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四、臭氧在食品行业的应用领域
臭氧以其特有的气味而得名，它是一种气体强氧化剂，具有杀菌力强，不产生任何残留污染，可直接对食品使用等优点。作为一种广谱高效杀菌剂，其杀菌速度较氯快300—600倍，可以快速杀灭各种细菌繁殖体和芽孢、病毒和真菌，如大肠杆菌、沙门氏菌、金黄色葡萄球菌、枯草杆菌黑色变种芽孢、黑曲霉、乙型肝炎表面抗原等。臭氧极不稳定，可自行分解成氧，不产生任何残留。臭氧用作杀菌剂的最早试验是1886年由梅利坦斯在法国进行的，最早的实例是1909年法国科隆冷冻厂利用臭氧对冷藏牛肉表面杀菌以提高贮藏期。近年来，臭氧在食品行业的应用得到快速发展，1995-1996年间，日本、法国、澳大利亚相继立法，允许臭氧在食品行业中广泛使用。1997年4月，美国食品与医药管理局（FDA）放弃对食品加工使用臭氧的限制政策，承认臭氧应用于食品过程符合GRAS（通用安全标准）要求。1928年，英国人在我国的天津建立“合记蛋厂”，其打蛋车间就利用臭氧消毒。20世纪30年代末，美国80%的冷藏蛋库都装有臭氧发生器，提高了鸡蛋的储藏期。到了20世纪90年代中期，我国不少中外合资食品企业，在车间的杀菌净化、易腐食品的保鲜、储存仓库及食品船舱等环节都安装了臭氧发生器，后又推广到食品集装箱、食品冷藏车内。
随着人们对化学消毒剂残留造成食品污染的重视，臭氧将成为食品行业的新兴消毒剂得到迅速的推广和使用。
尽管在我国的药品生产GMP验证中早已推荐了臭氧灭菌方法，但臭氧在食品生的
应用是在近两年才得到一个蓬勃发展的机会。使用成功的主要有以下几个方面：
（一）加工车间（库）与加工设备的消毒灭菌
在食品厂，臭氧气体用于食品加工间、贮藏室与加工设备消毒是非常方便、有效的。传统的消毒方法是用甲醛等化学试剂熏蒸，众所周知，甲醛熏蒸的弊病较多，国外近期研究证明，在控制空气微生物方面，臭氧是甲醛和其他化学熏剂的替代物。通过化学雾化、紫外线与臭氧作消毒剂的对照试验，结论是臭氧既有效又无残留，臭氧“大大抑制”了加工设备中大肠杆菌群小球菌和酵母菌的生长。
其方法是将臭氧发生器直接放在空调净化系统的风道中，称为内置臭氧发生器。臭氧随着风道的气流，送入各洁净区，对洁净区进行消毒灭菌，剩余臭氧吸入回风口，由中央空调带走。也可以将臭氧发生器放在中央空调风口的外面，将臭氧打入中央空调的风道中，然后被送入各洁净区，称为外置式臭氧发生器。外置式臭氧发生器安装检修方便，但制造成本要高一点。两种方法消毒效果都是一样的。按照卫生部消毒技术规范的要求，对空气消毒的臭氧浓度是5ppm，但事实上，洁净区的消毒不仅是对空气的消毒，实际上还包括了对物体表面的消毒，所以，设计时的浓度一般应大于10ppm。每天上班前开机1.5～2.0小时，下班后开机1小时，就可以保证一天内洁净区的浮游菌和沉降菌达到SSOP的要求。
从使用臭氧进行灭菌的食品厂的检测报告可看到，菌检全部合格，完全替代了令人头痛的甲醛熏蒸大消毒。同时，使非生产作业减少，能耗减少，取得了满意的效果。
对于没有通风口或只有进风口，没有回风口的洁净区、实验检验区等，公司专门为此设计的FSY-K系列产品，能迅速将臭氧传送到空间内的各个地方，电脑定时控制，无死角，易移动使用，可达到百级洁净度。
（二）空间的消毒灭菌
