家用消毒柜光波消毒技术的研究与应用

王涛　马少云　姜艳青　韩震

青岛海尔洗碗机有限公司　山东青岛　266000

1　家用消毒柜消毒方式

1.1　消毒柜的概念

消毒柜产品经过多年的发展，相应的技术越来越成熟，已被越来越多的家庭所接受，随着整体厨房时代的来临，消毒柜也随新房装修，成为整体厨房的一个重要单元。国标对消毒柜有严格的定义：消毒柜就是有适当的容积和装备，用物理、化学或两者结合的原理来消毒的器具。而且，消毒柜的抽屉比普通碗柜密封性强，可以有效避免虫蚁的打扰，也隔绝了消毒之后的二次污染，因此，家用食具消毒柜逐渐步入现代家庭。

1.2　消毒柜的种类

市场上销售的消毒柜品种多样。

按消毒方式分，有单一方式和组合方式消毒两种。单一方式消毒柜通常采用红外线、臭氧、紫外线等单一功能进行消毒；组合方式消毒柜多采用光波巴氏、红外线+臭氧、臭氧+紫外线等不同组合方式来消毒。

按消毒室容积大小分，目前市场上主要有30升、50升、80升、100升、150升、250升、350升等系列。

按安装方式分，有立式、卧式、壁挂式、嵌入式、落地式、台式、开门式和抽屉式等。

目前市场上新房装修较流行与整体厨房配套的嵌入式消毒柜，三四级市场及酒店用品渠道比较流行立式消毒产品，无论哪一种情况，这种集食具消毒、烘干、存放于一体的消毒产品，已逐渐打开市场，走入万千家庭。

1.3　常见消毒方式

1.3.1 红外线消毒原理及优缺点

红外线消毒是电发热元件通过加热空气或产生辐射热，对食具进行直接或间接的加热，使食具表面温度达到一定的高温值，高温能使微生物的蛋白质和酶变性或凝固(结构改变导致功能丧失)而死亡，从而达到消毒的目的。消毒柜上所用的电发热元件绝大部分为远红外石英发热管，它所发出的红外线辐射热易于被水分子吸收，所以消毒效果较好。当然，红外消毒柜也有对应的弊端，消毒时需要较高的温度，普通耐温的餐具不适用，同时，消毒过后餐具也不能立即取出，避免烫伤

1.3.2 臭氧消毒原理及优缺点

臭氧消毒是通过电化学方法，使空气中的氧分子获得能量而结合生成臭氧(O3)。臭氧在常温、常压下分子结构不稳定，很快自行分解成氧气和单个氧原子；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，从原理上看，臭氧是一种比较好的消毒方案，整个消毒过程中温度不高，对消毒物品温度损伤小，但同时这也是它的弊端，消毒过程中不能烘干，消毒效果与臭氧浓度和消毒时间长短，消毒过程中产生的臭氧残留时间较长，有关臭氧的泄露对人体也维护极大。[1]

1.3.3紫外线原理及优缺点

紫外线，英文名Ultraviolet ray或(Ultraviolet radiation)，简称UV，由德国科学家里特发现的，紫外线是电磁波谱中波长从100～400nm(纳米)辐射的总称。

依据不同的波长范围，被割分为A、B、C三种波段，其中的C波段紫外线波长在240～260nm之间，为最有效的杀菌波段，波段中之波长最强点是253.7nm，一种医用级的消毒杀菌波长。

紫外线杀菌具有高效、广谱的特点，当然因为光是直线传播的，因此紫外线杀菌也有致命的缺点，它的消毒效果和照射剂量、时间成正比关系，所以一般UVC消毒方式会配合臭氧及烘干一起工作。

2　光波巴氏技术在消毒柜中的应用

本文重点介绍光波巴氏消毒方式，这种消毒柜方案从名字上就可以看出来，这是一种由“光波”+“巴氏”，双因子组合的消毒方式。光波波长主要取自250nm～780nm波段，介于紫外线和近红外线之间，UV能量占总能量的比重＞15%。如图1所示。

2.1　通过研究表明光波的杀菌机理主要有两种形式

2.1.1 紫外线杀菌

微生物(细菌、真菌、病毒及各类孢子等)核酸物质(DNA、RNA)的吸收光谱在220～280nm之间，当光波的紫外线照射微生物时，这些物质之间将会发生以下光化学反应，生成CPD或PP二聚物，使微生物核酸物质受损，从而实现对微生物灭活，达到消毒杀菌的目的。

