臭氧杀菌机理及在食品工业中的应用-上海叶晗电器臭所氧发生器
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臭氧(O3)是一种强氧化剂、消毒剂、精制剂、催化剂。自本世纪初法国用臭氧对饮用水杀菌处理以来,它的杀菌应用越来越广泛。在食品杀菌方面,最早在 1909 年法国的科隆市用于冷冻肉的保存。
1 臭氧灭菌机理
臭氧是氧的同素异性体,常温下是一种不稳定的淡紫色气体,有刺激腥味,微量时具有一种“清新”气味。臭氧具有极强的氧化能力,在水中的氧化还原电位 2.07V ,仅次于氟电位 2.87V ,居第二位,它的氧化能力高于氯( 1.36V )、二氧化氯( 1.5V )。正因为臭氧具有强烈的氧化性,所以它对细菌、霉菌、病毒具有强烈的杀灭性,这种作用通常是物理、化学、生物学方面的综合效果。
其机理可以是以下几个方面:
⑴臭氧很容易同细菌的细胞壁中的脂蛋白或细胞膜中的磷脂质、蛋白质发生化学反应,从而使细菌的细胞壁和细胞受到破坏(即所谓的溶菌作用),细胞膜的通透性增加,细胞内物质外流,使其失去活性。
⑵ 臭氧破坏或分解细胞壁,迅速扩散进入细胞里,氧化了细胞内酶或 RNA、DNA,从而致死菌原体。在高压强电场作用下,气体在电介质表面产生脉冲电晕放电,产生高浓度等离子体,电子和离子被强大电场力作用加速与气体分 子碰撞,在10S内使氧分子分解成单原子氧,在数10S内原子氧和分子氧结合成臭氧:
O2 +e →2O+2O2 → 2O3
臭氧在水中是不稳定的,时刻发生还原反应,产生十分活泼的、具有强烈氧化作用的单元子氧( O),在产生瞬时,对水中细菌、微生物有机物质进行分解作用。
O3 → O2+ (O) (O)+H2O → 2HO
臭 氧在水中的“半衰期”为20min(PH7.6时41min,PH10.4时为0.5min)。人们把含有臭氧的水叫做臭氧水。臭氧水对各种致病微生物均 有极强的灭菌作用,臭氧在水中不稳定,发生强烈氧化还原反应,产生极活泼、具有强烈的氧化作用的单元子氧(O)、羟基(OH)。羟基氧化还原电位为 2.8V,相当于氟的氧化能力。
2 臭氧杀菌的影响因素
臭氧杀菌的效果主要受其浓度、微生物种类、作用时间、温度、 PH值、水的理化性质、杂质等因素影响。
⑴臭氧对各种微生物杀灭效果不同。实验表明,臭氧对人和动物的致病菌和病毒如金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、乙肝病毒、沙门式菌等具有很强的杀灭性,即使对化学消毒剂有着较强耐受力的霉菌也有较强的杀灭性;
⑵温度、湿度也影响其杀菌灭毒效果。通常,温度低、湿度大杀菌效果好。实验证明:当环境相对湿度小于45%,臭氧对空气中的悬浮物几乎没有杀灭性,在同样温度下,相对湿度超过60%时,杀灭效果逐渐增强,在相对湿度为90%时,达到******灭菌效果;
⑶臭氧的浓度也影响其灭菌能力,浓度在0.2mg/L以下,几乎没有杀灭作用。
3 臭氧杀菌的特点
3.1 高效、快速
臭 氧仅在 1min内就可以100%杀死细菌、酵母和黑曲霉菌。臭氧水灭菌消毒不同于一般灭菌、消毒剂,如次氯酸(HOCl 2 )、二氧化氯( ClO 2 )的灭菌、消毒是进行性、累积性的,臭氧水灭菌消毒则急速性的,当臭氧的浓度超过阀值,消毒、杀菌就会瞬时发生。如清净水中臭氧浓度达 0.4-0.5ppm时,在0.5~5min内就可以致死细菌。
3.2 安全、可靠
臭氧的分解产物是氧气,不会产生残留污染。另一方面,它作为气体,扩散性好,浓度均匀,尤其在高湿度环境中,比紫外灯更实用,而且操作方便,安全可靠。臭氧对人体毫无影响。
3.3 价格便宜
生产1吨0.5~1.5ppm浓度的臭氧水仅需0.8元。是世界上最廉价的消毒灭菌剂。
4 在食品工业中的应用
臭 氧自1785年发现以来,作为一种气体杀菌剂广泛应用在食品加工、运输、贮存、自来水生产等领域,因为它不但能对空间消毒灭菌,而且也能作用于物体表面和 内部,特别是近年来由于人们对臭氧利用技术了解的深入,臭氧杀菌在食品工业中越来越受到人们的重视,利用的范围也越来越广,不仅是杀菌,在脱臭、脱色方面 也展示了可观的应用前景。
臭氧杀菌在食品工业的应用,许多方面作用独 特。由于臭氧对酵母有较好的杀伤作用,在食品新式包装的采用上意义重要。最近,由于气体置换包装、真空包装、封入脱氧剂包装和封入粉末酒精剂包装的普及, 出现了新的变质现象-由酵母菌引起的食品腐败变质的问题,其中最有代表性的问题是产生醋酸乙烯而变质。由于臭氧对酵母菌有较好的杀伤作用,因此,在采用以 上新式包装时充填臭氧杀灭酵母成了解决这一问题的重要手段。臭氧在解决固体食品生产过程中细菌的二次污染,也有着其他杀菌方法所不及的特殊作用。因此在生 切面条、包子、豆沙、咸菜、豆腐等包装食品加工时,车间杀菌、包装内封入臭氧杀菌和原料杀菌成了非常有效的食品卫生手段。在矿泉水、汽水、果汁液等生产过 程中用的盛装容器、管路、设备以及装产品的玻璃瓶和塑料桶等的灭菌消毒应用方面,也取得了令人满意的效果。