抗菌防霉测试：原理、方法与应用
一、 核心概念界定
- 抗菌 (Antibacterial/Antimicrobial)： 指材料或表面所具有的抑制或杀死细菌（包括细菌、真菌、酵母菌等各种微生物）生长繁殖的能力。
- 防霉 (Antifungal/Mold Resistance)： 主要指材料抵抗霉菌（属于真菌的一类）在其表面生长、繁殖和形成可见菌落的能力。
- 抗菌防霉测试： 通过专业的微生物学试验方法，在可控的实验室条件下，客观评价材料或产品抵抗微生物（主要是细菌和霉菌）生长能力的过程。
二、 测试的重要意义
- 保障健康安全： 有效抑制致病菌滋生，降低接触传播风险，尤其在医疗用品、食品包装、家居用品等领域至关重要。
- 保护产品性能： 防止微生物分解侵蚀材料，延长产品使用寿命，如纺织品的霉变、建材的腐朽、电子元件的腐蚀等。
- 维护环境卫生： 减少表面微生物污染，创造更洁净的公共和个人空间。
- 提供科学依据： 为产品宣称其抗菌防霉功效提供客观、可验证的实验数据。
- 满足法规要求： 符合国内外相关行业标准、法规对特定产品安全性和功能性的要求。
三、 核心测试原理
基于微生物学基本原理，人为地将特定种类和浓度的标准测试微生物（菌种）接种到被测样品（或含有样品的培养基）上，在适宜微生物生长（或受到抑制）的环境中（特定温度、湿度）培养一段时间。通过对比样品处理区域与对照区域（通常是未经处理的同种材料或空白培养基）上微生物的存活或生长情况，来量化或定性评价样品的抗菌防霉效果。
四、 常用测试标准体系
国际上和各国均有相应的测试标准，常用体系包括：
- ISO (国际标准化组织)：
- ISO 22196: 塑料及其他非多孔表面材料的抗菌活性测定（定量法，源于日本标准JIS Z 2801）。
- ISO 20743: 纺织品抗菌活性的测定（定量法）。
- ISO 16869: 塑料中抑真菌化合物效力的测定（评估塑料中防霉剂效力的定量法）。
- ISO 846: 塑料在真菌和细菌作用下的行为评价（定性观察法，主要用于防霉）。
- ASTM (美国材料与试验协会)：
- ASTM E2149: 在动态接触条件下测定固定化抗菌剂抗菌活性的标准试验方法（用于可溶出型抗菌剂）。
- ASTM G21: 测定合成高分子材料防霉性的标准试验方法。
- ASTM D3273: 室内涂层表面霉菌生长的标准试验方法。
- JIS (日本工业标准):
- JIS Z 2801: 抗菌加工制品 - 抗菌性试验方法和抗菌效果（定量法，即ISO 22196的基础）。
- JIS L 1902: 纺织品抗菌性能试验方法（定量法与定性法）。
- GB (中国国家标准):
- GB/T 21551（系列）： 家用和类似用途电器抗菌、除菌、净化功能（系列标准）。
- GB/T 21866: 抗菌涂料（漆膜）抗菌性测定法和抗菌效果（定量法）。
- GB/T 23763: 光催化抗菌材料及制品抗菌性能的评价（针对光催化材料）。
- GB/T 24128: 塑料防霉性能试验方法（基于ISO 846）。
- GB/T 31402: 塑料塑料表面抗菌性能试验方法（基于ISO 22196）。
五、 关键测试微生物
测试通常选用具有代表性、生长特性稳定、安全性可控的标准菌株。
- 代表性细菌：
- 革兰氏阳性菌： 金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus） - 常见致病菌代表。
- 革兰氏阴性菌： 大肠杆菌（Escherichia coli） - 肠道菌及环境微生物代表，绿脓杆菌（Pseudomonas aeruginosa） - 环境顽抗菌代表。
- 代表性霉菌/酵母菌：
- 黑曲霉（Aspergillus niger） - 霉菌代表，环境顽抗性强。
- 球毛壳霉（Chaetomium globosum） - 纤维素分解菌代表。
- 出芽短梗霉（Aureobasidium pullulans） - 常见于涂层表面。
- 绳状青霉（Penicillium funiculosum） - 常见霉菌。
- 白色念珠菌（Candida albicans） - 常见致病性酵母菌（有时也归入防霉测试）。
六、 核心测试方法分类
- 定量抗菌测试法（适用于细菌）：
- 原理： 通过精确计数样品接触前后或与对照相比，存活的细菌数量（菌落形成单位 CFU），计算抗菌率（减少%）或抑菌活性值（Log值）。
- 主要方法：
