臭氧滅菌在真空冷凍干燥中的應(yīng)用

　　摘 要：臭氧在食品工業(yè)凍干機(jī)中的應(yīng)用。本文闡述了臭氧的滅菌特點(diǎn)，凍干機(jī)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(dá)到滅菌的時(shí)間控制。 關(guān)鍵詞：臭氧濃度，衰退期，滅菌時(shí)間

　　

　　Summary: Alication of ozone in food industry freeze-dryer. This article described the sterilization characters of ozone and how to control distributing uniformity of ozone gas during the using of freeze-dryer and to prevent the decline of concentration of ozone as well as to reached the time control of sterilization. Key Words: concentration of ozone, decline period, sterilization time

　　

　　眾所周知目前國內(nèi)使用的食品工業(yè)用真空冷凍干燥機(jī)，不管是從國外進(jìn)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(jìng)爭力的關(guān)鍵問題。近來隨著歐盟和美國的食品工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的頒布，對(duì)中國的食品加工企業(yè)和食品設(shè)備制造企業(yè)是一個(gè)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。真空冷凍干燥機(jī)是食品生產(chǎn)加工流水線過程中的一個(gè)重要設(shè)備，它的無菌標(biāo)準(zhǔn)要求直接關(guān)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(dá)到效果，又不會(huì)產(chǎn)生對(duì)產(chǎn)品、人體、設(shè)備等影響。這是作者在本文中所要論述的一個(gè)新的技術(shù)問題。

　　

　　1 滅菌原理

　　

　　1.1 食品腐壞的原因 　　引起食品腐壞的原因是微生物在食品中的繁殖，微生物一般包括：病毒、細(xì)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(jī)（簡稱凍干機(jī)）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(jī)往往不是凍干某一種產(chǎn)品，并且在運(yùn)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(huì)產(chǎn)生各種細(xì)菌、芽飽、霉菌等，就會(huì)產(chǎn)生污染食品的現(xiàn)象。雖然國外有凍干機(jī)制造商利用輻射板加熱來進(jìn)行滅菌，但是干燥庫面積大、有死角，溫度的傳遞均勻性差，達(dá)不到徹底滅菌的效果。本公司在國內(nèi)s*創(chuàng)開發(fā)了臭氧氣體進(jìn)行工業(yè)食品凍干機(jī)的滅菌技術(shù)，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(gè)嶄新的思路。

　　

　　1.2 臭氧滅菌的機(jī)理

　　

　　臭氧又名三分子氧，是由3 個(gè)氧原子組成的氧的同位體，由于臭氧的第三個(gè)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(qiáng)氧化能力的原子氧。正因?yàn)槿绱藦?qiáng)氧化性的臭氧，對(duì)各種細(xì)菌病毒有強(qiáng)烈的殺滅性。它的滅菌機(jī)理是臭氧先作用于殺滅對(duì)象的細(xì)胞膜，使膜構(gòu)成份受損傷而導(dǎo)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(xì)胞的通透性導(dǎo)致細(xì)胞溶解、死亡，同時(shí)臭氧還能使細(xì)胞活動(dòng)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高效殺菌劑，其殺菌速度較氯快300～600 倍，可以快速殺滅各種細(xì)菌繁殖休和芽孢、病毒及真菌。

　　

　　2 臭氧滅菌在凍干機(jī)上的應(yīng)用

　　

　　2.1 臭氧滅菌的影響因素

　　

　　臭氧對(duì)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(shí)間的因素影響，在應(yīng)用研究時(shí)表明各種微生物對(duì)臭氧受力的強(qiáng)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(shí)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(qiáng)，堿性條件下殺滅能力差，特別對(duì)殺滅的容積、面積的大小，確定的濃度和作用時(shí)間（也稱D值）極為重要。人們對(duì)臭氧滅菌、消毒的研究已有許多報(bào)導(dǎo)，臭氧殺滅微生物的效果、作用我們?cè)诖瞬辉僮饕唤榻B。

　　

　　在凍干機(jī)中應(yīng)用臭氧滅菌的關(guān)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

　　

　　2.2 臭氧滅菌的效果

　　

　　凍干機(jī)在干燥運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，干燥倉和捕水器是一個(gè)圓形的密閉容器，是在真空低溫下工作的，相對(duì)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(shí)，比較容易產(chǎn)生各種細(xì)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(gè)部位及角落都能徹底清洗到位。用化學(xué)法滅菌含有化學(xué)殘留劑污染食品的可能。也不能用像藥品凍干機(jī)那樣采用蒸汽滅菌。那么采用了臭氧消毒徹底解決了問題。從我們制造的凍干設(shè)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(cè)，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，徹底殺滅了管路及倉內(nèi)噴口的細(xì)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30m 以上（即60mg/m3），相對(duì)濕度≥70%，溫度＜25℃，D 值控制在≥90min 即可達(dá)到殺滅一切微生物的目標(biāo)。

