Adenine nucleotide, đôi khi còn được gọi là adenosine hoặc adenylate, là một nhóm các phân tử hữu cơ bao gồm AMP, ADP và ATP. Những phân tử này đóng vai trò chính trong việc lưu trữ và chuyển giao năng lượng. 

Albrich và cộng sự đề xuất rằng nguyên nhân gây chết tế bào có thể do rối loạn chức năng trao đổi chất do cạn kiệt nucleotide adenine. 

Barrette và cộng sự (*) đã nghiên cứu điện tích năng lượng của các tế bào tiếp xúc với axit hypoclorơ. Họ nhận thấy rằng các tế bào tiếp xúc với HClO không thể tăng năng lượng của chúng sau khi bổ sung chất dinh dưỡng. Kết luận là các tế bào tiếp xúc đã mất khả năng điều chỉnh nhóm adenylate của chúng. Dựa trên thực tế là sự hấp thu chất chuyển hóa chỉ bị thiếu hụt 45% sau khi tiếp xúc với HClO và quan sát thấy HClO gây ra sự thủy phân ATP trong nội bào. Nghiên cứu cũng xác nhận rằng, ở mức độ diệt khuẩn của axit hypoclorơ, các thành phần màng tế bào (cytosolic) không bị ảnh hưởng.

Vì vậy, người ta tiếp tục đề xuất rằng một số liên kết màng protein bị thay đổi dẫn đến quá trình thủy phân ATP rộng rãi. Sau khi tiếp xúc với axit hypoclorơ, các tế bào không có khả năng loại bỏ AMP khỏi dịch bào, làm suy giảm chức năng trao đổi chất. Một loại protein liên quan đến việc mất khả năng tái tạo ATP đã được tìm thấy là ATP synthetase. Nghiên cứu này cho thấy các phản ứng diệt khuẩn có liên quan diễn ra ở màng tế bào (**).

(*)Albrich, JM; Hurst, JK (1982). "Oxidative inactivation of Escherichia coli by hypochlorous acid. Rates and differentiation of respiratory from other reaction sites"

(**)Barrette Jr, WC; Hannum, DM; Wheeler, WD; Hurst, JK (1989). "General mechanism for the bacterial toxicity of hypochlorous acid: abolition of ATP production". Biochemistry.

5.3 Ức chế sao chép DNA của axit hypoclorơ

Các nghiên cứu gần đây đã đề xuất rằng sự ngừng hoạt động của vi khuẩn bằng axit hypoclorơ là kết quả của việc ức chế sự sao chép DNA. Khi vi khuẩn tiếp xúc với axit hypoclorơ, có sự suy giảm nghiêm trọng trong quá trình tổng hợp DNA dẫn đến sự ức chế tổng hợp protein. Một nghiên cứu của Rosen và cộng sự so sánh tốc độ của HOCl ức chế sao chép DNA của các plasmid. nhóm này cũng đề xuất rằng sự ngừng hoạt động của các protein màng liên quan đến quá trình sao chép DNA là cơ chế hoạt động của HClO.

5.4 Sự hình thành và tổng hợp protein

Axit hypoclorơ được biết là nguyên nhân gây ra các biến đổi sau dịch mã đối với protein. Một cuộc kiểm tra gần đây về vai trò diệt khuẩn của HClO cho thấy nó là một chất gây đông tụ protein. Hsp33, một Chaperones - protein hỗ trợ quá trình lắp ráp protein, gấp lại protein và trong quá trình phân hủy protein, bảo vệ vi khuẩn khỏi tác động của axit hypoclorơ bằng cách kìm hãm, ngăn ngừa sự đông tụ protein. Các chủng Escherichia coli và Vibrio cholerae thiếu Hsp33, do đó, đặc biệt nhạy cảm với axit hypoclorơ. 

Như vậy, có rất nhiều công trình nghiên cứu về khả năng khử khuẩn của Axit hypoclorơ (acid hypochlorous). Các giả thuyết về các cơ chế tác động lên các đại phân tử sinh học được đưa ra. Các cơ chế này góp phần chứng minh HClO có khả năng khử khuẩn tốt. 

Xét về tính an toàn, các thí nghiệm cũng được tiến hành, và Axit hypoclorơ (acid hypochlorous) - HClO được Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ phân loại là không độc hại.