Ứng dụng ozone trong công nghiệp chế biến thực phẩm

Trong chế biến thực phẩm, điều quan trọng là cung cấp các sản phẩm thực phẩm sạch, không chứa mầm bệnh. Giữ cho các sản phẩm thực phẩm không có mầm bệnh và giảm nguy cơ lây nhiễm chéo các mầm bệnh có thể gây chết người là rất quan trọng, và đó là lý do tại sao vệ sinh bề mặt cần được chú trọng.

Nhiều nhà máy chế biến đã sử dụng ozone trong nước hoặc khí ozone vào các bước chống vi khuẩn trực tiếp trên bề mặt thực phẩm. FDA và USDA đã đưa ra những chấp thuận công nhận ozone là an toàn (GRAS) để sử dụng trực tiếp trên bề mặt của tất cả các sản phẩm thực phẩm, việc sử dụng ozone đã phát triển mạnh mẽ trong 10 năm qua. Sử dụng ozone để vệ sinh bề mặt chỉ là một phương pháp tiết kiệm chi phí do chúng không cần thời gian và không gian lưu trữ, không cần bổ sung hóa chất hay bất kỳ chất loại bỏ phụ phẩm nào.

Một trong những mối quan tâm lớn đối với việc lây nhiễm chéo trên thiết bị chế biến thực phẩm là sự tích tụ màng sinh học. Màng sinh học là các lớp vi sinh vật liên kết chặt chẽ với nhau trên bề mặt. Các vi sinh vật có thể tự bám vào một bề mặt và tiếp tục phát triển theo từng lớp vi sinh vật mới. Lớp vi sinh mới có thể cung cấp chất dinh dưỡng và bảo vệ chống lại chất khử trùng cho các lớp vi sinh hiện có. Những lớp vi khuẩn này có thể tiếp tục phát triển và trở nên kháng thuốc hơn với chất khử trùng theo thời gian, làm cho việc vệ sinh trở nên khó khăn hơn nếu không thực hiện vệ sinh đúng cách thường xuyên. Các màng sinh học kháng này phổ biến nhất trong các vết nứt, kẽ hở và các góc của thiết bị chế biến thực phẩm chỉ được vệ sinh định kỳ.

CDC ước tính rằng mỗi năm có khoảng 1 trong 6 người Mỹ (hoặc 48 triệu người) mắc bệnh, 128.000 người phải nhập viện và 3.000 người chết vì các bệnh do thực phẩm.

Ozone được sử dụng để khử độc thực phẩm thay thế clo

Chất khử trùng phổ biến trong công nghiệp chế biến thực phẩm là clo. Clo được trộn với nước cung cấp nước clo được sử dụng làm chất khử trùng. Một số vi sinh vật như E.coli và Giardia có thể xây dựng khả năng chống lại clo theo thời gian. Điều này có thể làm cho clo kém hiệu quả hơn trong quá trình khử trùng. Dư lượng clo trong nước thải cũng có thể được điều chỉnh và làm cho việc tuần hoàn hoặc xả nước khó khăn hơn do dư lượng clo trong nước.

Một nhược điểm nữa đối với clo và các hóa chất khác là tác động mạnh của chúng đối với thiết bị làm bằng kim loại và gỗ. Các vấn đề phổ biến là các thành phần thép mà nước clo thường xuyên tiếp xúc, làm giảm tuổi thọ của các thiết bị đắt tiền. Thùng rượu bằng gỗ cũng bị hư hại do hóa chất khắc nghiệt. Những người làm rượu đặc biệt chú ý chọn những thùng gỗ chất lượng cao để ủ rượu, loại gỗ này có thể bị hư hại và nhanh chóng cần được thay thế.

Ứng dụng ozone trong nước

Ozone có thể được hòa tan vào nước giống như clo và các hóa chất khác. Trong nhiều nhà máy, các hệ thống phun ôzôn cung cấp nước ozone hóa có thể đã được sử dụng trên các sản phẩm thực phẩm để chống vi khuẩn. Nước Ozone có thể được phun bất kỳ cách nào trong nhà máy một cách an toàn. Thiết bị, tường, sàn, cống rãnh, bể chứa, bồn tắm, giá đỡ, dao và bàn đều có thể được phun bằng dung dịch nước ozone. Đường ống đi kèm cũng có thể được khử trùng bằng ozone với hệ thống làm sạch tại chỗ.

Ozone đã được nghiên cứu và khẳng định là mang đến hiệu quả diệt khuẩn, loại bỏ dư lượng thuốc trừ sâu trên thực phẩm

Trong quá trình vệ sinh bằng ozone, quy trình hai bước thường được yêu cầu. Bề mặt được làm sạch và loại bỏ màng sinh học bằng nước nóng. Sau đó, nước ozone được sử dụng để làm vệ sinh bề mặt, tiêu diệt tất cả vi khuẩn, vi rút, nấm và bào tử. Không cần thực hiện bước vệ sinh nào khác sau khi sử dụng ozone. Trên thực tế, không cần thiết phải rửa lại sau khi ozone hóa vì ozone sẽ không để lại dư lượng trên bề mặt. Điều này có thể làm giảm thời gian làm sạch và chi phí sử dụng nước.

