臭氧的氧化作用仅次于氟,这一特性已在日本食品和加工厂的杀菌中得到应用。此外,与氯基杀菌剂一样,没有有毒残留物,也不会形成有害的三卤甲烷。基于这些 优点,臭氧已被用于食品、食品材料和食品加工厂的水和空气处理。在日本,食品加工中的使用量正在增加。本文介绍了臭氧杀菌,介绍了日本食品中的杀菌系统和设备。

目前,日本食品行业有500多个臭氧气体或水处理设施,超过10万个食品处理厂。这种广泛的应用清楚地表明了臭氧在食品工业中的功效和用途。现代臭氧发生器产 生高浓度的臭氧,能耗低,不需要维护,也不会产生金属粉尘。这些优良的特性使臭氧的生产更加经济。这种臭氧发生器现在广泛用于食品加工、食品储存以及饮用 水的处理。

臭氧的主要优点使它成为最受食品工业关注的候选技术之一。臭氧是食品工业中对乳酸菌(很多食品腐败是由乳酸菌引起的)进行消毒的最有效的杀菌剂之一。过量的 臭氧会迅速分解产生氧气,因此不会在食物中留下任何残留物。鉴于臭氧的作用机制涉及氧化和破坏细胞壁和细胞质膜;对臭氧敏感性的差异可能源于细胞壁结构的 差异。也许臭氧首先直接氧化和破坏细菌的细胞壁和细胞质膜,然后进入细胞并作用于它的DNA。如果是这样,细菌就不会对臭氧产生抗药性。臭氧迅速分解,没 有残留。由于上述结果,臭氧已被日本卫生福利部批准作为食品添加剂使用。因此,似乎臭氧气体或臭氧化水目前将受到法律限制(美国政府在2001年批准臭氧作为 直接食品添加剂)。臭氧化水在日本食品工业中的应用正在迅速扩大,特别是用于消毒食品表面、食品加工设备、仪器仪表等。该杀菌剂对棒状杆菌、大肠杆菌和乳 酸菌的杀灭作用较低。臭氧化的水比臭氧化的气体更容易处理。为了有效利用臭氧化水,各公司开发了高浓度臭氧化制水机。

1、蔬菜水果

臭氧水是蔬菜和水果中已知的最有效的消毒剂之一,但它不会在蔬菜和水果上或接触表面上方留下有害残留物。通过自动和节能操作,可以高效生产高浓度的臭氧 水。臭氧处理增加了蔬菜和水果的保质期。胡萝卜,白菜,生菜,苹果,橙子,葡萄,醋栗,日本柿子,萝卜,黄瓜,菠菜,豆芽,香菜,甜瓜,马铃薯都 用0.5–5.0mg / L臭氧水处理过。处理后,无需用自来水冲洗这些蔬菜和水果,因为在日本,臭氧水已被批准用于新鲜蔬菜和水果。臭氧水含量为0.5–5mg / L 效 果似乎比其他消毒化学药品要高。臭氧水对组织表面的微生物作用大于在浸渍物中的微生物作用,这表明组织内部的微生物更难控制。臭氧水的作用还受新鲜蔬菜和 水果的类型和样式的影响,这证实了有关切片,切丝和棒状的报道研究。

蔬菜和水果组织中细菌的存在通常与腐败和安全性有关。在健康的水果中,细菌菌群被认为仅限于表面,而内部组织保持无菌。但是在正常健康的新鲜组织中几乎没 有实验确认细菌(Naitoh,1991年)。它们主要是革兰氏阴性运动杆,革兰氏阳性杆和球菌。在蔬菜和水果的表面发现形成乳酸的细菌。蔬菜和水果易受微生物变 质的影响,因为切片机的加工步骤可能是微生物污染的主要场所之一,并且内部组织在切割后会暴露于微生物污染。蔬菜的初始微生物负荷会影响产品的储存寿命。 细菌似乎可以通过不同的途径进入活体植物组织。用盐水腌制蔬菜后,细菌会在组织和盐水中繁殖。已显示出次氯酸钠,有机酸和乙醇等化学化合物可减少蔬菜和水 果上的微生物种群。但是高浓度的化合物可能会导致产品变脏以及产品和设备上的残留物。0.5-2.0 mg / L的臭氧水已在60多个蔬菜和水果行业中广泛用作消毒剂, 因为该浓度的浓度不会对产品造成伤害,残留的臭氧也不会达到有毒的水平。在生菜-水混合物中鼓泡臭氧气体(4.9%,体积/体积; 0.5升/分钟)可在5分钟内将自 然微生物负荷降低1.5-1.9 log。

