食品级过氧化氢在食品工业中的应用

陈超，陶倩，柳琦

（天津渤海职业技术学院，天津300402）

过氧化氢（H2O2），又被称为双氧水，过氧化氢可以分两大种类，分别为食品级和工业级，在工业级过氧化氢中含有大量的杂质和有害物质，不能被用于食品加工中去，而食品级过氧化氢是经过了特殊的提纯方法后才能够在食品加工中使用，提纯后过氧化氢的纯度较高、稳定器性较强，是一种环保型的消毒剂，但是这种食品级过氧化氢的生产技术较难，因此需要对其进行进一步的研究，使其应用范围得到更大的扩展。

1 食品级过氧化氢国内外应用现状

在国外很多国家和地区，食品级过氧化氢的年使用量和年产销量都非常大。食品级过氧化氢的生产企业大多都集中在西方的一些发达国家当中，如英国、美国、德国、法国、意大利等国家，这些国家的食品级过氧化氢生产厂家有着非常先进的生产技术，很多工厂的生产规模和产量甚至达到了万吨级以上，成为了食品行业中普遍应用的一种原料。与此同时，在亚洲经济取得了突飞猛进的发展的时代背景下，日本、印度、韩国等亚洲国家也都发展成了生产食品级过氧化氢的重要基地。例如，日本的MGC公司的食品级过氧化氢的年产量已经达到8.4万吨，这也是世界上迄今为止最大的食品级过氧化氢生产厂家。

在很长一段时间，我国都没有任何厂家生产食品级过氧化氢，国内的食品行业对食品级过氧化氢这一产品也长期处在极为陌生的状态下。但近些年，随着我国食品行业的飞速发展以及人民生活水平的显著提高，食品的种类开始变得愈发丰富，人们的食品安全意识也越来越高，越来越多的食品行业出现了对食品级过氧化氢的大量需求，而乳制品行业更是最为突出。在当前的乳制品行业中，酸奶、纯牛奶的无菌包装在消毒环节必须要使用食品级过氧化氢才能实现，这在很大程度上推动了食品级双氧水在我国的大力发展，其应用的范围也愈发广泛。但是，由于食品级过氧化氢的生产在技术上有着非常大的难度，国内在很长一段时间内都没有食品级过氧化氢的生产厂家，所有食品企业所使用的食品级过氧化氢都是从国外进口。在2001年，杭州临安的精欣化工厂投产成功，成为了国内第一家自主研发并生产食品级过氧化氢的厂家。目前，国内已经出现了九家食品级过氧化氢的生产企业，其产品的质量也已经达到了国际上的先进水平，并且在食品领域中得到了非常普遍的应用[1]。

目前，国内的食品级过氧化氢在乳制品的无菌包装中的应用是最为广泛的，其需求量也是最大的。在2016年，国内的乳制品行业对食品级过氧化氢的总需求量已经突破了13万吨。市场上的各种无菌包装的乳制品，都是利用食品级过氧化氢来实现灭菌杀毒的。在食品级过氧化氢的推动下，我国的乳制品行业取得了迅猛的发展，截止到目前，我国乳产品的人均占有量已经达到了13 kg，尽管同发达国家的100 kg相比还有着很大的差距[2]，但这间接地证明我国的食品行业还存在非常大的上升空间，未来我国的食品行业对食品级过氧化氢必然会持续增加。在食品级过氧化氢走向国产化的趋势下，食品级过氧化氢的价格也变得更为合理，各地区的政府也逐渐加大了对食品级过氧化氢的重视程度。

2 食品级过氧化氢的特点

2.1 过氧化氢理化性质

过氧化氢，是双氧水的学名，一种无色透明液体，溶于水、醇以及醚中，高浓度的过氧化氢有腐蚀性，敞口放置时会挥发成氧气和水。常见的双氧水浓度为30%，此时双氧水的密度为1.11 g/cm3，其熔点为-0.89℃、沸点为151.4℃，化学分子式为H2O2，分子量为34.01，产品本身的杀菌作用强烈，在碱性条件下，杀菌效果更为明显[3]。

