食品工廠紫外殺菌原理及應(yīng)用

2/2食品工廠紫外殺菌原理及應(yīng)用一、紫外殺菌的原理

紫外線具有殺菌消毒作用主要是由于紫外輻射對(duì)微生物的核酸產(chǎn)生光化學(xué)危害，當(dāng)微生物被紫外線照耀時(shí)，細(xì)胞的核酸生物活性因汲取紫外線而轉(zhuǎn)變，從而引起菌體內(nèi)蛋白質(zhì)和酶的合成障礙，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)發(fā)生變異，使微生物死亡。

討論表明，紫外線能有效殺滅水中常見細(xì)菌、病菌、霉菌、孢子甚至原生動(dòng)物。

在食品工業(yè)中，主要用于生產(chǎn)用水、固體表面、包裝材料、食品加工車間、設(shè)備器具、工作臺(tái)的殺菌及對(duì)污水的處理，但對(duì)霉菌和細(xì)菌芽孢的殺菌效果較差，常需協(xié)作消毒方式來加強(qiáng)殺菌效果。

二、紫外光的基本學(xué)問

波長在200～400nm的電磁輻射稱為紫外（UV）輻射或紫外線。從實(shí)際應(yīng)用的角度可分為3個(gè)區(qū)域：

短波紫外光（UVC）：波長200～280nm;

中波紫外光（UVB）：波長280～320nm;

長波紫外光（UVA）：波長320～400nm。

三、紫外燈消毒的時(shí)間

利用紫外線進(jìn)行空間滅菌是一種常用的消毒方法。紫外線波長在2000-3000時(shí)具有殺菌作用。波長在2650-2660時(shí)殺菌力最強(qiáng)。

紫外線殺菌燈現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于房間和物體表面的消毒。紫外線的殺菌力與照耀時(shí)間，距離，和強(qiáng)度有關(guān)。一支30W的紫外燈掛在離地面2.5米高度，照耀時(shí)間30-60分鐘，可消毒30-60立方米的空間。殺死不同細(xì)菌所需要的照耀量也不同：革蘭氏陰性無芽孢細(xì)菌最簡(jiǎn)單被殺死；葡萄球菌，鏈球菌及芽孢等，則需要5-10倍的照耀量；真菌孢子則需50倍的照耀量。

一般我們一般的房間常規(guī)照耀時(shí)間大約把握在40-60分鐘，假如客觀環(huán)境和消度目的有特地規(guī)定的話，請(qǐng)參照上述標(biāo)準(zhǔn)。

四、關(guān)于紫外線消毒

（一）適用范圍

用于室內(nèi)空氣、物體表面和水及其它液體的消毒。

（二）紫外線消毒燈和紫外線消毒器

1、消毒使用的紫外線是C波紫外線，其波長范圍是200nm～275nm，殺菌作用最強(qiáng)的波段是250nm～270nm，消毒用的紫外線光源必需能夠產(chǎn)生輻照值達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)的殺菌紫外線燈。

2、制備紫外線消毒燈，應(yīng)采納等級(jí)品的石英玻璃管，以期得到滿足的紫外線輻照強(qiáng)度。

3、紫外線消毒燈可以配用對(duì)紫外線反射系數(shù)高的材料（如拋光鋁板）制成的反射罩。

4、要求用于消毒的紫外線燈在電壓為220V、環(huán)境相對(duì)濕度為60%、溫度為20℃時(shí)，輻射的253.7nm紫外線強(qiáng)度（使用中的強(qiáng)度）不得低于70μW/cm2（一般30W直管紫外線燈在距燈管1m處測(cè)定，特別紫外線燈在使用距離處測(cè)定，使用的紫外線測(cè)強(qiáng)儀必需經(jīng)過標(biāo)定，且在有效期內(nèi)；使用的紫外線強(qiáng)度監(jiān)測(cè)指示卡，應(yīng)取得衛(wèi)生許可批件，并在有效期內(nèi)使用）。

5、紫外線燈使用過程中其輻照強(qiáng)度漸漸降低，故應(yīng)定期測(cè)定消毒紫外線的強(qiáng)度，一旦降到要求的強(qiáng)度以下時(shí)，應(yīng)準(zhǔn)時(shí)更換。

6.紫外線消毒燈的使用壽命，即由新燈的強(qiáng)度降低到70μW/cm2的時(shí)間（功率≥30W），或降低到原來新燈強(qiáng)度的70%（功率30Ｗ）的時(shí)間，應(yīng)不低于1000h。紫外燈生產(chǎn)單位應(yīng)供應(yīng)實(shí)際使用壽命。