速冻食品、冷饮食品、肉蛋奶制品加工车间与包装车间利用臭氧消毒效果好。同时可去除异味污染。一般（0.5～1.0）×10-6臭氧即可达到80%以上的空气杀菌率。在150m3的车间内，臭氧消毒2h（估计臭氧浓度4×10-6左右）前后对照数据：
空气中细菌总数（个/
m3）
消毒前/消毒后
冷却间
105/26
包装间
1325/0
对于中央空调净化系统以外的洁净区，或需要灭菌的其他房间则需单独进行灭菌处理。方法是选用臭氧发生器，直接安装在该房间内。根据需要设定消毒时间，消毒结束便自动关机，所以使用非常方便。按房间空间体积的大小选型使用。只要满足臭氧浓度的要求，就可以达到消毒灭菌的目的。比用化学试剂对房间的熏蒸要省事得多，可完全代替化学熏蒸，缩短消毒时间，避免二次污染。
（三）物品的表面消毒灭菌
在食品生产过程中，常常要对原材料、工具器材、包装物、生产场所等进行物体表面消毒。传统的方法是用紫外线消毒，但消毒不彻底，存在消毒死角，衰减快，对于特定环境中的某些细菌无法杀死等种种弊端。《消毒技术规范》中介绍，对于浸没在臭氧气体中的物体表面，接触一段时间，可将表面细菌杀死。
附：空气净化灭菌系列产品简介
公司研制生产的两大系列的臭氧类产品符合卫生部《消毒技术规范》标准。其中空气净化系列采用多项独家专利技术研制和开发的产品，完全可满足食品行业“SSOP”认证对消毒灭菌的要求。HTH、LANHUA、84三个系列机，采用相对低电压（3000V）在特定条件下电容“雪崩”放电原理产生臭氧装置，不会产生氮氧化合物而使得空气成份复杂化。该系列机具有使用寿命长、整机结构简洁、重量轻、安装和操作极为方便等特点。
适用范围：
1、配合空调净化通风（HVAC）系统的HTH系列
：该系列臭氧产量大，为分体设计，作空气消毒灭菌和加工车间大消毒；
2、台式可移动的LANHUA系列：用于局部及单间灭菌（空气和表面），包括控制区包装车间设施等消毒灭菌。
3、HTH系列：配合车间顶部不锈钢管曝气系统，对整个车间进行消毒。
4、LH-G灭菌消毒柜系列：用于工作服、包装材料，各种物料、器皿等消毒灭菌。
（四）水的消毒灭菌
在食品厂用水的地方较多，有原料用水，消毒用水，清洗用水及饮用水等区别。
据不同的水质要求，采用不同的工艺流程，消毒工艺则用一般的臭氧水处理方法即可达
到满意的效果。
（五）食品设备、容器、工具、生产过程的消毒灭菌
在饮料、果汁等生产过程中，臭氧水可用于管路、生产设备及盛装容器的浸泡和冲洗，从而达到消毒灭菌的目的。采用这种浸泡、冲洗的操作方法，一是管路、设备及盛装容器表面上的细菌、病毒大量被冲淋掉；二是残留在表面上的未被冲走的细菌、病毒被臭氧杀死，非常简单省事，而且在生产中不会产生死角，还完全避免了生产中使用化学消毒剂带来的化学毒害物质排放及残留等问题。另外，利用臭氧水对生产设备等的消毒灭菌技术结合膜分离工艺、无菌灌装系统等，在酿造工业中用于酱油、醋及酒类的生产，可提高产品的质量和档次。
在蔬菜加工中的应用，如小包装蔬菜如传统的榨菜、萝卜、小黄瓜等食品加工中，很多企业为延长产品的保质期，往往采用包装后高温杀菌的工艺，这样不仅对产品的色泽、质地等带来了不利的影响，而且还消耗了大量的能源。利用臭氧水冷杀菌新技术可避免传统加工工艺对产品质量带来的不利影响，并且可提高产品质量，降低生产成本。
在水产制品加工中的应用，在冷冻水产品的冻前处理中，通过臭氧水喷淋杀菌对水制产品的卫生指标可以起到很好的控制作用。
在冷库中的应用主要有三个方面：一是杀灭微生物—消毒杀菌；二是使各种有臭味的无机物或有机物氧化—除臭；三是使新陈代谢产物氧化，从而抑制新陈代谢过程。
