臭氧滅菌在真空冷凍干燥中的應用
　　
　　孫曉華陳德（上海玉成干燥設備有限公司２０１８０９）
　　
　　摘要：臭氧在食品工業(yè)凍干機中的應用。本文闡述了臭氧的滅菌特點，凍干機在使用過程中如何控制臭氧氣體的分布均勻性，防止臭氧濃度的衰退，及達到滅菌的時間控制．
　　
　　關鍵詞：臭氧濃度，衰退期，滅菌時間
　　
　　*目前國內(nèi)使用的食品工業(yè)用真空冷凍干燥機，不管是從國外進口的，還是國內(nèi)生產(chǎn)的都不具備有在線清洗（ＣＩＰ）和在線滅菌（ＳＩＰ）的功能。但是隨著中國凍干產(chǎn)品出口的幅度不斷增大，食品安全問題越來越受到世界各國的重視，并已成為影響食品工業(yè)競爭力的關鍵問題。近來隨著歐盟和美國的食品工業(yè)標準規(guī)范的頒布，對中國的食品加工企業(yè)和食品設備制造企業(yè)是一個嚴峻的挑戰(zhàn)。真空冷凍干燥機是食品生產(chǎn)加工
　　
　　流水線過程中的一個重要設備，它的無菌標準要求直接關系到加工后食品的安全性。我們知道滅菌的方法有多種，選用何種滅菌方法，既要達到效果，又不會產(chǎn)生對產(chǎn)品、人體、設備等影響。這是作者在本文中所要論述的一個新的技術問題。
　　
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　?。保笔称犯瘔牡脑蛞鹗称犯瘔牡脑蚴俏⑸镌谑称分械姆敝?，微生物一般包括：病毒、細菌、真菌、霉菌等及小型藻類和原生物。要消滅和抑制這些微生物，就是要控制或剝奪這些微生物賴依生存和繁殖的環(huán)境，即空氣、水份和溫度。食品經(jīng)過真空冷凍機（簡稱凍干機）脫水干燥，去除了９５％以上的水份，這樣就控制了微生物生存及繁殖所必需８％水分的條件，為食品長期保存提供了條件，但是凍干機往往不是凍干某一種產(chǎn)品，并且在運轉(zhuǎn)操作中不免有少量產(chǎn)品殘留在干燥庫的某一角落，這些殘留的產(chǎn)品長期滯留，就會９產(chǎn)生各種細菌、芽飽、霉菌等，就會產(chǎn)生污染食品的現(xiàn)象。雖然國外有凍干機制造商利用輻射板加熱來進行滅菌，但是干燥庫面積大、有死角，溫度的傳遞均勻性差，達不到*滅菌的效果。本公司在國內(nèi)*開發(fā)了臭氧氣體進行工業(yè)食品凍千機的滅菌技術，解決了以上所存在的滅菌缺陷，為工業(yè)食品凍干的滅菌打開了一個嶄新的思路。
　　
　　１．２臭氧滅菌的機理
　　
　　臭氧又名三分子氧，是由３個氧原子組成的氧的同位體，由于臭氧的第三個氧原子的結(jié)合較弱而且非常不穩(wěn)定，常溫下容易分解產(chǎn)生具有強氧化能力的原子Ｓｔ。正因為如此強氧化性的臭氧，對各種細菌病毒有強烈的殺滅性。它的滅菌機理是臭氧先作用于殺滅對象的細胞膜，使膜構成份受損傷而導致新陳代謝障礙。臭氧繼續(xù)滲透穿過膜而破壞膜內(nèi)脂蛋白和脂多糖，改變細胞的通透性導致細胞溶解、死亡，同時臭氧還能使細胞
　　
　　活動所必要的酶失去活性，而影響其正常的生理功能，所以臭氧是一種廣譜殺菌劑，其殺菌速度較氯快３００----６００倍，可以快速殺滅各種細菌繁殖休和芽孢、病毒及真菌。
　　
　?。?、臭氧滅菌在凍干機上的應用
　　