7.目前我國使用的紫外線消毒燈有下述幾種：

①一般直管熱陰極低壓汞紫外線消毒燈：燈管采納石英玻璃或其它對(duì)紫外線透過率高的玻璃制成，功率為40Ｗ、30Ｗ、20Ｗ、15Ｗ等。要求出廠新燈輻射253.7nm紫外線的強(qiáng)度（在距離1m處測(cè)定，不加反光罩）為：功率30W燈，≥90μW/cm2；功率20W燈，≥60μW/cm2；功率15W燈，≥20μW/cm2。由于這種燈在輻射253.7nm紫外線的同時(shí)，也輻射一部分184.9nm紫外線，故可產(chǎn)生臭氧。

②高強(qiáng)度紫外線消毒燈：要求輻射253.7nm紫外線的強(qiáng)度（在燈管中心垂直距離1m處測(cè)定）為：功率30W燈，170μW/cm2；11W燈，40μW/cm2。

③低臭氧紫外線消毒燈：也是熱陰極低壓汞燈，可為直管型或H型，由于采納了特別工藝和燈管材料，故臭氧產(chǎn)量很低，要求臭氧產(chǎn)量1mg/h。

④高臭氧紫外線消毒燈：由于實(shí)行了特別工藝，這種燈產(chǎn)生較大比例的波長184.9nm的紫外線，故臭氧產(chǎn)量較大。

8.紫外線消毒器：

①紫外線空氣消毒器：采納低臭氧紫外線殺菌燈制造，可用于有人條件下的室內(nèi)空氣消毒。

②紫外線表面消毒器：采納低臭氧高強(qiáng)度紫外線殺菌燈制造，以使其能快速達(dá)到滿足的消毒效果。

③紫外線消毒箱：采納高臭氧高強(qiáng)度紫外線殺菌燈或直管高臭氧紫外線燈制造，一方面利用紫外線和臭氧的協(xié)同殺菌作用，另一方面利用臭氧對(duì)紫外線照耀不到的部位進(jìn)行消毒。

（三）適用范圍及條件

1、紫外線可以殺滅各種微生物，包括細(xì)菌繁殖體、芽孢、分枝桿菌、病毒、真菌、立克次體和支原體等，凡被上述微生物污染的表面，水和空氣均可采納紫外線消毒。

2、紫外線輻照能量低，穿透力弱，僅能殺滅直接照耀到的微生物，因此消毒時(shí)必需使消毒部位充分暴露于紫外線。

3、用紫外線消毒紙張、織物等粗糙表面時(shí)，要適當(dāng)延長照耀時(shí)間，且兩面均應(yīng)受到照耀。

4、紫外線消毒的相宜溫度范圍是20℃～40℃，溫度過高過低均會(huì)影響消毒效果，可適當(dāng)延長消毒時(shí)間，用于空氣消毒時(shí)，消毒環(huán)境的相對(duì)濕度低于80%為好，否則應(yīng)適當(dāng)延長照耀時(shí)間。

5、用紫外線殺滅被有機(jī)物愛護(hù)的微生物時(shí)，應(yīng)加大照耀劑量?？諝夂退械膽腋×Ｗ右部捎绊懴拘Ч?。

（四）使用方法

1、對(duì)物品表面的消毒：

①照耀方式：最好使用便攜式紫外線消毒器近距離移動(dòng)照耀，也可實(shí)行紫外燈懸吊式照耀。對(duì)小件物品可放紫外線消毒箱內(nèi)照耀。

②照耀劑量和時(shí)間：不同種類的微生物對(duì)紫外線的敏感性不同，用紫外線消毒時(shí)必需使用照耀劑量達(dá)到殺滅目標(biāo)微生物所需的照耀劑量。