附：LH型系列消毒康卫设备
用于制消毒用水的LH型系列康卫消毒设备，水中臭氧浓度可达12mg/l以上，每小时可处理1吨的消毒水，功耗却只有1.2kw。（根据实际需要定做2g/h—500g/h,处理水能力从500公斤到80吨每小时）
该品我公司最新研发的高浓度臭氧消毒设备系列产品之一，该产品通过新型高效的臭氧发生器产生高浓度的臭氧，采用二次混合和二次吸收使之与水混合，生成高浓度的臭氧水（消毒液），可在10分钟内杀灭大肠杆菌、金黄色葡萄球菌等细菌繁殖体和破坏乙肝（HbsAg）抗原，清除异味，快速分解农药、化肥等有害物质。产品获得国家卫生部消毒产品卫生批件，经卫生部权威部门检测，该设备生成的臭氧消毒液对物体表面的细菌杀灭率可达99.99%。对未溶入水中而残留在尾气中的臭氧，则通过有效装置去除，使呼吸带臭氧浓度符合国家公共场所卫生标准，该设备可应用于设备、工作台、管道、器皿、工具等用水清洗和消毒的场所，具有无残留、无二次污染、杀菌速度快，无死角、效果好、设备体积小、能耗低、稳定可靠、易于操作等特点。
设计依据和原则
设计依据
1、对方企业提供的相关数据；
2、国家医药管理局《GMP验证指南》；
3、卫生部《消毒技术规范》；
4、《食品生产企业HACCP体系咨询与审核》；
5、《HACCP实用指南》；
6、《食品生产企业HACCP体系实施指南》。
设计原则
1、方案严格执行国家和当地的卫生、安全等法规，经本方案处理的空间，其微生物各项指标均能达到甲方所要求的标准。
2、设计中坚持科学态度，以体现技术先进、经济合理、安全可靠、操作简单、运行方便的特点。
洁净空间、物体表面臭氧灭菌及选型
一、臭氧灭菌在药品生产上的应用
1、传统灭菌方法的缺陷和臭氧灭菌的特点
传统的灭菌方法主要有三种：一是紫外线灭菌，二是试剂灭菌，三是加热灭菌。这些方法已被人们习惯使用，其安全性可靠性已被长期的实践所确认，人们对它们放心。但是任何事情都有一分为二的它们也有各自的缺陷。
紫外线以光波辐射作用杀菌，光波为直线传播，其照射强度与距离平方成反比，只有照射到的位置且达到照射标准才有杀菌效果。并且所有紫外灯的杀菌能力随使用时间的增加而减弱。紫外线灭菌的主要问题在于：它穿透能力小，在紫外线照射不到的地方，消毒效果不好；其杀菌能力随着使用时间的增加而减小，而且灯管寿命短，更换过于频繁，运行费用高。
化学试剂灭菌，药味大，不能自然排出，需要空调长时间置换新风，从而增加了能耗。同时也存在二次污染的问题,剩余的药物直接排入大气，造成对周围环境的污染.如甲醛熏蒸，操作麻烦，熏蒸时间长，有二次污染物，对人体有一定的危害。做一次甲熏蒸需8个小时，残留物附着洁净的墙壁上和设备的表面上，需要擦除。在消毒后的几天内，其悬浮粒子数会增加。而且要求风管为不锈钢管,这也增加了一次性投资费用。
加热灭菌包括干热和湿热，其缺点是温度高，能耗大，有的物品如原材料，仪器仪表，塑料制品等就不宜加热。
以上三种灭菌方法的弊端是客观存在，但在没有更好的方法替代之前，人们还只好用它。如果能够做到充分发挥臭氧的优点，弥补上述方法的缺点，就为臭氧灭菌进入药品生产开辟了通道。
臭氧消毒灭菌有它许多独特的优点：
较高的扩散性：臭氧为气体，扩散性好，无死角，浓度分布均匀。
杀菌能力强：臭氧杀菌能力与过氧乙酸相当，高于其它消毒剂。
广谱性：适合多种致病微生物，对大肠杆菌、沙门氏菌、金黄色葡萄球菌及甲乙型肝炎病毒、真菌等多种微生物均有很好的杀灭作用。
