کنترل رشد باکتری ها و قارچ ها با اسید استیک

مقدمه

اسید استیک (CH₃COOH) یک اسید آلی ضعیف است که بیشتر به عنوان ماده اصلی تشکیل دهنده سرکه شناخته می شود. سرکه معمولاً حدود ۵٪ اسید استیک دارد. این اسید طعم تند و ترش و بوی تندی دارد و یک محیط بسیار اسیدی ایجاد می کند سرکه سفید pH تقریباً ۲٫۵ دارد. همین خاصیت اسیدی پایه ویژگی های ضد میکروب ی آن محسوب می شود. اغلب باکتری ها و قارچ ها در شرایط pH پایین نمی توانند رشد کنند، بنابراین اسید استیک به طور طبیعی رشد آن ها را مهار می کند. مردم برای قرن ها پیش از ظهور مواد شیمیایی مدرن، از سرکه به عنوان یک ضد عفونی کننده و نگهدارنده طبیعی استفاده کرده اند. این اسید می تواند به درون سلول های میکروب ها نفوذ کند و آنزیم ها و ساختار های سلولی شان را مختل کند و به این ترتیب بسیاری از پاتوژن ها را به طور موثر از بین ببرد یا سرعت رشدشان را کاهش دهد. از آنجا که اسید استیک در برابر طیف وسیعی از باکتری ها و قارچ ها موثر است، به عنوان یک عامل ضد میکروب با طیف اثر وسیع شناخته می شود. اسید استیک به طور طبیعی از طریق فرآیند تخمیر تولید می شود (برای مثال زمانی که نوشیدنی های الکلی تبدیل به سرکه می شوند) و این تولید طبیعی باعث شده بود که این ماده برای استفاده سنتی به وفور در دسترس باشد. برای یک ترکیب ساده، کارایی آن چشمگیر است و همین امر نقش ماندگاری برای آن در آشپزخانه ها و مراکز درمانی به عنوان علاجی در دسترس برای جلوگیری از رشد میکروب ها رقم زده است.

ساز و کار مهار رشد باکتری ها توسط اسید استیک

باکتری ها نسبت به محیط های اسیدی بسیار حساس هستند و اسید استیک شرایطی را ایجاد می کند که اغلب باکتری ها نمی توانند آن را تحمل کنند. باکتری های بیماری زا معمولاً برای رشد بهینه pH نزدیک به خنثی (حدود ۶ تا ۷) را ترجیح می دهند. اسید استیک pH بیرونی محیط را به مراتب پایین تر از این محدوده می آورد و در نتیجه فرآیند های متابولیک باکتری را عملاً متوقف می سازد. مولکول های تفکیک نشده اسید به راحتی در دیواره و غشای سلولی باکتری نفوذ می کند. زمانی که وارد سلول می شود، به یون های استات و پروتون تفکیک می شود و فضای داخلی باکتری را اسیدی می کند. این امر آنزیم های حیاتی، سنتز DNA و ساز و کار های انتقال مواد مغذی درون میکروب را مختل می کند. با هجوم پروتون ها به درون سلول، باکتری دیگر نمی تواند تعادل pH داخلی خود را حفظ کند و در نتیجه پروتئین های آن تغییر ماهیت داده و از کار می افتند. به بیان ساده، فرآیند های تولید انرژی و ترمیم سلول تحت تنش شدید اسیدی مختل می شوند. بسیاری از باکتری ها، از جمله میکروب های متداول مواد غذایی مانند اشریشیا کلی و سالمونلا، و نیز پاتوژن های زخم مانند استافیلوکوکوس اورئوس و سودوموناس آئروژینوزا، با مواجهه با مقدار کافی اسید استیک یا رشدشان متوقف می شود یا از بین می روند. اسید استیک با برهم زدن تعادل درونی و عملکرد آنزیمی باکتری، یک راهکار ساده اما موثر برای کنترل جمعیت های باکتریایی فراهم می کند، بدون آن که نیازی به آنتی بیوتیک های مصنوعی یا مواد شیمیایی قوی باشد.

