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bmcmicrobiol.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12866-020-01948-8
要旨
背景
酢酸は、何十年にもわたって家庭の表面の洗浄や消毒に使用されていた。清掃手順の抗菌効果は、若年者、高齢者、妊娠中、免疫不全の人にとって特に重要であると考えられるが、他のグループ、特にCOVID-19パンデミックに関しても懸念されている。
本研究の目的は、酢酸が洗浄目的で使用された場合、抗菌・抗真菌活性を示し、特定のウイルスを破壊することができることを示すことである。さらに、模擬洗濯サイクルでの洗濯物の殺菌効果についても検討した。
結果
10%の濃度で1.5%のクエン酸の存在下で、酢酸は以下の微生物に対してDIN EN 1040およびDIN EN 1275の仕様に従って5対数ステップ以上の低減を示した。P. aeruginosa、大腸菌、S. aureus、L. monocytogenes、K. pneumoniae、E. hirae、A. brasiliensis。MRSAについては、対数的に3.19の減少が得られた。
DIN EN 13697に準拠した表面試験では、緑膿菌、大腸菌、S. aureus、E. hirae、A. brasiliensis、C. albicansについては、すでに5%の酢酸濃度で完全に減少（5対数ステップ以上）した。
DIN EN 14476およびDIN EN 16777に準拠したウイルス有効性試験では、酢酸濃度が5%以上の場合、改変ワクチンウイルスアンカラ（MVA）に対して4対数ステップ以上の減少が認められた。
この結果から、一般的に洗浄に使用されている用量では、酢酸は微生物に対する殺菌効果を持たないことが示唆された。しかし、これは使用する酢酸の濃度を上げることで、特にクエン酸と組み合わせることで達成することができる。
結論
酢酸の濃度が10%、クエン酸の濃度が1.5%の場合、様々な微生物に対して殺菌効果があることを示した。また、エンベロープされたウイルスに対しても殺菌効果があることが証明された。さらに、家庭用洗濯物に使用した場合、酢酸はかなりの抗菌効果を示した。
背景
人々は何十年にもわたって、家庭環境の表面を掃除したり消毒したりするために、酢のような天然物を使用してきた[1]。しかし、これらの伝統的な洗浄方法の抗菌効果に関する科学的証拠はほとんどない。
特に、抗菌活性物質を適切かつ効果的に使用することは、感染症の拡大を防ぐために重要であると考えられている。家庭では、特に若年者、高齢者、妊娠中および免疫不全者（YOPI）がより高いリスクにさらされている。緑膿菌、腸内細菌科のメンバー、あるいはメチシリン耐性黄色ブドウ球菌（MRSA）のような多くの潜在的な病原体が家庭の表面に存在することがすでに発見されている[2、3、4、5、6]。家庭で適切な衛生状態を実現するために、多くの人が漂白剤を使用しているが、これらは容易に入手でき、比較的安価で、非常に優れた抗菌効果があるためである[7、8、9]。一方で、消費者は「化学的」な洗浄剤を使用したくないため、酢のような「環境に優しい」代替品を使用したいと考えている。2000年にはすでに、Rutalaらは、未希釈の白色蒸留酢が30秒の暴露時間でサルモネラ菌と緑膿菌に対しては強い効果があるが、黄色ブドウ球菌と大腸菌に対してはあまり効果がないことを示すことができた[10]。酢は主に酢酸で構成されており、弱有機酸であるため、抗菌効果は主に細菌の細胞壁を介した受動的な拡散によって、解離していない形で提供される。その結果、内部のpHが変化し、プロトンを放出することで細菌に対して抑制効果があると考えられている[11]。
酢酸は、すでに食品業界で食品病原体の抑制に使用されている。様々な研究では、様々な種類の肉[12]、トマト[13]、ニンジン[14]、一部のサラダ[15]に酢酸の保護効果があることが示されている。さらに、腸内細菌科のような特定の微生物に対しても抑制効果があることが証明されている[13、 14、 16、 17、 18]。
細菌だけでなく、カリシビル科に属するノロウイルス[19、 20]や毎年発生するインフルエンザウイルス[21]、そして新型コロナウイルスSARS-CoV-2[22]などのウイルスも、家庭内の衛生対策として重要視されなければならない。ノロウイルスは、先進国と発展途上国の両方で、非細菌性胃腸炎の主要な原因となっている[23]。ここでは、感染は通常、例えば汚染された食品や水の摂取、または感染者の飛沫やエアロゾルとの接触など、糞便-口腔経路を介して起こる [24、25、26、27]。SARS-CoV-2は、コロナウイルス科の一員として、重度の肺炎を引き起こす可能性のあるエンベロープ型ウイルスであり、2019年12月に出現して以来、目に見えない形で世界社会に影響を与えてきた[28]。何十億人もの人々の日常生活を変えることとは別に、COVID-19パンデミックはまた、ホームケア手順における微生物の適切な不活化に関する特別な認識と、利用可能な消毒剤の不足に対する衛生的効果を有する伝統的な洗浄オプションへのフォールバックをもたらした。上述したように、酢は、衛生的な洗浄のための有効な手段であると広く信じられている[29、30]。しかし、家庭内の洗浄および洗濯のための酢酸ベースの製品の抗菌効果についての科学的証拠はほとんどない。