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　　臭氧對微生物的殺滅效果受到微生物種類、溫度、濕度、ＰＨ值、濃度值、作用時間的因素影響，在應用研究時表明各種微生物對臭氧受力的強弱順序依次是芽孢菌＞沙門氏菌＞綠膿桿菌＞金黃色葡萄球菌＞霉菌和酵母菌。同時被殺滅環(huán)境溫度越低濕度越大，則效果越好，并且在酸性條件下，殺滅能力強，堿性條件下殺滅能力差，特別對殺滅的容積、面積的大小，確定的濃度和作用時間（也稱Ｄ值）極為重要。人們對臭氧滅菌、消毒的研究已有許多報導，臭氧殺滅微生物的效果、作用我們在此不再作一介紹。在凍干機中應用臭氧滅菌的關鍵是怎樣來確定臭氧輸入的濃度，及怎樣保持在滅菌過程中保持濃度的不衰退性和Ｄ值的確定。
　　
　　臭氧的殺菌作用
　　
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　　凍干機在干燥運轉(zhuǎn)時，干燥倉和捕水器是一個圓形的密閉容器，是在真空低溫下工作的，相對來說自然產(chǎn)生微生物的可能性較小。但是在干燥多品種，特別是凍干肉類、水產(chǎn)類含脂肪和蛋白質(zhì)較高的產(chǎn)品時，比較容易產(chǎn)生各種細菌和芽孢，再者干燥倉和捕水器中有輻射板和蒸發(fā)管及其它部件和管路，即使是安裝了ＣＩＰ清洗也不能保證每一個部位及角落都能*清洗到位。用化學法滅菌含有化學殘留劑污染食品的可能。也不能用像藥品凍干機那樣采用蒸汽滅菌。那么采用了臭氧消毒*解決了問題。從我們制造的凍干設備使用情況來看，經(jīng)過臭氧氣體消毒的干燥倉和捕水器倉輻射板上及蒸發(fā)管取樣檢測，滅菌的效果極其理想。另外在ＣＩＰ清洗管道中我們也通了臭氧，使其溶解在清洗水中，*殺滅了管路及倉內(nèi)噴口的細菌，解決了ＣＩＰ管路中二次污染的難題。在使用中我們得出的結(jié)論是只要容器內(nèi)保持臭氧濃度３０ｐｐｍ以上（即６０ｍｇ／ｍ３），相對濕度≥７０％，溫度＜２５＂Ｃ，Ｄ值控制在≥９０ｍｉｎ即可達到殺滅一切微生物的目標。
　　
　　３、臭氧在凍干設備中的滅菌條件
　　
　?。常背粞鯕怏w的輸入控制
　　
　　要使凍干機的干燥倉和冷凝倉能*消毒，臭Ｓｔ氣體的輸入濃度、輸入時間是十分重要的。實踐證明：１％濃度以下的臭氧在空氣中（常溫常壓）中的半衰退期為３０ｍｉｎ，溫度越高，分解速度越快，并且臭氧濃度低于Ｏ．２ｍｇ／ｍ３，就無殺菌作用。臭氧是靠氧分子攜帶的活性氧原子的氧化作用起到殺菌作用，并且臭氧在常壓常溫下是及不穩(wěn)定的，所以輸入容器時的氣體走向、溫度、壓力對臭氧的衰退有很大的影響。再者臭氧的比重比空氣大（臭氧密度為１．６８，空氣為１），根據(jù)以上臭氧的特點，我們在輸入臭氧氣體消毒時，盡量降低容器的溫度，增加容器的濕度，減低容器中的壓強。要滿足這些條件，在控制中要設計成自動的程序控制。在要進行消毒的生產(chǎn)批次時，因捕水冷凝器中溫度已達一４０℃左右，所以就可不必化霜。取出干燥后的制品，*行擱板的降溫至常溫，然后進行干燥倉和捕水倉的ＣＩＰ清洗，再打開水環(huán)泵將容器倉抽空到８０００Ｐａ左右，這樣整個容器就保持了濕度和低壓。臭氧的輸入口從捕水冷凝倉上部處輸入，這樣輸入的臭氧氣體在途經(jīng)捕水倉時，是處在低溫狀態(tài)下彌漫至干燥倉，再加上干燥倉上部的臭氧輸入補償口的打開，使臭氧氣體符合低溫、低壓、高濕的狀態(tài)條件，同時控制好Ｄ值（作用時間），就能有效地快速地達到滅菌的目的。
