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臭氧殺菌機(jī)理及影響因素介紹

臭氧（O3）是一種強(qiáng)氧化劑、消毒劑、精制劑、催化劑。自本世紀(jì)初法國用臭氧對(duì)飲用水殺菌處理以來，它的殺菌應(yīng)用越來越廣泛。在食品殺菌方面，最早在 1909 年法國的科隆市用于冷凍肉的保存。
1 臭氧滅菌機(jī)理
    臭氧是氧的同素異性體，常溫下是一種不穩(wěn)定的淡紫色氣體，有刺激腥味，微量時(shí)具有一種“清新”氣味。臭氧具有極強(qiáng)的氧化能力，在水中的氧化還原電位 2.07V ，僅次于氟電位 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?yàn)槌粞蹙哂袕?qiáng)烈的氧化性，所以它對(duì)細(xì)菌、霉菌、病毒具有強(qiáng)烈的殺滅性，這種作用通常是物理、化學(xué)、生物學(xué)方面的綜合效果。
    其機(jī)理可以是以下幾個(gè)方面：
    ⑴臭氧很容易同細(xì)菌的細(xì)胞壁中的脂蛋白或細(xì)胞膜中的磷脂質(zhì)、蛋白質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而使細(xì)菌的細(xì)胞壁和細(xì)胞受到破壞（即所謂的溶菌作用），細(xì)胞膜的通透性增加，細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)外流，使其失去活性。
    ⑵臭氧破壞或分解細(xì)胞壁，迅速擴(kuò)散進(jìn)入細(xì)胞里，氧化了細(xì)胞內(nèi)酶或 RNA、DNA，從而致死菌原體。在高壓強(qiáng)電場(chǎng)作用下，氣體在電介質(zhì)表面產(chǎn)生脈沖電暈放電，產(chǎn)生高濃度等離子體，電子和離子被強(qiáng)大電場(chǎng)力作用加速與氣體分子碰撞，在10S內(nèi)使氧分子分解成單原子氧，在數(shù)10S內(nèi)原子氧和分子氧結(jié)合成臭氧：
          O2 +e →2O+2O2 → 2O3
    臭氧在水中是不穩(wěn)定的，時(shí)刻發(fā)生還原反應(yīng)，產(chǎn)生十分活潑的、具有強(qiáng)烈氧化作用的單元子氧（ O），在產(chǎn)生瞬時(shí)，對(duì)水中細(xì)菌、微生物有機(jī)物質(zhì)進(jìn)行分解作用。
        O3 → O2+ (O) (O)+H2O → 2HO
    臭氧在水中的“半衰期”為20min（PH7.6時(shí)41min，PH10.4時(shí)為0.5min）。人們把含有臭氧的水叫做臭氧水。臭氧水對(duì)各種致病微生物均有極強(qiáng)的滅菌作用，臭氧在水中不穩(wěn)定，發(fā)生強(qiáng)烈氧化還原反應(yīng)，產(chǎn)生極活潑、具有強(qiáng)烈的氧化作用的單元子氧（O）、羥基（OH）。羥基氧化還原電位為2.8V，相當(dāng)于氟的氧化能力。
2 臭氧殺菌的影響因素
    臭氧殺菌的效果主要受其濃度、微生物種類、作用時(shí)間、溫度、 PH值、水的理化性質(zhì)、雜質(zhì)等因素影響。
   ⑴臭氧對(duì)各種微生物殺滅效果不同。實(shí)驗(yàn)表明，臭氧對(duì)人和動(dòng)物的致病菌和病毒如金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、乙肝病毒、沙門式菌等具有很強(qiáng)的殺滅性，即使對(duì)化學(xué)消毒劑有著較強(qiáng)耐受力的霉菌也有較強(qiáng)的殺滅性；
