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摘要：臭氧由于其強氧化性而成為一種新的優(yōu)良殺菌劑，臭氧殺菌作為一種新的殺菌技術(shù)在食品工業(yè)中也日益受到重視。本文介紹了臭氧殺菌技術(shù)的發(fā)展、原理和特點，臭氧殺茵設備的工作原理、使用安全、以及在食品工業(yè)中的運用和前景。

關鍵詞：臭氧    機理    結(jié)構(gòu)   應用

隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，為了更大限度地保持食品的天然色、香、味和一些生理活性成分，滿足現(xiàn)代人對于食品的食用安全、質(zhì)量穩(wěn)定、不加添加劑的要求，國際上一些新型的非熱殺菌技術(shù)應運而生。臭氧殺菌技術(shù)就是近年來發(fā)展起來的一種非熱殺菌技術(shù)，具有殺菌能力強、速度快、范圍廣、安全性好、操作簡便、生產(chǎn)成本低等突出特點，已經(jīng)成為食品安全技術(shù)中的一項關鍵技術(shù)。

1、臭氧簡介

臭氧（Ozone ）又名三分子氧，是由3個氧原子組成的氧的同位體，具有獨特的刺激性氣味，高濃度臭氧呈微青色的氣體，通常使用濃度在0-2%以下時無顏色。由于臭氧的第三個氧原子的結(jié)合較弱而非常不穩(wěn)定，常溫下容易分解產(chǎn)生具有強氧化能力的原子氧，因此具有很強的消毒殺菌功能。［1］

2、臭氧殺菌的發(fā)展簡史

1839年，Schonbein發(fā)現(xiàn)了臭氧的殺菌作用；1907年，法國的Nice市首先在飲用水中使用了臭氧殺菌，此后，歐洲飲用水的殺菌都用臭氧；1904年，有利用臭氧保存牛奶、肉制品、奶酪、蛋白等食品的報導；1909年，法國德波涅冷凍工廠正式使用臭氧對冷卻肉表面殺菌，取得了微生物數(shù)量顯著減少的效果；1940年，美國幾乎所有的冷藏蛋庫都利用臭氧提高了貯藏期，以后在歐洲的一些大型冷凍廠應用臭氧于肉類、水果、雞蛋、水產(chǎn)品的貯藏和釀酒工業(yè)。1953年人們發(fā)現(xiàn)對于食品容器的殺菌，一定壓力含有臭氧的空氣比二氧化硫更為有效；1956年在瑞士人們利用此原理對玻璃瓶進行消毒。［1］

1997年4月美國食品與醫(yī)藥管理局（FDA）修改了一直把臭氧作為“食品添加劑”限制使用的規(guī)定，允許不必申請即可在食品加工、貯藏中使用臭氧處理；［2］2001年FDA又將其列入可直接與食品接觸的添加劑范圍，這是臭氧殺菌技術(shù)發(fā)展的里程碑，對于食品加工技術(shù)的進步和食品質(zhì)量的提高有著重大作用。

3、臭氧殺菌的機理

臭氧有很強的氧化性，因此對細菌、霉菌、病毒具有強烈的殺滅性。臭氧首先作用于細胞膜，使膜構(gòu)成成分受損傷而導致新陳代謝障礙，臭氧繼續(xù)滲透穿過膜而破壞膜內(nèi)脂蛋白和脂多糖，改變細胞的通透性，導致細胞溶解、死亡；同時，臭氧還能使細胞活動所必要的酶失去活性，而影響其正常的生理功能。［3.4］

臭氧殺菌時除可直接利用臭氧氣體對物質(zhì)進行處理外，還可將其溶解于水，形成臭氧水進行殺菌。臭氧水殺菌作用有些不同，其氧化反應有兩種，微生物菌體既與溶解于水中的臭氧直接反應，又與臭氧分解生成的羥基間接反應，由于羥基為極具氧化性的氧化劑，因此臭氧水的殺菌速度極快。

4、臭氧殺菌設備與特點

4.1臭氧殺菌設備的工作原理

人工生成臭氧的主要方法主要有：電化學法、光化學法及電暈放電法等幾種。在臭氧工業(yè)常用的是電暈放電法。電暈放電法的工作原理就是在常壓下使含氧氣體在交變高壓電場作用下產(chǎn)生電暈放電，生成臭氧的過程。電暈放電法臭氧發(fā)生器是相對能耗較低、單機臭氧產(chǎn)量最大、市場占有率最高、應用最廣的臭氧發(fā)生裝置。相比電化學法、光化學法，電暈放電法具有臭氧產(chǎn)量高，生成臭氧的成本低等優(yōu)點。［3］

4.2結(jié)構(gòu)及控制設計

4.2.1結(jié)構(gòu)