そこで、本研究では、特に家庭内の清掃や洗濯に使用した場合の酢酸の抗菌効果に関するデータを提供することを目的としている。この目的のために、既存の標準プロトコルに基づいた抗菌性、抗真菌性、抗ウイルス性の試験を実施し、酢酸の衛生的な可能性を評価した[31、32、33、34]。
結果
本文参照
考察
本研究では、酢酸の抗菌・抗真菌・抗ウイルス効果を、異なる標準的な手順と総合的な試験に基づいて調査することを目的とした。酢酸の抗菌・抗真菌効果を調査した研究は数多くあるが[15、 37、 38、 39、 40、 41、 42]、懸濁液や表面上の消毒剤の標準的な試験方法で酢酸がどのように作用するかについては、利用可能なデータがない。同様に、消費者が洗濯の衛生性能を向上させるための添加物としてこの物質を使用することがあることは知られているが、洗濯の手順における酢酸の可能性については、これまで調査されたことがなかった[1]。最後に、2020年のCOVID-19パンデミックは、家庭内の衛生を改善するための実用的でありながらも効果的なソリューション、特にウイルスに関しての需要の増加につながることが判明した。
この研究の結果、10%の酢酸と1.5%のクエン酸を含む処方は、MRSAを除くすべての試験済みの細菌および真菌株に対して、消毒剤の標準要件（LRが5以上）を満たすことが示されたが、これは他の多くの研究[38、39、40、43、44、45、46、47]の結果とよく一致している。懸濁試験（DIN EN 1040およびDIN EN 1275）に加えて、DIN EN 13697を使用して表面の消毒効果を試験した。ここで得られた結果は、低濃度の酢酸であっても、試験したすべての微生物に対して完全な低減が達成されたことを明確に示している。
AyhanとBiliciは、酢酸が細胞壁の構造を破壊し、その結果、細胞内のATPの損失を引き起こすことを示すことができる[43]。別の研究では、ポリフェノール化合物が酢酸の抗菌効果にも役割を果たしている可能性が示唆されている。ポリフェノール類が細胞壁のペプチドグリカン構造やグラム陰性菌の外膜のリン脂質二重層と結合して、細胞の完全性を損なうことが証明された。さらに、ポリフェノールは、タンパク質のアミノ基およびカルボキシル基の形成を阻害することにより、細胞内細菌酵素の活性を阻害することが示された[44]。このことは、酢酸に含まれるポリフェノールが広範囲の微生物に対して抗菌活性を有するという知見を裏付けるものである[48、 49]。
Nastouらは、レタスのL. monocytogenesを防除するための家庭用洗浄処理の効果を試験した。その結果、1%の酢酸を適用すると、微生物が1 log減少することが示された。酢酸の阻害活性を破壊することができたNastouらの結果によると、この効果は使用した濃度に比例する[45]。Medinaらはまた、酢（酢酸）がL. monocytogenesの完全な減少をもたらし、多数の大腸菌およびS. aureusを死滅させたことを示した[39]。これらの結果は、酢酸濃度10%、クエン酸濃度1.5%でL.monocytogenesの最大LRが7.31に達したことから、本研究で得られたデータを裏付けるものである。さらに、大腸菌では5.43、黄色ブドウ球菌では5.39のLRが得られた。
Gopalら（2017）は、25%の酢酸濃度で枯草菌、大腸菌、緑膿菌を完全に減少させることを示した。これらの結果は、ここに提示された作業のいくつかのプレテストと一致している（データは示されていない）。さらに、Gopalらの研究では、10%の酢酸はAspergillus niger（現在のA. brasiliensis[50]）の完全な減少をもたらし、Candida albicans（C. albicans）の2 logステップ以上の減少をもたらしたことが示されている[40]。本研究で得られた結果は、これらの知見と概ね一致している。また、A. brasiliensisについては、酢酸濃度5%で既に完全な低減が得られている。しかし、C. albicansについては、今回の研究では、低濃度の酢酸濃度（5%）でもC. albicansを完全に減少させることができたため、結果は異なっている。この違いは、Gopalらがアップルサイダービネガーを使用していたのに対し、今回の研究では酢酸を水で希釈して高純度に精製したビネガーを使用しているため、使用したビネガーによって説明できるかもしれない。