2.2 食品级过氧化氢的特点

本文研究的主要内容是食品级过氧化氢，也就是经过提纯后的过氧化氢，提纯后，过氧化氢的纯度提高，内部杂质减少，稳定性也得到了提高，其中的有毒有害物质被去除。和工业级过氧化氢不同，在食品级的过氧化氢中没有蒽醌类有机杂质，以及铅砷等对人体有害的金属物质，能够运用在食品生产加工行业中。而这种食品级双氧水的提纯方法也较为特殊，因其在提纯后原料中的杂质被去除也被称为高纯度双氧水。

2.3 食品级过氧化氢的杀菌原理

双氧水就具有极强的氧化能力，利用其中的活性氧能够破坏微生物体内的原生质，从而达到消灭食品中微生物目的。而食品级双氧水在完成杀菌后，能分解为氧气和水，也不会留下有毒物质，不需要用水进行冲洗，对环境没有污染性，可以成为一种环境型的消毒剂，符合现阶段国家生产发展的环保理念。而且使用食品级双氧水本身杀菌效果较好，效率较高，经过杀菌后的产品能够得到长期的保存，所以在食品工业中得到了广泛的应用。

2.4 影响食品级过氧化氢稳定性的因素

虽然食品级过氧化氢的杀菌效果较好，但是仍然存在一定的不稳定性，会受到一些因素的影响，可以从温度、pH值、杂质、光这四方面进行讨论。

2.4.1 温度

在影响食品级双氧水稳定性的因素中，温度是影响因素中最为强烈的。双氧水在较低温度和较高纯度下，稳定性较好，但是随着温度的提升，如果加热到153℃，或者更高温度的情况下，就会发生猛烈的爆炸性分解，而在较低的温度下，双氧水的分解过程较为平稳。因此在选择存放双氧水的位置时，首先就需要考虑环境温度的影响。双氧水的分解反应方程式为：2H2O2→2H2O+O2↑+46.94 kcal。

2.4.2 pH值

除了温度之外，介质的酸碱度对于双氧水的稳定性也会造成一定的影响，其中酸性条件下，双氧水的性质较为稳定，氧化反应的速度较慢，而在碱性介质中，双氧水不稳定，分解速度较快。因此在碱性环境中，可以通过加热的方式，破坏过量的双氧水，也可以在消毒杀菌过程中，采用适当的碱性介质，加快双氧水的氧化速度，在短时间内完成杀菌工作。

2.4.3 杂质

杂质是影响双氧水稳定性的主要原因，虽然经过提纯后，双氧水中的杂质基本消除，但是如果长期暴露的情况下依然会受到一定的影响。其中一些金属离子都会加速双氧水的分解，比如二价铁离子、二价锰离子、二价铜离子等。也正是因为工业级双氧水中含有大量的金属离子类物质，所以在生产过程中，会加入稳定剂来抑制杂质的催化作用，因此食品级双氧水就不能够和金属类接触，防止金属离子进入食品级双氧水中，加速双氧水的分解速度[4]。

2.4.4 光

除了上述3点内容会对双氧水的稳定性造成影响之外，双氧水的分解速度也会受到光的影响，尤其是在320 nm～380 nm波长的光线下，双氧水的分解速度会加速。想要提高食品级双氧水的稳定性，就要将其放置在阴凉通风的环境中，在这样的环境下保存的食品级双氧水，半年内有效含量依然会保持在35.0%～35.4%左右。

3 食品级过氧化氢的应用范围

3.1 动物性食品中的应用

食品级双氧水还被用于鱼、牛等食品加工中使用，具体的用量没有明确的规定，需要按照相应的加工条件使用，在熏青鱼和腌制的鸡蛋类产品中，产品级双氧水的用量标准为达到氧化及抗菌效果，而在牛肚等牛内脏和四肢的加工过程中双氧水的最大是用量标准为达到漂白的作用。比如，某国外学者就用0.3%的食品级双氧水处理墨鱼，结果显示，经过浸泡后的墨鱼能够有效增加亮度值，减少红色值，墨鱼的颜色得到了全面地改善。这其中应用原理为，食品级双氧水的分解产生了氧自由基，而氧自由基可以氧化发色团，生成不含发色团的物质或者不吸收可见光的发色团的物质，由此改善冷冻期墨鱼的颜色。虽然国家在《食品添加剂使用卫生标准》中对食品级双氧水的使用没有明确的规定，但是调查显示很多水产品中都在使用食品级双氧水进行漂白，但是经过检测后可以发现，产品中的双氧水含量会不断降低，不会影响水产品的使用安全，反而能够解决多年来国家出口水产品中的微生物超标问题[5]。

