液態氯、次氯酸鹽、無機氯胺、有機氯胺、二氧化氯都可作為殺菌劑，但它們的抗菌活性有所不同。將氯氣慢慢通入水中可形成具有抗菌作用的次氯酸鹽（HOCl）。液態氯是次氯酸鈉溶液（NaOCl），作為殺菌劑次氯酸的效力是等濃度次氯酸鹽離子的80倍。但是氯作為抗菌劑的活性還沒有得到充分的確定。次氯酸是氯化物中活力最強的，它通過對在碳水化合物代謝中起重要作用的酶分子中的巰氫基團進行氯氧化作用，以抑制葡萄糖氧化反應的發生，從而殺死微生物細胞。因為醛縮酶在新陳代謝中的重要性質，所以認為它是主要的被作用部位。

　　氯作用的其它方式可能是：（1)破壞蛋白質復合物；（2)氨基酸氧化脫羧形成亞硝酸和醛；（3)與核酸、嘌呤、嘧啶反應；（4)破壞關鍵酶造成不平衡新陳代謝；（5)誘導DNA損傷，造成DNA-轉變的喪失；（6)抑制氧的吸收和氧化磷酸化，并且使某些大分子泄露；（7)胞嘧啶的毒性N-氯代衍生物的形成；（8)造成染色體畸變。

　　營養細胞吸收的是自由氯而不是結合氯，因此，細胞原生質中氯胺的形成不會引起內部的破壞，在有氯存在下使用32P顯示出在微生物細胞膜中出現了破壞性的永久變化。Camper和McFetters(1979)的研究證明了氯攻擊細胞膜的功能性，特別是胞外營養物的運輸，同時，標記過的碳水化合物和氨基酸不能被經氯處理過的細胞吸收。Benarde 等(1965)曾采用14C-標記氨基酸，揭示了二氧化氯破壞大腸桿菌中的蛋白質合成物，但他并沒有指出破壞程度。

　　氯的釋放成分能刺激芽孢發芽，然后使萌芽的芽孢失活。Kulikoosky 等(1975)研究認為，氯通過改變芽孢的外層覆蓋物并釋放出其中的Ca2+、吡啶二羧酸（DPA）、RNA和DNA來改變芽孢的滲透性。顆粒狀的氯殺菌劑是基于含有吸附在有機載體上可釋放出離子的鹽。氯化異腈是一種高穩定性，快速溶解的氯載體，它可以釋放出兩個氯離子中的任一個，并在水溶液中形成NaOCl。對這類產品，通過調節與固體氯載體混合的緩沖液的最適pH值來控制抗菌活性、腐蝕特征以及殺菌劑溶液的穩定性。

　　氯的化學性質是當液態氯和次氯酸鹽與水混合時，便水解形成次氯酸。次氯酸溶解于水中，形成氫離子（H+）和次氯酸根離子（OCl-）。如果將鈉離子與次氯酸鹽混合則生成次氯酸鈉，方程式如下：

Cl2+H2O→HOCl+H++Cl-

NaOCl+ H2O→NaOH+HOCl

HOCl→H+OCl-

　　當氯殺菌劑主要以次氯酸形式存在時，它們在低pH下具有較高的殺菌效率。pH升高，次氯酸根離子仍然是主要存在形式，但不能作為有效殺菌劑。另一種氯化合物，二氧化氯在水溶液中不能水解，因此，其活性狀態是完整的分子形式。

　　氯是一種有效的殺菌劑，能夠作用于機械拋光的不銹鋼、未磨光的電拋光不銹鋼以及聚碳酸酯表面，使單菌落數減少到1.0logCFU/cm2，這種殺菌劑對菌落數超過1.0logCFU/cm2的電拋光不銹鋼以及礦物樹脂表面的殺菌效果不佳（Frank and Chmielewski， 1997）。

