前言
臭氧是一種在室溫和冷凍溫度下存在的淡紫色的、有特殊魚腥味的氣體，它在水中部分溶解，且隨著溫度的降低而溶解度增加；在常溫下能自行降解產生大量的自由基，最顯著的是氫氧根自由基，因而具有強氧化性的特點。隨著人們對工業(yè)中利用的化學物質安全性的關注，人們對安全有效消毒劑的需要變得日益強烈，臭氧技術安全無毒、無污染的特點已成為人們關注的焦點。臭氧（O3）具有殺菌、殺蟲、滅酶、消毒、凈化空氣和水質、降解農藥等功能，由于其具有高效、廣譜、無殘留等特性，法國、日本、澳大利亞等國率將其作為消毒劑應用于食品加工、貯藏等領域。臭氧在中國的應用也有十多年的歷史，在食品工業(yè)及其相關領域的應用也有著非常廣闊的市場。
1臭氧殺菌機理與特點
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臭氧是氧氣的同素異形體，密度為1.71(一183℃)，沸點為-112℃；固態(tài)的臭氧呈紫黑色，熔點為-251℃。在標準壓力和溫度下，其溶解度比O2大3倍。臭氧很不穩(wěn)定，在大氣中半衰期為50min(常溫)，在蒸餾水中的半衰期為20min(20℃)，在含有雜質的水溶液中可迅速分解。臭氧化學性質非?；顫?，常溫下緩慢分解，高溫下迅速分解成氧氣，是一種強氧化劑。臭氧在水中的氧化還原電位為2.07V，僅次于氟，具有很強的消毒、殺菌能力。臭氧在水中不穩(wěn)定，分解產生非?；顫姟⒕哂袕娧趸芰Φ?/span>O、OH,對水中的各種菌體殺滅效果顯著。
臭氧的氧化能力很強，僅次于氟F3。臭氧正是依靠其強氧化能力達到殺滅微生物目的，它與微生物細胞中的多種成份產生反應，從產生不可逆轉的變化。對臭氧殺菌機理的見解很多，一般認為殺滅細菌、霉菌類微生物是臭氧首先作用于細胞膜，使膜構成成份受到損傷，導致新陳代謝障礙并抑制其生長，臭氧繼續(xù)滲透破壞膜內組織，直至殺死。濕度增加殺菌力提高，是由于高濕度下微生物細胞膜變薄，其組織容易被臭氧破壞。臭氧的殺菌具有以下特點：（1）廣譜性，可殺滅細菌繁殖體和芽孢、病毒、真菌等，并可破壞肉毒桿菌毒素。并且在水中的殺菌效率遠高于氯。（2）高效性，當它的濃度高于一定的閾值時，殺菌非常迅速，可以瞬間完成。(3)無污染，臭氧在殺菌過程之中不會產生有害物質，因為消毒后會變成氧氣，也不會有不良殘留，控制簡單方便?；谝陨蟽?yōu)點，臭氧殺菌技術得以在多方面得到廣泛應用。
2?臭氧殺菌的影響因素及對不同菌體殺滅效果的研究
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盡管臭氧殺菌具有以上的諸多優(yōu)點，但是同時也受到了很多因素的影響，如果不能調整好合適的條件，殺菌效果也會比較差，所以研究臭氧殺菌的影響因素也是有著很大意義的。
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2.1?溫度和濕度的影響
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溫度和濕度對抽樣的殺菌效果有著一定的影響，一般來說，在溫度低，濕度高的條件下，臭氧殺菌條件比較好，實驗證明，當環(huán)境相對濕度小于45％，臭氧對空氣中的懸浮物沒有殺滅性，在同樣的溫度下，相對濕度超過60％，殺菌效果逐漸增強，在相對濕度達到90％時，達到最佳殺菌效果。
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2.2濃度的影響
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同時要達到殺菌的目的，臭氧需要達到一定的濃度，當濃度低于0.2mg/L時，幾乎沒有殺菌效果。當臭氧濃度為0.02mg/L時，嗅覺靈敏的人便可覺察，稱為感覺臨界值；濃度在0.15mg/L時，一般人都能嗅出，為嗅覺臨界值，也是衛(wèi)生標準點；當濃度達到1～10mg/L時，稱為刺激范圍；10mg/L以上為中毒限。因此，臭氧工業(yè)協(xié)會制定了人在臭氧化氣體環(huán)境下的安全衛(wèi)生標準，其濃度與接觸時間的乘積可視為基準點：國際臭氧協(xié)會為0.1mg/L，接觸8～10h；美國為0.1mg/L，接觸8h；德、日、法等國為0.1mg/L，接觸10h；中國為0.15mg/L，接觸8h。
