臭氧具有殺菌力強,不產生殘余污染的優異性能,在食品行業得到廣泛應用。
一.應用的機理與優點
食品行業應用臭氧的目的有三個方面:一是殺滅微生物-殺菌消毒;二是氧化分解有機或無機物污染氣味-除臭凈化;三是分解果蔬代謝產物,抑制后熟過程-保鮮。
三方面的應用基礎均依賴于O3的強氧化性能和不穩定易分解的特性。
(一)應用機理
1, 殺菌消毒
臭氧為氣體消毒劑,其殺菌過程為強氧化作用使微生物細胞中的多種成分產生反應,從而產生不可逆轉的變化而死亡。一般認為,臭氧滅活病毒是通過直接破壞其核糖核酸(RNA)或脫氧核糖核酸(DNA)物質完成的。而殺滅細菌、霉菌類微生物則是臭氧首先作用于細胞膜,使膜構成成分受損傷,導致新陳代謝障礙并抑制其生長,臭氧繼續滲透破壞膜內組織,直至殺死。濕度增加提高殺滅率,是由于高濕度下細胞膜膨脹變薄,其組織容易被臭氧破壞。
2,除臭凈化
氧去除異味性能極好。依靠其氧化性能可快速分解產生臭味及其他氣味的有機或無機物質。臭味的主要成分是胺R3N、硫化氫H2S、甲硫醇CH3SH等。臭氧對其氧化分解,生成物沒有氣味
3,保鮮
臭氧在蔬菜水果貯藏中的應用除了具有殺滅或抑制霉菌生長防止腐爛作用之外,還具有防止老化保鮮作用。其機理是臭氧可以氧化分解果蔬生理代謝作用呼吸出的催熟劑-乙烯氣體C2H4。
(二)優點
臭氧作為高效廣譜無殘余污染的氣體消毒劑比食品行業常用的消毒劑具有特殊的優越性。
1,與過氧乙酸、高錳酸鉀、甲醛(福爾馬林)、二氧化硫(硫磺熏蒸)等化學消毒劑相比:
其殺菌能力與過氧乙酸相當,高于其它消毒劑。
臭氧會自行分解為氧氣,不產生殘余污染,消毒后不需通風換氣。常規消毒均需通風換氣或化學中和,麻煩而又降低消毒效果。
臭氧可直接對食品使用作殺菌或防霉保鮮,為干法消毒,簡單易行。臭氧殺菌濃度對食品是極微弱的氧化濃度,對食品無害?;瘜W消毒劑理論上是不可行的,實際使用應很嚴格并操作復雜。
2,與紫外線照射殺菌比較:
紫外線以光波輻射作用殺菌,只有照射到的位置且達到照射強度標準才有殺菌效果。食品加工車間很高、很大,照射強度與距離平方成反比,強度不夠,照射又有很大死角。臭氧為氣體,擴散性好,無死角,濃度均勻。
紫外線殺菌在相對濕度60%以上時效果急劇下降,80%濕度上時反可誘使細菌復活。臭氧則相反,濕度越高殺菌效果越好,對食品行業80%-90%高濕環境特別適合。
食品加工車間安裝臭氧設備投資與紫外燈相當(按16-18m3裝一只30W紫外燈設計標準),而運行費用由于臭氧設備省電、壽命長而大大降低,對于新建車間更為經濟。
二,食品行業應用
(一)冷庫消毒
冷庫的生物污染源主要是霉菌,因其在低溫條件下存活,對消毒劑有較強的耐受力。在臭氧12ppm作用下3-4小時,包括抵抗力極強的未萌動孢子皆被殺死。我國貯藏蛋果蔬的高溫冷庫對空庫消毒比較重視。冷庫消毒要求臭氧濃度6-10ppm,停機后封庫24小時以上,細菌殺滅率90%左右,霉菌殺滅率80%左右。冷庫除味應用臭氧效果極好。
( 二)食品加工車間殺菌凈化
速凍食品、冷飲食品、肉蛋奶制品加工車間與包裝間,都有比較高的衛生要求,特別是生鮮食品由于最終沒有加熱消毒工序,生產車間的微生物污染是影響產品質量的極重要因素。臭氧用于食品加工車間消毒效果很好,濃度也比冷庫消毒要求低的多,一般0.5-1.0ppm即可打碎到80%以上的空氣殺菌率,并可去除車間異味。蛋品加工廠生產蛋黃醬、冷飲廠生產冰激凌、雪糕,都有攪拌、膨化工序,產品與空氣強烈接觸,試用臭氧后車間微生物降低90%,產品質量達到合格標準。一般是下班后開機,如上班前能開機更好。要留有停機臭氧分解時間,待上班時嗅不到明顯的臭氧氣味即可。
(三)蔬菜水果貯藏防霉保鮮
蔬菜水果貯藏保鮮是一項復雜困難的工作,臭氧可在殺菌防霉與減緩新陳代謝兩個方面發揮作用,同包裝、冷藏、氣調等手段一起配合提高保鮮效果。臭氧殺菌防霉分三個階段應用:空氣消毒、人庫殺菌和日常防霉,目的是減少霉菌、酵母菌等微生物造成的腐爛。臭氧快速分解乙烯以實現減緩新陳代謝過程,推遲后熟和老化。
