臭氧与二氧化氯对食醋储存罐的灭菌效果比较

丁伟，田莉，闫裕峰，张思敏，武耀文，梁楷

1. 山西紫林醋业股份有限公司（太原 030400）；2. 山西省食品工业研究所（太原 030024）

臭氧在自然界中存在很广泛，地球大气层中就有一层臭氧层，其能吸收大量的紫外辐射，可以保护地球上的生物不受紫外辐射的危害[1]。臭氧（O3）由3个氧原子构成，是氧（O2）的同素异形体，也是一种强氧化剂，且氧化还原电位仅比氟低。臭氧具有很高的能量，因而很不稳定，在常温、常压下其结构极易发生改变，能快速地转化为氧（O2）和单个氧原子（O），后者活性很强，对细菌、病毒等各种微生物都有极强的氧化作用。臭氧的半衰期为20～25 min，分解产物为氧气，不会对环境造成污染[2-6]。

臭氧的灭菌机制属于生物化学氧化反应。具体为臭氧氧化分解与微生物物质代谢息息相关的各种酶类物质，从而导致其生命活动不能正常进行；臭氧也可以直接与微生物作用，破坏其细胞器和核糖核酸，阻断其生长和繁殖过程；臭氧还可以透过微生物的膜组织，侵入其膜内作用于膜蛋白、膜多糖等，从而改变膜的通透性，导致微生物溶解死亡[7-9]。

二氧化氯（ClO2）极易溶于水，在水中以纯粹的溶解气体存在，具有很好的扩散性，是一种安全高效的广谱型杀菌剂。二氧化氯对细胞壁有较好的吸附和透过性能，其杀菌作用依赖于氯原子的氧化作用，可有效氧化微生物蛋白，杀灭包括细菌繁殖体、细菌芽孢、真菌和病毒等在内的微生物。一般情况下，二氧化氯不会和烷类反应生成氯化烷，与绝大多数脂肪族和芳香族的烃反应，不产生致癌的有机物三氯甲烷，其作用后的残留物为水、微量氯化钠和二氧化碳等无毒物质，对环境无不良影响[10-13]。

食醋是一种常见的酸性调味品，其生产出来后常先置于食醋储存罐中，经调配、检验和灭菌等环节，确保质量达标后才能进行包装出售。因此食醋储存罐的日常清洗灭菌就成为食醋企业日常生产管理中的重要环节。目前食醋行业常用的灭菌方法包括二氧化氯灭菌和臭氧灭菌等，但对其研究多集中于实验室定量杀菌研究，不能完全反应生产中的实际情况[14-17]。

试验选取臭氧气体、臭氧水以及二氧化氯对食醋储存罐进行灭菌效果的比较研究，旨在确定一种灭菌效果好且易于企业生产操作的灭菌技术，确保食醋安全投放市场，保护消费者和企业的共同利益。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

1.1.1 材料与试剂

二氧化氯粉剂（临朐华威生物科技有限公司）；碘化钾（分析纯，天津市凯通化学试剂有限公司）；硫酸、重铬酸钾（分析纯，江苏永丰化学试剂有限公司）；五水合硫代硫酸钠、可溶性淀粉、无水碳酸钠（分析纯，天津市科密欧化学试剂有限公司）；平板计数琼脂（PCA，青岛高科技工业园海博生物技术有限公司）。

1.1.2 主要仪器设备

食醋储存罐（罐底直径×罐高=6 m×10 m不锈钢罐，山西紫林醋业股份有限公司）；臭氧水一体机（CFS-1000，北京山美水美臭氧高科技有限公司）；臭氧浓度检测仪（KYS-2000，青岛凯跃环保设备有限公司）；电子恒温水浴锅（DZKW-4，北京中兴伟业仪器有限公司）；立式压力蒸汽灭菌器（LS-150LD，江阴滨江医疗设备有限公司）；超净工作台（SW-0J-2F，苏州安泰空气技术有限公司）。

1.2 试验方法

1.2.1 臭氧水一体机操作工艺流程及要点

操作要点：

1) 臭氧气体的制备。连接好臭氧水机电源及各管路，开启臭氧水机开关，按下制氧按钮开始制氧气，同时调节氧气流量到最大值（5 L/min），确保充足的氧气来源；然后开启臭氧开关，开始制臭氧，通过调节臭氧发生器电流（简称“电流”）大小控制臭氧产生量，待臭氧气体稳定产出后可进行浓度测定和灭菌操作。

2) 臭氧水的制备。臭氧气体产出稳定后，打开软化水进水开关，立即开启混合泵，调节臭氧水输出流量到机器额定值（15 L/min），调节输出压力到额定压力（2.0 bar），得到一定浓度的臭氧水，待出水稳定后测定其浓度，根据测定结果调节电流大小，得到试验所需的臭氧水浓度，即可进行灭菌操作。

（软化水为自来水经水处理设备过滤除菌得到，其水质澄清，稳定在pH 7左右，水温保持在15 ℃左右；试验用水均为软化水，不再重复说明）。

1.2.2 臭氧气体对食醋储存罐的灭菌效果试验

选取3个食醋储存罐（其内食醋排出后未清洗，空置1 d，下同），用软化水喷淋冲刷去除表面醋垢（同时也为臭氧气体表面杀菌提供所需的环境湿度[18]），分别通入臭氧气体，至浓度60，80和100 mg/m3并保持60 min，测定灭菌前及灭菌30，40，50和60 min时储存罐内表面菌落总数，计算灭菌率，试验重复3次。