3.2 啤酒生产中的应用

除了在动物性食品中的应用，在啤酒工业中食品级双氧水也有着广泛的应用，其中主要体现在无菌水的配置、发酵罐和管路以及鲜啤桶的消毒杀菌工艺流程上，其中无菌水的配置体积比为1∶10000～1∶30 000，将其搅拌均匀后，就可以使用，而发酵罐的杀菌工艺流程以某啤酒厂为例，该厂的杀菌步骤如下：

第一步，用热水冲洗10 min～20 min；

第二步，利用60℃～85℃的碱液冲洗15 min～20 min；

第三步，用清水冲洗10 min～15 min；

第四步，用2%～3%的酸性清洗剂冲洗，平衡桶上的酸碱性，也要冲洗10 min～15 min；

第五步，再次用清水冲洗10 min～15 min；

第六步，用0.5%的食品级稳定性双氧水喷淋10 min～15 min，检验产品合格后就可以投入使用。

而鲜啤酒桶的杀菌工艺，分为3步首先用自来水冲洗2 min，然后将酒桶中的水控净，最后用0.5%的食品级稳定性双氧水喷淋1 min[6]。

3.3 桶装水生产中的应用

在桶装水的生产过程中，会采用液体的二氧化氯对桶装水的盛器进行杀菌消毒，但在使用过程中对操作人员的身体健康造成威胁，且程序较为繁琐，而相比较之下，食品级的过氧化氢属于无色透明液体，虽然带有一定的刺激性气味，但是整体性和安全性都相对较高，因此通过对比试验的方式，查看过氧化氢在桶装水行业的消毒情况。在试验前，分别配置了3个不同浓度的二氧化氯和过氧化氢，将120、150、170 mg/L的二氧化氯分别记作 A1、A2、A3而 1%、3%、0.5%的过氧化氢分别记为 B1、B2、B3，然后展开相应的试验，相应的食品级双氧水消毒效果以及正交试验见表1[7]。

表1 食品级双氧水的试验方法Table 1 Experimental methods for food grade hydrogen peroxide

食品级双氧水消毒效果试验结果见表2。

表2 食品级双氧水的试验结果Table 2 Experimental results of food grade hydrogen peroxide

4 食品级过氧化氢的使用方法

4.1 消毒

在全面了解食品级过氧化氢的应用范围后，还要全面的了解食品级过氧化氢的使用方法，在科学、规范的还使用方法中完成消毒杀菌使用环节，食品级过氧化氢可以分为5个使用方面。

4.1.1 生产设备、管道和包装容器的消毒

首先是生产设备、管道和包装容器的消毒工作，将食品级双氧水用水稀释30倍～50倍后，利用稀释液对设备进行冲洗，采取浸泡的方法就可以完成消毒工作，在20 min～30 min后，再将消毒液放出即可，不需要用水进行二次冲洗。除了要对管道进行消毒外，还要对包装容器进行消毒工作，和管道以及生产设备的消毒方法不同，包装容器采用的是稀释到35倍～100倍的食品级双氧水溶液，同样要将容器浸泡20 min～30 min。如果想要在短时间内完成对包装容器的消毒杀菌，可以利用稀释后的消毒溶液对容器进行10 s～30 s的杀菌消毒工作，同样不需要用水进行冲洗。

4.1.2 生产空间的消毒

生产空间的消毒也尤为重要，只有保证了整体生产环境的清洁，才能够从根本上保证生产出来的产品无菌，其中食品企业尤其要引起注意，要根据相应的标准和规定，展开具体的生产管理工作[8]。具体工作为：首先将食品级过氧化氢的自来水稀释，然后利用喷雾器等设备，让将消毒液喷洒到生产车间的空间中。此外，消毒20 min之后，就可以达到空气消毒的效果。此外，食品级过氧化氢工作完成后，会挥发成为水跟氧，因此这种杀毒也不会影响员工工作，反而能够提高生产中产品的清洁质量。

