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臭氧殺菌機理及影響因素介紹

臭氧（O3）是一種強氧化劑、消毒劑、精制劑、催化劑。自本世紀初法國用臭氧對飲用水殺菌處理以來，它的殺菌應用越來越廣泛。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，微量時具有一種“清新”氣味。臭氧具有極強的氧化能力，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 ）。正因為臭氧具有強烈的氧化性，所以它對細菌、霉菌、病毒具有強烈的殺滅性，這種作用通常是物理、化學、生物學方面的綜合效果。
    其機理可以是以下幾個方面：
    ⑴臭氧很容易同細菌的細胞壁中的脂蛋白或細胞膜中的磷脂質(zhì)、蛋白質(zhì)發(fā)生化學反應，從而使細菌的細胞壁和細胞受到破壞（即所謂的溶菌作用），細胞膜的通透性增加，細胞內(nèi)物質(zhì)外流，使其失去活性。
    ⑵臭氧破壞或分解細胞壁，迅速擴散進入細胞里，氧化了細胞內(nèi)酶或 RNA、DNA，從而致死菌原體。在高壓強電場作用下，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，電子和離子被強大電場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，時刻發(fā)生還原反應，產(chǎn)生十分活潑的、具有強烈氧化作用的單元子氧（ O），在產(chǎn)生瞬時，對水中細菌、微生物有機物質(zhì)進行分解作用。
        O3 → O2+ (O) (O)+H2O → 2HO
    臭氧在水中的“半衰期”為20min（PH7.6時41min，PH10.4時為0.5min）。人們把含有臭氧的水叫做臭氧水。臭氧水對各種致病微生物均有極強的滅菌作用，臭氧在水中不穩(wěn)定，發(fā)生強烈氧化還原反應，產(chǎn)生極活潑、具有強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、作用時間、溫度、 PH值、水的理化性質(zhì)、雜質(zhì)等因素影響。
   ⑴臭氧對各種微生物殺滅效果不同。實驗表明，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、沙門式菌等具有很強的殺滅性，即使對化學消毒劑有著較強耐受力的霉菌也有較強的殺滅性；
    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。實驗證明：當環(huán)境相對濕度小于45％，臭氧對空氣中的懸浮物幾乎沒有殺滅性，在同樣溫度下，相對濕度超過60％時，殺滅效果逐漸增強，在相對濕度為90％時，達到最佳滅菌效果；
    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
3.1 高效、快速
    臭氧僅在 1min內(nèi)就可以100％殺死細菌、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、消毒是進行性、累積性的，臭氧水滅菌消毒則急速性的，當臭氧的濃度超過閥值，消毒、殺菌就會瞬時發(fā)生。如清凈水中臭氧濃度達 0.4－0.5ppm時，在0.5～5min內(nèi)就可以致死細菌。
3.2 安全、可靠
    臭氧的分解產(chǎn)物是氧氣，不會產(chǎn)生殘留污染。另一方面，它作為氣體，擴散性好，濃度均勻，尤其在高濕度環(huán)境中，比紫外燈更實用，而且操作方便，安全可靠。臭氧對人體毫無影響。
3.3 價格便宜
    生產(chǎn)1噸0.5～1.5ppm濃度的臭氧水僅需0.8元。是世界上最廉價的消毒滅菌劑。
4 在食品工業(yè)中的應用
    臭氧自1785年發(fā)現(xiàn)以來，作為一種氣體殺菌劑廣泛應用在食品加工、運輸、貯存、自來水生產(chǎn)等領(lǐng)域，因為它不但能對空間消毒滅菌，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方面。臭氧殺菌在食品工業(yè)的應用，許多方面作用獨特。由于臭氧對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)。由于臭氧對酵母菌有較好的殺傷作用，因此，在采用以上新式包裝時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，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用方面，也取得了令人滿意的效果。