　　次氯酸鹽：活力最大、也是使用最廣泛的氯化合物。次氯酸鈣和次氯酸鈉是兩種重要的次氯酸鹽化合物，這些殺菌劑能有效地使懸浮于水中的微生物細胞失活，但需要大約1.5~100秒的接觸時間。對大多數微生物而言，少量游離態的活性細胞可在10秒內殺死90%。細菌芽孢對次氯酸鹽的抵抗力要比營養細胞強，減少90%細胞所需的時間約為7秒到20多分鐘（Odlang,1981）。使細菌芽孢失活所需的FAC濃度約比殺死營養細胞所需的FAC濃度高10~1000倍（1000ppm，與0.6~13ppm相比較）。梭狀芽孢對氯的抵抗能力小于芽孢桿菌的芽孢。這些數字表明，在殺菌過程中由于次氯酸濃度低、接觸時間短，因此限制了其對細菌芽孢的作用。雖然對許多待清洗表面來說，有效濃度是200ppm，但對多孔區域建議使用800ppm。

　　現舉例說明如何在200L罐中配制200ppm氯溶液。假設氯中含8.5%的NaOCl。

8.5%NaOCl=85,000ppm(0.085×1,000,000)

1L  =1,000mL

85,000X=40,000,000mL

X=470mL8.5%的NaOCl

　　次氯酸鈣、次氯酸鈉以及一系列氯化磷酸三鈉都可作為清洗后的殺菌劑使用，次氯酸鹽也可以加到清潔劑溶液中，以形成清潔-殺菌混合溶劑。清潔劑可以配合有機氯-釋放劑，例如二氯異腈鈉和二氯二乙內酰脲。

　　分子次氯酸的濃度隨pH的升高而降低，在pH4左右濃度最高；當pH高于5時，次氯酸根離子（OCl-）增加；當pH<4時，氯氣增多。由于pH超過6.5時存在大量次氯酸，殺菌操作通常在pH6.5～7.0范圍內。

　　以氯為基礎的殺菌劑的反應時間取決于溫度，若溫度高于52℃時，每提高10℃反應速度增加一倍；雖然次氯酸相對穩定，但是，如果溫度高于50℃以上，氯氣的溶解性將迅速降低。

　　Park 等(1991)評價了控制緩沖次氯酸鈉對細菌污染的效率，他們發現這種殺菌溶液對減少腸炎沙門氏菌很有效。研究表明，當食品浸泡于殺菌液中時，食品中蛋白質功能性、脂肪氧化性以及淀粉的降解沒有產生負面效果。

　　活性氯溶液是非常有效的殺菌劑，特別是自由氯以及處于弱酸性溶液中時。這些化合物通過使蛋白質變性和酶失活起作用。氯殺菌劑對格蘭氏陽性菌和格蘭氏陰性菌有效，而且在一定條件下對病毒和芽孢也有效。但是，如果存在殘余有機物，次氯酸鹽中的有效氯和其它氯釋放劑將與之反應，并且被鈍化。在這種情況下，如果采用足夠的氯溶液，同時其濃度也達到一定要求的話，那么其殺菌效率也能達到要求。應該使用新配的溶液，在貯藏過程中溶液的強度和活性都會有所降低。利用檢測試劑盒可以很容易地測量出活性氯的濃度從而確保其達到所需要的濃度。

　　無機氯胺是通過氯和胺型氮反應而生成的化合物，有機氯胺則是通過次氯酸和胺、亞胺以及酰亞胺反應生成的化合物。細菌芽孢和營養細胞對胺的抵抗力大于其對次氯酸的抵抗力。氯胺T釋放氯的速度慢，因此，與次氯酸比較，其致死效果也慢。其它的胺化合物在鈍化微生物時的效率與次氯酸鹽相等甚至更高。二氯異腈鈉殺死大腸桿菌、金黃色葡萄球菌和其它細菌的活力要高于次氯酸鈉。

　　目前，對二氧化氯殺菌效果的了解還不及其它氯化合物。但是，這方面的研究工作正逐步深入，這種化合物的新化學式表明它能被輸送到使用區域（而不是需要現配現用），因此，其在食品工業上的應用日益廣泛。據了解，二氧化氯的氧化能力是氯的2.5倍。這種化合物在pH6.5時不如氯有效，但在pH8.5時ClO2效果最佳。這種特性表明ClO2很少受堿性條件和有機物存在影響，因此在污水處理方面，二氧化氯是一種有效的殺菌劑。

