引言

隨著經濟的發展和人們生活水平的不斷提高，冰箱已走進千家萬戶，成為日常生活不可缺少的家用電器。冰箱是人為制造一低溫環境來保存食品的設備。早期的冰箱沒有抗菌和殺菌的功能,僅僅依靠低溫來保鮮食物,這種冰箱內的食品，尤其是冷藏室中的食品時間長了仍然要腐敗變質，這是因為在低溫環境下仍然有細菌存在。后來人們在冰箱內膽里加入抗菌材料來進行殺菌,雖然有一定的效果,但是只能殺死與冰箱內壁接觸的細菌,而冰箱內部的細菌無法殺死。本研究就是在這種背景下進行的，目的是研制出一種不僅能為食品提供低溫，還能創造一個潔凈的環境、能殺滅食品上的細菌的新型冰箱。

2目前的研究情況

臭氧技術在食品加工，果蔬保鮮，肉類儲藏等領域內的研究工作在國內外早就已經展開，相關的報道也屢見報端；負離子技術在這方面的應用及研究工作近年來也在日漸加強。

2.1臭氧殺菌原理

臭氧的電極電位是2.07ｅＶ,是一種潛在的氧化劑,其氧化能力僅次于氟、氯、三氟化合物和氫氧根自由基,位于第5位,在實際應用中呈現出奇特的消毒、滅菌等作用，同時臭氧在自然狀態下易產生氫氧根自由基的特點,也使得臭氧廣泛應用于食品生產的消毒滅菌等工序中[1]。臭氧能夠徹底殺滅細菌和病毒,尤其是對大腸桿菌、赤痢菌、流感病毒等特別有效,1min可去除率達99.99%。霉菌是果蔬儲藏中最常見的微生物，它具有較強的耐受力，在 0℃左右的冷庫內仍能生存繁殖，霉菌對消毒劑具有較強的抵抗力，成為引起果蔬腐爛變質的主要原因，高濃度的臭氧(體積分數為10～15 ppm)能殺死霉菌,低濃度臭氧有抑制霉菌生長作用。臭氧殺滅菌過程屬生物化學氧化反應。臭氧滅菌有以下3種形式：[2]①臭氧能氧化分解細菌內部葡萄糖所需的酶，使細菌滅活死亡；②直接與細菌、病毒作用，破壞它們的細胞壁和DNA、RNA，使細菌的新陳代謝受到破壞，導致細菌死亡；③透過細胞膜組織，侵入細胞內，作用于外膜的脂蛋白和內部的脂多糖，使細菌發生通透性畸變而溶解死亡。臭氧具有殺菌力強、菌譜廣、可自行分解不產生殘余污染的優點。因此，臭氧能對果蔬類殺菌防霉，延長儲藏期；另一方面，臭氧氣體會快速氧化分解果蔬呼吸排出的乙烯氣體，乙烯是催熟劑，會增強呼吸加速成熟過程。乙烯被分解后降低了果蔬的新陳代謝，減慢了生理老化進程，因而實現了保鮮作用；需要特別強調的是,臭氧在消毒、滅菌過程中僅產生無毒的氧化物,多余的臭氧最終還原成為氧,不存在殘留物,沒有任何遺留污染的問題，臭氧還能去除庫內異味,可直接用于食品的消毒、滅菌。這是其他任何的化學消毒方法所無法比擬的,是食品生產中不可多得的冷消毒劑。

2.2負離子的發生及殺菌原理

2.2.1負離子發生原理

負離子發生器利用高壓靜電場的作用，將附近空氣電離，空氣中的分子電離產生的電子極易被氧分子捕獲，形成負氧離子。

如下式所示。電子與中性分子或原子相碰，電子附著后即成負離子。e-+M＝M-(M:中性分子或原子)可能附著電子的有原子或分子、氧、水蒸氣、鹵素及六氟化硫等，含有這些的氣體極易負離子化。大氣中也會自然生成負離子，但其生成的理論因與實驗多有不合，至今尚無定論，況且目前大氣中所存在的負離子是O2－(H20)n及CO4－(H20)n，放電是高效產生負離子的方法之一，其原理如圖1。上下分別是針、板電極，針電極施加高壓后，針尖處電暈放電，針尖周圍即生成正負兩種離子。如此時針電極施加的是負電極性，則正離子直接被針電極吸引中和，負離子則同性相斥向板電極移動。由于與正離子本身大小相比。其移動之路可謂漫漫，故在二極間送風后，風力在部分空間可大于極電極對離子的吸引力。使部分負離子逸空而出。圖1的電暈放電裝置即可產生負離子及臭氧

