引言

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們生活水平的不斷提高，冰箱已走進(jìn)千家萬(wàn)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(shè)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(shí)間長(zhǎng)了仍然要腐敗變質(zhì)，這是因?yàn)樵诘蜏丨h(huán)境下仍然有細(xì)菌存在。后來人們?cè)诒鋬?nèi)膽里加入抗菌材料來進(jìn)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(xì)菌,而冰箱內(nèi)部的細(xì)菌無(wú)法殺死。本研究就是在這種背景下進(jìn)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(gè)潔凈的環(huán)境、能殺滅食品上的細(xì)菌的新型冰箱。

2目前的研究情況

臭氧技術(shù)在食品加工，果蔬保鮮，肉類儲(chǔ)藏等領(lǐng)域內(nèi)的研究工作在國(guó)內(nèi)外早就已經(jīng)展開，相關(guān)的報(bào)道也屢見報(bào)端；負(fù)離子技術(shù)在這方面的應(yīng)用及研究工作近年來也在日漸加強(qiáng)。

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(shí)際應(yīng)用中呈現(xiàn)出奇特的消毒、滅菌等作用，同時(shí)臭氧在自然狀態(tài)下易產(chǎn)生氫氧根自由基的特點(diǎn),也使得臭氧廣泛應(yīng)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(xì)菌和病毒,尤其是對(duì)大腸桿菌、赤痢菌、流感病毒等特別有效,1min可去除率達(dá)99.99%。霉菌是果蔬儲(chǔ)藏中最常見的微生物，它具有較強(qiáng)的耐受力，在 0℃左右的冷庫(kù)內(nèi)仍能生存繁殖，霉菌對(duì)消毒劑具有較強(qiáng)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?jǐn)?shù)為10～15 ppm)能殺死霉菌,低濃度臭氧有抑制霉菌生長(zhǎng)作用。臭氧殺滅菌過程屬生物化學(xué)氧化反應(yīng)。臭氧滅菌有以下3種形式：[2]①臭氧能氧化分解細(xì)菌內(nèi)部葡萄糖所需的酶，使細(xì)菌滅活死亡；②直接與細(xì)菌、病毒作用，破壞它們的細(xì)胞壁和DNA、RNA，使細(xì)菌的新陳代謝受到破壞，導(dǎo)致細(xì)菌死亡；③透過細(xì)胞膜組織，侵入細(xì)胞內(nèi)，作用于外膜的脂蛋白和內(nèi)部的脂多糖，使細(xì)菌發(fā)生通透性畸變而溶解死亡。臭氧具有殺菌力強(qiáng)、菌譜廣、可自行分解不產(chǎn)生殘余污染的優(yōu)點(diǎn)。因此，臭氧能對(duì)果蔬類殺菌防霉，延長(zhǎng)儲(chǔ)藏期；另一方面，臭氧氣體會(huì)快速氧化分解果蔬呼吸排出的乙烯氣體，乙烯是催熟劑，會(huì)增強(qiáng)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(jìn)程，因而實(shí)現(xiàn)了保鮮作用；需要特別強(qiáng)調(diào)的是,臭氧在消毒、滅菌過程中僅產(chǎn)生無(wú)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(kù)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(xué)消毒方法所無(wú)法比擬的,是食品生產(chǎn)中不可多得的冷消毒劑。

2.2負(fù)離子的發(fā)生及殺菌原理

2.2.1負(fù)離子發(fā)生原理

負(fù)離子發(fā)生器利用高壓靜電場(chǎng)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(fù)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(fù)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(fù)離子化。大氣中也會(huì)自然生成負(fù)離子，但其生成的理論因與實(shí)驗(yàn)多有不合，至今尚無(wú)定論，況且目前大氣中所存在的負(fù)離子是O2－(H20)n及CO4－(H20)n，放電是高效產(chǎn)生負(fù)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(fù)兩種離子。如此時(shí)針電極施加的是負(fù)電極性，則正離子直接被針電極吸引中和，負(fù)離子則同性相斥向板電極移動(dòng)。由于與正離子本身大小相比。其移動(dòng)之路可謂漫漫，故在二極間送風(fēng)后，風(fēng)力在部分空間可大于極電極對(duì)離子的吸引力。使部分負(fù)離子逸空而出。圖1的電暈放電裝置即可產(chǎn)生負(fù)離子及臭氧