Ozone là một chất khử trùng mạnh mẽ, không để lại cặn trên bề mặt của thiết bị hoặc vật liệu. Điều này hạn chế khả năng ăn mòn của ôzôn và cung cấp chất khử trùng ít khắc nghiệt hơn hoặc thậm chí nhẹ nhàng hơn nhiều hóa chất thường được sử dụng. Ozone sẽ mang đến hiệu quả khử trùng cao mà không có tác hại đối với thiết bị kim loại hoặc gỗ.

Ozone có thể được sử dụng suốt cả ngày trong quá trình xử lý. Vì không có nguy cơ làm hỏng sản phẩm bằng các hóa chất mạnh. Điều này có thể giảm thời gian ngừng hoạt động và cho phép quy trình sản xuất tại nhà máy diễn ra liên tục, làm tăng năng suất.

Thử nghiệm thực tế ozone tại các nhà máy 

Thí nghiệm về khả năng khử trùng của ozone

Các thử nghiệm được thực hiện vào năm 1999 bởi Đại học California Polytechnic State tại một nhà máy thí điểm cho thấy hiệu quả của ozone trong việc giảm tải vi sinh vật. Hệ thống ôzôn đang được sử dụng cung cấp mức ôzôn hòa tan 2,0 ppm được phun lên các bề mặt cần làm vệ sinh. Không có phương pháp làm sạch nào khác được sử dụng với ozone để đảm bảo giảm tất cả vi khuẩn là do ozone dung dịch nước. Bảng dưới đây cho thấy kết quả từ thử nghiệm này.

Đồ vật	Lượng vi sinh vật bị tiêu diệt
Ấm đun nước bằng thép không gỉ	89,7-98,2
Mặt bàn bằng thép không gỉ	98,9-99,7
Tấm vải liệm không gỉ	63,1-99,9
Tầng cao lưu lượng	67.0-95.6
Tầng có lưu lượng truy cập thấp	84,3-99,9
Thùng vận chuyển bằng nhựa	96,9-97,2

Thí nghiệm về ứng dụng ozone trong khử trùng dụng cụ chế biến thực phẩm

Tiến sĩ Brian Hampson tại Khoa Khoa học Thực phẩm và Dinh dưỡng, Đại học California Polytechnic State, San Luis Obispo, CA đã thực hiện một thí nghiệm đối với ozone trong việc vệ sinh đồ dùng trong nhà máy chế biến thực phẩm

Các thử nghiệm đã được thực hiện tại Công ty Chế biến Thịt lợn Fortune 50 để xác định hiệu quả của dung dịch nước ozone trong việc vệ sinh các bề mặt cứng, dụng cụ chế biến.. Các thử nghiệm này được thực hiện trong một nhà máy làm việc trong môi trường làm việc bình thường. Các mẫu được phun bằng nước ôzôn có nồng độ từ 1,1 – 1,4 ppm trong khoảng 10 – 15 giây. Tất cả các thử nghiệm đều so sánh số lượng vi sinh trên các mẫu trước và sau ozone, ozone so với nước 180 ° F và ozone so với nước 180 ° F và nước lạnh.

Trong các thử nghiệm này, ozone hoạt động rất tốt như một chất khử trùng. Ozone cho thấy sự giảm tải vi sinh vật một cách nhất quán trên mỗi vật liệu được thử nghiệm. Trong tất cả các thử nghiệm, ozon được thực hiện ở mức chấp nhận được đối với vấn đề vệ sinh. Trong nhiều thử nghiệm, ozone vượt trội hơn 180 ° F nước. Vì các thử nghiệm này được thực hiện trong môi trường thế giới thực với mức ozone từ1,1 – 1,4 ppm nên chúng cho thấy tính trân thực và khả năng ứng dụng rộng rãi của ozon

Các nghiên cứu về khử trùng và loại bỏ màng sinh học bằng nước ozone bằng hệ thống màng sinh học vi sinh nhân tạo

Ozone cũng có thể được sử dụng ở dạng khí để khử trùng và làm vệ sinh các khu vực. Mặc dù màng sinh học thực tế sẽ không bị loại bỏ bằng ozone dạng khí, nhưng có những ứng dụng phù hợp. Nhiều ứng dụng không cho phép nước xâm nhập vào các vị trí mà vi khuẩn có thể cư trú và gây nhiễm chéo. Ozone dạng khí đã được sử dụng trong nhiều năm để kiểm soát mùi hôi, xử lý nấm mốc và các dịch vụ khử mùi diệt khuẩn khác. Do đó, chúng cũng được đề xuất để khử mùi hôi và bào tử nấm mốc trong các cơ sở công nghiệp với tên gọi máy ozone công nghiệp.