殺滅一般細(xì)菌繁殖體時(shí)，應(yīng)使照耀劑量達(dá)到10000μW.s/cm2；殺滅細(xì)菌芽孢時(shí)應(yīng)達(dá)到100000μW.s/cm2；病毒對(duì)紫外線的反抗力介于細(xì)菌繁殖體和芽胞之間；真菌孢子的反抗力比細(xì)菌芽孢更強(qiáng)，有時(shí)需要照耀到600000μW.s/cm2，但一般致病性真菌對(duì)紫外線的反抗力比細(xì)菌芽胞弱；在消毒的目標(biāo)微生物不詳時(shí)，照耀劑量不應(yīng)低于100000μW.s/cm2。輻照劑量是所用紫外線燈在照耀物品表面處的輻照強(qiáng)度和照耀時(shí)間的乘積。因此，依據(jù)紫外線光源的輻照強(qiáng)度，可以計(jì)算出需要照耀的時(shí)間。例如，用輻照強(qiáng)度為70μW/cm2的紫外線表面消毒器近距離照耀物品表面，選擇的輻照劑量是100000μW.s/cm2，則需照耀的時(shí)間是：

100000μW.s/cm2÷70μW/cm2=1429s÷60s≌24min。

2.對(duì)室內(nèi)空氣的消毒：

①間接照耀法：首選高強(qiáng)度紫外線空氣消毒器，不僅消毒效果牢靠，而且可在室內(nèi)有人活動(dòng)時(shí)使用，一般開機(jī)消毒30min即可達(dá)到消毒合格。

②直接照耀法：在室內(nèi)無人條件下，可實(shí)行紫外線燈懸吊式或移動(dòng)式直接照耀。采納室內(nèi)懸吊式紫外線消毒時(shí)，室內(nèi)安裝紫外線消毒燈（30Ｗ紫外燈，在1.0m處的強(qiáng)度70μW/cm2）的數(shù)量為平均每m3不少于1.5W，照耀時(shí)間不少于30min。

③對(duì)水和其他液體的消毒，可采納水內(nèi)照耀或水外照耀，采納水內(nèi)照耀法時(shí)，紫外光源應(yīng)裝有石英玻璃愛護(hù)罩，無論實(shí)行何種方法，水層厚度均應(yīng)小于2cm，依據(jù)紫外光源的強(qiáng)度確定水流速度。消毒后水必需達(dá)到國家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。

（五）留意事項(xiàng)

1、在使用過程中，應(yīng)保持紫外線燈表面的清潔，一般每兩周用酒精棉球擦拭一次，發(fā)覺燈管表面有灰塵、油污時(shí)，應(yīng)隨時(shí)擦拭。

2、用紫外線燈消毒室內(nèi)空氣時(shí)，房間內(nèi)應(yīng)保持清潔干燥，削減塵埃和水霧，溫度低于20℃或高于40℃，相對(duì)濕度大于60%時(shí)應(yīng)適當(dāng)延長照耀時(shí)間。

3、用紫外線消毒物品表面時(shí)，應(yīng)使照耀表面受到紫外線的直接照耀，且應(yīng)達(dá)到足夠的照耀劑量。

4、紫外線強(qiáng)度計(jì)至少1年標(biāo)定1次。

五、常見的紫外殺菌工具—紫外燈

1.安裝

紫外光的強(qiáng)度隨著光源距離的平方而降低，由于穿透力量很弱，所以必需靠近被處理的物質(zhì)。因此，紫外光對(duì)于大的開放區(qū)域的空氣消毒是無效的，它只適用于局部或用于區(qū)域消毒。紫外線滅菌效果與照耀時(shí)間和距離有關(guān)，時(shí)間長而距離近者效果好。一般工作人員高度大多在1.8m以下，紫外燈的安裝應(yīng)當(dāng)離地1.8-2m左右，以略高于工作人員的頭頂較好。

目前，由殺菌率來精確計(jì)算生產(chǎn)車間所需的紫外線燈數(shù)還比較困難，由于涉及到房間的換氣次數(shù)，生產(chǎn)車間的高度、地面材料、墻壁房頂?shù)姆瓷湫剩约败囬g的工作人員數(shù)量等等，一般生產(chǎn)車間內(nèi)紫外燈照耀強(qiáng)度不低于70μW/cm2，為了確保燈管有足夠的數(shù)量，依據(jù)目前使用的閱歷，一般可以每7～10m2安裝一支30W的殺菌燈。

2.使用

一般依據(jù)習(xí)慣，車間的紫外線燈是在上班前提前半小時(shí)到一小時(shí)或下班后由值班人員打開，上班時(shí)工作人員應(yīng)在關(guān)閉紫外線燈的狀況下洗手更衣進(jìn)入車間，假如光線不足時(shí)，可開啟日光燈進(jìn)行工作。所以，在電源設(shè)計(jì)時(shí)紫外線燈和日光燈的開關(guān)要分開電路，最好用不同顏色或標(biāo)識(shí)來區(qū)分電源開關(guān)?，F(xiàn)在，不少企業(yè)安裝的紫外燈開關(guān)往往和日光燈的開關(guān)一起，安置在安裝有燈管房間內(nèi)。這種電源開關(guān)的安置方式是不對(duì)的。