負(fù)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(fù)離子量增加，對(duì)人體健康有很大貢獻(xiàn)，諸如鎮(zhèn)靜，自律神經(jīng)消除失眠焦慮，殺滅空氣中的細(xì)菌，病毒，促進(jìn)新陳代謝，凈化血液，強(qiáng)化細(xì)胞機(jī)能，美顏及延壽等等重要功能，而對(duì)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(yán)重的室內(nèi)環(huán)境中，負(fù)離子濃度通常不足100個(gè)／cm3，而最適宜人體的負(fù)離子濃度最小值是1000個(gè)／cm3。負(fù)離子被醫(yī)學(xué)界確認(rèn)是具有殺滅病菌及凈化空氣的有效手段。其機(jī)理主要在于負(fù)離子與細(xì)菌結(jié)合后，使細(xì)菌產(chǎn)生結(jié)構(gòu)的改變或能量的轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致細(xì)菌死亡，最終降沉于地面，使空氣中細(xì)菌迅速遞減，同時(shí)負(fù)離子可與空氣中的塵埃結(jié)合沉淀，達(dá)到除塵的目的。負(fù)離子殺菌的研究在國(guó)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(fù)離子控制粘附在食品上的微生物繁殖技術(shù)，可防止食物腐敗。采用這種技術(shù)保鮮魚、肉等食品不僅防霉抑菌效果好，而且食品不會(huì)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(zhǎng)；在9一7℃、濕度為90%的條件下，用負(fù)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(fù)離子兩者聯(lián)合使用的殺菌原理

一些專業(yè)冷庫(kù)以往是用臭氧進(jìn)行保鮮處理，臭氧雖有很強(qiáng)的氧化力，殺菌效果好，但是由于臭氧的氧化力太強(qiáng)，經(jīng)臭氧處理過的食品鮮度降低，而且冷庫(kù)內(nèi)的零件也易腐蝕。在沒有負(fù)離子的協(xié)同作用時(shí)，要需要較長(zhǎng)時(shí)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(qiáng)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(duì)食品本身影響小而殺菌力又大的全新殺菌技術(shù)。負(fù)離子不會(huì)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(shè)想將負(fù)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(duì)低濃度臭氧負(fù)離子聯(lián)合殺菌效果，以及聯(lián)合作用后對(duì)食品保鮮、對(duì)食品品質(zhì)的影響進(jìn)行了研究，他們的研究結(jié)果顯示：當(dāng)空氣中含有臭氧和負(fù)離子，臭氧濃度為0.03 ppm，負(fù)離子濃度為106 parts/cm3時(shí)，其殺菌能力比單獨(dú)采用臭氧或負(fù)離子的殺菌能力要強(qiáng)得多，研究發(fā)現(xiàn)，低濃度臭氧和負(fù)離子的聯(lián)合作用，對(duì)食品表面上的細(xì)菌不僅有很好的殺滅作用，而且對(duì)食品本身沒有影響。進(jìn)一步研究表明，當(dāng)臭氧濃度為0.03 ppm，負(fù)離子濃度為106 parts/cm3時(shí)，殺菌能力比單獨(dú)使用任何一種提高了10倍，一般殺菌率都在90%以上。對(duì)于葡萄球菌，在20℃相對(duì)濕度90%，當(dāng)僅采用低濃度臭氧或負(fù)離子殺菌時(shí)，細(xì)菌殺滅率低于10%，然而兩者聯(lián)合作用，殺滅率高達(dá)94%。此外，低濃度臭氧和負(fù)離子聯(lián)合作用，對(duì)大腸桿菌和假單胞菌(pseudomonas)（一種在低溫下能很好生長(zhǎng)的細(xì)菌）也具有很好的殺滅作用。[3]低濃度臭氧負(fù)離子聯(lián)合殺菌不僅安全，有效，而且食品不退色。對(duì)于豬肉和金槍魚，當(dāng)臭氧濃度為0.2 ppm時(shí)，不僅細(xì)菌明顯減少，而且沒有檢測(cè)到異味；對(duì)于草莓，其上的細(xì)菌被抑制，聯(lián)合作用對(duì)草莓的影響和單獨(dú)用負(fù)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(zhǎng)期保存的試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)， 葡萄保存8個(gè)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?yàn)檫@種技術(shù)能殺滅食品表面的細(xì)菌又不影響食品本身。

3應(yīng)用效果

臭氧及負(fù)離子的殺菌保鮮技術(shù)以前大都用在大型的食物儲(chǔ)藏庫(kù)內(nèi)，目前冰箱行業(yè)的技術(shù)人員經(jīng)過潛心研究，研制出一種可以產(chǎn)生臭氧及負(fù)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(shí)現(xiàn)冷藏保鮮食品的目的，經(jīng)多方試驗(yàn)，效果良好。