Việc sử dụng ozone dạng khí đã được thử nghiệm dưới nhiều hình thức khác nhau cho nhiều ứng dụng. Một loạt các ứng dụng từ phòng bệnh viện cho đến dụng cụ thể thao, chẳng hạn như thiết bị chơi khúc côn cầu, đã sử dụng khí ozone để khử trùng. Khi sử dụng nước ozone để vệ sinh bề mặt, hai yếu tố chính ảnh hưởng đến sự thành công của ozone là thời gian tiếp xúc và nồng độ ozone. Khi sử dụng ozone dạng khí, một biến số mới, độ ẩm, sẽ ảnh hưởng đáng kể đến kết quả. Mức độ ẩm của môi trường sẽ ảnh hưởng đến khả năng xâm nhập của ozone và tiêu diệt vi sinh vật.

Một nghiên cứu đã được thực hiện để khảo sát tiềm năng của khí ozone trong việc ức chế sự phát triển của vi sinh vật trên bề mặt. Nghiên cứu này đánh giá hiệu quả của ozone ở các nồng độ ozone khác nhau, trong những thời điểm tiếp xúc khác nhau, ở độ ẩm tương đối khác nhau.

Ảnh hưởng của ozone đối với Apergillus niger, Pseudomonas aeruginosa và hỗn hợp vi sinh vật đã được thử nghiệm. Các bề mặt bị ô nhiễm cao được tiếp xúc với khí ôzôn ở các mức độ khác nhau từ 0,1 đến 5.000 ppm trong các thử nghiệm này. Thời gian tiếp xúc từ 20 phút đến 120 phút được sử dụng ở mức ozone thấp, trong khi thời gian tiếp xúc từ 0,33 phút đến 20 phút được sử dụng ở 5.000 ppm. Kết quả cho thấy độ ẩm ảnh hưởng lớn đến việc giảm vi khuẩn trong điều kiện có khí ozone. Thay đổi độ ẩm từ 15-25% đến 85-95% cho thấy sự thay đổi lớn hơn trong việc khử vi khuẩn so với việc thay đổi mức ozone trong một số thử nghiệm.

Khi nồng độ vi sinh vật cao trên đĩa thạch đặt trong buồng thử nghiệm tiếp xúc với nồng độ ôzôn cao, 5,0 ppm, thì sự phá hủy là rất lớn. Các kết quả được hiển thị dưới đây.

Bảng 1: Tỷ lệ sống của vi sinh vật ở nồng độ cao tiếp xúc với nồng độ ozone cao trong thời gian tiếp xúc ngắn hơn.

VI SINH VẬT	THỜI GIAN TIẾP XÚC (phút)	ĐIỀU KHIỂN (CFU)	Nồng độ vi khuẩn còn tồn tại (%)
Aspergillus niger	0,33	3 * 10 *	Nhiều
Aspergillus niger	5.00	3 * 10 *	0,27
Aspergillus niger	20.00	3 * 10 *	0,19
Pseudomonas aeruginosa	0,33	1 * 10 *	0,004
Pseudomonas aeruginosa	5.00	1 * 10 *	0,0004
Pseudomonas aeruginosa	20.00	1 * 10 *	0
Hỗn hợp vi sinh vật	0,33	5 * 10 4	Nhiều
Hỗn hợp vi sinh vật	5.00	5 * 10 5	0,0018
Hỗn hợp vi sinh vật	20.00	5 * 10 6	0,0016

Ứng dụng thực tế của khí Ozone như một chất chống nấm

Các nhà khoa học đã đánh giá khả năng của máy tạo ôzôn trong việc khử hoạt tính của 13 loài nấm môi trường khác nhau. Các mẫu, được chuẩn bị dưới dạng màng ướt hoặc khô, được trải qua một hoặc hai chu kỳ xử lý (35 ppm ozone trong 20 phút, với một đợt nổ ngắn ±> 90 ± độ ẩm tương đối), và được đo khả năng tồn tại còn lại. Các phương pháp xử lý có thể vô hiệu hóa 3 log ¹⁰  cfu (đơn vị hình thành khuẩn lạc) của hầu hết các loại nấm, cả trong phòng thí nghiệm và trong điều kiện hiện trường mô phỏng, trên các bề mặt khác nhau. Nhóm nghiên cứu kết luận rằng máy tạo ôzôn sẽ là một công cụ khử nhiễm có giá trị để loại bỏ nấm mốc

Đánh giá tác dụng kháng khuẩn của ôzôn pha khí

Nghiên cứu này đã đánh giá tác động của việc phơi nhiễm nhiều loại vi sinh vật trên các vật liệu xốp và không xốp đến nồng độ ôzôn khí tăng cao trong khoảng từ 100 – 1000 ppm. Vật liệu xây dựng tấm thạch cao (xốp) và lam kính (không xốp) đã được sử dụng. Hai sinh vật nấm, hai vi khuẩn và hai mức độ ẩm tương đối (RH) đã được thử nghiệm. Tăng độ ẩm và sự tiếp xúc với bề mặt không xốp đã làm tăng khả năng diệt khuẩn của các mức ozone cao. Kết quả của nghiên cứu này chỉ ra rằng ngay cả ở nồng độ tương đối cao của ozone cũng khó có thể làm giảm đáng kể sự tồn tại của vi sinh vật trên bề mặt, đặc biệt là trên các vật liệu xốp.