臭氧杀菌在食品中的应用word.doc

臭氧技术在食品工业中的应用二一四年四月十四日摘要：臭氧技术作为一种现代高新技术正日益受到重视，它可应用于可用于食品工业生产环境杀菌净化、食品从业人员个人卫生消毒、生产用水杀菌净化、矿泉水杀菌保质、果蔬保鲜、降解果蔬农残等处理，与传统的方法相比较有独特的优点，臭氧用作食品工业杀菌消毒剂比其它物质更高效、广谱、安全，是一种绿色消毒剂。本文主要探讨了臭氧杀菌的原理和特点以及存在的问题，展望了其发展前景，以期加速其在食品中的应用。关键词：臭氧技术，食品工业，应用臭氧是一种在室温和冷冻温度下存在的淡紫色的、有特殊鱼腥味的气体，它在水中部分溶解，且随着温度的降低而溶解度增加；在常温下能自行降解产生大量的自由基，最显著的是氢氧根自由基，因而具有强氧化性的特点。随着人们对工业中利用的化学物质安全性的关注，人们对安全有效消毒剂的需要变得日益强烈，臭氧技术安全无毒、无污染的特点已成为人们关注的焦点。臭氧（O3）具有杀菌、杀虫、灭酶、消毒、净化空气和水质、降解农药等功能，由于其具有高效、广谱、无残留等特性，法国、日本、澳大利亚等国率先将其作为消毒剂应用于食品加工、贮藏等领域。臭氧在中国的应用也有10多年的历史，在食品工业及其相关领域的应用也有着非常广阔的市场。1 臭氧杀菌机理与特点臭氧是氧气的同素异形体，密度为1.71(一183)，沸点为-112；固态的臭氧呈紫黑色，熔点为-251。在标准压力和温度下，其溶解度比O2大3倍。臭氧很不稳定，在大气中半衰期为50min(常温)，在蒸馏水中的半衰期为20min(20)，在含有杂质的水溶液中可迅速分解5。臭氧化学性质非常活泼，常温下缓慢分解，高温下迅速分解成氧气，是一种强氧化剂。臭氧在水中的氧化还原电位为2.07V，仅次于氟，具有很强的消毒、杀菌能力。臭氧在水中不稳定，分解产生非常活泼、具有强氧化能力的O、OH,对水中的各种菌体杀灭效果显著6。臭氧的氧化能力很强，仅次于氟F3。臭氧正是依靠其强氧化能力达到杀灭微生物目的，它与微生物细胞中的多种成份产生反应，从产生不可逆转的变化。对臭氧杀菌机理的见解很多，一般认为杀灭细菌、霉菌类微生物是臭氧首先作用于细胞膜，使膜构成成份受到损伤，导致新陈代谢障碍并抑制其生长，臭氧继续渗透破坏膜内组织，直至杀死。湿度增加杀菌力提高，是由于高湿度下微生物细胞膜变薄，其组织容易被臭氧破坏。臭氧的杀菌具有以下特点：（1）广谱性，可杀灭细菌繁殖体和芽孢、病毒、真菌等，并可破坏肉毒杆菌毒素。并且在水中的杀菌效率远高于氯。（2）高效性，当它的浓度高于一定的阈值时，杀菌非常迅速，可以瞬间完成。(3)无污染，臭氧在杀菌过程之中不会产生有害物质，因为消毒后会变成氧气，也不会有不良残留，控制简单方便8。基于以上优点，臭氧杀菌技术得以在多方面得到广泛应用。2 臭氧杀菌的影响因素及对不同菌体杀灭效果的研究尽管臭氧杀菌具有以上的诸多优点，但是同时也受到了很多因素的影响，如果不能调整好合适的条件，杀菌效果也会比较差，所以研究臭氧杀菌的影响因素也是有着很大意义的。2.1温度和湿度的影响温度和湿度对抽样的杀菌效果有着一定的影响，一般来说，在温度低，湿度高的条件下，臭氧杀菌条件比较好，实验证明，当环境相对湿度小于45，臭氧对空气中的悬浮物没有杀灭性，在同样的温度下，相对湿度超过60，杀菌效果逐渐增强，在相对湿度达到90时，达到最佳杀菌效果7。2.2浓度的影响同时要达到杀菌的目的，臭氧需要达到一定的浓度，当浓度低于0.2mg/L时，几乎没有杀菌效果。当臭氧浓度为0.02mg/L时，嗅觉灵敏的人便可觉察，称为感觉临界值；浓度在0.15mg/L时，一般人都能嗅出，为嗅觉临界值，也是卫生标准点；当浓度达到110mg/L时，称为刺激范围；10mg/L以上为中毒限。因此，臭氧工业协会制定了人在臭氧化气体环境下的安全卫生标准，其浓度与接触时间的乘积可视为基准点：国际臭氧协会为0.1mg/L，接触810h；美国为0.1mg/L，接触8h；德、日、法等国为0.1mg/L，接触10h；中国为0.15mg/L，接触8h。