将臭氧化处理用于胡萝卜洗涤水的中试规模处理。臭氧注入速率约为在臭氧化30分钟后,总大肠菌群计数为5g / L / h,下降了3 log。臭氧-空气混合物(0.02–0.2 ppm)和臭氧水(0.3–0.5m / L)减少了豆芽(黑皮和苜蓿)的总微生物数量(5–2.0 mg / L的臭氧水已在60多个蔬菜和水果行业中广泛用作消毒剂,因为该浓度 的浓度不会对产品造成伤害,残留的臭氧也不会达到有毒的水平。

在生菜-水混合物中鼓泡臭氧气体(4.9%,体积/体积; 0.5升/分钟)可在5分钟内将自然微生物负荷降低1.5-1.9 log。将臭氧化处理用于胡萝卜洗涤水的中试规模处 理。臭氧注入速率约为在臭氧化30分钟后,总大肠菌群计数为5g / L / h,下降了3 log。臭氧-空气混合物(0.02–0.2 ppm)和臭氧水(0.3–0.5m / L)减少了豆 芽(黑皮和苜蓿)的总微生物数量(5–2.0 mg / L的臭氧水已在60多个蔬菜和水果行业中广泛用作消毒剂,因为该浓度的浓度不会对产品造成伤害,残留的臭氧也 不会达到有毒的水平。(Naitoh和Shiga,1982年)。

臭氧处理增加了蔬菜的保质期,但总微生物减少并不明显。臭氧水是一种常见的食品消毒剂,其有效性取决于浓度,pH,温度,有机物,暴露时间。有效性随着可 用臭氧浓度的增加而增加。

部分加工食品(包括卷心菜)的微生物区系尚不明确。直到对腐败的两种原因都进行了很好的描述之后,才能评估卷心菜的生理破坏和微生物腐烂的相对重要性。但 是,如果通过表面消毒排除了卷心菜的变质,则肠杆菌会继续繁殖,导致内部膨胀,腐烂性增加。

确定了切碎的生菜,葡萄,草莓,黄瓜片,萝卜丝和胡萝卜丝的臭氧改性气氛包装,储存温度和时间对微生物的存活率和生长的影响。在含有臭氧气体的气氛下进行 包装对大肠杆菌的种群具有明显的影响。在5°C下贮藏的上述蔬菜和水果的活大肠杆菌数量有所下降。在日本,尽管已知用臭氧改性的大气包装来延长生蔬菜和水 果的保质期,但是也已知这种加工处理降低了大肠杆菌和棒状杆菌的可能性。

2、鱼类和加工海产品

在渔业中,鱼用臭氧水处理用以消毒和改善感官质量。用含2.0 mg/L臭氧水的1.5% NaCl溶液处理冷冻或新鲜虾、鱿鱼、章鱼、鲭鱼、金枪鱼、黄尾鱼和鲑鱼5-10 分钟,活菌数减少2-3个log。单次臭氧化水处理可使上述渔场的贮存寿命增加50% ~ 80%。臭氧化水体对水产养殖业的厂内杀菌效果较好,对弧菌、沙门氏菌、大 肠杆菌、金黄色葡萄球菌等腐败菌的灭活效果较好。臭氧化水处理通过减少三甲胺的形成来改善鱼的感官质量,促进渔船上鱼体表黏液的分离。臭氧化水最有效的处 理方法是:在鱼类生长发育的过程中,细菌从皮肤侵入鱼体,所以在新鲜的鱼体中使用臭氧化水。臭氧化水洗处理缩短了水洗时间,改善了颜色。