ساز و کار مهار رشد قارچ ها توسط اسید استیک

قارچ ها نیز مستثنی نیستند و اسید استیک به طور موثری رشد آن ها را از طریق ساز و کار های مشابه مهار می کنند. بسیاری از کپک ها و مخمرها ممکن است محیط های کمی اسیدی را تحمل کنند، اما زمانی که محیط بیش از حد اسیدی شود، در بقا دچار مشکل می شوند. غلظت های موجود در سرکه (حدود ۴ تا ۵٪ اسید استیک) معمولاً برای متوقف کردن رشد قابل مشاهده کپک های رایج خانگی و قارچ های عامل فساد مواد غذایی کافی است. این اسید با نفوذ به دیواره سلولی قارچ و تغییر pH محیط درون سلول عمل می کند، درست همان طور که در باکتری ها عمل می کند. این فرآیند باعث غیر فعال شدن آنزیم ها می شود و مانع آن می شود که سلول های قارچی انرژی تولید کنند یا اجزای جدید سلولی بسازند. در مورد کپک ها، اسید استیک می تواند از جوانه زدن اسپور ها جلوگیری کند و گسترش هیف ها (رشته های شاخه داری که کپک ها برای رشد از آن ها استفاده می کنند) را متوقف سازد. به عنوان مثال مطالعات نشان داده اند که سرکه قادر است قارچ هایی مانند کاندیدا آلبیکنس (یک مخمر که عفونت ایجاد می کند) و پنیسیلیوم کریزوژنوم (یک کپک غذایی رایج) را از بین ببرد یا به طور قابل توجهی مهار کند. برخی از گونه های قارچ مقاوم تر ممکن است نسبت به محیط اسیدی تحمل بیشتری داشته باشند، اما حتی این موارد نیز در حضور اسید استیک رشد و تولید مثل کمتری از خود نشان می دهند. اسید استیک با ایجاد یک محیط نامناسب و بسیار اسیدی، به عنوان یک قارچ کش موثر در طیف گسترده ای از انواع قارچ عمل می کند.

تاثیر غلظت و pH بر اثربخشی اسید استیک

قدرت ضد میکروب ی اسید استیک تا حد زیادی به غلظت آن و pH حاصل در محیط بستگی دارد. به طور کلی، غلظت های بالاتر و در نتیجه pH پایین تر توانایی آن را در کشتن یا مهار میکروب ها افزایش می دهند. حتی محلول های نسبتاً رقیق هم می توانند موثر باشند: در مطالعات مشاهده شده که حدود ۱٪ اسید استیک برای متوقف کردن رشد اکثر باکتری ها و قارچ های رایج کافی است. در چنین غلظت هایی، pH به قدر کافی پایین است که فرآیند های میکروبی را مختل کند. در واقع، بیشتر باکتری های بیماری زا زمانی که pH به زیر حدود ۴٫۵ برسد نمی توانند تکثیر یابند سطحی که با سرکه استاندارد (pH ~2.5) به راحتی به دست می آید. اما اگر اسید استیک بیش از حد رقیق شود و pH آن به سمت خنثی برود، کارایی آن به طور چشمگیری کاهش می یابد و ممکن است برخی از ارگانیسم ها زنده بمانند. میکروب های مختلف تحمل های متفاوتی دارند؛ برخی گونه های حساس با غلظتی در حد ۰٫۱ تا ۰٫۲۵٪ اسید استیک متوقف می شوند، در حالی که سویه های مقاوم تر ممکن است به حدود ۰٫۵ تا ۱٪ یا بالاتر نیاز داشته باشند. غلظت های بسیار بالا (مانند اسید استیک بسیار غلیظ بیش از ۹۰٪) معمولاً برای اهداف ضد میکروب ی لازم نیستند و برای بافت ها و سطوح خورنده هستند. نکته کلیدی این است که محیط به اندازه کافی اسیدی فراهم شود. جدول زیر چند میکرو ارگانیسم را به همراه غلظت تقریبی اسید استیک که رشد آن ها را مهار می کند نشان می دهد:

اسید استیک در نگهداری و ایمنی مواد غذایی

یکی از قدیمی ترین و گسترده ترین کاربردهای اسید استیک در نگهداری مواد غذایی است. به عنوان مثال، ترشی انداختن با سرکه نسل ها برای افزایش ماندگاری سبزیجات، میوه ها و گوشت ها استفاده شده است، چرا که محیطی ایجاد می کند که میکروب های فسادزا نمی توانند در آن رشد کنند. باکتری هایی که باعث خراب شدن غذا یا بیماری های ناشی از غذا می شوند، زمانی که pH با سرکه به سطوح اسیدی کاهش یابد تا حد زیادی متوقف می شوند. پاتوژن های شایع مانند سالمونلا یا لیستریا در مواد غذایی ترشی شده به سختی زنده می مانند و خطر سموم خطرناک (مانند سم بوتولینوم حاصل از کلستریدیوم بوتولینوم) به حداقل می رسد. اسید استیک غالباً به عنوان نگهدارنده طبیعی به سس ها، چاشنی ها و مارینادها اضافه می شود و افزودنی های مصنوعی را با یک ترکیب موجود در آشپزخانه جایگزین می کند. در این میان تولید انواع ترشی، سس و محصولات سرکه‌ ای با اسید استیک به‌ عنوان یکی از پایه‌ های مهم صنایع غذایی سنتی و مدرن در ایران و جهان شناخته می‌ شود؛ زیرا این فرآورده‌ ها نه‌تنها طعم و عطر دلپذیری ایجاد می‌ کنند، بلکه ایمنی و ماندگاری محصولات را نیز افزایش می‌ دهند. حتی یک شست‌ و شوی ملایم با سرکه می‌ تواند آلودگی میکروبی را روی محصولات تازه کاهش دهد. از نظر ایمنی غذایی استفاده از اسید استیک با از بین بردن یا مهار باکتری‌ های مضر در غذا، به جلوگیری از شیوع بیماری کمک می‌ کند. این ویژگی امکان نگهداری ایمن برخی مواد غذایی (مانند ترشی‌ ها یا چاشنی‌ های حاوی سرکه) را در دمای محیط فراهم می‌ سازد و راهی طبیعی و عاری از مواد شیمیایی برای تازه و سالم نگه داشتن مواد غذایی در اختیار مصرف‌ کنندگان قرار می‌ دهد.

سرکه برای ضد عفونی خانگی و کنترل کپک ها

ویژگی های ضد میکروب ی اسید استیک سرکه را به یک پاک کننده طبیعی محبوب برای خانه تبدیل کرده است. بسیاری از افراد از سرکه سفید به عنوان یک ضد عفونی کننده سازگار با محیط زیست روی پیشخوان آشپزخانه، تخته های برش, سطوح حمام و موارد دیگر استفاده می کنند. سرکه می تواند طیف وسیعی از باکتری های رایج خانگی را بکشد و به ضد عفونی کردن مکان هایی که غذا آماده می شود یا میکروب ها تجمع می کنند کمک کند. سرکه برای کنترل کپک و قارچ نیز شناخته شده است. با اسپری کردن سرکه سفید رقیق نشده روی کاشی های کپک زده حمام یا دیوار های نمناک، ساکنان خانه می توانند بسیاری از انواع قارچ را که در محیط های مرطوب داخلی رشد می کنند از بین ببرند. ماهیت اسیدی سرکه ساختار کپک را تجزیه می کند و مانع رشد دوباره آن می شود. بر خلاف سفیدکننده یا ضد عفونی کننده های تجاری، سرکه بخارات شیمیایی تند آزاد نمی کند و استفاده از آن را در فضاهای کم تهویه یا در حضور کودکان و حیوانات خانگی ایمن تر می سازد. همچنین سرکه یک بو زدا نیز محسوب می شود و بو های نامطبوعی را که غالباً همراه رشد میکروبی هستند خنثی می کند. اگرچه ممکن است سرکه به سرعت یا به کاملی برخی مواد ضد عفونی کننده قوی ضدعفونی نکند، تمیزکاری منظم با سرکه باعث کاهش چشمگیر تعداد باکتری ها و قارچ ها روی سطوح می شود. به عنوان یک درمان چند منظوره خانگی، سرکه راهی آسان برای پاکیزه و بهداشتی نگه داشتن فضای زندگی بدون تکیه بر محصولات مصنوعی ارائه می دهد.

