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臭氧在食品加工、冷藏库中的应用

时间:2010-06-19 15:46 来源:未知 作者:admin 点击:
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[摘要] 臭氧气体由于其强氧化作用而成为新的优良消毒剂与杀菌剂,在食品加工车间、冷库消
              毒、除臭净化与食品加工设备消毒,食品表面杀菌、防霉保鲜等有优势,因而获得日趋广
             泛的应用与推广。
[关键词] 臭氧,冷藏库,杀菌,除臭,保鲜
      臭氧气体应用于食品业加工、贮藏已有近百年历史。文献介绍 [1] ,臭氧用于延长食品贮藏期是从1909 年在法国 Cologne 的冷冻厂开始的,当时用于冷藏肉表面杀菌,以提高贮藏期。后来应用更广泛是冷藏鸡蛋的防霉保鲜,在 0℃相对湿度 80% ~90%,2.5mg / m3臭氧条件下贮藏 6个月以上,霉菌很少生长,干耗和萎缩都很少,1940 年美国 80%蛋库装备了臭氧发生器。以后在欧洲的一些大型冷冻厂应用臭氧于肉类、水果、 鸡蛋、 水产品的贮藏和酿酒工业。
      我国在食品行业应用臭氧的时间较短, 随着臭氧发生器制造技术的完善, 臭氧在冷库中应用越来越广泛。自 1986 年开始,在蔬菜水果贮藏防霉保鲜、 食品生产车间消毒与气体除味净化等方面应用,数百家企业取得了良好效果,解决了部分食品出口企业微生物难以控制的难题,取得了巨大的经济效益和社会效益,使臭氧应用技术得到推广普及。
1 臭氧杀菌机理与应用原则
1.1 杀菌机理
      臭氧是依靠其强氧化能力达到杀灭微生物目的,它与微生物细胞中的多种成分产生反应,从而产生不可逆转的变化。一般认为,臭氧灭活病毒是通过直接破坏其 RNA(核糖核酸)或 DNA(脱氧核糖核酸)物质完成的。杀灭细菌、霉菌类微生物是臭氧首先作用于细胞膜,使膜构成成分受到损伤,导致新陈代谢障碍并抑制其生长,臭氧继续渗透破坏膜内组织,直至杀死。湿度增加,杀灭率提高,是由于高湿度下微生物细胞膜变薄,其组织容易被破坏。
1.2 臭氧杀菌消毒的优点
1.2.1 杀菌力强菌谱广
      臭氧对细菌、霉菌、病毒等微生物都具有很强的杀灭力。臭氧可在很低浓度下较短时间完全杀灭金黄葡萄球菌、大肠杆菌及乙肝表面抗原等标准病原体。正常环境下对空气中自然菌可轻易达到85%(一级消毒标准)以上的杀灭率。对由细球菌引起的食品变质,臭氧可完全杀灭它。对在冷库中繁殖迅速的乳酸菌,臭氧可轻易杀灭。霉菌是食品加工、储藏中常见的微生物,在0℃左右的冷库内仍能繁殖,是引起蛋果蔬腐烂的主要原因。霉菌对杀菌消毒剂有较强的抵抗力。兰州大学生物系和甘肃商业科技研究所对兰州地区冷库的灭霉方法进行了研究,结果表明,臭氧灭霉效果最佳[4]。
1.2.2 可直接对食品使用
      臭氧作为杀菌剂是依靠其氧化能力破坏微生物的新陈代谢功能,使用浓度为几个 ppm(10- 6),这样的浓度对食品表面产生的氧化是微不足道的。对食品营养没有损害。同时,臭氧能快速分解为氧气的性质是臭氧作为杀菌剂的又一大优点,因而有“洁净消毒剂”的美称。可直接对食品使用,又不产生残余污染。
1.2.3 应用简便安全经济
      臭氧发生器是以空气为原料放电后产生臭氧的,在密封环境下扩散均匀,包容性好,达到全方位消毒。应用开式臭氧发生器价格低廉、耗电少、可自动运行。
1.3 臭氧与冷藏库其它消毒剂的对比
1.3.1 臭氧和冷藏库常用消毒剂相比
      杀菌能力高于甲醛、二氧化硫、高锰酸钾用氯制剂等消毒剂;杀菌后剩余的臭氧会自行分解为氧气,不产生残留造成污染,这一点是任何化学消毒剂所无法比拟的。
