臭氧负离子联合杀菌在冰箱中的应用概述

 

 引言

随着经济的发展和人们生活水平的不断提高，冰箱已走进千家万户，成为日常生活不可缺少的家用电器。冰箱是人为制造一低温环境来保存食品的设备。早期的冰箱没有抗菌和杀菌的功能,仅仅依靠低温来保鲜食物,这种冰箱内的食品，尤其是冷藏室中的食品时间长了仍然要腐败变质，这是因为在低温环境下仍然有细菌存在。后来人们在冰箱内胆里加入抗菌材料来进行杀菌,虽然有一定的效果,但是只能杀死与冰箱内壁接触的细菌,而冰箱内部的细菌无法杀死。本研究就是在这种背景下进行的，目的是研制出一种不仅能为食品提供低温，还能创造一个洁净的环境、能杀灭食品上的细菌的新型冰箱。

 

2 目前的研究情况

臭氧技术在食品加工，果蔬保鲜，肉类储藏等领域内的研究工作在国内外早就已经展开，相关的报道也屡见报端；负离子技术在这方面的应用及研究工作近年来也在日渐加强。

2.1 臭氧杀菌原理

臭氧的电极电位是2.07ｅＶ,是一种潜在的氧化剂,其氧化能力仅次于氟、氯、三氟化合物和氢氧根自由基,位于第5 位,在实际应用中呈现出奇特的消毒、灭菌等作用，同时臭氧在自然状态下易产生氢氧根自由基的特点,也使得臭氧广泛应用于食品生产的消毒灭菌等工序中[1]。臭氧能够彻底杀灭细菌和病毒,尤其是对大肠杆菌、赤痢菌、流感病毒等特别有效,1min可去除率达99.99%。霉菌是果蔬储藏中最常见的微生物，它具有较强的耐受力，在 0℃左右的冷库内仍能生存繁殖，霉菌对消毒剂具有较强的抵抗力，成为引起果蔬腐烂变质的主要原因，高浓度的臭氧(体积分数为10～15 ppm)能杀死霉菌,低浓度臭氧有抑制霉菌生长作用。臭氧杀灭菌过程属生物化学氧化反应。臭氧灭菌有以下3种形式：[2]①臭氧能氧化分解细菌内部葡萄糖所需的酶，使细菌灭活死亡；②直接与细菌、病毒作用，破坏它们的细胞壁和DNA、RNA，使细菌的新陈代谢受到破坏，导致细菌死亡；③透过细胞膜组织，侵入细胞内，作用于外膜的脂蛋白和内部的脂多糖，使细菌发生通透性畸变而溶解死亡。臭氧具有杀菌力强、菌谱广、可自行分解不产生残余污染的优点。因此，臭氧能对果蔬类杀菌防霉，延长储藏期；另一方面，臭氧气体会快速氧化分解果蔬呼吸排出的乙烯气体，乙烯是催熟剂，会增强呼吸加速成熟过程。乙烯被分解后降低了果蔬的新陈代谢，减慢了生理老化进程，因而实现了保鲜作用；需要特别强调的是,臭氧在消毒、灭菌过程中仅产生无毒的氧化物,多余的臭氧最终还原成为氧,不存在残留物,没有任何遗留污染的问题，臭氧还能去除库内异味,可直接用于食品的消毒、灭菌。这是其他任何的化学消毒方法所无法比拟的,是食品生产中不可多得的冷消毒剂。

2.2负离子的发生及杀菌原理

2.2.1负离子发生原理

负离子发生器利用高压静电场的作用，将附近空气电离，空气中的分子电离产生的电子极易被氧分子捕获，形成负氧离子。

 

如下式所示。电子与中性分子或原子相碰，电子附着后即成负离子。e-+M＝M-(M:中性分子或原子)可能附着电子的有原子或分子、氧、水蒸气、卤素及六氟化硫等，含有这些的气体极易负离子化。大气中也会自然生成负离子，但其生成的理论因与实验多有不合，至今尚无定论，况且目前大气中所存在的负离子是O2－(H20)n及CO4－(H20)n，放电是高效产生负离子的方法之一，其原理如图1。上下分别是针、板电极，针电极施加高压后，针尖处电晕放电，针尖周围即生成正负两种离子。如此时针电极施加的是负电极性，则正离子直接被针电极吸引中和，负离子则同性相斥向板电极移动。由于与正离子本身大小相比。其移动之路可谓漫漫，故在二极间送风后，风力在部分空间可大于极电极对离子的吸引力。使部分负离子逸空而出。图1 的电晕放电装置即可产生负离子及臭氧

