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食品实验室及工厂紫外杀菌原理及应用

浏览：发布日期：2023-07-19

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紫外杀菌的原理

紫外线具有杀菌消毒作用主要是因为紫外辐射对微生物的核酸产生光化学危害，当微生物被紫外线照射时，细胞的核酸生物活性因吸收紫外线而改变，从而引起菌体内蛋白质和酶的合成障碍，导致结构发生变异，使微生物死亡。研究表明，紫外线能有效杀灭水中常见细菌、病菌、霉菌、孢子甚至原生动物。在食品工业中，主要用于生产用水、固体表面、包装材料、食品加工车间、设备器具、工作台的杀菌及对污水的处理，但对霉菌和细菌芽孢的杀菌效果较差，常需配合消毒方式来加强杀菌效果。

紫外光的基本知识

波长在200～400nm的电磁辐射称为紫外(UV)辐射或紫外线。从实际应用的角度可分为3个区域:

短波紫外光(UVC)：波长200～280nm;

中波紫外光(UVB)：波长280～320nm;

长波紫外光(UVA)：波长320～400nm。

紫外灯消毒的时间

利用紫外线进行空间灭菌是一种常用的消毒方法。紫外线波长在2000-3000Å时具有杀菌作用。波长在2650-2660Å时杀菌力最强。紫外线杀菌灯现已广泛应用于房间和物体表面的消毒。紫外线的杀菌力与照射时间，距离，和强度有关。一支30W的紫外灯挂在离地面2.5米高度，照射时间30-60分钟，可消毒30-60立方米的空间。杀死不同细菌所需要的照射量也不同：革兰氏阴性无芽孢

细菌最容易被杀死；葡萄球菌，链球菌及芽孢等，则需要5-10倍的照射量；真菌孢子则需50倍的照射量。

一般我们普通的房间常规照射时间大约掌握在40-60分钟，如果客观环境和消度目的有专门规定的话，请参照上述标准。

关于紫外线消毒

一、适用范围：用于室内空气、物体表面和水及其它液体的消毒。

二、紫外线消毒灯和紫外线消毒器

1.消毒使用的紫外线是C波紫外线，其波长范围是 200nm～275nm，杀菌作用最强的波段是 250nm～270nm，消毒用的紫外线光源必须能够产生辐照值达到国家标准的杀菌紫外线灯。

2.制备紫外线消毒灯，应采用等级品的石英玻璃管，以期得到满意的紫外线辐照强度。

3.紫外线消毒灯可以配用对紫外线反射系数高的材料（如抛光铝板）制成的反射罩。

4.要求用于消毒的紫外线灯在电压为220V、环境相对湿度为60%、温度为20℃时，辐射的253.7nm 紫外线强度(使用中的强度)不得低于 70μW/ cm2(普通30W直管紫外线灯在距灯管1m处测定，特殊紫外线灯在使用距离处测定，使用的紫外线测强仪必须经过标定，且在有效期内；使用的紫外线强度监测指示卡，应取得卫生许可批件，并在有效期内使用)。

5.紫外线灯使用过程中其辐照强度逐渐降低，故应定期测定消毒紫外线的强度，一旦降到要求的强度以下时，应及时更换。

6.紫外线消毒灯的使用寿命，即由新灯的强度降低到70μW/cm2

的时间(功率≥30W)，或降低到原来新灯强度的70%（功率<30Ｗ）的时间，应不低于1000h。紫外灯生产单位应提供实际使用寿命。

7.目前我国使用的紫外线消毒灯有下述几种：

① 普通直管热阴极低压汞紫外线消毒灯：灯管采用石英玻璃或其它对紫外线透过率高的玻璃制成，功率为40Ｗ、30Ｗ、20Ｗ、15Ｗ等。要求出厂新灯辐射253.7nm紫外线的强度(在距离1m处测定，不加反光罩)为：功率>30W灯，≥90μW/cm2；功率>20W灯，≥60μW/cm2；功率15W 灯，≥20μW/cm2。由于这种灯在辐射253.7nm紫外线的同时，也辐射一部分 184.9nm紫外线，故可产生臭氧。

