臭氧殺菌技術(shù)在制粉工藝中的應用展望

沈 軍，左英秀

1.無錫中糧工程科技有限公司 (無錫 214035) 2.中糧東海糧油工業(yè)(張家港)有限公司 (張家港 215634)

小麥從田間生長到流通過程中不可避免會要與土壤和其他物體接觸,使表面攜帶大量的微生物。在小麥制粉過程中，小麥籽粒破碎后其皮層將和胚乳接觸，表皮的微生物會在這個過程中進入小麥粉，加工過程特別是潤麥過程，會造成微生物的顯著增加，導致小麥粉中微生物含量較高，一旦環(huán)境條件適宜，即造成發(fā)熱霉變，且在使用時無法淘洗和大量殺菌，烘焙時也不能完全殺滅耐熱菌，從而嚴重影響食品安全。曾朝珍等研究了小麥粉生產(chǎn)過程中微生物的變化規(guī)律，結(jié)果表明面粉產(chǎn)品的微生物數(shù)量與加工環(huán)節(jié)的衛(wèi)生狀況密切相關(guān)。影響面粉微生物指標的主要因素是原料小麥、清理程度、潤麥用水的衛(wèi)生狀況以及磨粉機積粉。

為確保面粉衛(wèi)生質(zhì)量指標，保證生產(chǎn)過程中產(chǎn)品符合國家衛(wèi)生標準或食品行業(yè)標準，在面粉生產(chǎn)過程中利用臭氧殺菌方法可以有效地降低面粉中的細菌總數(shù)和大腸桿菌數(shù)量，解決面粉加工企業(yè)的困惑，給面粉加工企業(yè)帶來較大的經(jīng)濟效益。此外，據(jù)報道臭氧還能部分降解糧食中的有機磷、有機氯等農(nóng)藥殘留[1]。

1 臭氧殺菌的原理及特點

臭氧是通過臭氧發(fā)生器制取的，原理是利用高壓電力或化學反應，使空氣中的部分氧氣分解后聚合為臭氧，是氧的同素異形轉(zhuǎn)變的一種過程。該裝置是在兩個高壓電極之間覆以厚度均勻的解電體，當兩極接通高壓交流電(一般為10 000～20 000 V)時，電極間發(fā)生無聲放電。此時，如空氣通過放電間隙，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結(jié)合，或與氧分子結(jié)合而生成臭氧分子。

臭氧是一種強氧化劑，其氧化還原電位僅次于F2，溶于水后直接或利用反應中生成的大量羥基自由基及新生態(tài)氧間接氧化水中的無機物或有機物，并進入細菌的細胞內(nèi)氧化胞內(nèi)有機物，從而達到殺菌的目的，且低濃度的臭氧對糧蟲就有良好的殺滅作用。且臭氧的殺菌速度極快，是氯的300～600倍，是紫外線的3 000倍[2]。O3滅菌主要有以下3種形式：臭氧能氧化分解細菌內(nèi)部葡萄糖所需的酶，使細菌滅活死亡；直接與細菌、病毒作用，破壞它們的細胞器和DNA、RNA，使細菌的新陳代謝受到破壞，導致細菌死亡；透過細胞膜組織，侵入細胞內(nèi)，作用于外膜的脂蛋白和內(nèi)部的脂多糖，使細菌發(fā)生通透性畸變而溶解死亡。臭氧消毒滅菌方法與常規(guī)的滅菌方法相比具有以下特點：

(1)高效性。臭氧消毒滅菌是以空氣為媒質(zhì)，不需要其他任何輔助材料和添加劑。所體包容性好，滅菌徹底，同進還有很強的除霉、腥、臭等異味的功能。通過在某面粉加工企業(yè)在實際生產(chǎn)中安裝臭氧發(fā)生器對小麥、成品粉進行殺菌，通過實驗室對臭氧殺菌前后的小麥、成品粉進行試驗對比，具體對比數(shù)據(jù)詳見表1。實驗結(jié)果顯示，經(jīng)過臭氧殺菌后，樣品中的細菌總數(shù)和大腸菌群總數(shù)基本都為處理前的1/10，殺菌效果顯著。

表1 小麥及面粉經(jīng)臭氧殺菌前后的細菌和大腸桿菌指標

(2)高潔凈性。臭氧快速分解為氧的特征，是臭氧作為消毒滅菌的獨特優(yōu)點。臭氧是利用空氣中的氧氣產(chǎn)生的，消毒過程中，多余的氧在30 min后又結(jié)合成氧分子，不存在任何殘留物，解決了消毒劑消毒方法產(chǎn)生的二次污染問題，同時省去了消毒結(jié)束后的再次清潔。

(3)方便性。臭氧滅菌器一般安裝在潔凈室或者空氣凈化系統(tǒng)中或滅菌室內(nèi)(如臭氧滅菌柜，傳遞窗等)。根據(jù)調(diào)試驗證的滅菌濃度及時間，設置滅菌器的按時間開啟及運行時間，操作使用方便。