1.2.3 臭氧水对食醋储存罐的灭菌效果试验

选取3个食醋储存罐，首先用软化水喷淋冲刷去除表面醋垢，分别用质量浓度1，3和5 mg/L臭氧水对其进行喷淋灭菌，灭菌时间10 min，测定灭菌前及灭菌3，5和10 min时储存罐内表面菌落总数，计算灭菌率，试验重复3次。

1.2.4 二氧化氯对食醋储存罐的灭菌效果试验

参照说明书配制二氧化氯溶液，即先配制2 000 mg/L的母液，加盖活化20 min，分别稀释到100，150和200 mg/L进行试验，试验方法同1.2.3。

1.2.5 臭氧气体浓度的测定

用KYS-2000型臭氧浓度检测仪测定。

1.2.6 臭氧水浓度的测定

参考GB 28232—2011《食品安全国家标准 臭氧发生器安全与卫生标准》中的碘量法测定[19]。

1.2.7 食醋储存罐内表面菌落总数的测定

参考GB 4789.2—2016《食品安全国家标准 食品微生物学检验 菌落总数测定》[20]及GB 15979—2002《一次性使用卫生用品卫生标准》中附录E的方法测定[21]。

1.2.8 灭菌率的计算

灭菌率=（灭菌前菌落总数-灭菌后菌落总数）/灭菌前菌落总数×100% （1）

式（1）中灭菌前后菌落总数单位均为CFU/cm2。

1.3 数据处理方法

运用Excel 2010进行数据整理，SPSS 19.0进行双因素方差分析。

2 结果与分析

2.1 臭氧气体对食醋储存罐的灭菌效果

由表1可知，臭氧气体对食醋储存罐的灭菌率随灭菌时间延长而增加，使用80 mg/m3臭氧气体灭菌50 min时，灭菌率达89.39%，随着浓度和时间继续增加，灭菌率增加不明显；方差分析结果（表2）显示，灭菌时间对灭菌率影响极显著（p＜0.01），而臭氧气体浓度对灭菌率影响不显著，二者交互作用对灭菌率影响也不显著（p≥0.05）。

结果表明，臭氧气体对食醋储存罐具有一定灭菌作用，但灭菌效果较差，灭菌率最高仅90.03%，且灭菌时间持续较长，这可能是臭氧气体扩散性较强，不易附着在食醋储存罐表面导致。

2.2 臭氧水对食醋储存罐的灭菌效果

表3结果显示，使用质量浓度1 mg/L臭氧水对食醋储存罐灭菌效果较差，使用3 mg/L臭氧水灭菌10 min能达到很好的灭菌效果（灭菌率＞99%），而使用5 mg/L臭氧水灭菌5 min，灭菌率达99.29%。

由表2方差分析结果可知，臭氧水浓度、灭菌时间及二者的交互作用对食醋储存罐的灭菌率均有极显著影响（p＜0.01），说明臭氧水对食醋储存罐具有较好的灭菌效果；结合2.1的结果可知，用臭氧水对食醋储存罐进行灭菌，其效果要优于臭氧气体，且灭菌时间也较短，这与彭红等[22]的研究结果相似，原因可能是臭氧水与食醋储存罐表面接触作用明显，水中溶解的臭氧可直接作用于表面微生物。

表1 臭氧气体对食醋储存罐的灭菌效果

表2 臭氧气体对食醋储存罐的灭菌效果方差分析

表3 臭氧水对食醋储存罐的灭菌效果

表4 臭氧水对食醋储存罐的灭菌效果方差分析

2.3 二氧化氯对食醋储存罐的灭菌效果

由表5可知，二氧化氯对食醋储存罐的灭菌率随浓度和灭菌时间增加而提高。使用100 mg/L的二氧化氯灭菌效果较差；使用150 mg/L二氧化氯灭菌10 min，灭菌率可达99%以上；而使用200 mg/L二氧化氯灭菌5 min，灭菌率即达99%以上。

方差分析结果（表6）表明，二氧化氯浓度、灭菌时间及二者的交互作用对灭菌率均有极显著影响（p＜0.01），说明二氧化氯对食醋储存罐具有较好的灭菌效果。结合试验2.2中结果发现，二氧化氯灭菌效果与臭氧水很相似，二者在浓度和灭菌时间对灭菌率的影响趋势上都很接近，这可能是由于二者均为强氧化剂且溶于水中更能发挥其灭菌效能。

表5 二氧化氯对食醋储存罐的灭菌效果

表6 二氧化氯对食醋储存罐的灭菌效果方差分析

3 结论

使用臭氧气体、臭氧水以及二氧化氯分别对食醋储存罐进行灭菌试验，结果表明，使用3 mg/L的臭氧水灭菌10 min和使用5 mg/L臭氧水灭菌5 min均能保证灭菌率在99%以上，使用150 mg/L的二氧化氯灭菌10 min和200 mg/L二氧化氯灭菌5 min也能达到同样的灭菌效果，食醋企业可根据自身实际情况选择这2种灭菌方式及对应的工艺参数，臭氧气体灭菌效果不太理想，不建议使用。