4.1.3 人员的消毒

除了上述3点的消毒杀菌使用之外，食品级双氧水还可以对工作人员进行消毒，但是使用的食品级双氧水要经过50倍～100倍的稀释，才能够对人员使用。在使用过程中还有一点需要引起注意，那就是要根据不同的情况采用不同浓度、不同方法配置出来的消毒液，达到消毒效果的同时也能够降低使用成本，常见的消毒方法包括喷淋、冲洗、喷雾。比如，在员工进入生产环境环境前，就可以是用稀释完毕的食品级过氧化氢对手部皮肤进行消毒，在10 min后，就可以完成杀菌效果，如果想在更短的时间内完成杀菌效果，可以在消毒后，立刻使用50℃的无菌空气环境中烤干手上残留的消毒液体，这样就可以在3 min内完成杀菌消毒过程。或者也可以直接将稀释好的双氧水加热到50℃，对员工进行消毒。

4.1.4 乳品无菌包装的消毒

乳制品在使用食品级双氧水进行消毒的过程中会分成两个方面，一种是在双氧水水槽内对乳制品的包装材料进行灭菌，一种是利用电/辐射加热双氧水，完成对乳制品包装材料的灭菌。由此可知，灭菌过程发生在加热双氧水的过程中，而水本身的沸点低于双氧水，所以灭菌必须要在高温、高浓度下完成，以乳制品中的牛奶为例，牛奶本身对细菌较为敏感，因此生产过程中，已经经过了超高温的灭菌工作的鲜牛奶，再利用经过双氧水杀菌后的无菌包装能够在常温环境中常温保存，现在市面上很多品牌牛奶的无菌包装都是通过双氧水进行灭菌的。此外还有一点值得注意，就是对使用的食品级双氧水中的一些特性要求较高，包括稳定性和纯净度等质量指标的要求较高。不只是对盛奶器具的杀菌消毒，还可以用于鲜奶的保鲜工作中，首先要将食品级过氧化氢要按照1∶1 000～1∶3 000的体积比进行稀释，才能够用于鲜奶的杀菌消毒，能够让鲜奶的保鲜期延长3 d左右，而加入过氧化氢的量要根据鲜奶中微生物的量进行添加[9]。由上述内容可知，在不同的使用方面，食品级过氧化氢的稀释浓度不同，具体用法也存在一定的不同，常见的稀释浓度和适用范围见表3。

表3 生产过程中过氧化氢稀释倍数Table 3 The dilution multiple of hydrogen peroxide in the process of production

4.2 包装

食品级双氧水在食品工业中的应用日益广泛，应用食品级双氧水的杀菌消毒的食品不断增加，除了要加强消毒环节的技术水平外，包装环节也尤为重要。食品级的过氧化氢经过了提纯加工后，属于强氧化剂物品，如果没有进行良好的包装，那么就会形成潜在的威胁。在包装过程中，必须使用符合国家食品卫生安全要求的聚乙烯包装桶，并且在桶盖上均匀分布一些小的排气口，避免杂质的进入，保证后期运输和贮存的安全问题。除此之外，包装桶要符合国家最新发布的食品添加剂使用标准要求，容器外皮上要具有规定的氧化剂和腐蚀性的标志，以及向下的标志，而包装标签也要注明食品级过氧化氢字样。

4.3 安全和防护

除了上述3点外，在使用食品级双氧水的过程重要考虑到安全和防护工作，食品级双氧水的安全和防护工作也可以分为3个部分。

4.3.1 毒性

从一般意义上看，食品级过氧化氢经过提纯后，属于无毒物品，但是依然会对人的皮肤、眼睛等部位产生作用，如果过氧化氢挥发出来的水汽进入了人体的呼吸系统后，会对肺部造成刺激，严重的情况下，可能会损伤器官，因此如果双氧水在进入到人体表面或者眼睛内部的时候，要立即使用大量的清水清洗。