熏制鱿鱼制品的膨化变质有时是由异发酵乳酸菌产气引起的。分离鉴定了一种受膨化变质影响的烟熏鱿鱼制品中的微生物。微生物在厌氧条件下,于MRS琼脂平板 和BCP平板计数琼脂平板上分离。该菌是一种具有异发酵作用的乳酸菌,被鉴定为果糖乳杆菌。推测果糖乳杆菌产气膨胀腐败与空气中的微生物有关,该菌株在鱿鱼 第二次调味过程中发生污染。随着溶臭氧浓度在0.5 ~ 2.0 mg/L范围内的增加,该菌株的存活率在120 s内明显下降。这些细菌的102-103 /ml处理通常比0.5 mg/L 的104-105 /ml处理对该菌株的臭氧失活更有效。(Naitoh等,2001)。一般来说,熏制的鱿鱼制品会像鱼类制品一样受到微生物的破坏。导致变质的主要细菌种类 随着熏制鱿鱼制品的温度而变化,但在通常使用的正常温度下,微球菌和念珠菌的种类最有可能占主导地位,其次是芽孢杆菌和毕赤酵母(Naitoh, 1986)。臭氧气体 处理是最常用的方法来防止或延缓细菌的生长和腐败,直到鱿鱼被使用或以其他方式处理(Naitoh, 1986)。

用臭氧气体处理干墨鱼可以加速净化,这在日本已经是一个商业过程十年了。咸鱼被耐盐或喜盐的细菌属、沙雷菌属、微球菌属、芽孢杆菌属、碱性细菌属、假单胞 菌属和其他细菌所破坏,这些细菌常引起海水变色。小球菌是墨鱼干中主要的腐败微生物。在新的实验中发现,在有墨鱼干的情况下,臭氧处理降低了各种微球菌、 溶干酪分枝杆菌、嗜乳杆菌(M. caseolyticus)和嗜乳杆菌(M. colpogenes)的水平(Naitoh和Sannomiya, 1985)。很明显,臭氧气体添加到干燥墨鱼在低浓度与微球 菌迅速反应,从而没有出现红色,粉红色,黄色等变色现象。

3、谷物和谷物产物

小麦粉中的细菌包括芽孢杆菌,大肠菌,微球菌,黄杆菌,产碱菌和沙雷氏菌的孢子。霉菌孢子主要是曲霉和青霉菌的孢子,还有一些链格孢属,克氏孢子菌和其他 属。细菌的数量差异很大,从每克几百到几千。新鲜出炉的面包的表面实际上不含活的微生物,但在冷却过程中和包装前,会受到空气中霉菌孢子的污染。在切片过 程中,空气中,刀具上或包装纸上的微生物都可能造成污染。从变质的白面包中分离出的橙色霉菌在形态和生理上被鉴定为褐藻。当将腐霉分枝杆菌接种到白面包 上,并在25°C下孵育2周时,白面包在储存过程中会形成橙色斑点。在白面包制造过程中检测到的主要空气传播霉菌菌株为M. suaverolens,Cladosporium,曲霉,青霉,Aureobacidium。发现suaverolens的存活率随着溶解臭氧浓度的增加(从1到15mg / l)而降低,所有霉菌细胞在25°C下用含15mg / L溶解臭氧的臭 氧水完全杀死5分钟(Naitoh等人。,2000)。

分离并鉴定出黄连豆腐(包装后加热)中带有黄色斑点的微生物。在厌氧条件下于20℃在豆浆琼脂平板和BCP平板计数琼脂平板上分离微生物。该微生物是一种乳酸 菌,被鉴定为米氏半乳清蛋白。由于其在空气传播的微生物中的检测,据估计,这种菌株的污染是在生产Juten-Tofu的过程中发生的。研究了该菌株在臭氧水中的 失活。通过将溶解臭氧浓度范围从0.7增至3 mg / L,该菌株的存活率可显着降低120 s。pH 7和8的处理通常比pH 3和4的处理更有效。该菌株的存活率随 0.1–1mM 叔丁醇7的增加而增加。