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2.3不同微生物的影響
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臭氧對于不同的微生物殺菌效果也有區(qū)別。臭氧對人和動物的致病菌和病毒如金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、乙肝病毒、沙門氏菌等具有很強殺滅性，即使對化學消毒荊具有很強耐受力的霉菌也有很強的殺滅性。對于水中的細菌，研究中直接充入自來水中，使水中臭氧含量為1.0mg／L，作用10min，對水中金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、白色念珠菌和結核分枝桿菌殺滅率分別為80％、90％、70％和85％；含臭氧量達到8mg／L，作用10?min，除白色念珠菌之外，對其他細菌殺滅率菌達到100％。對培養(yǎng)基中和空氣中的菌體殺滅效果也 高于90%，可以看出臭氧殺菌在各種條件下主要菌種都有良好的殺滅效果。
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3臭氧殺菌在食品行業(yè)中的應用
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臭氧具有比最常用的消毒劑氯氣更為強大的消毒作用，可使大量的微生物，包括具有使最頑強生命力的微生物體失活的功能。它已被安全高效地應用于水處理方面將近100年，其規(guī)模從每分鐘處理幾十升到每天處理幾千萬升。在美國，臭氧已被批準用于飲用水的處理和作為飲用水工廠處理微生物的消毒劑。在歐洲，臭氧用于食品工業(yè)已將近有1個世紀。大量的關于食品衛(wèi)生的研究表明，包括利用臭氧來延長儲藏物的生命和對果蔬表面進行消毒，這一切都表明臭氧是一種強有力的消毒劑。臭氧在處理食品物料過程中可能產生的副作用與通常的氧化產品相似，不包含過硝酸鹽有機物，這和氯氣處理所產生的副產品相比，它們對人體健康沒有那么有害的影響。
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3.1臭氧在空氣殺菌中的應用
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這類產品將臭氧直接與空氣混合或將臭氧直接釋放到空氣中，利用臭氧強氧化性的特點達到消毒作用。由于此方法將臭氧釋放到密閉的空間中，整個空間中包括其中的所有物品中都充滿了臭氧氣體，因而消毒的范圍廣，使用方便，可開發(fā)用于食品生產車間、工廠操作室、食品庫、生產工作臺、包裝物、生產工具、墻壁和設備等消毒滅菌。冷飲食品、速凍食品、肉蛋奶制品加工對生產環(huán)境的衛(wèi)生要求很高，臭氧用于食品加工車間的環(huán)境消毒效果很好，并可去除車間異味，濃度為1～2?mg/kg即可達到80%以上的空氣殺菌率。包裝物、生產工具殺菌消毒，要求臭氧濃度達到10～24mg/m 3。食品生產、生化制藥等行業(yè)的工作服消毒通常使用紫外燈照射法，但只有光波直射到的部位才有消毒作用，受照面積很小，實際效果較差。利用臭氧對工作服消毒是一種高效、經濟而又簡便的方法，消毒室內臭氧濃度達到40～60?mg/m3 時，即可達到很好的消毒效果 。此外，臭氧的強氧化性，還可用于肉食加 工車間、廚房操作間的殺菌、脫臭、除味及食品原料的脫色和漂白。加工車間消毒安排在下 班后上班前，貯藏庫消毒時間應與查庫、出貨時間錯開。
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3.2臭氧在水殺菌處理中的應用
