食品厂臭氧发生机在食品行业的应用
臭氧 ( O 3 ) 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。 1995~1996年, 法国、 日本、 澳大利亚相继立法, 允许臭氧在食品加工中广泛使用。 1996 年美国电力研究院 ( EPRI ) 组织专家调查并评估了臭氧应用于食品加工业的历史背景、 现状与前景, 并对臭氧应用于空气处理、 杀菌;果蔬、 鸡蛋贮藏; 肉类、 水产品、 禽类产品加工等 37个食品加工业领域的功效、 安全性、 毒性等问题进行了研究, 结果表明, 臭氧应用于食品加工符合通用安全标准 ( GRAS ) 。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。 笔者介绍了臭氧的性质, 并概述了臭氧在食品工业中的应用实例, 以期进一步推动臭氧技术在食品工业中的应用。
1 臭氧的性质
臭氧是氧气的同素异形体, 常温常压下为无色气体 ( 厚层呈蓝色) , 有特殊臭味。液态臭氧为深蓝色, 密度 1.71(- 183 ℃) , 沸点 - 112 ℃ ; 固态臭氧呈紫黑色, 熔点 - 251 ℃ 。在标准压力和温度 (STP) 下,其溶解度比氧气大 13 倍。臭氧很不稳定, 在大气中半衰期为 50 min ( 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。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 2.07 V , 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] 。臭氧水对各种致病微生物均有很强的灭菌作用 。
2 臭氧杀菌消毒技术在食品工业中的应用
臭氧通过氧化作用破坏微生物膜的结构从而起到杀菌消毒的作用。臭氧首先作用于细菌细胞膜, 使细胞膜受损, 障碍新陈代谢, 臭氧继续渗透破坏膜内脂蛋白和脂多糖, 改变细胞膜的通透性, 导致细胞溶解、 死亡。而臭氧杀灭病毒则认为是氧化作用直接破坏其核糖核酸 RNA 或脱氧核糖核酸DNA , 从而致死病原体。臭氧水的杀菌消毒是微生物菌体既与溶解于水中的臭氧直接反应, 又与臭氧分解产生的羟基 [OH] 反应, 由于羟基 [OH] 具有极强的氧化性, 因此臭氧水的杀菌速度很快。臭氧的杀菌特性, 常用于以下食品工业领域中。
2.1 食品工业生产环境杀菌净化
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 1～2mg/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 10～24mg/m 3[3-4] 。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O 3 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 40～60 mg/m 3 时, 即可达到很好的消毒效果 。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。
2.2 食品从业人员个人卫生消毒食品加工行业从业人员的卫生消毒工作, 尤其是手部消毒尤为重要。但由于一般消毒液具有强腐蚀性, 不适用于人体消毒, 因此从业人员在工作前
通常只用肥皂或洗手液洗手, 而不进行专业消毒。臭氧水在杀菌消毒的同时不但不会对人的皮肤有伤害, 而且能够起到护肤作用, 因此臭氧水是食品加工从业人员卫生消毒的最佳用品 。
2.3 生产用水杀菌净化、 矿泉水杀菌保质
食品工业生产需要大量的洁净水, 利用臭氧处理不合格水质, 完全可以达到目的。矿泉水的保质期取决于微生物的杀灭程度, 常用的过滤加紫外线消毒方法难以达到质量标准, 用臭氧杀菌即可完全杀灭微生物。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 10 mg/L , 气、 水接触时间 5～10 min , 气、 水混合接触良好的情况下即可达到要求。
2.4 臭氧在保鲜果蔬中的应用病原微生物侵染和果蔬呼吸作用产生的乙烯催熟是导致果蔬采后腐烂变质的主要原因, 每年有80×10 7 t 的果蔬腐烂, 损失总价值达 800 亿元 。目前, 常用的果蔬贮藏保鲜技术主要有低温贮藏、 热力处理、 γ 射线辐照、 气调处理、 化学药剂熏蒸等方法,但这些方法成本较高、 技术手段繁琐复杂、 对果肉品质也有一定影响。臭氧不但能消毒、 灭菌, 并能快速氧化分解果蔬呼吸产生的乙烯气体, 降低果蔬的新
