臭氧與二氧化氯對食醋儲存罐的滅菌效果比較

丁偉，田莉，閆裕峰，張思敏，武耀文，梁楷

1. 山西紫林醋業股份有限公司（太原 030400）；2. 山西省食品工業研究所（太原 030024）

臭氧在自然界中存在很廣泛，地球大氣層中就有一層臭氧層，其能吸收大量的紫外輻射，可以保護地球上的生物不受紫外輻射的危害[1]。臭氧（O3）由3個氧原子構成，是氧（O2）的同素異形體，也是一種強氧化劑，且氧化還原電位僅比氟低。臭氧具有很高的能量，因而很不穩定，在常溫、常壓下其結構極易發生改變，能快速地轉化為氧（O2）和單個氧原子（O），后者活性很強，對細菌、病毒等各種微生物都有極強的氧化作用。臭氧的半衰期為20～25 min，分解產物為氧氣，不會對環境造成污染[2-6]。

臭氧的滅菌機制屬于生物化學氧化反應。具體為臭氧氧化分解與微生物物質代謝息息相關的各種酶類物質，從而導致其生命活動不能正常進行；臭氧也可以直接與微生物作用，破壞其細胞器和核糖核酸，阻斷其生長和繁殖過程；臭氧還可以透過微生物的膜組織，侵入其膜內作用于膜蛋白、膜多糖等，從而改變膜的通透性，導致微生物溶解死亡[7-9]。

二氧化氯（ClO2）極易溶于水，在水中以純粹的溶解氣體存在，具有很好的擴散性，是一種安全高效的廣譜型殺菌劑。二氧化氯對細胞壁有較好的吸附和透過性能，其殺菌作用依賴于氯原子的氧化作用，可有效氧化微生物蛋白，殺滅包括細菌繁殖體、細菌芽孢、真菌和病毒等在內的微生物。一般情況下，二氧化氯不會和烷類反應生成氯化烷，與絕大多數脂肪族和芳香族的烴反應，不產生致癌的有機物三氯甲烷，其作用后的殘留物為水、微量氯化鈉和二氧化碳等無毒物質，對環境無不良影響[10-13]。

食醋是一種常見的酸性調味品，其生產出來后常先置于食醋儲存罐中，經調配、檢驗和滅菌等環節，確保質量達標后才能進行包裝出售。因此食醋儲存罐的日常清洗滅菌就成為食醋企業日常生產管理中的重要環節。目前食醋行業常用的滅菌方法包括二氧化氯滅菌和臭氧滅菌等，但對其研究多集中于實驗室定量殺菌研究，不能完全反應生產中的實際情況[14-17]。

試驗選取臭氧氣體、臭氧水以及二氧化氯對食醋儲存罐進行滅菌效果的比較研究，旨在確定一種滅菌效果好且易于企業生產操作的滅菌技術，確保食醋安全投放市場，保護消費者和企業的共同利益。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料與試劑

二氧化氯粉劑（臨朐華威生物科技有限公司）；碘化鉀（分析純，天津市凱通化學試劑有限公司）；硫酸、重鉻酸鉀（分析純，江蘇永豐化學試劑有限公司）；五水合硫代硫酸鈉、可溶性淀粉、無水碳酸鈉（分析純，天津市科密歐化學試劑有限公司）；平板計數瓊脂（PCA，青島高科技工業園海博生物技術有限公司）。

1.1.2 主要儀器設備

食醋儲存罐（罐底直徑×罐高=6 m×10 m不銹鋼罐，山西紫林醋業股份有限公司）；臭氧水一體機（CFS-1000，北京山美水美臭氧高科技有限公司）；臭氧濃度檢測儀（KYS-2000，青島凱躍環保設備有限公司）；電子恒溫水浴鍋（DZKW-4，北京中興偉業儀器有限公司）；立式壓力蒸汽滅菌器（LS-150LD，江陰濱江醫療設備有限公司）；超凈工作臺（SW-0J-2F，蘇州安泰空氣技術有限公司）。

1.2 試驗方法

1.2.1 臭氧水一體機操作工藝流程及要點

操作要點：

1) 臭氧氣體的制備。連接好臭氧水機電源及各管路，開啟臭氧水機開關，按下制氧按鈕開始制氧氣，同時調節氧氣流量到最大值（5 L/min），確保充足的氧氣來源；然后開啟臭氧開關，開始制臭氧，通過調節臭氧發生器電流（簡稱“電流”）大小控制臭氧產生量，待臭氧氣體穩定產出后可進行濃度測定和滅菌操作。

2) 臭氧水的制備。臭氧氣體產出穩定后，打開軟化水進水開關，立即開啟混合泵，調節臭氧水輸出流量到機器額定值（15 L/min），調節輸出壓力到額定壓力（2.0 bar），得到一定濃度的臭氧水，待出水穩定后測定其濃度，根據測定結果調節電流大小，得到試驗所需的臭氧水濃度，即可進行滅菌操作。

（軟化水為自來水經水處理設備過濾除菌得到，其水質澄清，穩定在pH 7左右，水溫保持在15 ℃左右；試驗用水均為軟化水，不再重復說明）。

1.2.2 臭氧氣體對食醋儲存罐的滅菌效果試驗

選取3個食醋儲存罐（其內食醋排出后未清洗，空置1 d，下同），用軟化水噴淋沖刷去除表面醋垢（同時也為臭氧氣體表面殺菌提供所需的環境濕度[18]），分別通入臭氧氣體，至濃度60，80和100 mg/m3并保持60 min，測定滅菌前及滅菌30，40，50和60 min時儲存罐內表面菌落總數，計算滅菌率，試驗重復3次。

