引言

隨著經(jīng)濟的發(fā)展和人們生活水平的不斷提高，冰箱已走進千家萬戶，成為日常生活不可缺少的家用電器。冰箱是人為制造一低溫環(huán)境來保存食品的設備。早期的冰箱沒有抗菌和殺菌的功能,僅僅依靠低溫來保鮮食物,這種冰箱內(nèi)的食品，尤其是冷藏室中的食品時間長了仍然要腐敗變質(zhì)，這是因為在低溫環(huán)境下仍然有細菌存在。后來人們在冰箱內(nèi)膽里加入抗菌材料來進行殺菌,雖然有一定的效果,但是只能殺死與冰箱內(nèi)壁接觸的細菌,而冰箱內(nèi)部的細菌無法殺死。本研究就是在這種背景下進行的，目的是研制出一種不僅能為食品提供低溫，還能創(chuàng)造一個潔凈的環(huán)境、能殺滅食品上的細菌的新型冰箱。

2目前的研究情況

臭氧技術在食品加工，果蔬保鮮，肉類儲藏等領域內(nèi)的研究工作在國內(nèi)外早就已經(jīng)展開，相關的報道也屢見報端；負離子技術在這方面的應用及研究工作近年來也在日漸加強。

2.1臭氧殺菌原理

臭氧的電極電位是2.07ｅＶ,是一種潛在的氧化劑,其氧化能力僅次于氟、氯、三氟化合物和氫氧根自由基,位于第5位,在實際應用中呈現(xiàn)出奇特的消毒、滅菌等作用，同時臭氧在自然狀態(tài)下易產(chǎn)生氫氧根自由基的特點,也使得臭氧廣泛應用于食品生產(chǎn)的消毒滅菌等工序中[1]。臭氧能夠徹底殺滅細菌和病毒,尤其是對大腸桿菌、赤痢菌、流感病毒等特別有效,1min可去除率達99.99%。霉菌是果蔬儲藏中最常見的微生物，它具有較強的耐受力，在 0℃左右的冷庫內(nèi)仍能生存繁殖，霉菌對消毒劑具有較強的抵抗力，成為引起果蔬腐爛變質(zhì)的主要原因，高濃度的臭氧(體積分數(shù)為10～15 ppm)能殺死霉菌,低濃度臭氧有抑制霉菌生長作用。臭氧殺滅菌過程屬生物化學氧化反應。臭氧滅菌有以下3種形式：[2]①臭氧能氧化分解細菌內(nèi)部葡萄糖所需的酶，使細菌滅活死亡；②直接與細菌、病毒作用，破壞它們的細胞壁和DNA、RNA，使細菌的新陳代謝受到破壞，導致細菌死亡；③透過細胞膜組織，侵入細胞內(nèi)，作用于外膜的脂蛋白和內(nèi)部的脂多糖，使細菌發(fā)生通透性畸變而溶解死亡。臭氧具有殺菌力強、菌譜廣、可自行分解不產(chǎn)生殘余污染的優(yōu)點。因此，臭氧能對果蔬類殺菌防霉，延長儲藏期；另一方面，臭氧氣體會快速氧化分解果蔬呼吸排出的乙烯氣體，乙烯是催熟劑，會增強呼吸加速成熟過程。乙烯被分解后降低了果蔬的新陳代謝，減慢了生理老化進程，因而實現(xiàn)了保鮮作用；需要特別強調(diào)的是,臭氧在消毒、滅菌過程中僅產(chǎn)生無毒的氧化物,多余的臭氧最終還原成為氧,不存在殘留物,沒有任何遺留污染的問題，臭氧還能去除庫內(nèi)異味,可直接用于食品的消毒、滅菌。這是其他任何的化學消毒方法所無法比擬的,是食品生產(chǎn)中不可多得的冷消毒劑。

2.2負離子的發(fā)生及殺菌原理

2.2.1負離子發(fā)生原理

負離子發(fā)生器利用高壓靜電場的作用，將附近空氣電離，空氣中的分子電離產(chǎn)生的電子極易被氧分子捕獲，形成負氧離子。

如下式所示。電子與中性分子或原子相碰，電子附著后即成負離子。e-+M＝M-(M:中性分子或原子)可能附著電子的有原子或分子、氧、水蒸氣、鹵素及六氟化硫等，含有這些的氣體極易負離子化。大氣中也會自然生成負離子，但其生成的理論因與實驗多有不合，至今尚無定論，況且目前大氣中所存在的負離子是O2－(H20)n及CO4－(H20)n，放電是高效產(chǎn)生負離子的方法之一，其原理如圖1。上下分別是針、板電極，針電極施加高壓后，針尖處電暈放電，針尖周圍即生成正負兩種離子。如此時針電極施加的是負電極性，則正離子直接被針電極吸引中和，負離子則同性相斥向板電極移動。由于與正離子本身大小相比。其移動之路可謂漫漫，故在二極間送風后，風力在部分空間可大于極電極對離子的吸引力。使部分負離子逸空而出。圖1的電暈放電裝置即可產(chǎn)生負離子及臭氧