    ⑵溫度、濕度也影響其殺菌滅毒效果。通常，溫度低、濕度大殺菌效果好。實(shí)驗(yàn)證明：當(dāng)環(huán)境相對(duì)濕度小于45％，臭氧對(duì)空氣中的懸浮物幾乎沒有殺滅性，在同樣溫度下，相對(duì)濕度超過60％時(shí)，殺滅效果逐漸增強(qiáng)，在相對(duì)濕度為90％時(shí)，達(dá)到最佳滅菌效果；
    ⑶臭氧的濃度也影響其滅菌能力，濃度在0.2mg/L以下，幾乎沒有殺滅作用。
3 臭氧殺菌的特點(diǎn)
3.1 高效、快速
    臭氧僅在 1min內(nèi)就可以100％殺死細(xì)菌、酵母和黑曲霉菌。臭氧水滅菌消毒不同于一般滅菌、消毒劑，如次氯酸（HOCl 2 ）、二氧化氯（ ClO 2 ）的滅菌、消毒是進(jìn)行性、累積性的，臭氧水滅菌消毒則急速性的，當(dāng)臭氧的濃度超過閥值，消毒、殺菌就會(huì)瞬時(shí)發(fā)生。如清凈水中臭氧濃度達(dá) 0.4－0.5ppm時(shí)，在0.5～5min內(nèi)就可以致死細(xì)菌。
3.2 安全、可靠
    臭氧的分解產(chǎn)物是氧氣，不會(huì)產(chǎn)生殘留污染。另一方面，它作為氣體，擴(kuò)散性好，濃度均勻，尤其在高濕度環(huán)境中，比紫外燈更實(shí)用，而且操作方便，安全可靠。臭氧對(duì)人體毫無影響。
3.3 價(jià)格便宜
    生產(chǎn)1噸0.5～1.5ppm濃度的臭氧水僅需0.8元。是世界上最廉價(jià)的消毒滅菌劑。
4 在食品工業(yè)中的應(yīng)用
    臭氧自1785年發(fā)現(xiàn)以來，作為一種氣體殺菌劑廣泛應(yīng)用在食品加工、運(yùn)輸、貯存、自來水生產(chǎn)等領(lǐng)域，因?yàn)樗坏軐?duì)空間消毒滅菌，而且也能作用于物體表面和內(nèi)部，特別是近年來由于人們對(duì)臭氧利用技術(shù)了解的深入，臭氧殺菌在食品工業(yè)中越來越受到人們的重視，利用的范圍也越來越廣，不僅是殺菌，在脫臭、脫色方面也展示了可觀的應(yīng)用前景。
    在日、美等國，臭氧的殺菌手段已廣泛使用于食品加工的各個(gè)方面。臭氧殺菌在食品工業(yè)的應(yīng)用，許多方面作用獨(dú)特。由于臭氧對(duì)酵母有較好的殺傷作用，在食品新式包裝的采用上意義重要。最近，由于氣體置換包裝、真空包裝、封入脫氧劑包裝和封入粉末酒精劑包裝的普及，出現(xiàn)了新的變質(zhì)現(xiàn)象－由酵母菌引起的食品腐敗變質(zhì)的問題，其中最有代表性的問題是產(chǎn)生醋酸乙烯而變質(zhì)。由于臭氧對(duì)酵母菌有較好的殺傷作用，因此，在采用以上新式包裝時(shí)充填臭氧殺滅酵母成了解決這一問題的重要手段。臭氧在解決固體食品生產(chǎn)過程中細(xì)菌的二次污染，也有著其他殺菌方法所不及的特殊作用。因此在生切面條、包子、豆沙、咸菜、豆腐等包裝食品加工時(shí)，車間殺菌、包裝內(nèi)封入臭氧殺菌和原料殺菌成了非常有效的食品衛(wèi)生手段。在礦泉水、汽水、果汁液等生產(chǎn)過程中用的盛裝容器、管路、設(shè)備以及裝產(chǎn)品的玻璃瓶和塑料桶等的滅菌消毒應(yīng)用方面，也取得了令人滿意的效果。

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