　　

　　3 臭氧在凍干設(shè)備中的滅菌條件

　　

　　3.1 臭氧氣體的輸入控制

　　

　　要使凍干機(jī)的干燥倉和冷凝倉能徹底消毒，臭氧氣體的輸入濃度、輸入時(shí)間是十分重要的。實(shí)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0.2mg/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(shí)的氣體走向、溫度、壓力對(duì)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(diǎn)，我們?cè)谳斎氤粞鯕怏w消毒時(shí)，盡量降低容器的溫度，增加容器的濕度，減低容器中的壓強(qiáng)。要滿足這些條件，在控制中要設(shè)計(jì)成自動(dòng)的程序控制。在要進(jìn)行消毒的生產(chǎn)批次時(shí)，因捕水冷凝器中溫度已達(dá)－40℃左右，所以就可不必化霜。取出干燥后的制品，先進(jìn)行擱板的降溫至常溫，然后進(jìn)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(gè)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(shí)，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(bǔ)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(shí)控制好D值（作用時(shí)間），就能有效地快速地達(dá)到滅菌的目的。

　　

　　3.2 臭氧滅菌的控制

　　

　　以上的滅菌條件滿足后，關(guān)鍵是多少濃度的臭氧及多少作用時(shí)間才能殺滅容器中的細(xì)菌，這是凍干機(jī)臭氧滅菌的關(guān)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氧氣體z*后到達(dá)的部位，也稱為低值點(diǎn)。如果這部位上的點(diǎn)所測(cè)到的臭氧濃度達(dá)到滅菌所需濃度值，那么整個(gè)倉里的各部位濃度肯定達(dá)到規(guī)定值，所以測(cè)量臭氧濃度的傳感器應(yīng)安置在這低值點(diǎn)的位置進(jìn)行測(cè)量較為精確。這是其一。其二，濃度衰退期的控制，臭氧濃度在事先消菌時(shí)針對(duì)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(shè)定。然后根據(jù)殺滅微生物數(shù)量達(dá)90%所需的時(shí)間（稱為D 值，單位為min）進(jìn)行設(shè)定。那么在整個(gè)作用時(shí)間內(nèi)，只要保證所設(shè)定輸入的臭氧濃度不衰退，那么滅菌目標(biāo)就能保證。所以在低值點(diǎn)的臭氧傳感器在作用時(shí)間內(nèi)只要測(cè)到低于設(shè)定值就會(huì)馬上反饋至臭氧氣體輸入閥打開進(jìn)行補(bǔ)充，保持所需濃度。在計(jì)算機(jī)自動(dòng)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(dá)到了精度。這在本公司出廠的設(shè)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(xué)滅菌后有殘余化學(xué)物滯留而污染食品，那么臭氧滅菌后對(duì)食品凍干是否有影響呢？前文已提到臭氧是一個(gè)極不穩(wěn)定的氣體，在常溫下即可自行分解，衰退期又快，在消毒結(jié)束后只要超過30min 即進(jìn)入半衰退期，如果溫度越高分解速度越快，如達(dá)到80℃即分解＞80%，成為氧氣和水，所以消毒后，進(jìn)行干燥庫的輻射板加熱循環(huán)，加快臭氧的分解，不會(huì)留下任何殘留物，決不會(huì)對(duì)食品產(chǎn)生危害，這就是臭氧消毒的z*大優(yōu)點(diǎn)，也成為安全食品所對(duì)應(yīng)的優(yōu)選消毒方法的原因。

　　

　　3.4 臭氧滅菌時(shí)凍干設(shè)備的特殊性

　　

　　正因?yàn)槌粞鯕怏w具有強(qiáng)氧化性，特別是高濃度的臭氧，對(duì)凍干機(jī)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(shí)際使用證明，只要在1m濃度的臭氧環(huán)境中連續(xù)放置50小時(shí)就會(huì)發(fā)生密封圈的腐蝕性損害，導(dǎo)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。

　　

　　4 結(jié)論

　　

　　目前，國內(nèi)的臭氧滅菌技術(shù)已廣泛地應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，在食品工業(yè)的應(yīng)用也已有很長時(shí)間了，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(jì)和社會(huì)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(lǐng)域有著更為廣闊的應(yīng)用空間。

　　

　　參考資料

　　

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　　［8］ 上海玉成干燥設(shè)備有限公司《YRD100S 凍干機(jī)操作手冊(cè)》