اسید استیک در مراقبت از زخم و کنترل عفونت

اسید استیک رقیق شده مدت ها به عنوان یک عامل موضعی برای کمک به درمان و پیشگیری از عفونت در زخم های پوستی استفاده شده است. در طول جنگ جهانی اول و پیش از آن، جراحان زخم های نبرد را با محلول های سرکه شستشو می دادند تا باکتری سودوموناس و سایر میکروب های خطرناک را بکشند. امروزه علاقه جدیدی به اسید استیک (معمولاً با غلظت حدود ۱٪) برای مدیریت زخم های مزمن، سوختگی ها و زخم بستر هایی که به باکتری های مقاوم آلوده شده اند ایجاد شده است. پانسمان های آغشته به اسید استیک می توانند باکتری هایی مانند سودوموناس آئروژینوزا، استافیلوکوکوس اورئوس و انتروکوک را از محل زخم به طور موثری حذف کنند حتی سویه هایی که در برابر چندین آنتی بیوتیک مقاوم هستند. با شست و شوی مداوم زخم در یک محلول اسیدی ملایم، این درمان pH موضعی را کاهش می دهد و بیوفیلم های باکتریایی را تجزیه می کند که کشتن باکتری ها را آسان تر می سازد. بیمارانی که با پانسمان اسید استیک درمان می شوند، اغلب کاهش ترشحات چرکی، بو و التهاب زخم را تجربه می کنند زیرا بار میکروبی کاهش یافته است. این روش می تواند بدون تکیه صرف بر آنتی بیوتیک های سیستمیک به بهبود زخم های سرسخت و دیر التیام کمک کند. این درمان ساده و کم هزینه است و عوارض جانبی حداقلی (جز سوزش خفیف) دارد. توانایی اسید استیک در کنترل عفونت زخم ارزش آن را به عنوان یک ضد عفونی کننده کاربردی در مراقبت های بالینی نشان می دهد.

کاهش بیوفیلم با اسید استیک

حذف بیوفیلم ها اجتماع های میکروبی چسبناکی که لایه های لزج حفاظتی بر روی سطوح تشکیل می دهند، یکی از جنبه های دشوار کنترل میکروبی است. بیوفیلم ها می توانند مقاومت باکتری ها را در برابر آنتی بیوتیک ها و مواد ضد عفونی کننده تا ۱۰۰۰ برابر افزایش دهند. اما اسید استیک توانایی چشمگیری در برهم زدن دفاع بیوفیلم ها دارد. اسیدیته و اندازه مولکولی کوچک اسید استیک به آن امکان می دهد وارد ماتریکس خارج سلولی چسبنده ای که سلول های بیوفیلم را کنار هم نگه می دارد نفوذ کند. با کاهش pH درون بیوفیلم، ساختار آن تضعیف شده و میکروب های موجود در آن آسیب پذیرتر می شوند. در زمینه پزشکی، از اسید استیک برای کمک به متلاشی کردن بیوفیلم ها در زخم های آلوده و روی ابزار های داخل بدنی (مثل کاتترها) استفاده شده است، که به از بین بردن عفونت های پایدار کمک می کند. برای مثال، بیوفیلم های سودوموناس آئروژینوزا روی پانسمان زخم ها با شستشوی مرتب با اسید استیک به طور موثری از بین رفته اند. به همین ترتیب، در محیط های صنعتی یا خانگی، می توان از سرکه برای از بین بردن لایه های لزج بیوفیلم در مجاری فاضلاب و تجهیزات استفاده کرد. با حل کردن پوشش های محافظی که باکتری ها و قارچ ها ایجاد می کنند، اسید استیک کمک می کند تا این کلونی های پنهان پاکسازی و کاملاً حذف شوند.