2.3不同微生物的影响臭氧对于不同的微生物杀菌效果也有区别。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、沙门氏菌等具有很强杀灭性，即使对化学消毒荆具有很强耐受力的霉菌也有很强的杀灭性。对于水中的细菌，研究中直接充入自来水中，使水中臭氧含量为1.0mgL，作用10min，对水中金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、白色念珠菌和结核分枝杆菌杀灭率分别为80、90、70和85；含臭氧量达到8mgL，作用10min，除白色念珠菌之外，对其他细菌杀灭率菌达到10011。对培养基中和空气中的菌体杀灭效果也高于90%，可以看出臭氧杀菌在各种条件下主要菌种都有良好的杀灭效果。3 臭氧杀菌在食品工业中的应用臭氧具有比最常用的消毒剂氯气更为强大的消毒作用，可使大量的微生物，包括具有使最顽强生命力的微生物体失活的功能。它已被安全高效地应用于水处理方面将近100年，其规模从每分钟处理几十升到每天处理几千万升。在美国，臭氧已被批准用于饮用水的处理和作为饮用水工厂处理微生物的消毒剂。在欧洲，臭氧用于食品工业已将近有1个世纪。大量的关于食品卫生的研究表明，包括利用臭氧来延长储藏物的生命和对果蔬表面进行消毒，这一切都表明臭氧是一种强有力的消毒剂。臭氧在处理食品物料过程中可能产生的副作用与通常的氧化产品相似，不包含过硝酸盐有机物，这和氯气处理所产生的副产品相比，它们对人体健康没有那么有害的影响。3.1臭氧在空气杀菌中的应用这类产品将臭氧直接与空气混合或将臭氧直接释放到空气中，利用臭氧强氧化性的特点达到消毒作用。由于此方法将臭氧释放到密闭的空间中，整个空间中包括其中的所有物品中都充满了臭氧气体，因而消毒的范围广，使用方便，可开发用于食品生产车间、工厂操作室、食品库、生产工作台、包装物、生产工具、墙壁和设备等消毒灭菌。冷饮食品、速冻食品、肉蛋奶制品加工对生产环境的卫生要求很高，臭氧用于食品加工车间的环境消毒效果很好，并可去除车间异味，浓度为12 mg/kg即可达到80%以上的空气杀菌率。包装物、生产工具杀菌消毒，要求臭氧浓度达到1024mg/m312。食品生产、生化制药等行业的工作服消毒通常使用紫外灯照射法，但只有光波直射到的部位才有消毒作用，受照面积很小，实际效果较差。利用臭氧对工作服消毒是一种高效、经济而又简便的方法，消毒室内臭氧浓度达到4060 mg/m3时，即可达到很好的消毒效果12。此外，臭氧的强氧化性，还可用于肉食加工车间、厨房操作间的杀菌、脱臭、除味及食品原料的脱色和漂白。加工车间消毒安排在下班后上班前，贮藏库消毒时间应与查库、出货时间错开3.2臭氧在水杀菌处理中的应用 臭氧在水中应用类的产品就是将高效大功率的臭 氧发生器产生出来的臭氧溶于水中，对水进行消毒或利用臭氧水进行洗涤，从而达到各种消毒、杀菌的目的。在此方面，可结合生产用水的消毒、净化、灭菌以及食品保存、防腐等方面的需求来考虑，优化设计食品生产机械。对于生产用水和矿泉水纯净水的生产中，臭氧的应用常见。由于矿泉水的保质期取决于其中的微生物残留的数量，单纯用传统的紫外杀菌，无法将微生物数量控制在一个安全的范围内，故而臭氧杀菌显得非常的必要。臭氧在水中的溶解度随温度的降低、压力的升高而增大。在实际生产条件下，保证臭氧浓度为10mg/L，气、水接触时间510min，气、水混合接触良好的情况下即完成对水的杀菌13。在水循环系统中当水中剩余臭氧质量浓度为O.05mg/L，接触时间为14min时，灭菌率可达99%14。3.3臭氧在果蔬杀菌中的应用臭氧用于果蔬保鲜的机理：臭氧减缓果蔬新陈代谢过程，推迟后熟和老化是通过氧化分解乙烯气体实现的。