原料易得：臭氧制备是利用我们周围的大气制取，不需储藏设施，节省原料储储所需的占地面积。
环保性：臭氧能快速分解成氧气和单原子氧，单原子氧又可自身结合成氧分子，故没有二次污染的问题。被公认为是绿色消毒剂。
附：在我国的GMP验证中，对臭氧有一段全面的介绍：
“科学研究表明，臭氧具有强烈的杀菌作用”。
“臭氧（O3）的消毒原理是：臭氧在常温、常压下分子结构不稳定，很快自行分解成氧气（O2）和单个氧原子（O）；后者具有很强的活性，对细菌有极强的氧化作用，臭氧氧化分解了细菌内部氧化葡萄糖所必须的酶，从而破坏其细胞膜，将它杀死，多余的氧原子则会自行重新结合成为普通氧原子（O2），不存在任何有毒残留物，故称无污染消毒剂，它不但对各种细菌（包括肝炎病毒，大肠杆菌，绿浓杆菌及杂菌等）有极强的杀灭能力，而且对杀死霉素也很有效。”
另外在我国卫生部1991年颁布的“消毒技术规范”中。对臭氧的杀菌作用，使用范围及使用方法都有明确的规定。其中对臭氧的杀菌作用作了明确的肯定：“4.12.2杀菌作用：臭氧是一种广谱杀菌剂，可杀灭细菌霉体和芽胞，病毒、真菌等，可破坏肉毒杆菌毒素。臭氧在水中的杀菌速度比氯快。”
以上这些都是我们国家的法规，充分说明了臭氧灭菌的原理和特点，它既是制药厂选用臭氧灭菌工艺的依据，也是臭氧发生器制造工厂制造臭氧发生器的强大推动力。
2、药品生产中应用范围
尽管在我国的GMP验证中早已推荐了臭氧灭菌方法，但臭氧在药品生产中的应用是在近二年才开始热起来。用得比较成功的有以下几个方面：
（一）容器的消毒灭菌
在药品生产中，坛坛罐罐用得很多，分别用管道阀门，仪表连接起来，组成一个生产单元。对它的消毒，传统方法中比较好的是用酒精浸泡。反应罐，贮存罐小的一吨半吨，大的十吨几十吨，都要灌满酒精，酒精用量之多可想而知。消毒完毕后，再将酒精放掉，但在转弯抹角处，仪表阀门的接头处，还会有酒精的残留，去除这些残留酒精，要用氮气吹，直到吹干为止。酒精用量多，消毒时间长，操作过程复杂。用高压蒸汽也存在同样的问题，都很费力。
现在用臭氧消毒技术来代替，相对来说要省事得多。具体方法是：将高浓度的臭氧直接打入管道容器，保持臭氧尾气有一定的浓度，就可以达到消毒灭菌的要求。因为是对管道容器进行内表层的消毒，所以臭氧浓度用的高一点，我们的设计浓度大于50ppm。
用臭氧对管道容器做消毒灭菌的优点非常明显，臭氧发生器可以流动使用，对不同的罐进行消毒，每个生产单元在每次换料前，都可以及时得到消毒，使用效率很高，很方便，不要用那么多的酒精，不要用氮气，也不要用高压蒸汽。所以在制药厂就能够得到推广。
（二）中央空调净化系统对洁净区的消毒灭菌
在制药厂，一般来说，洁净区面积较大，多用中央空调净化系统完成对各洁净区的净化消毒。传统的消毒方法是用甲醛熏蒸，如上所述，甲醛熏蒸的弊病不少，用臭氧消毒来代替是一个好方法。其方法是将臭氧发生器直接放在空调净化系统的风道中，称为内置臭氧发生器。臭氧随着风道的气流，送入各洁净区，对洁净区进行消毒灭菌，剩余臭氧吸入回风口，由中央空调带走。也可以将臭氧发生器放在中央空调风口的外面，将臭氧打入中央空调的风道中，然后被送入各洁净室，称为外置式臭氧发生器。外置式臭氧发生器安装检修方便，但制造成本要高一点。两种方法消毒效果都是一样的。按照卫生部消毒规范的要求，对空气消毒的臭氧浓度是5ppm，但事实上，洁净区的消毒不仅是对空气的消毒，实际上还包括了对物体表面的消毒，所以，我们设计的浓度为10ppm。每天上班前开机二小时，下班时关机，就可以保证一天内洁净区的浮游菌和沉降菌达到GMP的要求。