臭氧發(fā)生器主要由四部分組成，即臭氧管、高頻電源、風機和控制系統(tǒng)。

臭氧管是臭氧發(fā)生器的核心部件，電極間隙對產(chǎn)生的臭氧濃度有很大影響，間隙越小，臭氧濃度越大。采用先進的沿面間隙管狀電極設計制造臭氧管，電極間隙為l～2mm，在高壓電場的強電離作用下，高速運動的電子撞擊氧氣使之分解成氧原子，高速電子具有足夠的動能，通過氧原子、氧分子及高速電子三體碰撞反應形成臭氧。臭氧管結(jié)構(gòu)及工作原理示意圖見圖l。外接電源使用220V交流電源，經(jīng)降壓整流變成直流電源，供高頻電源使用，高頻電源對臭氧管產(chǎn)生高頻電壓，使臭氧管工作，把氧氣轉(zhuǎn)變成臭氧氣體。風機和高頻電源的工作狀態(tài)由控制系統(tǒng)控制，主要控制臭氧管的工作時間，起到調(diào)節(jié)臭氧產(chǎn)量的作用。風機所用電源為AC220 V，其作用是供給臭氧管工作所需氣源，加速臭氧管產(chǎn)生的臭氧氣體向機器外排放，并及時散發(fā)電極工作產(chǎn)生的熱量，以保證電極的工作溫度在正常范圍內(nèi)。［5］

圖一   臭氧管結(jié)構(gòu)及殺菌原理示意圖

4.3 臭氧生產(chǎn)的成本低

臭氧生產(chǎn)可以直接用空氣為原料，利用臭氧發(fā)生器直接產(chǎn)生臭氧，操作簡單方便，自動化控制程度高，制造成本低。一臺80瓦的臭氧發(fā)生器只要運行一小時，就可以滿足一個體積為300立方米的食品車間的消毒要求，而一臺這樣的臭氧發(fā)生器，售價只在4000～5000元之間。另外，生產(chǎn)0.5～1.5ppm濃度的臭氧水單價僅在O.8元，0.8元/噸左右。相比其他的殺菌技術(shù)，臭氧殺菌成本要相對低廉，是食品加工企業(yè)都能承受的殺菌技術(shù)，食品企業(yè)可以根據(jù)自己的生產(chǎn)要求選購不同臭氧發(fā)生量的臭氧設備。

4.4臭氧具有安全可靠、高效的使用性能

臭氧殺菌不會改變食品原有的品質(zhì)特性，臭氧的分解產(chǎn)物是氧氣，不會產(chǎn)生殘留污染，不會對環(huán)境產(chǎn)生影響。不僅如此，中國醫(yī)學科學院研究證明，在水處理過程中，臭氧不僅可以有效地殺滅天然水、礦泉水、純凈水中的細菌，消除有機物，凈化飲水，除去水中的異味、臭味，并且對水中的重金屬有分解作用。另外，美國華盛頓大學醫(yī)學研究人員還發(fā)現(xiàn)臭氧可以抑制癌細胞的生長。如今有些飲用水廠家還打出富氧水的廣告。

4.5臭氧殺菌設備使用的安全事項

作為優(yōu)質(zhì)環(huán)保的殺菌技術(shù)，人們往往會只看到了臭氧殺菌的優(yōu)點，而忽視了它可能對人體的傷害。由于臭氧具有極強的氧化力，空氣中的存有微量臭氧就能刺激人體中樞神經(jīng)，加速血液循環(huán)，令人產(chǎn)生爽快和振奮的感覺。當臭氧濃度達到O.Olppm后，即對人體有輕微影響，譬如感覺到有一些臭氣。而當臭氧濃度超過到0.1ppm時，就會對人體健康造成危害。因此，臭氧發(fā)生設備使用中，必須講求使用的安全問題。尤其是車間空氣殺菌時，要根據(jù)車間是否有人及處理目的，調(diào)節(jié)不同的濃度。有人時臭氧濃度控制要在0.01～0.05 ppm之間。由于空氣殺菌所需要的臭氧濃度較高，生產(chǎn)作業(yè)時一定要等濃度降低后進人生產(chǎn)車間，而最直接的感覺就是車間已經(jīng)沒有臭氣了。因為只要臭氧濃度超過0.01ppm就會讓人感到臭氣。因此，使用臭氧發(fā)生設備時，必須嚴格規(guī)定以保障安全的臭氧濃度限界或基準。許多國家都已對臭氧使用環(huán)境規(guī)定了安全濃度標準。在美國，日本規(guī)定容許濃度值基準限制值為0.1ppm，東歐各國為0.5ppm。

在我國雖然臭氧應用技術(shù)還剛剛起步，可由于其優(yōu)良的使用特點，在近年來已經(jīng)得以迅速發(fā)展，已經(jīng)深入到了很多應用領域�？捎嘘P標準法規(guī)尚還在建立之中，故對臭氧的安全使用應引起各方的關注，更應該注意對臭氧濃度的使用控制，以免對人體造成傷害。［3］

