臭氧杀菌技术在制粉工艺中的应用展望

沈 军，左英秀

1.无锡中粮工程科技有限公司 (无锡 214035) 2.中粮东海粮油工业(张家港)有限公司 (张家港 215634)

小麦从田间生长到流通过程中不可避免会要与土壤和其他物体接触,使表面携带大量的微生物。在小麦制粉过程中，小麦籽粒破碎后其皮层将和胚乳接触，表皮的微生物会在这个过程中进入小麦粉，加工过程特别是润麦过程，会造成微生物的显著增加，导致小麦粉中微生物含量较高，一旦环境条件适宜，即造成发热霉变，且在使用时无法淘洗和大量杀菌，烘焙时也不能完全杀灭耐热菌，从而严重影响食品安全。曾朝珍等研究了小麦粉生产过程中微生物的变化规律，结果表明面粉产品的微生物数量与加工环节的卫生状况密切相关。影响面粉微生物指标的主要因素是原料小麦、清理程度、润麦用水的卫生状况以及磨粉机积粉。

为确保面粉卫生质量指标，保证生产过程中产品符合国家卫生标准或食品行业标准，在面粉生产过程中利用臭氧杀菌方法可以有效地降低面粉中的细菌总数和大肠杆菌数量，解决面粉加工企业的困惑，给面粉加工企业带来较大的经济效益。此外，据报道臭氧还能部分降解粮食中的有机磷、有机氯等农药残留[1]。

1 臭氧杀菌的原理及特点

臭氧是通过臭氧发生器制取的，原理是利用高压电力或化学反应，使空气中的部分氧气分解后聚合为臭氧，是氧的同素异形转变的一种过程。该装置是在两个高压电极之间覆以厚度均匀的解电体，当两极接通高压交流电(一般为10 000～20 000 V)时，电极间发生无声放电。此时，如空气通过放电间隙，氧分子即受到激活而分解成氧原子。被激活的氧原子可自行结合，或与氧分子结合而生成臭氧分子。

臭氧是一种强氧化剂，其氧化还原电位仅次于F2，溶于水后直接或利用反应中生成的大量羟基自由基及新生态氧间接氧化水中的无机物或有机物，并进入细菌的细胞内氧化胞内有机物，从而达到杀菌的目的，且低浓度的臭氧对粮虫就有良好的杀灭作用。且臭氧的杀菌速度极快，是氯的300～600倍，是紫外线的3 000倍[2]。O3灭菌主要有以下3种形式：臭氧能氧化分解细菌内部葡萄糖所需的酶，使细菌灭活死亡；直接与细菌、病毒作用，破坏它们的细胞器和DNA、RNA，使细菌的新陈代谢受到破坏，导致细菌死亡；透过细胞膜组织，侵入细胞内，作用于外膜的脂蛋白和内部的脂多糖，使细菌发生通透性畸变而溶解死亡。臭氧消毒灭菌方法与常规的灭菌方法相比具有以下特点：

(1)高效性。臭氧消毒灭菌是以空气为媒质，不需要其他任何辅助材料和添加剂。所体包容性好，灭菌彻底，同进还有很强的除霉、腥、臭等异味的功能。通过在某面粉加工企业在实际生产中安装臭氧发生器对小麦、成品粉进行杀菌，通过实验室对臭氧杀菌前后的小麦、成品粉进行试验对比，具体对比数据详见表1。实验结果显示，经过臭氧杀菌后，样品中的细菌总数和大肠菌群总数基本都为处理前的1/10，杀菌效果显著。

表1 小麦及面粉经臭氧杀菌前后的细菌和大肠杆菌指标

(2)高洁净性。臭氧快速分解为氧的特征，是臭氧作为消毒灭菌的独特优点。臭氧是利用空气中的氧气产生的，消毒过程中，多余的氧在30 min后又结合成氧分子，不存在任何残留物，解决了消毒剂消毒方法产生的二次污染问题，同时省去了消毒结束后的再次清洁。

(3)方便性。臭氧灭菌器一般安装在洁净室或者空气净化系统中或灭菌室内(如臭氧灭菌柜，传递窗等)。根据调试验证的灭菌浓度及时间，设置灭菌器的按时间开启及运行时间，操作使用方便。