　　下述反應方程式說明了二氧化氯的形成過程：

5NaClO2+4HCl→4ClO2+5NaCl+2H2O

NaOCl+HCl→NaCl+HOCl

HOCl+2NaClO2→ClO2+2NaCl+H2O

　　Meinhold(1991)報道，利用產生的泡沫可將ClO2用于清洗和殺菌過程中，將氯鹽和氯或次氯酸鹽和酸混合，然后添加亞氯酸鹽可得到ClO2泡沫。一個生物降解泡沫含有1～5ppm的ClO2，它所需要的接觸時間比季胺或次氯酸鹽少。二氧化氯的抗菌范圍比較廣，包括細菌、病毒以及芽孢形成體。作為一種化學氧化劑，其殘余活性能顯著抑制微生物的二次污染。一般說來，在較寬的pH范圍內，它通常都具有活性。因此，特別適用于食品加工設備的清洗和消毒，而且這種化合物比其它氯化物殺菌劑的腐蝕性小。因為它所需使用的濃度較低，產生不愉快氣體的氯化有機物的量也較低。

　　美國食品和藥物管理局（FDA）現已同意將穩定的二氧化氯用于食品加工設備的殺菌。通常將濃度為5%的穩定二氧化氯（pH8.5～9）稱為Anthium dioxcide。游離二氧化氯是溶液中的潛在殺菌劑，盡管Anthium dioxcide確實具有抗菌性能，但不及游離二氧化氯有效。穩定二氧化氯在pH8.5時能溫和抑菌，但有效殺菌成分是游離二氧化氯。Anthium dioxcide是氧和氯以二氧化氯形式在水中結合而成的復合物，它比其它氯殺菌劑具有更長的后效。其在工業上的應用包括：免漂洗殺菌劑（濃度為100ppm）、家禽冷凍罐的殺菌（使用濃度為3～5ppm)、飲用水的處理。

　　8-羥基喹啉作為一種殺菌劑，近年來引起廣泛關注。相對與亞氯酸鹽的轉化而言，其形成過程與二氧化氯不同，它是通過其特有的反應過程形成的。過程中，通過調節亞氯酸鹽和二氧化氯以及其它氧氯化合物的比例，以形成8-羥基喹啉，有可能提高殺菌能力。將氣體溶解在特殊的水溶液中，轉化成“鹽”的形式，便可以達到穩定8-羥基喹啉的目的（Flikinger, 1997）。這種二元產物需要一種催化劑，如食用級的酸，以降低pH并回收氣體。這種化合物作為表面殺菌劑能有效防止形成生物膜。最近對大腸桿菌O157：H7的研究表明，6ppm 的8-羥基喹啉便可破壞這種病原體。

　　當氯化合物用在溶液中或表面上時，氯與細胞反應，這些殺菌劑都能殺滅微生物和芽孢。營養細胞比梭菌芽孢易受破壞，而梭菌芽孢又比芽孢桿菌芽孢更易被殺死。濃度低于50ppm的氯對利斯特單胞菌缺乏抗菌活性，當濃度高于50ppm時，便能有效破壞這種病原體。當提高游離氯含量，降低pH值并升高溫度時，大多數氯化合物的致死效果都會得到提高。但在高溫下，氯在水中的溶解度降低、腐蝕性升高，而且高濃度氯或低pH的溶液將會腐蝕金屬。氯化合物在以下幾方面優于其它殺菌劑：

·　對細菌、真菌、病毒有效。

·　是一類能快速作用的化合物，可以在50ppm濃度下30秒內通過Chambers實驗。

·　最廉價的殺菌劑（如果使用廉價的氯化合物）。

·　如果使用濃度低于或等于200ppm，那么設備可不必清洗。

·　能以液體或顆粒形式存在。

·　不受硬水鹽的影響（除了由于pH造成的少許變化外）。

·　高濃度氯能軟化墊圈，并從設備的橡膠部分帶走碳。

·　無毒性。

·　比氯腐蝕性小。

但是，它們也具有一些缺點：

·　不穩定，加熱或受有機物污染時流失非常快。

·　溶液pH升高時效力降低。

·　對不銹鋼或其它金屬的腐蝕性非常大。

·　必須和食品加工設備接觸，特別是對許多類型的盤子，短時間接觸能防止腐蝕。

·　儲存時見光或溫度超過60℃會變質。

·　在低pH溶液中將生成有毒性和腐蝕性的氯氣。

·　濃的液態形式可能發生爆炸。