3.其它留意事項(xiàng)

3.1紫外殺菌燈燈管表面的污垢會(huì)影響紫外線的穿透力，從而影響殺菌效果。要保持燈管的清潔，至少每周用95%的乙醇擦拭1次。

3.2目前國產(chǎn)紫外燈的有效壽命一般為1000~3000h，而進(jìn)口的低壓高能燈管使用時(shí)間可達(dá)8000～12000h，中壓燈管可達(dá)5000～6000h。所以，紫外燈的壽命是有限的，因此，必需建立記錄和監(jiān)測(cè)制度。

3.3但由于紫外線的穿透力量差，紫外燈不能添加加防護(hù)裝置，可以通過玻璃管控的制度進(jìn)行異物管理。

3.4254納米波長對(duì)微生物的破壞性最大，180納米的波長可以在空氣中形成臭氧；

3.5紫外殺菌的主要運(yùn)用在表面殺菌、空氣殺菌和液體殺菌；

3.6紫外燈的安裝應(yīng)當(dāng)離地1.8-2m左右，一般可以每7～10m2安裝一支30W的殺菌燈。

3.7紫外燈的使用是有壽命的，應(yīng)記錄和定期監(jiān)測(cè)。

六、紫外殺菌技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用

在食品工業(yè)中，紫外線殺菌主要用于三個(gè)領(lǐng)域：表面殺菌、空氣殺菌和液體殺菌。

1.表面殺菌

紫外常用于包裝材料（容器、包裝紙或瓶蓋）的消毒：在包裝材料運(yùn)輸通道上用相宜的紫外燈照耀可起到殺菌作用。紫外消毒要求材料表面潔凈無垢，否則這些臟物會(huì)汲取紫外線而對(duì)微生物起到愛護(hù)作用。例如，在UHT乳生產(chǎn)中，用25317nm的UVC燈，輻射強(qiáng)度100～200mW/cm2,對(duì)HDPE瓶的鋁箔蓋和紙板箱進(jìn)行消毒處理，用紫外滅菌容器包裝的果味酸奶，貨架期可延長到約2周。在食品加工中工作臺(tái)面的消毒也是很重要的，可用紫外照耀消毒，但要求臺(tái)面必需清潔，否則異物的存在會(huì)愛護(hù)微生物。

短波紫外光（UVC）還可以被用于處理食品表面，掌握腐敗微生物的生長。如存在于白糖表面的熱解糖芽孢桿菌和肉表面的假單孢菌都可以用UVC來殺滅。但是，肉類直接被UV照耀會(huì)產(chǎn)生氧化味，乳類食品受紫外照耀也有同樣的問題。這些異味的產(chǎn)生是由于食品汲取了紫外產(chǎn)生的臭氧和氮氧化物而使肉和乳中的脂肪發(fā)生了光化學(xué)反應(yīng)所致，雖然到目前為止還沒有證據(jù)表明這些產(chǎn)物對(duì)人體有害，但給風(fēng)味帶來的影響是該技術(shù)在肉、乳中應(yīng)用的一大障礙。討論認(rèn)為，這種光化學(xué)反應(yīng)可通過濾去較短波長的紫外光或照耀前在產(chǎn)品上掩蓋一層惰性氣體來防止。

2.空氣殺菌

在食品加工中處理易被微生物污染的物料時(shí)，建議對(duì)工作場(chǎng)所的空氣進(jìn)行處理：層流空氣通過過濾器除去0.1μm的粒子，然后用UV輻射殺滅殘存的活的微生物。在果蔬的去皮操作中，若紫外處理過的空氣逆流流過去皮單元時(shí)，產(chǎn)品的微生物學(xué)質(zhì)量會(huì)顯著提高。冷藏室空氣的微生物學(xué)質(zhì)量也可以通過空氣殺菌裝置來提高。同樣的技術(shù)也已經(jīng)被用于孵化室的空氣凈化中。

3.液體殺菌

用UVC處理是殺滅水中大部分微生物和削減環(huán)境污染的有效方法之一。已被用于飲用水、污水和游泳池水的消毒處理，UV和臭氧聯(lián)合使用有