Rysselらは、酢酸が一般的な局所防腐剤の代替品として使用できるかどうかを調査した。彼らは0.1 mLの細菌溶液（細菌数約107-108 cfu/mL）と9.9 mLの酢酸（3%）を混合し、37℃の温度で5、30、60分間インキュベートした。その結果，3%の酢酸濃度では，5分間の培養でP. aeruginosa，P. vulgaris，A. baumanniiおよびβ溶血性B群連鎖球菌のコロニーは検出されなかった。さらに，大腸菌，E. faecalis，MRSAは60分後に除去された[47]．我々の実験デザインでは、5 分間のインキュベーション時間を使用し、P. aeruginosa の完全な減少を示した。Rysselらの試みとは対照的に、本研究では消毒試験に合格するために必要な濃度まで試験を行った。この濃度では、5分間の培養で大腸菌は完全に減少し、MRSAのLRは3.19であった。
全体的に、エンベロープされたウイルスに対する酢酸の殺ウイルス効果に関する文献はほとんどなかった。2005年、Rabenauらは、SARSコロナウイルスの安定性と不活化を調査し、6%の酢酸濃度で60秒以内に3 log以上のレベルの低下を示すことを示した[51]。本研究とは対照的に、著者らはSARSコロナウイルスの安定性を調べることを目的としていた。それにもかかわらず、Rabenauらのデータは、5%の濃度でエンベロープされたウイルス（図3を参照）に対して完全に減少することを示唆する現在の結果を確認している。2010年にGreatorexらは、10%の濃度の酢酸がインフルエンザウイルスA/H1N1に対して有効であることを示した[52]。この結果は、5%の濃度でMVAに対して酢酸が有効であることを示した本研究の結果と一致している。この結果は、殺菌力に関する殺菌試験に適用されるDIN EN 14476およびDIN EN 16777の規格に基づいて実証されている。今回の研究では、既存の規格に基づいて酢酸の殺菌効果を確認することができた。しかし、洗濯機の殺菌効果については、2010年にHeinzelらが、従来の家庭用洗濯洗剤では40℃ですでにエンベロープされたウイルスと非エンベロープされたウイルスを完全に減少させることを示していたため、試験は行われないであった[53]。本研究で試験した酢酸濃度は、抗菌・抗真菌試験の結果に基づいて選択した。その結果、10%+1.5%クエン酸の酢酸濃度が最も高い殺菌効果を示したため、試験濃度(5、 7.5、 10%酢酸)を用いて殺菌活性試験を実施した。
Rotawashを用いた模擬洗浄プロセスの結果から、洗浄液に0.75%の酢酸濃度を加えることで、4種類の微生物（M. luteus、 P. aeruginosa、 E. coli、 S. hominis）を完全に減少させることができることが示された。同様に、S. aureusに対しても5.8の高いLRを達成することができた。このように、有効濃度0.75%の酢酸では、すべての微生物に対して酢酸の殺菌効果が証明された。酢酸濃度0.3%は、市販の洗濯用除菌剤[54]とほぼ同じ量であるため、0.3%とした。一般的な洗濯機が各洗浄ステップで約10 Lの水を使用すると仮定すると、最終濃度0.3%は、25%の酢酸を含む市販のビネガーエッセンス120 mLの投与量に相当する。その結果、最終濃度0.75%の場合、300 mLのビネガーエッセンスを使用する必要があるが、これはまだ消費者が適用できると考えられる範囲内である。結果は、S. aureusとM. luteusについては、洗剤のみで模擬洗浄サイクルを行った場合と比較して、低濃度の酢酸では追加の抗菌効果は検出されなかったことを示している。しかし、0.3%の酢酸を追加した場合には、大腸菌とS. hominisに対して有意な差（2ウェイANOVA）が認められた。これらの結果から、酢酸を洗濯用衛生添加剤として使用する場合には、かなりの抗菌効果が期待できることが示唆された。
結論
その結果、濃度10%の酢酸に1.5%のクエン酸を添加した場合、様々な微生物に対して殺菌効果があることがわかった。代表的な病原体である大腸菌、S. aureus、L. monocytogenesに加えて、P. aeruginosa、K. pneumoniae、E. hirae、A. brasiliensis、C. albicansも、上記濃度の酢酸に対して5logステップ以上の低減を達成した微生物の一例である。さらに、本研究では、5、7.5および10%の濃度の酢酸がエンベロープされたウイルスに対しても有効であることを示すことができた。
さらに、本研究では、一定濃度以上の酢酸が洗濯機の洗濯物に対しても殺菌効果を発揮することが示された。酢酸を平均以上の濃度で使用することにより、黄色ブドウ球菌、黄体菌、緑膿菌、大腸菌、ホミニス菌が5対数ステップ以上減少することがわかった。