据检测报告，应用臭氧发生器，各洁净区在40分钟内，臭氧浓度均达到10ppm以上，菌检全部合格。而且每天都合格，完全替代了令人头痛的甲醛熏蒸大消毒。同时，使非生产作业减少，能耗减少，取得了满意的效果。
（三）空间的消毒灭菌
对于中央空调净化系统以外的洁净室，或需要灭菌的其他房间则需单独进行灭菌处理。方法是选用臭氧发生器，直接安装在该房间内。根据需要设定消毒时间，消毒结束便自动关机，所以使用非常方便。
对于有洁净度要求的房间，机内装有过滤器，使臭氧发生器具有自洁功能。臭氧浓度按10-20ppm设计。按房间空间体积的大小选型使用。只要满足臭氧浓度的要求，就可以达到消毒灭菌的目的。比用化学试剂对房间的熏蒸要省事得多。
（四）物品的表面消毒灭菌
在药品生产过程中，常常要对原材料，工器具，包装物等进行表面消毒，常常使用消毒柜，传递窗等。传统的方法是用紫外线消毒。问题主要是在消毒不彻底，所以，若使用在诸如传递窗等要求不高的场合是可以的。但远不如臭氧的效果好。能用臭氧发生器做成的消毒柜在制药厂是深受欢迎的。只要不怕臭氧腐蚀的东西都可以放在柜内进行消毒。臭氧浓度可以设计的高一点。可以取得100ppm以上。
（五）水的消毒灭菌
在制药厂用水的地方较多，有医药用水，消毒用水，清洗用水及饮用水等区别。根据不同的水质要求，采用不同的工艺流程，消毒工艺则用一般的臭氧水处理方法即可达到满意的效果。这里就不再详细介绍了。
二、臭氧灭菌在HVAC系统应用方案
在医药生产工艺中，对于无菌生产、洁净生产洁净区域环境的微生物进行有效的控制，需要选择适宜的消毒灭菌剂，杀灭洁净环境内空气中和浮在机械设备、模具、容器、建筑物表面上的杂菌，以保持“无菌药品”生产所必须的相应洁净度环境（无菌室）。
1、应用机理与优越性
利用HVAC系统的循环风作为臭氧的载体，即将臭氧发生器生产的臭氧化气体由HVAC系统中净化风机产生的压力风源，扩散至所控制的整个洁净区域，并且使空气中臭氧浓度均匀，在洁净区域的生产环境中不增加任何消毒设备，即可达到灭菌的目的，同时对HVAC系统起到杀灭杂菌和霉菌的效果，实践发现，该消毒灭菌方式还能对高效过滤器起到溶菌疏导作用，延长其使用寿命。
2、臭氧发生器选型
如何选用臭氧发生器，就必须知道臭氧发生器的评价指标。一般评价一个臭氧发生器最基本的指标是：臭氧产量，臭氧浓度，可靠性、使用寿命，电耗等。用于药厂的臭氧发生器功率比较小，电耗是一个次要条件。
臭氧浓度单位：国际通行用体积百分比浓度标称臭氧浓度。1%空气源臭氧浓度为12.9mg/L。1%氧气源臭氧浓度为14.3mg/L。
卫生消毒界习惯用ppm做单位，即体积百万分之一。对于空气中的臭氧，1ppm=2.14mg/m3。
用HVAC系统集中投加时，臭氧发生器选用按以下方法计算：首先计算实际臭氧消毒体积，实行体积由三部分组成V=V1+V2+V3，V1洁净区空间体积，V2空气净化系统体积，V3补充新风量造成臭氧损失的有效体积，实际计算过程中V3等于循环系统总风量的1.1%。根据《消毒技术规范》及实际应用经验，三十万级取C=2.55ppm=5mg/m3；十万级取C=5ppm=10mg/m3；万取C=15ppm=30mg/m3；百级取C=20ppm=40mg/m3。
W=C*V/S 其中
W：实际选用臭氧发生器的产量，单位为g/h