مزایای استفاده از اسید استیک به عنوان یک ماده ضد میکروب طبیعی

اسید استیک به عنوان یک عامل ضد میکروب، مزایای قابل توجهی دارد، به‌ ویژه برای کسانی که به دنبال راه‌ حل‌ های طبیعی یا پایدار هستند. در غلظت‌ هایی که برای مواد غذایی یا تمیزکاری استفاده می‌ شود، غیرسمی است؛ سرکه خوراکی بوده و عموماً به عنوان ماده‌ ای ایمن شناخته می‌ شود، به همین دلیل می‌ توان از آن روی سطوح مرتبط با مواد غذایی یا حتی در حضور کودکان و حیوانات خانگی بدون ترس از باقی‌ مانده‌ های مضر استفاده کرد. دسترسی آسان و هزینه‌ ی پایین از مزیت‌ های مهم آن است؛ سرکه ارزان بوده و تقریباً در هر فروشگاه مواد غذایی یافت می‌ شود. بر خلاف سفیدکننده‌ ها یا ضدعفونی‌ کننده‌ های شیمیایی، اسید استیک سازگار با محیط زیست است، به‌ راحتی تجزیه می‌ شود و باعث آلودگی یا مقاومت میکروبی نمی‌ گردد. همچنین احتمال ایجاد مقاومت در میکروب‌ ها در برابر آن کمتر است، زیرا نحوه‌ ی عملکردش که بر پایه‌ ی اسیدیته‌ ی شدید است، عمومی بوده و به مسیر خاصی محدود نمی‌ شود. یکی دیگر از ویژگی‌ های برجسته‌ ی اسید استیک، چند منظوره بودن آن است؛ به طوری که همان بطری سرکه می‌ تواند برای نگهداری غذا، تمیز کردن آشپزخانه، درمان عفونت‌ های جزئی مانند قارچ پا یا عفونت گوش و موارد مشابه استفاده شود. در این میان صنایع داخلی نیز به تولید انبوه این ماده روی آورده‌ اند و امروزه محصولاتی نظیر خرید اسید استیک فناوران گالن 30 لیتری نمونه‌ ای از بسته‌ بندی‌ های صنعتی و استاندارد هستند که برای مصارف گسترده خانگی و سازمانی عرضه می‌ شوند. افزون بر این اسید استیک عمر نگهداری طولانی دارد و نیاز به شرایط خاصی برای ذخیره یا حمل ندارد؛ در نتیجه به عنوان روشی همه‌ کاره، ایمن و سازگار با محیط زیست برای کنترل رشد میکروبی ناخواسته شناخته می‌ شود.

مقایسه اسید استیک با سایر عوامل ضد میکروبی

می توان اسید استیک را با ضد عفونی کننده های معمول مقایسه کرد تا نقاط قوت منحصر به فرد آن بهتر درک شود. مثلاً سفیدکننده خانگی (هیپوکلریت سدیم) یک میکروب کش بسیار قوی است که تقریباً همه میکروب ها را سریع از بین می برد (از جمله ویروس ها و اسپور ها)، اما بخارات سمی تولید می کند و می تواند پوست را تحریک کرده یا به سطوح آسیب برساند. سرکه ملایم تر است، ممکن است مانند سفیدکننده در هر شرایطی به طور کامل ضد عفونی نکند، اما کار کردن با آن بسیار ایمن تر است و هیچ باقی مانده سمی بر جا نمی گذارد. ضد عفونی کننده های الکلی (مانند الکل ایزوپروپیل) بسیار سریع بر ضد میکروب ها عمل می کنند اما ظرف چند ثانیه تبخیر می شوند و به شدت قابل اشتعال هستند. در مقابل، اسید استیک غیرقابل اشتعال است و تا زمانی که با یک سطح در تماس باشد به کار خود ادامه می دهد. پراکسید هیدروژن نیز یک ضد عفونی کننده موثر دیگر است، اما در غلظت های بالاتر می تواند برای پوست و بافت ها خشن باشد. از سوی دیگر اسید استیک رقیق به اندازه ای ملایم است که بتوان از آن روی پوست استفاده کرد (همان طور که در مراقبت از زخم دیده می شود) و مانند مواد شیمیایی قوی تر باعث سفید شدن پارچه یا خورده شدن فلزات نمی شود. هر عامل ضد میکروب جایگاه خاص خود را دارد، اما اسید استیک در بسیاری از موارد روزمره تعادل مطلوبی بین اثربخشی و ایمنی ارائه می دهد.