(4)经济性。通过臭氧消毒灭菌在诸多制药行业及医疗卫生单位的使用及运行比较，臭氧消毒方法与其他方法相比具有很大的经济效益及社会效益。在当今工业快速发展中，环保问题特别重要，而臭氧消毒却避免了其他消毒方法产生的二次污染。

2 臭氧杀菌在制粉工艺中的应用展望

脱氧雪腐镰刀菌烯醇(DON)，俗称呕吐毒素，是一种单端孢霉烯族化合物，是禾谷镰刀菌和黄色镰刀菌等真菌侵染谷物后所产生的次级代谢产物，是赤霉病小麦中最主要的真菌毒素。DON对谷物的污染率和污染水平居镰刀菌毒素之首，每年有大量的粮食因被其污染而不能食用，人畜摄入了被污染的食物会出现厌食、呕吐、白细胞下降和内脏出血等中毒症状[3]。1998年国际癌症研究机构将DON列为第三类致癌物[4]。世界卫生组织将真菌毒素列为食源性疾病的重要根源，许多国家均规定了食品及饲料中真菌毒素的限量，以保护消费者健康[5]。

小麦籽粒中的呕吐毒素主要分布在皮层部位，小麦经过初期加工后，毒素主要转移至麸皮中，因此麸皮即成为小麦初加工产品中最易被DON污染的基质；面粉中虽然呕吐毒素DON含量低，但污染范围广。目前，臭氧杀菌在制粉工艺过程中的应用研究主要集中在以下两个工段：润麦段的臭氧杀菌；产品段的臭氧杀菌。

2.1 润麦段的臭氧杀菌

原料小麦经过清理工段的筛选、去石、风选等处理后，籽粒表面的微生物种类和数量都有所降低，好的清理流程和设备可降低1个数量级左右。但小麦经过着水润麦后，微生物数量又会显著增加，尤其以细菌数量增加的幅度最大，可增加1～2个数量级。因此，做好润麦阶段的工作对降低面粉成品的微生物指标具有重要的意义。

臭氧溶于水可形成臭氧水，臭氧水同样具有很强的杀菌能力。但臭氧水的杀菌机制稍有不同，其氧化反应主要有两类。一类是溶解于水中的臭氧直接与微生物接触并发生氧化反应；另一类是分解产生羟基，由极具氧化性的羟基与微生物作用的间接反应。两类氧化反应均能产生快速的杀菌效果[6]。

周建新等[7]研究了臭氧水润麦生产低菌小麦粉，结果显示臭氧水能有效控制润麦环节的微生物滋生，降低面粉产品中的微生物数量。20 ℃润麦时，浓度为5.5 mg/L的臭氧水能显著降低小麦粉中微生物含量。另外，相同臭氧水浓度润麦时，温度与面粉产品中微生物含量之间呈极显著正相关。

Gaou I等[8]用小鼠研究了臭氧水润麦的安全性。结果表明，经过臭氧水处理的小麦生产的小麦粉经小鼠口服后与对照组无差异。说明臭氧水处理小麦不会对最终的产品产生毒副作用。

2.2 产品段的臭氧杀菌

余以刚等[9]研究发现臭氧可以有效降解面粉中的DON含量，在面粉水分含量为16%，臭氧浓度45 mg/L，处理时间60 min时，DON初始含量为2.35～4.95 mg/kg的面粉中的DON降解率均可达到35%以上，且处理后的面粉主要理化指标无显著变化。

改良气体储藏是一种用混合气体置换储藏库或者包装容器中的空气，混合气体的组成不同于空气，其中气体的各个组分的比例在进入储藏库或者包装容器时就已经固定，保藏过程中不再对气体的组成做任何控制，或者仅定期放风[10]。面粉小包装一般使用塑料或覆膜包材，可以尝试在面粉小包装中使用适当浓度的臭氧进行改良气调储藏，以杀灭成品面粉中残留的微生物或抑制微生物的生长，延长面粉的货架期。

3 结束语

臭氧杀菌技术在食品行业的多个领域正得到广泛的应用，并且由于其基本无污染，操作简单等优点使其更容易被食品企业所接受。目前，虽然臭氧杀菌技术在面粉工业中的应用尚属空白，但实验室研究已经开始并取得了很好的实验结果。随着粮机设备的不断研发，新的制粉设备必将助力臭氧杀菌技术在制粉工艺中的应用。