研究了臭氧在气相和紫外光下的协同杀菌作用。将4个芽孢杆菌菌株和6个梭状芽孢杆菌菌株的孢子置于反应室中,以通过臭氧,通过UV辐射以及在不同的相对湿度 下通过臭氧和UV辐射两者进行处理。给出了浓度为0.5至90 ppm的臭氧处理1至5小时,以及以80 mW / cm 2的照射时间为5至20 s的紫外线处理。在可见条件下, 将在11、33、52、80和95%RH下冷冻干燥的孢子在10°C下暴露于50 ppm臭氧中5小时。相对于11-52%RH的孢子,相对于80-95%RH的孢子对臭氧更敏感 (Naitoh,1992)。

在上述条件下,通过增加臭氧浓度可以显着增强杀孢作用。在20°C 下以80 mW / cm 2的紫外线在11、33、52、80和95%RH下冷冻干燥的孢子照射5-20 s。相 对于11–33%RH的孢子,相对湿度52–95%的孢子对紫外线更敏感。

通过增加紫外线照射时间,杀孢效果明显增强。交替进行臭氧处理和紫外线照射的组合处理减少了芽孢杆菌和梭状芽胞杆菌孢子灭活的接触时间 (Naitoh,1992)。

4、糖果产品

糖果是糖食或巧克力糖食这两个类别之一,尽管有时会使用更广泛的分类。这些产品包含糖,糖浆,蜂蜜或其他甜味剂。此外,糖果产品可能包含可可或巧克力产 品;奶粉或其他乳制品;坚果,椰子或其他水果;谷物产品,包括脆米,淀粉,明胶或其他增稠剂;蛋清香料,色素,香精或酸味剂;或其他成分。糖食包括蛋糕, 糖果,太妃糖,焦糖,软糖,奶油和酱。能够引起蛋糕膨松的细菌的孢子将在烘焙过程中存活下来。在糖果工厂产品中,特别是在炎热的天气中,短蛋糕或装饰蛋糕 的闷烧感很常见。僵死是由黏液样变体引起的枯草芽孢杆菌,短小芽孢杆菌,Macerans 芽孢杆菌,地衣芽孢杆菌和巨大芽孢杆菌(Naitoh,1986)。这些种类的 孢子可以承受烘烤过程中饼的温度,该温度不超过100°C或在冷却过程中被污染,并且如果条件允许的话,它们可以在面包中发芽和生长。明显的结霜状况是芽孢 杆菌被囊化的结果,是生物体蛋白酶将面粉蛋白水解,淀粉酶将淀粉水解,从而产生糖以促进绳索形成。蛋糕同样容易受到污染。

豆腐干脱水的理化和微生物学研究表明,特定细菌,枯草芽孢杆菌,地衣芽孢杆菌和嗜热脂肪芽孢杆菌会转化成分中的糖。脱水率超过30%的Mizu-yokan伴随着葡 萄糖,果糖,麦芽糖和麦芽三糖的增加,以及由蔗糖在成分中形成左旋糖。这些微生物很容易被臭氧消毒(Naitoh,1985年,1988年;Naitoh和 Matsunaga,2002年)。

霉菌是糖果产品中变质的主要原因,腐败特征包括产品或包装材料表面上可见的霉菌菌落。它们的生长可能会产生霉味和异味。由于脂质的酶水解,在高脂肪含量的 产品中可能会产生肥皂味。云南温泉蓝藻89的模具米曲霉,黑曲霉,A.橡胶,A. restrictus,圆弧青霉,扩展青霉,芽枝状枝孢,芽枝状枝孢,Wallemia SEBI和 Wallemia suaverolens已经从损坏的Baum的kuhen,海绵蛋糕,蛋糕栗子分离,蒸汽糕,软圆米糕,蛋糕和豆沙煎饼(Naitoh,1998)。