محدودیت ها و احتیاطات هنگام استفاده از اسید استیک برای ضد عفونی

اگرچه اسید استیک یک ماده ضد میکروب مفید است، اما محدودیت ها و نکات ایمنی مهمی وجود دارد که باید به آن ها توجه کرد. سرکه یک استریل کننده در حد بیمارستانی نیست ممکن است نتواند همه ویروس ها یا اسپور های باکتریایی را از بین ببرد، بنابراین برای ضد عفونی سطوحی که با پاتوژن های بسیار مقاوم آلوده هستند نباید تنها به آن تکیه کرد. به طور کلی، سرکه کندتر از ضد عفونی کننده های تجاری عمل می کند و اغلب برای موثر بودن به چند دقیقه تماس نیاز دارد. از نظر ایمنی، سرکه خانگی (۵٪ اسید استیک) ملایم است، اما غلظت های بالاتر می توانند خورنده باشند. استفاده مستقیم از محلول های غلیظ اسید استیک می تواند پوست، چشم ها یا مجاری تنفسی را تحریک یا دچار سوختگی کند. همیشه توصیه می شود که اسید استیک غلیظ را رقیق کنید و هنگام کار با آن دستکش بپوشید. خاصیت اسیدی اسید استیک می تواند به برخی مواد نیز آسیب برساند: برای مثال، ممکن است جلای کانتر های سنگ طبیعی (مثل مرمر یا گرانیت) را از بین ببرد و فلزاتی مانند آلومینیوم یا آهن را دچار خوردگی کند. کاربران باید از استفاده از سرکه روی این سطوح حساس خودداری کنند. هشدار مهم دیگر این است که هرگز نباید سرکه را با سفیدکننده کلر مخلوط کرد این ترکیب گاز سمی کلر تولید می کنند. به طور کلی اسید استیک را در محیط های با تهویه مناسب استفاده کنید و اقدامات ایمنی پایه را رعایت نمایید. در صورت استفاده صحیح، اسید استیک بسیار ایمن است، اما باید با دقت با آن برخورد شود تا از آسیب یا خطرات تصادفی جلوگیری گردد.

استفاده از اسید استیک در کشاورزی و کنترل بیماری های گیاهی

اسید استیک در کشاورزی نیز به عنوان یک زیست کش و علف کش طبیعی کاربرد دارد. در مدیریت علف های هرز، سرکه باغبانی با ۱۵–۲۰٪ اسید استیک به عنوان یک علف کش ارگانیک روی گیاهان ناخواسته پاشیده می شود، اسید قوی برگ ها را خشک می کند و علف های هرز را بدون نیاز به مواد شیمیایی مصنوعی از بین می برد. کشاورزان و باغداران همچنین از محلول های رقیق تر سرکه برای مبارزه با بیماری های قارچی و باکتریایی گیاهان استفاده می کنند. مثلاً یک اسپری ملایم سرکه (اغلب یک قسمت سرکه با چند قسمت آب) می تواند با ایجاد pH نامناسب در سطح برگ، سفیدک پودری یا لکه سیاه روی برگ های رز را کنترل کند. به طور مشابه، فرو بردن میوه ها یا سبزیجات برداشت شده در شستشوی رقیق اسید استیک می تواند بار میکروبی سطحی و فساد را کاهش داده و ماندگاری پس از برداشت را افزایش دهد. در تیمار خاک، گاهی از اسید استیک برای کاهش pH و سرکوب برخی عوامل بیماری زای خاک زاد استفاده می شود، اگرچه باید دقت کرد که به ارگانیسم های مفید آسیب نرسد. کاربرد دیگر در کشاورزی، ضدعفونی کردن ابزار ها و تجهیزات آبیاری با سرکه بین دفعات استفاده است که از انتقال بیماری های گیاهی جلوگیری می کند. هرچند اسید استیک علاج همه مشکلات نیست، اما گزینه ای نسبتاً ایمن و سازگار با محیط زیست در اختیار کشاورزان قرار می دهد تا به کنترل آفات و بیماری ها در محصولات کشاورزی کمک کنند.