蔬菜水果采摘后仍是鲜活的生命体，储藏期间呼仍然进行着呼吸作用，因而逐渐成熟。降温和气调都可以降低其呼吸强度。果蔬在接近成熟阶段将产生乙烯气体，它有加速成熟的作用，又称为催熟剂。它的扩散还将使其它果蔬加速成熟。水果成熟的表面信号是果皮变成褐色，果肉变软，并最后老化腐烂。水果库中的浓郁香味就是成熟的表现。臭氧能够有效地控制这个过程，它快速氧化分解乙烯，开始时产生乙烯中间氧化物，继之打破CC连接键，最终分解为CO2和水。臭氧减缓了新陈代谢，降低了成熟速度，促进创伤愈合，并增加了对传染的抵抗力，对延长果蔬的储藏期发挥了重要作用。在臭氧对果蔬的杀菌过程中，处理时间越长，杀菌效果越好，臭氧浓度越大，杀菌效果越好，研究中对FD蔬菜汤料的臭氧处理可以使其微生物残留维持在一个安全的水平15，同时可以推广到其他的FD蔬菜产品。在应用于鲜切西洋芹的保鲜中时，在臭氧浓度0.3mg/L的情况下处理10min，可有效杀灭表面的微生物，菌落总数降低二个数量级16。应用于苹果的保鲜时，与未用臭氧保鲜的苹果做对比随着贮藏时间的延长，由于可滴定酸含量和可溶性固形物含量降低，对照果实风味变淡，个别果实已经开始发绵，而臭氧处理可以抑制果实采后贮藏期间硬度、可滴定酸含量、可溶性固形物含量的下降，保持果实的风味和品质3。果蔬的运输和保藏过程中，臭氧浓度保持在424 mg/m3时，可以取得比较好的储藏效果，有效延长其保质期4。贮藏期臭氧处理过的油冬菜黄叶率减少11.8%，甜椒腐烂率减少25%，蘑菇的开伞指数降低了13.3%9。另外臭氧对于果蔬中的有机农药残留也具有一定的降解作用，农药中苯环上的电子云密度越高的部位越容易受到臭氧的攻击，另外OH基氧化对于硝基氯苯也可以产生亲电取代作用，分解有机农药10。4 臭氧技术应用前景展望臭氧杀菌技术在食品行业的多个领域正得到广泛的应用，并且由于其基本无污染，操作简便等优点使其更容易被食品企业所接受。在实际的应用中，臭氧杀菌往往并不是单独使用的，很多时候是和其他杀菌技术协同完成杀菌工作的。有时候臭氧杀菌作为其他杀菌方式的补充，用于去除残留的菌体，效果非常显著。将臭氧杀菌和超声波杀菌协同应用于梨汁杀菌时，在超声波电功率800w，臭氧浓度0.14mgL，处理时间210s时杀菌效果最好，杀菌率在97以上17。然而，臭氧杀菌所需要的相关机械前期投入较高，也是制约一些中小型企业采用此类杀菌技术的原因之一。同时，在对某些食品作用是，臭氧杀菌会产生一定的异味，需要采取一定的方法将其消除。随着对臭氧杀菌方法研究的深入及其不断改进，在未来的食品生产中，臭氧杀菌必将继续扮演极其重要的角色。参考文献 1 周元全，潘栋梁，王安国.PEM臭氧生成技术及其在食品工业中的应用J.食品与机械，2001,(4):39-41 2 肖述臭氧在食品车间空间灭菌方面的应用N中国食品报,2004 3 伍小红，李建科.臭氧处理对苹果保鲜的影响研究J.食品科技，2006，31（7）252-2544 余世望，叶保平.水果的臭氧保鲜试验J.食品科学,1994,177（9）64-665 沈群,王群臭氧的特性及其应用J.食品科技，2002(6)：70-7l 6 李翠莲,黄中培,方北曙.臭氧杀菌消毒技术在食品工业中的应用J.湖南农业科学，2008（4）：119-1217 刘骞,骆承庠.臭氧杀菌在食品工业中应用的广阔前景J.肉类工业，2006（1）26-29 8 百特环保科技有限公司.臭氧杀菌特点与产生方法比较J.食品安全导刊，2008（1）58-59 9 吴秀兰，唐文武.臭氧在果蔬贮藏保鲜中的应用N.江西农业学报，2007,19(3):75-76 10 陆福军,孙明钊.臭氧在果蔬保鲜储藏中的应用J.植物检疫,2009,23（4）:48-5011 李洪敏,于莹等.臭氧对不同细菌杀灭效果的比较J.中国消毒学杂志,2004,21（2）:123-12512 李汉忠臭氧在食品工业中的应用J山东食品科技，1999,(2):33-3413 陈亚妍