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臭氧在水中應用類的產品就是將高效大功率的臭氧發(fā)生器產生出來的臭氧溶于水中，對水進行消毒或利用臭氧水進行洗滌，從而達到各種消毒、殺菌的目的。在此方面，可結合生產用水的消毒、凈化、滅菌以及食品保存、防腐等方面的需求來考慮，優(yōu)化設計食品生產機械。對于生產用水和礦泉水純凈水的生產中，臭氧的應用常見。由于礦泉水的保質期取決于其中的微生物殘留的數(shù)量，單純用傳統(tǒng)的紫外殺菌，無法將微生物數(shù)量控制在一個安全的范圍內，故而臭氧殺菌顯得非常的必要。臭氧在水中的溶解度隨溫度的降低、壓力的升高而增大。在實際生產條件下，保證臭氧濃度為10mg/L，氣、水接觸時間5～10min，氣、水混合接觸良好的情況下即完成對水的殺菌。在水循環(huán)系統(tǒng)中當水中剩余臭氧質量濃度為 O.05mg/L，接觸時間為14min?時，滅菌率可達99%。
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3.3臭氧在果蔬殺菌中的應用
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臭氧用于果蔬保鮮的機理：臭氧減緩果蔬新陳代謝過程，推遲后熟和老化是通過氧化分解乙烯氣體實現(xiàn)的。蔬菜水果采摘后仍是鮮活的生命體，儲藏期間呼仍然進行著呼吸作用，因而逐漸成熟。降溫和氣調都可以降低其呼吸強度。果蔬在接近成熟階段將產生乙烯氣體，它有加速成熟的作用，又稱為催熟劑。它的擴散還將使其它果蔬加速成熟。水果成熟的表面信號是果皮變成褐色，果肉變軟，并最后老化腐爛。水果庫中的濃郁香味就是成熟的表現(xiàn)。臭氧能夠有效地控制這個過程，它快速氧化分解乙烯，開始時產生乙烯中間氧化物，繼之打破C—C連接鍵，最終分解為CO2和水。臭氧減緩了新陳代謝，降低了成熟速度，促進創(chuàng)傷愈合，并增加了對傳染的抵抗力，對延長果蔬的儲藏期發(fā)揮了重要作用。在臭氧對果蔬的殺菌過程中，處理時間越長，殺菌效果越好，臭氧濃度越大，殺菌效果越好，研究中對FD蔬菜湯料的臭氧處理可以使其微生物殘留維持在一個安全的水平，同 時可以推廣到其他的FD蔬菜產品。在應用于鮮切西洋芹的保鮮中時，在臭氧濃度0.3mg/L 的情況下處理10min，可有效殺滅表面的微生物，菌落總數(shù)降低二個數(shù)量級。應用于蘋果的保鮮時，與未用臭氧保鮮的蘋果做對比隨著貯藏時間的延長，由于可滴定酸含量和可溶性固形物含量降低，對照果實風味變淡，個別果實已經開始發(fā)綿，而臭氧處理可以抑制果實采后貯藏期間硬度、可滴定酸含量、可溶性固形物含量的下降，保持果實的風味和品質。
? 果蔬的運輸和保藏過程中，臭氧濃度保持在4～24?mg/m3 時，可以取得比較好的儲藏效果，有效延長其保質期。貯藏期臭氧處理過的油冬菜黃葉率減少11.8%，甜椒腐爛率減少25%，蘑菇的開傘指數(shù)降低了13.3% 。另外臭氧對于果蔬中的有機農藥殘留也具有一定的降解作用，農藥中苯環(huán)上的電子云密度越高的部位越容易受到臭氧的攻擊，另外OH基氧化對于硝基氯苯也可以產生親電取代作用，分解有機農藥 。
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4臭氧技術應用前景展望
臭氧殺菌技術在食品行業(yè)的多個領域正得到廣泛的應用，并且由于其基本無污染，操作簡便等優(yōu)點使其更容易被食品企業(yè)所接受。在實際的應用中，臭氧殺菌往往并不是單獨使用的，很多時候是和其他殺菌技術協(xié)同完成殺菌工作的。有時候臭氧殺菌作為其他殺菌方式的補充，用于去除殘留的菌體，效果非常顯著。將臭氧殺菌和超聲波殺菌協(xié)同應用于梨汁殺菌時，在超聲波電功率800w，臭氧濃度0.14mg／L，處理時間210s時殺菌效果最好，殺菌率 在97％以上。然而，臭氧殺菌所需要的相關機械前期投入較高，也是制約一些中小企業(yè)采用此類殺菌技術的原因之一。同時，在對某些食品作用是，臭氧殺菌會產生一定的異味，需要采取一定的方法將其消除。隨著對臭氧殺菌方法研究的深入及其不斷改進，在未來的食品生產中，臭氧殺菌必將繼續(xù)扮演極其重要的角色。