 

负氧离子具有清新空气、杀菌、医疗和保健作用，被称为“空气中的维生素”。空气中的负离子量增加，对人体健康有很大贡献，诸如镇静，自律神经消除失眠焦虑，杀灭空气中的细菌，病毒，促进新陈代谢，净化血液，强化细胞机能，美颜及延寿等等重要功能，而对于哮喘、支气管炎、过敏性鼻炎等疾病均有治疗作用。在污染较为严重的室内环境中，负离子浓度通常不足100个／cm3，而最适宜人体的负离子浓度最小值是1000个／cm3。负离子被医学界确认是具有杀灭病菌及净化空气的有效手段。其机理主要在于负离子与细菌结合后，使细菌产生结构的改变或能量的转移，导致细菌死亡，最终降沉于地面，使空气中细菌迅速递减，同时负离子可与空气中的尘埃结合沉淀，达到除尘的目的。负离子杀菌的研究在国内外早就已经展开，日本三菱公司已成功地开发出用负离子控制粘附在食品上的微生物繁殖技术，可防止食物腐败。采用这种技术保鲜鱼、肉等食品不仅防霉抑菌效果好，而且食品不会变色、变质等，可以最大限度的保持食品原色、原味，冷冻的生鲜食品保鲜期可大大延长；在9 一7℃、湿度为90%的条件下，用负离子处理过的金枪鱼肉可保鲜4 天;草莓可保鲜7 天。未经处理的金枪鱼肉4 天就腐烂发臭，草莓也完全发霉。

2.3臭氧负离子两者联合使用的杀菌原理

一些专业冷库以往是用臭氧进行保鲜处理，臭氧虽有很强的氧化力，杀菌效果好，但是由于臭氧的氧化力太强，经臭氧处理过的食品鲜度降低，而且冷库内的零件也易腐蚀。在没有负离子的协同作用时，要需要较长时间才能看到杀菌装置的杀菌效果。近年来，日本发现带有O-157 病原性大肠菌的肉类污染、在其它农畜产品中微生物的污染也多有发生。传统的食品杀菌方法虽均具有较强的杀菌力，但也可能引起食品本身的质变，从而期望开发对食品本身影响小而杀菌力又大的全新杀菌技术。负离子不会引起食品变色、变质。也可防微生物增殖，但一旦停止处理，其抑制增殖的效果也就消失。故设想将负离子再添加低浓度臭氧组成混合气体的杀菌方法。

 

日本的三菱电器曾经对低浓度臭氧负离子联合杀菌效果，以及联合作用后对食品保鲜、对食品品质的影响进行了研究，他们的研究结果显示：当空气中含有臭氧和负离子，臭氧浓度为0.03 ppm，负离子浓度为106 parts/cm3时，其杀菌能力比单独采用臭氧或负离子的杀菌能力要强得多，研究发现，低浓度臭氧和负离子的联合作用，对食品表面上的细菌不仅有很好的杀灭作用，而且对食品本身没有影响。进一步研究表明，当臭氧浓度为0.03 ppm，负离子浓度为106 parts/cm3时，杀菌能力比单独使用任何一种提高了10倍，一般杀菌率都在90% 以上。对于葡萄球菌，在20℃相对湿度90%，当仅采用低浓度臭氧或负离子杀菌时，细菌杀灭率低于10%，然而两者联合作用，杀灭率高达94%。此外，低浓度臭氧和负离子联合作用，对大肠杆菌和假单胞菌(pseudomonas)（一种在低温下能很好生长的细菌）也具有很好的杀灭作用。[3]低浓度臭氧负离子联合杀菌不仅安全，有效，而且食品不退色。对于猪肉和金枪鱼，当臭氧浓度为0.2 ppm 时，不仅细菌明显减少，而且没有检测到异味；对于草莓，其上的细菌被抑制，联合作用对草莓的影响和单独用负离子的影响相同，而且维生素几乎没有下降；此外，在水果诸如葡萄、樱桃、李子长期保存的试验中发现， 葡萄保存8个月也未见微生物大量繁殖。用这种方法保存食物之所以有效，是因为这种技术能杀灭食品表面的细菌又不影响食品本身。

3 应用效果

臭氧及负离子的杀菌保鲜技术以前大都用在大型的食物储藏库内，目前冰箱行业的技术人员经过潜心研究，研制出一种可以产生臭氧及负离子的小型杀菌消毒装置，将此装置装在冷藏室内，就可以实现冷藏保鲜食品的目的，经多方试验，效果良好。