　　
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　　以上的滅菌條件滿足后，關鍵是多少濃度的臭氧及多少作用時問才能殺滅容器中的細菌，這是凍干機臭氧滅菌的關鍵控制。上文提到臭氧的輸入先從捕水倉處輸入，然后向干燥倉彌漫，那么在干燥倉出制品的倉門上部是臭Ｓｔ氣體zui后到達的部位，也稱為低值點。如果這部位上的點所測到的臭氧濃度達到滅菌所需濃度值，那么整個倉里的各部位濃度肯定達到規(guī)定值．所以測量臭氧濃度的傳感器應安置在這低值點的位置進行測量較為。這是其一。其二，濃度衰退期的控制，臭氧濃度在事先消菌時針對生產(chǎn)過程中令產(chǎn)生的微生物的種類及容器倉的容積事先設定。然后根據(jù)殺滅微生物數(shù)量達９０％所需的時間（稱為Ｄ值，單位為ｒａｉｎ）進行醍定。那么在整個作用時問內(nèi)．只要保證所設定輸入的臭氧濃度不衰退，那么滅菌目標就能保證。所以在低值點的臭氧傳感器在作用時問內(nèi)只要測到低于設定值就會馬上反饋至臭氧氣體輸入闊打開進行補充，保持所需濃度。在計算機自動控制下，濃度的曲線在始終控制的范圍內(nèi)，無需手工操作，這樣即方便控制，又達到了精度。這在本公司出廠的設備在滅菌操作中采用以上控制，無一發(fā)生不合格現(xiàn)象。
　　
　　３．３滅菌之后的臭氧還原性
　　
　　用化學滅菌后有殘余化學物滯留而污染食品，那么臭氧滅菌后對食品凍干是否有影響昵？前文已提到臭氧是一個極不穩(wěn)定的氣體，在常溫下即可自行分解，衰退期叉快，在消毒結(jié)束后只要超過３０ｒａｉｎ即進入半衰退期，如果溫度越高分解速度越快，如達到８００Ｃ即分解＞８０％，成為氧氣和水，所以消毒后。進行干燥庫的輻射板加熱循環(huán)，加快臭氧的分解，不會留下任何殘留物，決不會對食品產(chǎn)生危害，這就是臭氧消毒的zui大優(yōu)
　　
　　點，也成為安全食品所對應的優(yōu)選消毒方法的原因。
　　
　　３．４臭氧滅菌時凍干設備的特殊性
　　
　　正因為臭氧氣體具有強氧化性，特別是高濃度的臭氧，對凍干機的干燥倉和捕水倉所用的橡膠密封件有腐蝕作用。一般的丁晴橡膠不耐臭氧氣體。實際使用證明，只要在ｌｐｐｍ濃度的臭氧環(huán)境中連續(xù)放置５０小時就會發(fā)生密封圈的腐蝕性損害，導致真空泄漏。所以密封圈、片、條都要采用耐臭氧的硅或氟橡膠材料，確保長期使用不發(fā)生泄漏。
　　
　?。?、結(jié)論
　　
　　目前，國內(nèi)的臭氧滅菌技術已廣泛地應用于各個領域，在食品工業(yè)的應用也已有很長時問了，人們已總結(jié)出了臭氧滅菌的規(guī)律和采用的手段，取得了顯著的經(jīng)濟和社會效益。臭氧滅菌用在真空冷凍干燥上還是初始階段。通過不斷的摸索和總結(jié)及提高后，臭氧滅菌在凍干領域有著更為廣闊的應用空間。
　　
　　參考資料
　　
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　　［４］楊家蕾、董全《臭氧殺菌技術在食品工業(yè)中的應用》
　　
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