②高强度紫外线消毒灯：要求辐射253.7nm 紫外线的强度(在灯管中心垂直距离1m处测定)为：功率30W灯，>170μW/cm2；11W灯，>40μW/cm2

。

③低臭氧紫外线消毒灯：也是热阴极低压汞灯，可为直管型或H型，由于采用了特殊工艺和灯管材料，故臭氧产量很低，要求臭氧产量<1mg/h。

④高臭氧紫外线消毒灯：由于采取了特殊工艺，这种灯产生较大比例的波长184.9nm的紫外线，故臭氧产量较大。

8. 紫外线消毒器：

①紫外线空气消毒器：采用低臭氧紫外线杀菌灯制造，可用于有人条件下的室内空气消毒。

②紫外线表面消毒器：采用低臭氧高强度紫外线杀菌灯制造，以使其能快速达到满意的消毒效果。

③紫外线消毒箱：采用高臭氧高强度紫外线杀菌灯或直管高臭氧紫外线灯制造，一方面利用紫外线和臭氧的协同杀菌作用，另一方面利用臭氧对紫外线照射不到的部位进行消毒。

三、适用范围及条件

1.紫外线可以杀灭各种微生物，包括细菌繁殖体、芽孢、分枝杆菌、病毒、真菌、立克次体和支原体等，凡被上述微生物污染的表面，水和空气均可采用紫外线消毒。

2.紫外线辐照能量低，穿透力弱，仅能杀灭直接照射到的微生物，因此消毒时必须使消毒部位充分暴露于紫外线。

3.用紫外线消毒纸张、织物等粗糙表面时，要适当延长照射时间，且两面均应受到照射。

4.紫外线消毒的适宜温度范围是20℃～40℃，温度过高过低均会影响消毒效果，可适当延长消毒时间，用于空气消毒时，消毒环境的相对湿度低于80% 为好，否则应适当延长照射时间。

5.用紫外线杀灭被有机物保护的微生物时，应加大照射剂量。空气和水中的悬浮粒子也可影响消毒效果。

四、使用方法

1.对物品表面的消毒：

①照射方式：最好使用便携式紫外线消毒器近距离移动照射，也可采取紫外灯悬吊式照射。对小件物品可放紫外线消毒箱内照射。

②照射剂量和时间：不同种类的微生物对紫外线的敏感性不同，用紫外线消毒时必须使用照射剂量达到杀灭目标微生物所需的照射剂量。

杀灭一般细菌繁殖体时，应使照射剂量达到10 000μW.s/cm2；杀灭细菌芽孢时应达到100 000μW.s/cm2；病毒对紫外线的抵抗力介于细菌繁殖体和芽胞之间；真菌孢子的抵抗力比细菌芽孢更强，有时需要照射到600 000μW.s/cm2，但一般致病性真菌对紫外线的抵抗力比细菌芽胞弱；在消毒的目标微生物不详时，照射剂量不应低于100 000μW.s/cm2。辐照剂量是所用紫外线灯在照射物品表面处的辐照强度和照射时间的乘积。因此，根据紫外线光源的辐照强度，可以计算出需要照射的时间。例如，用辐照强度为 70μW/cm2的紫外线表面消毒器近距离照射物品表面，选择的辐照剂量是 100 000μW.s/cm2

，则需照射的时间是：

100 000μW.s/cm2÷ 70μW/cm2

= 1429s ÷ 60s ≌ 24min。

2.对室内空气的消毒：

①间接照射法：首选高强度紫外线空气消毒器，不仅消毒效果可靠，而且可在室内有人活动时使用，一般开机消毒30min即可达到消毒合格。

②直接照射法：在室内无人条件下，可采取紫外线灯悬吊式或移动式直接照射。采用室内悬吊式紫外线消毒时，室内安装紫外线消毒灯（30Ｗ紫外灯，在1.0m处的强度>70μW/cm2）的数量为平均每m3