陈代谢, 减慢其生理老化过程, 从而实现果蔬保鲜作用。因此, 臭氧广泛应用在果蔬采摘后的贮运、 保鲜等环节, 包括果蔬入库前的空库消毒、 果蔬在产地冷库预冷期间的杀菌及贮运中的防腐保鲜等。
2.4.1 臭氧可降低果蔬代谢作用, 防腐保鲜, 延长贮藏期 臭氧能够快速氧化分解乙烯气体, 从而减缓果蔬的新陈代谢作用, 降低了成熟速度, 延长贮藏保鲜期。 赵丽芹等 [10] 研究表明, 适当浓度的臭氧处理可以有效地保持河套蜜瓜贮藏期间的品质, 延长贮藏期, 贮藏环境中的臭氧浓度为 50 μl/L 时对保持河套蜜瓜的品质效果最佳, 且较低浓度的臭氧处理有利于保持果品品质。李莉杰等在贮藏苹果和梨的实验中发现, 在臭氧的作用下, 细菌和霉菌的数目大大减少, 果实的腐烂率降低。夏静发现, 贮藏期臭氧处理使油冬菜黄叶率减少 11.8 % , 甜椒腐烂率减少 25 % , 蘑菇的开伞指数降低了 13.3 % 。马铃薯在相对湿度为 95 % 、 温度 6~14 ℃ 、 环境中臭氧浓度达到 3 mg/m 3 的条件下, 贮藏 6 个月也不会出现萌芽、 腐烂现象。
2.4.2 果蔬采后和入库杀菌 新鲜果蔬采后往往含有大量病原微生物, 对刚刚采摘及预贮期间的果蔬进行杀菌消毒, 能很好地避免由病菌所造成的腐烂,一般臭氧浓度在 4~24 mg/m 3 即可达到满意的杀菌效果, 较好地延长果蔬贮藏保鲜期 [13] 。果蔬入库前的空
库消毒也是必不可少的, 很多病菌主要来源于田间和冷藏库房。霉菌在冷库的低温低湿条件下可长期存活, 对一般消毒剂具有较强的耐受力, 臭氧能明显抑制霉菌孢子的萌发和生长 。试验表明, 臭氧对冷库消毒效果很好, 在 24 mg/m 3 浓度下, 3~4 h 就可以杀死霉菌, 包括抵抗力极强的未萌动孢子。 冷库消毒最适臭氧浓度为 12~20 mg/m 3 , 停机后封库 24 h , 细菌的杀灭率可达 90 % 以上, 霉菌杀灭率为 80 % ,基本达到了对空库消毒的预期目的。尽管果蔬贮藏保鲜是一个非常复杂的过程, 但是臭氧可以在杀菌除霉与减缓新陈代谢等方面发挥作用, 同包装、 冷藏、 气调等方法配合使用能大大提高保鲜效果。
2.5 臭氧降解果蔬农残
目前, 在果蔬生产上常用的农药主要是有机磷农药、 拟除虫菊酯或氨基甲酸酯类农药。这 3 类农药的分子结构中含有磷氧双键、 碳碳双键或苯环结构。在臭氧极强的氧化作用下, 双键断裂, 农药的分子结构被破坏。臭氧氧化农药的产物是酸类、 醇类、胺类或相应的氧化物等小分子化合物。如有机磷农药马拉硫磷, 与臭氧反应先生成马拉氧磷, 继续反应最终生成磷酸、 硫酸、 二氧化碳和水。生成物大都为水溶性的, 可以用水冲洗。因此用臭氧降解农残是安全可行的。刘红伟等用臭氧处理蔬菜中残留的甲胺磷、 敌敌畏、 氧化乐果, 研究臭氧对蔬菜中常见有机磷农药脱除效果, 结果表明, 臭氧处理蔬菜中残留的甲胺磷、 氧化乐果、 敌敌畏 3 种有机磷农药效果明显, 经 10 mg/L 臭氧处理 30 min 后, 蔬菜中残留的有机磷农药脱除率在 85 % 以上。 杨挺等 也发现臭氧能有效去除蔬菜表面的拟除虫菊酯农药残留, 高浓度臭氧水的去除能力大于低浓度臭氧水, 且对蔬菜品质不产生影响。
3 食品厂臭氧发生机的臭氧的安全卫生标准
在正式批准臭氧使用于食品工业之前, 臭氧的毒性是最重要的评判标准, 这对监控和接触臭氧的从业人员十分必要。臭氧浓度为 0.02 mg/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 1～10 mg/L 时, 称为刺激范围;10 mg/L 以上为中毒限。臭氧中毒的症状是头痛, 晕眩, 眼部和喉咙有灼烧感, 并伴随咳嗽, 严重时会造成伤害。 臭氧中毒还可能会导致身体虚弱, 记忆力下降, 易患支气管炎以及加速肌肉的兴奋性等。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 0.1 mg/L , 接触 8～10 h ; 美国为 0.1mg/L , 接触 8 h ; 德、 日、 法等国为 0.1 mg/L , 接触 10 h ;中国为 0.15 mg/L , 接触 8 h 。 事实上, 安全使用臭氧完全可以保证人的健康不受危害, 并且, 适当吸入 0.1mg/L 以下的臭氧, 对人体会有保健作用。应用臭氧100 多年来, 无 1 例因臭氧中毒而死亡的事故发生。
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