- 贴膜法 / 覆膜法 (如 ISO 22196, JIS Z 2801, GB/T 31402)： 将细菌悬液定量滴加在样品表面，覆盖薄膜使其均匀接触，培养一定时间后用中和液洗脱下存活细菌，进行平板计数。
- 振荡法 / 浸渍法 (如 ISO 20743, JIS L 1902)： 将样品浸入细菌悬液中振荡培养，培养后取洗脱液或接种混合液进行平板计数。适用于织物等材料。
- 抑菌圈法 (定性/半定量)： 将样品置于已接种细菌的琼脂平板上，培养后观察样品周围透明抑菌圈的大小（仅适用于可溶出型抗菌剂）。
- 防霉（抗真菌）测试法：
- 定量法 (如 ISO 16869)： 原理类似细菌定量法，通过平板计数评价样品对霉菌孢子萌发或生长的抑制效果（计算杀菌率或抑菌活性值）。
- 定性观察法 (如 ISO 846, ASTM G21)：
- 霉菌生长试验： 将霉菌孢子悬液喷洒或涂布在样品表面，在高湿环境下培养（通常28天），定期观察记录霉菌在样品表面的生长等级（如0-5级，0级无生长，5级严重覆盖）。
- 营养琼脂法： 样品直接置于接种了霉菌的琼脂培养基上培养，观察霉菌在样品上及周围的生长情况。
- 土壤埋藏法： 将样品埋入特定土壤中培养，模拟自然环境进行长期耐腐防霉性能测试（主要用于建筑材料等）。
七、 一般测试流程要点
- 样品准备： 按标准要求裁切、清洁、灭菌（如适用）。
- 微生物准备： 活化标准菌种，制备特定浓度的新鲜菌悬液。
- 接种： 将定量菌悬液均匀施加到样品表面（或与样品充分接触）。
- 培养： 将接种后的样品置于规定的恒温恒湿培养箱中孵育（细菌通常24小时或48小时，霉菌通常7天、14天、21天或28天）。
- 中和/洗脱/计数：
- 定量法： 培养到期后，用含中和剂的缓冲液洗脱样品表面存活的微生物，进行系列稀释，接种到琼脂平板培养，计数菌落形成单位 (CFU)。
- 定性法： 培养到期后，直接肉眼或显微镜观察样品表面霉菌生长等级。
- 对照试验： 必须同时进行空白对照（如无菌水）和阴性对照（未经处理的同种材料）试验。
- 结果计算与判定：
- 定量法： 计算抗菌率
(R = (A - B)/A * 100%)或抑菌活性值(M = lg A - lg B)，其中 A 为对照样品回收菌数平均值，B 为抗菌样品回收菌数平均值。根据相关标准判定是否合格（如 R≥90% 或 R≥99%， M≥1.0 或 M≥2.0 等）。 - 定性法： 根据霉菌在样品表面的生长覆盖面积百分比确定生长等级（0-5级），判定是否达到标准要求的等级（如≤1级）。
- 定量法： 计算抗菌率
八、 结果解读与应用
- 抗菌率/抑菌活性值： 数值越高，表明抗菌效力越强。不同产品领域和应用场景对数值要求不同。通常抗菌率≥90%（或抑菌活性值≥1.0）被认为具有抗菌效果，≥99%（或≥2.0）属于较强效果。
- 霉菌生长等级： 等级越低（0级最佳），表明防霉效果越好。等级≤1级（生长面积<10%）通常被认为具有良好防霉效果。
- 应用： 测试结果是产品宣称抗菌防霉功能的基础数据，用于：
- 产品研发性能验证与配方优化。
- 产品质量控制与出厂检验。
- 向消费者或采购方提供功效证明。
- 满足国内外市场准入的法规和标准要求。
- 不同产品或技术方案的性能比较。
九、 重要影响因素与注意事项
- 测试菌种的选择： 需根据产品特性和宣称目的选择具有代表性的标准菌株。
- 样品均匀性与代表性： 样品制备需确保表面状态一致，取点具有代表性。
- 菌悬液浓度与活性： 接种时必须使用新鲜制备、浓度准确的菌悬液。
- 中和剂有效性： 在定量法中，必须验证中和剂能有效终止抗菌作用且对微生物无毒副作用。
- 培养条件控制： 温度、湿度、时间必须严格符合标准规定。
- 平行试验与重现性： 每个样品通常需要多个平行样，测试需具有良好的重现性。
- 实验室环境： 需在符合微生物安全要求的洁净实验室操作，避免交叉污染。
- 区分抗菌机制： 测试方法的设计需考虑抗菌剂是接触型（非溶出）还是溶出型，选择合适的测试标准（如贴膜法更适合接触型，振荡法更适合溶出型）。
十、 结语
抗菌防霉测试是科学评价产品抵抗微生物侵染能力的核心手段。理解其原理、标准体系、方法分类和应用场景，对于产品研发、质量控制、功效宣称和市场合规都至关重要。随着新材料、新技术的发展和消费者对健康卫生日益增长的需求，抗菌防霉测试技术将持续发展和完善，为创造更安全、更耐久的产品环境提供坚实的技术支撑。标准化的测试方法与严谨的操作规范是获得可靠、可比结果的根本保障。