2.1.2 光热学杀菌

微生物被光波瞬间加热，物体表面微生物将被加热到＞120℃以上,因时间极短，微生物无法正常降温，将导致细胞壁破裂、融解而死亡。如图2所示。

2.2　实验结果与讨论

从图表中可以得出结论：

光波巴氏的消毒方案，依靠紫外线杀菌和光热学杀菌两种的杀菌机理协同，消毒时间很短。光波10min大肠杆菌消毒效果，杀灭对数值各点≥3.00，而红外线消毒15min大肠杆菌消毒效果，杀灭对数值各点≥3.00，臭氧消毒长达30min大肠杆菌消毒效果，杀灭对数值各点≥3.00；光波10min脊髓灰质炎病毒消毒效果，灭活对数值≥4.00；从消毒时间、消毒效果对比光波巴氏消毒方式明显优于红外线、臭氧消毒方式。[2]

紫外线的穿透力很弱，滤除紫外线的普通紫外线是没有杀菌能力的，而光波巴氏杀菌与普通紫外杀菌的也不完全相同，光波在紫外杀菌机理中，紫外比例、峰值能量高于普通紫外，而同时具备的光热杀菌则是UVC消毒过程中所没有的，因此，光波巴氏这种双因子消毒的杀菌效果强于UVC消毒。

2.3　光波巴氏消毒柜

“光波巴氏消毒技术”在消毒柜上的应用主要是由一个光波聚焦器、导光板和反光板组成，聚焦器把光波管的能量集中起来，通过导光板把光热能导向需要消毒的餐具，而不向外散失，反光板则把能通过门衬的热能反射到餐具上，加速了餐具的光热强度提升。而普通消毒柜消毒时间长，温升慢，整体温度高，热量损失严重。

2.4　光波巴氏消毒技术的优势

光波巴氏消毒与常用消毒技术的比较见表1～3。

瞬时优势：光波管所辐射出的UVC，5秒钟瞬时达到10000μW•s/cm2的消毒照射剂量，达到一般细菌繁殖体（一星级）消毒；凭借光速对餐具进行加热，杀菌速度快，不留死角。如杀灭细菌芽孢病毒细菌繁殖体需要100 000μW•s/cm2，(100 000μW/cm2÷2000μW/C＝50s)光波照射时间需要50秒；杀灭细菌芽孢病毒需要1000 000μW•s/cm2，（1000 000μW•s/cm2÷2000μW/cm2＝500s÷60＝8.33min)光波照射时间需要8.33分钟。从消毒时间对比分析光波消毒方式明显优于红外线、臭氧消毒方式。

表1　常用消毒方式与光波消毒方式对大肠杆菌消毒效果现场比对试验结果

表2　光波消毒方式对脊髓灰质炎病毒消毒效果现场试验结果

表3　光波巴氏消毒与常用消毒技术的比较

图1　光波波段示意图

图2　微生物体在光波辐射下瞬间受热(高于100℃)后破裂

健康优势：杀菌过程不产生有害气体和射线、能杀死比细菌芽孢的抵抗力更强的真菌孢子，消毒强度大，消毒烘干同时完成前排气设计水蒸气直接排出柜外，餐具更干燥，细菌不易再生。相对于臭氧消毒属于化学消毒方式，臭氧泄露会对人体产生危害，因此臭氧消毒柜需要密封严密，水蒸气排不出去，餐具潮湿，更易滋生病菌的缺点。从消毒因子对比分析光波消毒方式明显优于红外线、臭氧消毒方式。

能耗优势：光波每个消毒—烘干周期耗电0.12kW/h，相对于臭氧每个消毒—烘干周期耗电0.3kW/h，红外线每个消毒—烘干周期耗电0.25kW/h，比常用的臭氧、红外线消毒省电40%～60%，从耗电量对比光波消毒方式耗电量明显少于红外线、臭氧消毒方式。

3　结论及展望

随着越来越多的消费者对消毒柜的认知从原来的“实用的餐具消毒工具”转变为“整体厨房不可缺少的一部分”，“是重要的厨房时尚产品、装饰性产品”，消毒柜技术也随着观念的提高，不断迭代升级，近几年消毒柜市场容量逐年增加，虽然由于消费者对消毒产品的使用观念和使用习惯还不是太普及，但是随着技术的升级带来的良好体验，在未来几年，国内消毒柜市场将持续平稳增长，物理健康、无残留的消毒方案是消费者的刚性需求。

[1] 消毒技术规范.卫生部，2002.

[2] 紫外线和热力灭火脊髓灰质炎病毒效果的试验观察. 饶林，王太星等(军事医学科学院微生物流行病研究所).