4.3.2 可燃性

任何浓度的双氧水都不具有可燃性，但是他们本身是一种强氧化剂，因此浓度很高的双氧水就会引起其他可燃物质的燃烧。如果双氧水外溢遇到其他可燃物质时，也要立即用大量清水冲洗，降低双氧水浓度，洗掉双氧水，避免物质燃烧。

4.3.3 爆炸性

除了毒性和可燃性以外，双氧水还就有一种特性，就是爆炸性，这是因为双氧水在杂质的催化下，会发生分解，释放出氧气和热量，而且这种分解速度会随着环境温度和双氧水浓度的增加而变快。因此一旦双氧水发生了分解反应后，随着释放的热量，升高周围环境的温度，而就会自行加速氧化速度，最终造成物料本身温度上升，并且产生大量的气体，如果此时，存放双氧水的容器密闭，那么容器内部就会形成高压环境，最后导致容器爆破。因此用来贮存双氧水的容器应该设有防尘通风口，保证双氧水的气体得到安全释放。

4.4 运输和贮存

4.4.1 食品级双氧水的贮存

由上可知，虽然食品级双氧水本身没有较大危害，但是如果没有正确的使用贮存，就会潜在性危害的发生，因此食品级双氧水的贮存和运输环节需要得到相关人员的重视。食品级双氧水应该贮存在低温通风干燥的仓库中，仓库中不能放置金属、金属化合物、易燃品等，还要保持双氧水的纯度，存放时应该选择加盖且具有排气功能的容器，如果出现破裂渗漏等现象需要用大量的清水清洗。在这样的条件下保存双氧水，一年之内，浓度依然能够保持在最初水平。

4.4.2 食品级双氧水的运输

除了贮存需要引起注意之外，双氧水的运输环节也要按照相应的规则进行，在运输过程中，容易也应该加盖遮挡物，防止阳光直接照射、雨水淋入容器之中。此外在运输过程中不能够和有害物品一起运输，在搬运过程中双手不能够直接接触包装桶。以某食品加工厂为例，根据双氧水的安全特性制定了《食品级双氧水管理条例》在条例中明确规定了双氧水的贮藏使用容器、库存管理、运输规范等内容，比如，在搬运管理方面，就明确规定了相关搬运工人在搬运过程中需要佩戴塑胶手套，如果发生外泄现象，要立即使用大量清水清洗。而在运输管理方面中，明确指出搬运管理过程中双氧水要单车运输，不能和易燃物、有毒物质等一起运输。

5 总结

综上所述，因为食品级过氧化氢在完成消毒杀菌的工作后不会留下有害残留物质的特点，让其在食品安全生产中得到了关注和重视，随着国家国民对食品安全的要求逐渐提高，食品级过氧化氢在重新回归国家生产合法身份后，将会得到进一步的应用。通过上文对食品级过氧化氢的使用方法、应用范围等内容的研究分析，能够有效提升国家食品级过氧化氢的生产使用技术，从而提高国家食品安全水平。

参考文献：

[1]庞伟,姜明洪,薛英喜.食品级过氧化氢在桶装水生产中的应用[J].饮料工业,2014(1)：33-34

[2]石晶,王金美,孟一娟,等.食品级过氧化氢及其在食品工业中的应用[J].中国食品添加剂,2009(4)：12-15

[3]孙佳.食品中过氧化氢的检测方法研究[D].长春：吉林农业大学,2014

[4]胡民主.工业级双氧水在食品加工中的检测[J].湖北水利水电职业技术学院学报,2013(1)：44-46

[5]孙继英,吴燕燕.鱿鱼分割过程减菌化处理条件对产品质量的影响[J].食品工业科技,2013,34(14)：136-141

[6]宋增峰,王培培.分光光度法测定食品级过氧化氢中微量铅[J].理化检验(化学分册),2012,48(5)：605-606

[7]马杰,卢隆峰.三种高含量过氧化氢消毒剂体系的配方稳定性及检测方法对比研究[J].中国洗涤用品工业,2014(12)：68-71

[8]班彦萍.硅基光电化学过氧化氢传感电极的研究[D].济南：山东师范大学,2012

[9]张平均.食品级过氧化氢的消毒特性及其在食品行业中的应用[J].中国乳业,2004(12)：18-22