5、臭氧殺菌在食品工業(yè)中的應用

5.1在水處理中的應用

5.1.1飲用水

飲用水殺菌是臭氧應用歷史最長、應用規(guī)模最大的一個領域，在歐美、日本等發(fā)達國家臭氧處理飲用水已占主導地位。臭氧能殺滅飲用水中99.99%以上的大腸桿菌、金黃色葡萄球菌等病原菌；同時可去除水中的異味，改善濁度，減少有毒有害物質(zhì)，提高出水水質(zhì)。

5.1.2礦泉水和純凈水

礦泉水、純凈水等經(jīng)處理后已達到或接近無菌要求，但在生產(chǎn)瓶、桶裝水的過程中，由于管道、泵、瓶、蓋的接觸，難免受到細菌污染，極易造成細菌總數(shù)超標。在瓶、桶裝水的生產(chǎn)中，使用臭氧消毒殺菌，臭氧溶解度在時即可滿足殺菌保質(zhì)要求。溶解在水中的臭氧與水同時灌入瓶或桶中，封蓋后，桶內(nèi)的臭氧能將殘留的細菌全部殺滅，使細菌總數(shù)和大腸菌群數(shù)達到要求，而數(shù)小時后，由于臭氧自行分解成氧氣，便得到一瓶或一桶無菌且高含氧量的礦泉水。

此外，臭氧殺菌還可以應用于食品加工用水和食品加工生產(chǎn)中廢水的循環(huán)再利用中，起到消毒殺菌、脫色、除臭、降低渾濁度以及減少廢水有機負荷等作用。

5.2在食品車間和冷庫消毒中的應用

食品生產(chǎn)車間的微生物污染是影響產(chǎn)品質(zhì)量極重要的因素，臭氧用于食品加工車間消毒效果很好，一般0.5-1.0mg/kg臭氧即可達到80%以上的空氣殺菌率，并可去除車間異味。蛋品加工廠生產(chǎn)蛋黃醬，冷凍廠生產(chǎn)冰淇淋、雪糕，都有攪拌、膨化工序，產(chǎn)品會與空氣強烈接觸，使用臭氧后車間微生物降低90%，產(chǎn)品質(zhì)量達到合格標準。Tseng等研究發(fā)現(xiàn)，臭氧能殺滅環(huán)境中的病毒，隨著臭氧濃度的增加，病毒存活率呈指數(shù)減少。［3］

5.3在食品設備和容器消毒中的應用

在飲料、果汁等生產(chǎn)過程中，臭氧水可用于管路、生產(chǎn)設備及盛裝容器的浸泡和沖洗，從而達到消毒殺菌的目的。采用這種浸泡、沖洗的操作方法，一是管路、設備及盛裝容器表面上的細菌、病毒被大量沖淋掉；二是殘留在表面上的未被沖掉的細菌、病毒被臭氧殺死，非常簡單方便，而且在生產(chǎn)中不會產(chǎn)生死角，還避免了生產(chǎn)中使用化學消毒劑帶來的化學毒害物質(zhì)排放及殘留等問題。

5.4在果蔬保鮮中的應用

霉菌是引起果蔬腐爛變質(zhì)的主要原因，它具有較強的耐受力，對殺菌劑也有較強的抵抗力。臭氧有較好的殺菌防霉能力，能延長果蔬的貯藏期；同時，臭氧能快速氧化分解果蔬呼吸排出的乙xi氣體，降低果蔬的新陳代謝，減慢生理老化過程從而起到保鮮效果。用臭氧保鮮的水果出庫后，保鮮時間長于一般冷庫保鮮的水果。此外，臭氧還能去除庫內(nèi)的異味。

劉國凌［6］等研究發(fā)現(xiàn)，用0.4mg/L臭氧處理枇杷10min結(jié)合4℃低溫貯藏，能顯著抑制其失水、可溶性固形物、總酸和Vc 含量下降，貯藏20d后還能保持果實新鮮外觀與酸甜適口的內(nèi)在品質(zhì)。

6結(jié)語

目前，隨著科技發(fā)達臭氧殺菌設備越來越先進化、自動化、節(jié)能化。與此同時，發(fā)達國家臭氧技術(shù)研究與應用已經(jīng)相當成熟，被廣泛應用于食品加工、水處理、化學氧化與醫(yī)療制藥等各個領域，取得了顯著的經(jīng)濟和社會效益。而我國的臭氧殺菌技術(shù)還處于起步階段，存在著許多問題，相信隨著我國食品工業(yè)的發(fā)展，臭氧殺菌技術(shù)必將發(fā)揮更大的作用，有著更為廣闊的應用空間。

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