C：车间消毒需保持的臭氧浓度
V：实际臭氧消毒体积
S：臭氧衰退系数0.4208
如工厂为空气灭菌，洁净室所需臭氧浓度定为C=5ppm，但事实上，洁净区的消毒不仅是对空气的消毒，实际上还包括物体表面的消毒，所以，我们的设计浓度C为10ppm。
工程技术参数
消毒面积S=36*48=1728 m2 标高H=2.6 m 送风量为100000m3/h
根据工厂提供的工程参数
V1=S*H=1728*2.6=4492.8m3
V2忽略不计
V3=100000*1.1%=1100m3
实际臭氧消毒体积 V=V1+V2+V3=4492.8+1100=5593m3
所需臭氧投加量 W=C*V/S=10*2*5593/0.4208=266g/h
考虑管道及其它因素影响，选择臭氧发生器的产量为280g/h
3、臭氧发生器安装位置有以下几种方法：
（1）分体或移动式放在单独房间内
（2）组装在空调机组中
（3）在总送风管道内
（4）在总回风管道内
（5）单独设置，只将排气口插入送（回）风管道内
现在都采用第五种方式，它由一套臭氧发生器产生臭氧可同时供多个车间使用。流程如下：
空压机-富氧机-臭氧发生器-空调总送风管-各净化区。
臭氧发生器把产生的臭氧用尼龙管直接引到送风主管道中，利用HVAC系统中净化风机产生的压力风源，扩散至所控制的整个洁净区域，此安装方法对新建、改建厂房均适用。
对没有HVAC系统的房间，可以把臭氧直接通到房间内，利用内循环，把臭氧扩散至整个房间，同样可以达到消毒灭菌目的。
4、臭氧灭菌经济效益分析
（一）臭氧消毒代替化学试剂薰蒸灭菌，实现了洁净室空调系统节能。
GMP实施指南要求洁净度100级，10000级区域的空调宜连续运行，非连续运行的洁净室，可根据工艺生产要求，在非生产班次时，空调系统宜作值班运行，使室内保持正压。为保证洁净度，一般空调是连续运转的，只有这样才能避免洁净室受到悬浮粒子和微生物的污染。用臭氧对洁净室进行消毒灭菌，就可以在无菌室不作业时，将空调机组全部停止运行，上班前2小时左右，开风机消毒灭菌换空气即可，实现了洁净室的节能。
如工厂空调系统送风量为100000m3/h，风机总功率按100kw，产品生产按12小时设计，采用臭氧消毒，每天至少减小风机运行时间10小时，以每月生产27天，这样每年生产11个月计可节电：
100×10×27×11=297000 kw，如电价为0.6元/ kw，全年节约电费：297000×0.6=178200元
（二）节约消毒剂减轻劳动强度，同时解决了消毒剂易燃易爆问题。
（三）由于采用臭氧消毒，可以避免化学药剂薰蒸产生的二次污染问题，而且对空气过滤器有疏导作用，这样就会延长过滤器尤其是高效过滤器的使用寿命，从而节约维护费用。
（四）取消每月二次的大消毒，可延长生产周期，提高产量。
臭氧消毒用于洁净室消毒，不但能满足生产要求，保持良好的工作环境，而且会产生可观的经济效益。
注：
食品厂在无HVAC系统的情况下，可设计顶部排管曝气网方法，配合使用FSY-G系列臭氧发生器，使臭氧均匀分布在加工车间。对空气中的浮游菌，臭氧灭菌浓度为
1—1.5ppm对物体表面的沉落菌落，浓度为2—3ppm，设计：应用臭氧灭菌60min时达到要求浓度后，继续保持一段时间（1-1.5小时），臭氧发生器工作一个小时臭氧自然衰退率（S）一般为30—40%。
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