1.3.2 臭氧杀菌与紫外线照射杀菌的比较
      (1)臭氧到处渗透,没有死角。
      紫外线只有照射到物体表面且达到一定的照射强度才有杀菌效果。食品车间一般比较高大,致使紫外线照射强度远远不够,特别是距离远,照射产生很大死角。臭氧为气体,渗透性强,扩散性好,浓度均匀,没有死角。
      (2)杀菌速度快。
      紫外线照射杀菌需要较长的作用时间,一般要照射 6小时以上,而符合标准浓度的臭氧只需开机1小时以上。
(3)有低浓度保洁功能
      紫外线照射时生产人员必须离开现场,照射完成后无法用低功率的紫外线照射保洁;臭氧消毒时生产人员必须离开现场,消毒完成后可以调低臭氧发生量,用符合国家卫生标准的低浓度臭氧继续保持生产车间的空气清洁。
2 臭氧在冷藏库中的应用
      臭氧在冷藏库的应用主要有几个方面:
      一是生产车间空气及设备、器具表面和工作服的杀菌消毒;
      二是生产加工用水的杀菌净化和制备高浓度的臭氧消毒液;
      三是冷库消毒杀菌除臭;
      四是食品保鲜,使新陈代谢产物氧化,从而抑制新陈代谢的过程。
2.1 冷藏库生产车间空气杀菌消毒
      生产车间的微生物污染是影响产品质量的极重要因素,臭氧不但可以有效地杀灭它们,并可有效去除车间异味。通过在各种食品加工企业的应用实例证明,使用臭氧消毒能使生产车间的空气、地面、操作台、器具等物体表面细菌指标达标合格,空气中微生物降低50% ~ 70%,其食品上的细菌生长受到极大抑制。而且一些肉禽屠宰车间内的异味也有明显降低。
      实验证明 [4] ,在 150m3车间内,臭氧消毒 2h(测量臭氧浓度在 4 × 10- 6左右)前后对照数据:空气细菌总数(个/ m3)
           消毒前    消毒后
冷却间   105       26
包装间   1325      0
2.2 更衣室和工作服消毒
      生产车间的大部分细菌,都能通过加工人员的工作服带入生产车间,严重时会导致大面积传播,应引起足够重视。食品加工企业大多数采用紫外线照射消毒,因紫外线照射的天然缺陷,消毒效果较差,而臭氧气体可渗透服装各个部位,故利用臭氧对工作服进行消毒是高效、简单的方法。在每天下班后消毒工作服,在 20m2封闭房间内挂上几十件工作服,在地上洒些水。如利用 3g / h臭氧发生器,开机 3 ~ 4 小时即可达到 8 ~ 10(10- 6)臭氧浓度,取得杀灭率 85%以上的消毒效果[5] 。
2.3生产用水的杀菌净化
      食品生产需要大量洁净水,在生产成本中是一项较大开支。目前食品生产厂家有两种需求:一是水源不合格,如用海水代替淡水加工水产品或自采水存在污染;另一个是加工用水回用或延长使用时间。臭氧处理是完全可以满足这些需求的。臭氧在水中对细菌、病毒、微生物等杀灭率更高、速度更快,对水中有机化合物等污染物质去除彻底,而又不产生二次污染。这对食品加工用水有特别意义。通常生产用水采用氯制剂进行消毒,由于水源受到有机化学产物污染日趋严重,氯制剂消毒后会产生氯仿、二氯乙烷、四氯化碳等氯化有机物,这些物质具有致癌性,因而欧盟国家已禁止使用氯系列长效消毒药剂,日本也将逐步禁止使用。而臭氧消毒处理后不产生二次污染化合物,且臭氧对细菌的杀灭率比氯制剂更高,杀灭速度大约是氯制剂的 300~ 600倍[1]。特别在预冷消毒中,克服了次氯酸钠消毒后氯残留的缺点,可以高效、经济、简便的杀灭细菌,提高产品质量,降低生产成本。
2.4 冷藏库的消毒除臭