負氧離子具有清新空氣、殺菌、醫(yī)療和保健作用，被稱為“空氣中的維生素”。空氣中的負離子量增加，對人體健康有很大貢獻，諸如鎮(zhèn)靜，自律神經(jīng)消除失眠焦慮，殺滅空氣中的細菌，病毒，促進新陳代謝，凈化血液，強化細胞機能，美顏及延壽等等重要功能，而對于哮喘、支氣管炎、過敏性鼻炎等疾病均有治療作用。在污染較為嚴重的室內(nèi)環(huán)境中，負離子濃度通常不足100個／cm3，而最適宜人體的負離子濃度最小值是1000個／cm3。負離子被醫(yī)學界確認是具有殺滅病菌及凈化空氣的有效手段。其機理主要在于負離子與細菌結合后，使細菌產(chǎn)生結構的改變或能量的轉移，導致細菌死亡，最終降沉于地面，使空氣中細菌迅速遞減，同時負離子可與空氣中的塵埃結合沉淀，達到除塵的目的。負離子殺菌的研究在國內(nèi)外早就已經(jīng)展開，日本三菱公司已成功地開發(fā)出用負離子控制粘附在食品上的微生物繁殖技術，可防止食物腐敗。采用這種技術保鮮魚、肉等食品不僅防霉抑菌效果好，而且食品不會變色、變質(zhì)等，可以最大限度的保持食品原色、原味，冷凍的生鮮食品保鮮期可大大延長；在9一7℃、濕度為90%的條件下，用負離子處理過的金槍魚肉可保鮮4天;草莓可保鮮7天。未經(jīng)處理的金槍魚肉4天就腐爛發(fā)臭，草莓也完全發(fā)霉。

2.3臭氧負離子兩者聯(lián)合使用的殺菌原理

一些專業(yè)冷庫以往是用臭氧進行保鮮處理，臭氧雖有很強的氧化力，殺菌效果好，但是由于臭氧的氧化力太強，經(jīng)臭氧處理過的食品鮮度降低，而且冷庫內(nèi)的零件也易腐蝕。在沒有負離子的協(xié)同作用時，要需要較長時間才能看到殺菌裝置的殺菌效果。近年來，日本發(fā)現(xiàn)帶有O-157病原性大腸菌的肉類污染、在其它農(nóng)畜產(chǎn)品中微生物的污染也多有發(fā)生。傳統(tǒng)的食品殺菌方法雖均具有較強的殺菌力，但也可能引起食品本身的質(zhì)變，從而期望開發(fā)對食品本身影響小而殺菌力又大的全新殺菌技術。負離子不會引起食品變色、變質(zhì)。也可防微生物增殖，但一旦停止處理，其抑制增殖的效果也就消失。故設想將負離子再添加低濃度臭氧組成混合氣體的殺菌方法。

日本的三菱電器曾經(jīng)對低濃度臭氧負離子聯(lián)合殺菌效果，以及聯(lián)合作用后對食品保鮮、對食品品質(zhì)的影響進行了研究，他們的研究結果顯示：當空氣中含有臭氧和負離子，臭氧濃度為0.03 ppm，負離子濃度為106 parts/cm3時，其殺菌能力比單獨采用臭氧或負離子的殺菌能力要強得多，研究發(fā)現(xiàn)，低濃度臭氧和負離子的聯(lián)合作用，對食品表面上的細菌不僅有很好的殺滅作用，而且對食品本身沒有影響。進一步研究表明，當臭氧濃度為0.03 ppm，負離子濃度為106 parts/cm3時，殺菌能力比單獨使用任何一種提高了10倍，一般殺菌率都在90%以上。對于葡萄球菌，在20℃相對濕度90%，當僅采用低濃度臭氧或負離子殺菌時，細菌殺滅率低于10%，然而兩者聯(lián)合作用，殺滅率高達94%。此外，低濃度臭氧和負離子聯(lián)合作用，對大腸桿菌和假單胞菌(pseudomonas)（一種在低溫下能很好生長的細菌）也具有很好的殺滅作用。[3]低濃度臭氧負離子聯(lián)合殺菌不僅安全，有效，而且食品不退色。對于豬肉和金槍魚，當臭氧濃度為0.2 ppm時，不僅細菌明顯減少，而且沒有檢測到異味；對于草莓，其上的細菌被抑制，聯(lián)合作用對草莓的影響和單獨用負離子的影響相同，而且維生素幾乎沒有下降；此外，在水果諸如葡萄、櫻桃、李子長期保存的試驗中發(fā)現(xiàn)， 葡萄保存8個月也未見微生物大量繁殖。用這種方法保存食物之所以有效，是因為這種技術能殺滅食品表面的細菌又不影響食品本身。

3應用效果

臭氧及負離子的殺菌保鮮技術以前大都用在大型的食物儲藏庫內(nèi)，目前冰箱行業(yè)的技術人員經(jīng)過潛心研究，研制出一種可以產(chǎn)生臭氧及負離子的小型殺菌消毒裝置，將此裝置裝在冷藏室內(nèi)，就可以實現(xiàn)冷藏保鮮食品的目的，經(jīng)多方試驗，效果良好。