1.2.3 臭氧水對食醋儲存罐的滅菌效果試驗

選取3個食醋儲存罐，首先用軟化水噴淋沖刷去除表面醋垢，分別用質量濃度1，3和5 mg/L臭氧水對其進行噴淋滅菌，滅菌時間10 min，測定滅菌前及滅菌3，5和10 min時儲存罐內表面菌落總數，計算滅菌率，試驗重復3次。

1.2.4 二氧化氯對食醋儲存罐的滅菌效果試驗

參照說明書配制二氧化氯溶液，即先配制2 000 mg/L的母液，加蓋活化20 min，分別稀釋到100，150和200 mg/L進行試驗，試驗方法同1.2.3。

1.2.5 臭氧氣體濃度的測定

用KYS-2000型臭氧濃度檢測儀測定。

1.2.6 臭氧水濃度的測定

參考GB 28232—2011《食品安全國家標準 臭氧發生器安全與衛生標準》中的碘量法測定[19]。

1.2.7 食醋儲存罐內表面菌落總數的測定

參考GB 4789.2—2016《食品安全國家標準 食品微生物學檢驗 菌落總數測定》[20]及GB 15979—2002《一次性使用衛生用品衛生標準》中附錄E的方法測定[21]。

1.2.8 滅菌率的計算

滅菌率=（滅菌前菌落總數-滅菌后菌落總數）/滅菌前菌落總數×100% （1）

式（1）中滅菌前后菌落總數單位均為CFU/cm2。

1.3 數據處理方法

運用Excel 2010進行數據整理，SPSS 19.0進行雙因素方差分析。

2 結果與分析

2.1 臭氧氣體對食醋儲存罐的滅菌效果

由表1可知，臭氧氣體對食醋儲存罐的滅菌率隨滅菌時間延長而增加，使用80 mg/m3臭氧氣體滅菌50 min時，滅菌率達89.39%，隨著濃度和時間繼續增加，滅菌率增加不明顯；方差分析結果（表2）顯示，滅菌時間對滅菌率影響極顯著（p＜0.01），而臭氧氣體濃度對滅菌率影響不顯著，二者交互作用對滅菌率影響也不顯著（p≥0.05）。

結果表明，臭氧氣體對食醋儲存罐具有一定滅菌作用，但滅菌效果較差，滅菌率最高僅90.03%，且滅菌時間持續較長，這可能是臭氧氣體擴散性較強，不易附著在食醋儲存罐表面導致。

2.2 臭氧水對食醋儲存罐的滅菌效果

表3結果顯示，使用質量濃度1 mg/L臭氧水對食醋儲存罐滅菌效果較差，使用3 mg/L臭氧水滅菌10 min能達到很好的滅菌效果（滅菌率＞99%），而使用5 mg/L臭氧水滅菌5 min，滅菌率達99.29%。

由表2方差分析結果可知，臭氧水濃度、滅菌時間及二者的交互作用對食醋儲存罐的滅菌率均有極顯著影響（p＜0.01），說明臭氧水對食醋儲存罐具有較好的滅菌效果；結合2.1的結果可知，用臭氧水對食醋儲存罐進行滅菌，其效果要優于臭氧氣體，且滅菌時間也較短，這與彭紅等[22]的研究結果相似，原因可能是臭氧水與食醋儲存罐表面接觸作用明顯，水中溶解的臭氧可直接作用于表面微生物。

表1 臭氧氣體對食醋儲存罐的滅菌效果

表2 臭氧氣體對食醋儲存罐的滅菌效果方差分析

表3 臭氧水對食醋儲存罐的滅菌效果

表4 臭氧水對食醋儲存罐的滅菌效果方差分析

2.3 二氧化氯對食醋儲存罐的滅菌效果

由表5可知，二氧化氯對食醋儲存罐的滅菌率隨濃度和滅菌時間增加而提高。使用100 mg/L的二氧化氯滅菌效果較差；使用150 mg/L二氧化氯滅菌10 min，滅菌率可達99%以上；而使用200 mg/L二氧化氯滅菌5 min，滅菌率即達99%以上。

方差分析結果（表6）表明，二氧化氯濃度、滅菌時間及二者的交互作用對滅菌率均有極顯著影響（p＜0.01），說明二氧化氯對食醋儲存罐具有較好的滅菌效果。結合試驗2.2中結果發現，二氧化氯滅菌效果與臭氧水很相似，二者在濃度和滅菌時間對滅菌率的影響趨勢上都很接近，這可能是由于二者均為強氧化劑且溶于水中更能發揮其滅菌效能。

表5 二氧化氯對食醋儲存罐的滅菌效果

表6 二氧化氯對食醋儲存罐的滅菌效果方差分析

3 結論

使用臭氧氣體、臭氧水以及二氧化氯分別對食醋儲存罐進行滅菌試驗，結果表明，使用3 mg/L的臭氧水滅菌10 min和使用5 mg/L臭氧水滅菌5 min均能保證滅菌率在99%以上，使用150 mg/L的二氧化氯滅菌10 min和200 mg/L二氧化氯滅菌5 min也能達到同樣的滅菌效果，食醋企業可根據自身實際情況選擇這2種滅菌方式及對應的工藝參數，臭氧氣體滅菌效果不太理想，不建議使用。