      冷库的生物污染源主要是霉菌等,它们对化学消毒剂有很强的耐受力,而且在低温条件下存活。冻结可能会使有些细菌死亡,但有些致病菌对低温有极大的抵抗力,一旦温度回升,这些细菌就会“复苏” 。尤其是冷却间及冷藏间,由于其温度适合嗜低温性细菌、霉菌及酵母菌的生长,会使所贮食品大量损坏。这种情况下,使用臭氧会取得满意效果。实验证明[1] :使用浓度为 6 ~ 12(10- 6)的臭氧连续 3 ~ 4 小时消毒,可以将包括抵抗力极强的未萌动孢子杀死。停机后封库 24 小时以上,细菌杀灭率达 90%左右,霉菌杀灭率可达 80%左右,现场测定停机 48 小时后,虽然臭氧早已分解完,但微生物数量还在不断下降,因此冷库的消毒最好安排在进货前 3天左右进行。臭氧去除异味性能极好。强氧化性能可快速分解臭味及其它有机或无机物质。臭味的主要成分是胺 R3N、硫化氢 H2S、甲硫醇 CH3SH等,臭氧可对其氧化分解。
2.5 食品保鲜
      在食品保鲜中应用臭氧可以起到杀菌防霉与减缓新陈代谢的作用。臭氧发生器产生臭氧可以氧化分解果蔬呼吸分解出的催熟剂 — 乙烯气体 C2H4,同时也产生大量的负氧离子,负氧离子也有抑制果蔬新陈代谢的作用,同冷藏、空调、包装协同使用,更能提高食品的保鲜效果和贮藏期。
2.6 用于食品生产过程的杀菌
      利用臭氧水杀菌新技术可避免传统产品加工工艺对产品质量带来的不利影响,并且可提高产品质量,降低生产成本。该工艺适用于自动化程度较高的连续生产线,从臭氧水喷淋杀菌至无菌包装的工艺操作均需在洁净车间内进行。在冷冻食品的冻前处理中,通过臭氧水喷淋杀菌对水产制品的卫生指标起到了很好的控制作用,例如在出口冻虾仁加工生产中,其改造后的新工艺流程如下:
原料虾 → 冰水清洗 → 去壳、分级 → 低温漂洗 → 消毒浸泡 → 臭氧水喷淋杀菌 → 单体速冻 →包冰衣 → 包装 → 冻藏。
3 臭氧的使用
3.1 臭氧应用原则
      臭氧杀菌能力强,效果好。不同应用目的有相应的浓度要求。在时间允许条件下,选择较低浓度。但低于 0.1(10- 6),则对微生物没有杀灭作用。臭氧气体比重为空气的 1.72 倍,为了扩散均匀,臭氧气体投加位置应在使用房间偏上部,或自下向上吹。在储藏保鲜应用时,应注意使臭氧能容易接触储藏物表面并使各处浓度均匀。应用臭氧的环境湿度应调整到 RH 60%以上,湿度低于 RH 45%时臭氧对空气中微生物几乎没有杀菌作用[1]。湿度越高杀菌效果越好。臭氧使用应与人隔绝,正常杀菌消毒应与工作时间错开(其它消毒方法亦如此)。保证工作环境臭氧低于安全浓度0.1(10- 6) 。一般在湿度较大的情况下,浓度为 2(10- 6)的臭氧,2 h 后即消耗、分解完毕[5] 。操作人员检测时短时间接触臭氧不构成危害。
3.2 臭氧发生器的选用
      臭氧由于易分解不能像氧气那样生产后储存在钢瓶内备用,只能边产生边使用。产生臭氧的设备即为臭氧发生器,目前应用的发生器多是利用交变高压电场产生电晕放电使空气的部分氧气分解、聚6 5 REFRlGERATl() No .2,2005,JuneVol . 24(Total No .91)合为臭氧的。一般空气、物品杀菌消毒选用“开式”发生器,它结构简单,使用方便。产生臭氧浓度较低,不需再扩散稀释。由于臭氧比空气重,开式发生器臭氧出口应选在高处,使臭氧自上而下扩散,浓度比较均匀。一个车间装多台发生器时,应注意布置,使臭氧浓度均匀,同时离门远一点。
      根据多年的实践经验,间断使用臭氧,食品加工车间按 500m3空间选用一台 3g / h 产量臭氧发生器;冷库消毒要求浓度高,可集中多台发生器连续开机 48小时以上。食品加工用水均可按 1m3水投加2.0 ~ 2.5g臭氧设计,按每小时处理水量选择发生器规格即可 [2] 。
3.3 臭氧气体用于冷藏库加工车间的参数见表 1。
      表 1空气中使用臭氧参考浓度(1ppm=2.14mg/m3
用途
种类
浓度ppm
每m3每小时臭氧量mg/H
使用方法