(4)經(jīng)濟性。通過臭氧消毒滅菌在諸多制藥行業(yè)及醫(yī)療衛(wèi)生單位的使用及運行比較，臭氧消毒方法與其他方法相比具有很大的經(jīng)濟效益及社會效益。在當今工業(yè)快速發(fā)展中，環(huán)保問題特別重要，而臭氧消毒卻避免了其他消毒方法產(chǎn)生的二次污染。

2 臭氧殺菌在制粉工藝中的應用展望

脫氧雪腐鐮刀菌烯醇(DON)，俗稱嘔吐毒素，是一種單端孢霉烯族化合物，是禾谷鐮刀菌和黃色鐮刀菌等真菌侵染谷物后所產(chǎn)生的次級代謝產(chǎn)物，是赤霉病小麥中最主要的真菌毒素。DON對谷物的污染率和污染水平居鐮刀菌毒素之首，每年有大量的糧食因被其污染而不能食用，人畜攝入了被污染的食物會出現(xiàn)厭食、嘔吐、白細胞下降和內(nèi)臟出血等中毒癥狀[3]。1998年國際癌癥研究機構(gòu)將DON列為第三類致癌物[4]。世界衛(wèi)生組織將真菌毒素列為食源性疾病的重要根源，許多國家均規(guī)定了食品及飼料中真菌毒素的限量，以保護消費者健康[5]。

小麥籽粒中的嘔吐毒素主要分布在皮層部位，小麥經(jīng)過初期加工后，毒素主要轉(zhuǎn)移至麩皮中，因此麩皮即成為小麥初加工產(chǎn)品中最易被DON污染的基質(zhì)；面粉中雖然嘔吐毒素DON含量低，但污染范圍廣。目前，臭氧殺菌在制粉工藝過程中的應用研究主要集中在以下兩個工段：潤麥段的臭氧殺菌；產(chǎn)品段的臭氧殺菌。

2.1 潤麥段的臭氧殺菌

原料小麥經(jīng)過清理工段的篩選、去石、風選等處理后，籽粒表面的微生物種類和數(shù)量都有所降低，好的清理流程和設備可降低1個數(shù)量級左右。但小麥經(jīng)過著水潤麥后，微生物數(shù)量又會顯著增加，尤其以細菌數(shù)量增加的幅度最大，可增加1～2個數(shù)量級。因此，做好潤麥階段的工作對降低面粉成品的微生物指標具有重要的意義。

臭氧溶于水可形成臭氧水，臭氧水同樣具有很強的殺菌能力。但臭氧水的殺菌機制稍有不同，其氧化反應主要有兩類。一類是溶解于水中的臭氧直接與微生物接觸并發(fā)生氧化反應；另一類是分解產(chǎn)生羥基，由極具氧化性的羥基與微生物作用的間接反應。兩類氧化反應均能產(chǎn)生快速的殺菌效果[6]。

周建新等[7]研究了臭氧水潤麥生產(chǎn)低菌小麥粉，結(jié)果顯示臭氧水能有效控制潤麥環(huán)節(jié)的微生物滋生，降低面粉產(chǎn)品中的微生物數(shù)量。20 ℃潤麥時，濃度為5.5 mg/L的臭氧水能顯著降低小麥粉中微生物含量。另外，相同臭氧水濃度潤麥時，溫度與面粉產(chǎn)品中微生物含量之間呈極顯著正相關(guān)。

Gaou I等[8]用小鼠研究了臭氧水潤麥的安全性。結(jié)果表明，經(jīng)過臭氧水處理的小麥生產(chǎn)的小麥粉經(jīng)小鼠口服后與對照組無差異。說明臭氧水處理小麥不會對最終的產(chǎn)品產(chǎn)生毒副作用。

2.2 產(chǎn)品段的臭氧殺菌

余以剛等[9]研究發(fā)現(xiàn)臭氧可以有效降解面粉中的DON含量，在面粉水分含量為16%，臭氧濃度45 mg/L，處理時間60 min時，DON初始含量為2.35～4.95 mg/kg的面粉中的DON降解率均可達到35%以上，且處理后的面粉主要理化指標無顯著變化。

改良氣體儲藏是一種用混合氣體置換儲藏庫或者包裝容器中的空氣，混合氣體的組成不同于空氣，其中氣體的各個組分的比例在進入儲藏庫或者包裝容器時就已經(jīng)固定，保藏過程中不再對氣體的組成做任何控制，或者僅定期放風[10]。面粉小包裝一般使用塑料或覆膜包材，可以嘗試在面粉小包裝中使用適當濃度的臭氧進行改良氣調(diào)儲藏，以殺滅成品面粉中殘留的微生物或抑制微生物的生長，延長面粉的貨架期。

3 結(jié)束語

臭氧殺菌技術(shù)在食品行業(yè)的多個領(lǐng)域正得到廣泛的應用，并且由于其基本無污染，操作簡單等優(yōu)點使其更容易被食品企業(yè)所接受。目前，雖然臭氧殺菌技術(shù)在面粉工業(yè)中的應用尚屬空白，但實驗室研究已經(jīng)開始并取得了很好的實驗結(jié)果。隨著糧機設備的不斷研發(fā)，新的制粉設備必將助力臭氧殺菌技術(shù)在制粉工藝中的應用。