(四)桶裝水、礦泉水殺菌保質
飲用水殺菌凈化是臭氧應用歷史最長、應用規模最大的一個領域。目前世界臭氧產業的主要市場仍是飲水處理,在歐美、日本等發達國家臭氧化處理飲用水已占主導地位。原因在于臭氧處理可達到無微生物污染、無殘余化學污染的高水平。
礦泉水已是大量消費的瓶裝飲料,其保質期取決于微生物的徹底殺滅。常用的超濾加紫外消毒的方法難以達到質量標準,臭氧殺菌成為首選方法,即可以完全殺滅活微生物,達到雙零指標,又可去除水中鐵錳可溶性鹽類而保存有益的碳氧化合物。
礦泉水臭氧溶解度在0.4~0.5mg/L時即可滿足殺菌保質要求,合理的設計為臭氧投加量1.5-2.0g/m3。臭氧在水中的溶解度隨溫度降低、壓力提高而提高。在實際生產條件下,保證臭氧氣體濃度在10mg/L,臭氧與水接觸時間5~10分鐘,氣-水混合接觸良好的情況下即可達到要求。目前一些廠家用50g~100g/h臭氧發生器處理礦泉水(產水量10m3/h以下)是不負責任的。首先作為源水質量很好的礦泉水無需那么多臭氧,(只有污水由于嚴重的化學、生物污染才會吸收消耗大量臭氧)多余大量臭氧作為尾氣排放反而增加尾氣處理裝置的容量和負擔。其次,容易對礦泉水造成過氧化而產生有益微量元素成分損失。礦泉水灌裝間安裝臭氧設備對空氣殺菌凈化,防止落下菌污染對于沒有空氣過濾凈化設備的廠家是非常有益的。采用臭氧化工藝的礦泉水廠經常利用臭氧對貯水灌(池)、管道、過濾器消毒也是非常有效的,在國外的資料里作為經驗推薦。
(五)生產用水殺菌凈化
食品生產需要大量潔凈水,在生產成本中是一項較大開支。目前食品生產廠家有兩種需求:一是水源不合格,如用海水代替淡水加工水產品或自來水存在污染;另一個是加工用水回用或延長使用時間。臭氧處理是完全可以滿足這些需求的。加工蔬菜或禽類最后清洗用水會隨時間延長而污染,經常換新水負擔不起。利用臭氧處理有兩種方案:循環處理或在池內處理均可達到要求。
(六)工作服消毒
食品加工、冷飲、生化制藥等部門一些工序對工作服消毒要求很高。工作服消毒經常采用高壓消毒法,這在食品行業是難以做到的。食品廠家多用紫外照射消毒工作服,因紫外線法的缺陷消毒效果很差。利用臭氧對工作服消毒,是高效、經濟、簡便的方法。
在封閉房間內將衣服用衣架掛起,溫度15~20℃溫度調整到RH80%~90%,臭氧濃度達到20ppm后停機封閉20小時細菌綜述殺滅率90%~95%。這個試驗一個月內反復進行四次,結果重復性很高。食品行業如每天班后消毒工作服,在20m2封閉房間內掛上幾十件工作服,在地上灑些水。如利用3g/h發生器開機3-4小時即可達到8-10ppm臭氧濃度,缺德殺滅率85%以上的消毒效果。把工作服掛在臭氧殺菌車間也有消毒作用,效果因濃度較低而差一些。
三,臭氧發生器的選用
臭氧由于易分解不能像氧氣那樣生產后儲存在鋼瓶內備用,只能邊產生邊使用。
空氣、物品殺菌消毒選用深圳市格潤環境科技有限公司的電解式高濃度臭氧設備,結構簡單,使用方便(不需要制氧也不需要空氣干燥處理系統),產生臭氧濃度高。1000m3的庫容所需要臭氧量食品肥肉、奶制品、脂肪多的魚為1-2g/h, 冷藏蛋為1.5-3g/h, 瘦肉為3-5g/h,蔬菜、水果為1-2g/h。
根據多年實踐經驗,間斷使用臭氧,食品加工車間按500m3空間選用一臺3g/h產量臭氧發生器;果蔬貯藏庫1000m3選用一臺15g/h產量臭氧發生器;冷庫消毒要求濃度高,可集中多臺發生器連續開機48小時以上。
水處理應選擇電解式高濃度臭氧設備或電解式純水消毒增氧設備,它具有結構簡單、操作方便、運行成本低、無二次污染和高頻噪聲等不可比擬的優點。礦泉水、飲用水、食品加工用水均可按1m3水投加2-2.5g臭氧設計,按每小時處理水量選擇發生器規格即可。