負氧離子具有清新空氣、殺菌、醫療和保健作用，被稱為“空氣中的維生素”。空氣中的負離子量增加，對人體健康有很大貢獻，諸如鎮靜，自律神經消除失眠焦慮，殺滅空氣中的細菌，病毒，促進新陳代謝，凈化血液，強化細胞機能，美顏及延壽等等重要功能，而對于哮喘、支氣管炎、過敏性鼻炎等疾病均有治療作用。在污染較為嚴重的室內環境中，負離子濃度通常不足100個／cm3，而最適宜人體的負離子濃度最小值是1000個／cm3。負離子被醫學界確認是具有殺滅病菌及凈化空氣的有效手段。其機理主要在于負離子與細菌結合后，使細菌產生結構的改變或能量的轉移，導致細菌死亡，最終降沉于地面，使空氣中細菌迅速遞減，同時負離子可與空氣中的塵埃結合沉淀，達到除塵的目的。負離子殺菌的研究在國內外早就已經展開，日本三菱公司已成功地開發出用負離子控制粘附在食品上的微生物繁殖技術，可防止食物腐敗。采用這種技術保鮮魚、肉等食品不僅防霉抑菌效果好，而且食品不會變色、變質等，可以最大限度的保持食品原色、原味，冷凍的生鮮食品保鮮期可大大延長；在9一7℃、濕度為90%的條件下，用負離子處理過的金槍魚肉可保鮮4天;草莓可保鮮7天。未經處理的金槍魚肉4天就腐爛發臭，草莓也完全發霉。

2.3臭氧負離子兩者聯合使用的殺菌原理

一些專業冷庫以往是用臭氧進行保鮮處理，臭氧雖有很強的氧化力，殺菌效果好，但是由于臭氧的氧化力太強，經臭氧處理過的食品鮮度降低，而且冷庫內的零件也易腐蝕。在沒有負離子的協同作用時，要需要較長時間才能看到殺菌裝置的殺菌效果。近年來，日本發現帶有O-157病原性大腸菌的肉類污染、在其它農畜產品中微生物的污染也多有發生。傳統的食品殺菌方法雖均具有較強的殺菌力，但也可能引起食品本身的質變，從而期望開發對食品本身影響小而殺菌力又大的全新殺菌技術。負離子不會引起食品變色、變質。也可防微生物增殖，但一旦停止處理，其抑制增殖的效果也就消失。故設想將負離子再添加低濃度臭氧組成混合氣體的殺菌方法。

日本的三菱電器曾經對低濃度臭氧負離子聯合殺菌效果，以及聯合作用后對食品保鮮、對食品品質的影響進行了研究，他們的研究結果顯示：當空氣中含有臭氧和負離子，臭氧濃度為0.03 ppm，負離子濃度為106 parts/cm3時，其殺菌能力比單獨采用臭氧或負離子的殺菌能力要強得多，研究發現，低濃度臭氧和負離子的聯合作用，對食品表面上的細菌不僅有很好的殺滅作用，而且對食品本身沒有影響。進一步研究表明，當臭氧濃度為0.03 ppm，負離子濃度為106 parts/cm3時，殺菌能力比單獨使用任何一種提高了10倍，一般殺菌率都在90%以上。對于葡萄球菌，在20℃相對濕度90%，當僅采用低濃度臭氧或負離子殺菌時，細菌殺滅率低于10%，然而兩者聯合作用，殺滅率高達94%。此外，低濃度臭氧和負離子聯合作用，對大腸桿菌和假單胞菌(pseudomonas)（一種在低溫下能很好生長的細菌）也具有很好的殺滅作用。[3]低濃度臭氧負離子聯合殺菌不僅安全，有效，而且食品不退色。對于豬肉和金槍魚，當臭氧濃度為0.2 ppm時，不僅細菌明顯減少，而且沒有檢測到異味；對于草莓，其上的細菌被抑制，聯合作用對草莓的影響和單獨用負離子的影響相同，而且維生素幾乎沒有下降；此外，在水果諸如葡萄、櫻桃、李子長期保存的試驗中發現， 葡萄保存8個月也未見微生物大量繁殖。用這種方法保存食物之所以有效，是因為這種技術能殺滅食品表面的細菌又不影響食品本身。

3應用效果

臭氧及負離子的殺菌保鮮技術以前大都用在大型的食物儲藏庫內，目前冰箱行業的技術人員經過潛心研究，研制出一種可以產生臭氧及負離子的小型殺菌消毒裝置，將此裝置裝在冷藏室內，就可以實現冷藏保鮮食品的目的，經多方試驗，效果良好。