医用器具
20
50-100
20ppm消毒时间60min(国际YY0214.295)
冷库
6-10
15-25
根据库容和污染程度连续开机,主要杀灭霉菌
食品车间
1.0-1.5
2.5-3.5
每天班后开机送O3气体
病房、手术室
2.5-5
5.5-15
需要消毒时开机,按标准检查细菌总数
工作服消毒
10-20
25-50
相对温度90%左右,衣服用衣架挂起



一般场所
1-2
2.5-5
定期开机
鸡蛋
2-2.5
5-5.5
间断供给O3气体,每天开机2-3次
香蕉
2.5-3.5
5.5-8
苹果
2.0
5
叶绿素少的蔬菜
1.5-1
3.5-2.5
鱼、干酪
0.5-1
1.5-2.5



停尸房
3
7
有臭味即开机除臭
鱼类加工厂
3
7
污染气体进入处理管道,在管道内投入O3气体氧化除臭。如车间内异味严重,应在车间进风口投加O3气体,以嗅不到O3气体为宜。
屠宰车间
2-3
5-7
脂肪酸类工厂
10
25
橡胶厂
3-10
7-25
垃圾废物处理
10
25
污水处理厂
1-2
2.5-5
           
4 臭氧的安全性
      臭氧作为杀菌消毒剂当然不能对人直接使用,隔绝人使用是一项原则。
多年理论研究与实践证明,臭氧对人的影响在消毒剂中是比较小的。我国卫生部制定的《工厂卫生标准》中规定臭氧安全标准 0.15ppm ,美国和国际臭氧协会的标准是 0.1 ppm下工作 8 ~ 10 小时。在这些浓度下任何人都会感觉到臭氧的特异性臭味,有人会有轻微口干的感觉。这些刺激当离开臭氧区回到自然环境下,即很快消失不留症状。
车间消毒安排在上班前下班后,贮藏库开机时间与查库、出货时间错开,人们即使嗅到点臭氧,由于时间很短也没有任何损害。
4.1 对食品的影响
      臭氧杀菌1ppm级,作用于食品表面只产生极微弱的氧化作用,不足以影响食品内在物质变化。由于臭氧仍易分解,空气中半衰期 20 ~ 50分钟,在食品表面也不产生残留。
4.2 对食品与冷库加工设备的影响
      虽然臭氧是强氧化剂,但由于在空气中应用浓度与对表面氧化要求相比还是很低的,不足以造成明显损害。实践证明,应用多年的加工车间、冷库,均未发现设备、装置明显受损的情况,橡胶制品除外。由于水处理应用臭氧浓度高,接触臭氧部分的材料应具有防氧化能力。
总之,臭氧气体由于其强氧化作用而成为新的优良消毒剂与杀菌剂,在食品加工车间、冷库消毒,除臭净化与食品加工设备消毒,食品表面杀菌、防霉保鲜等有优势,因而获得日趋广泛的应用与推广。


 

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