这些微生物很容易在5°C下用1-10 mg / L的臭氧水灭菌100-300 s(Naitoh,1998)。

5、肉和肉制品

肉类会通过自身的酶和微生物作用而发生变化,并且其脂肪可能会被化学氧化。在使牛肉和野味变软时,需要适量的自溶作用,以使其悬挂或老化。由过度的自溶引 起的失败称为酸化,这是一个不精确的术语,适用于各种类型的食物变质,实际上几乎适用于任何发出酸味的食物。由于自溶引起的酸化难以与微生物作用引起的缺 陷(特别是简单的蛋白水解)分离或区分开。但是,这种通过肉类酶进行的蛋白质初步水解无疑会通过提供许多不能攻击完整天然蛋白的微生物所需的简单氮化合物 来帮助微生物在肉类中开始生长。有人指出,在屠宰,穿衣,在切割过程中,微生物主要来自动物及其肠道的外部,但通常从刀,布,空气,工人,手推车,盒子和 设备中添加的微生物更多。添加了各种各样的生物,因此可以假定在通常条件下会存在大多数潜在的变质生物,并且如果有利条件自身也能够生长。二氧化碳,主要 由因此可以假设,在正常条件下,会存在大多数潜在的腐败生物,如果有利条件自身存在,它们将能够生长。二氧化碳,主要由因此可以假设,在正常条件下,会存 在大多数潜在的腐败生物,如果有利条件自身存在,它们将能够生长。二氧化碳,主要由如果将烟熏鸡肉卷包装成气密,柔软的膜,则芽孢杆菌,凝结芽孢杆菌,凝 结芽孢杆菌,圆环芽孢杆菌,蜡状芽孢杆菌,地衣芽孢杆菌和短芽孢杆菌可能会使它们膨胀(Naitoh,1984)。

臭氧还可以用于防止熏制鸡肉卷过程中的二次污染。从变质的烟熏鸡肉卷中分离出的微生物暴露于0.3–0.8 ppm的臭氧中1-4小时。这些细菌减少了 (Naitoh,1984)。

6、加工厂

空气消毒是食品工业洁净室技术的重要组成部分。臭氧气体和臭氧水对空气中的微生物有效且可重现。臭氧还可用于防止食品制造过程中的二次污染。由于气态臭氧 的重量是空气的1.7倍,因此,在天花板上铺设带孔的管道会使气态臭氧从上到下降落,在存在水分或有机物的情况下分解。一家生产日式面条的工厂的室内环境每 天暴露于0.05-0.18 ppm的臭氧中5-6小时。由乳杆菌等空气污染物导致产品膨胀现象,在日本排面条的加工过程减少了(Naitoh,1997a)。

在纳豆的生产中,将煮沸的大豆用几株枯草芽孢杆菌纳豆接种,并在40°C下发酵20小时。包装在外面变粘;枯草芽孢杆菌纳豆菌在纳豆菌中生长,释放出胰蛋白酶 样酶,这在成熟过程中很重要。但是,引起整个日本纳豆粘液形成的噬菌体污染纳豆植物的现状是当今最关键的话题之一。许多纳豆植物从发酵室,车间和每种植物 的溢流中取出来检测噬菌体的存在。

为了从纳豆植物中除去噬菌体,臭氧水非常有用。臭氧水也可用于在纳豆生产过程中防止噬菌体污染。在纳豆工厂的内地板上每天喷洒0.5到1.0 mg / L的臭氧水, 持续3个月,每天30分钟(Naitoh,1997b)。消除了纳豆菌过程中的地板污染,如纳豆噬菌体。

臭氧还可以用于防止大豆制造过程中煮沸的海藻食品二次污染。调味海藻工厂的内部环境每天暴露于0.12-0.26 ppm的臭氧中5-6小时,每天喷洒0.8 mg / L臭氧水 次。在调味海藻的工厂加工过程中,减少了在空中和地面的污染,例如Weissella绿光,这些污染物会引起臭味和在大豆中煮沸的海藻食品的液化现象 (Naitoh,1998b)。

总结:臭氧在食品工业中是一种有效的强效消毒剂,用于蔬菜、水果、鱼和海产品加工、谷类和谷类产品、糖果产品、肉类和肉制品、加工厂。重要的是,臭氧浓度 的变化取决于处理的材料、微生物和环境条件。

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