不少于 1.5W，照射时间不少于30min。

③对水和其他液体的消毒，可采用水内照射或水外照射，采用水内照射法时，紫外光源应装有石英玻璃保护罩，无论采取何种方法，水层厚度均应小于2cm，根据紫外光源的强度确定水流速度。消毒后水必须达到国家规定标准。

五、注意事项

1.在使用过程中，应保持紫外线灯表面的清洁，一般每两周用酒精棉球擦拭一次，发现灯管表面有灰尘、油污时，应随时擦拭。

2.用紫外线灯消毒室内空气时，房间内应保持清洁干燥，减少尘埃和水雾，温度低于20℃或高于40℃，相对湿度大于60%时应适当延长照射时间。

3.用紫外线消毒物品表面时，应使照射表面受到紫外线的直接照射，且应达到足够的照射剂量。

5.紫外线强度计至少1年标定1次。

常见的紫外杀菌工具—紫外灯

1. 安装

紫外光的强度随着光源距离的平方而降低,由于穿透能力很弱,所以必须靠近被处理的物质。因此,紫外光对于大的开放区域的空气消毒是无效的,它只适用于局部或用于区域消毒。紫外线灭菌效果与照射时间和距离有关,时间长而距离近者效果好。一般工作人员高度大多在1.8m以下,紫外灯的安装应该离地1.8-2m 左右,以略高于工作人员的头顶较好。

目前,由杀菌率来精确计算生产车间所需的紫外线灯数还比较困难,因为涉及到房间的换气次数,生产车间的高度、地面材料、墙壁房顶的反射效率,以及车间的工作人员数量等等,一般生产车间内紫外灯照射强度不低于70μW/cm2，为了确保灯管有足够的数量,根据目前使用的经验,一般可以每7～10m2安装一支30W的杀菌灯。

2. 使用

一般根据习惯,车间的紫外线灯是在上班前提前半小时到一小时或下班后由值班人员打开,上班时工作人员应在关闭紫外线灯的情况下洗手更衣进入车间,如果光线不足时,可开启日光灯进行工作。所以,在电源设计时紫外线灯和日光灯的开关要分开电路,最好用不同颜色或标识来区分电源开关。现在,不少企业安装的紫外灯开关往往和日光灯的开关一起,安置在安装有灯管房间内。这种电源开关的安置方式是不对的。

3. 其它注意事项

3.1 紫外杀菌灯灯管表面的污垢会影响紫外线的穿透力，从而影响杀菌效果。要保持灯管的清洁,至少每周用95%的乙醇擦拭1次。

3.2 目前国产紫外灯的有效寿命一般为1000~3000h，而进口的低压高能灯管使用时间可达8000～12000h，中压灯管可达5000～6000h。所以，紫外灯的寿命是有限的,因此,必须建立记录和监测制度。

3.3 但由于紫外线的穿透能力差,紫外灯不能添加加防护装置，可以通过玻璃管控的制度进行异物管理。

3.4 254纳米波长对微生物的破坏性最大，180纳米的波长可以在空气中形成臭氧；

3.5 紫外杀菌的主要运用在表面杀菌、空气杀菌和液体杀菌；

3.6 紫外灯的安装应该离地1.8-2m左右,一般可以每7～10m2安装一支30W的杀菌灯。

3.7 紫外灯的使用是有寿命的，应记录和定期监测。

紫外杀菌技术在食品工业中的应用

在食品工业中,紫外线杀菌主要用于三个领域:表面杀菌、空气杀菌和液体杀菌。

1. 表面杀菌

紫外常用于包装材料(容器、包装纸或瓶盖)的消毒:在包装材料运输通道上用适宜的紫外灯照射可起到杀菌作用。紫外消毒要求材料表面干净无垢,否则这些脏物会吸收紫外线而对微生物起到保护作用。例如, 在UHT乳生产中, 用25317nm的UVC灯, 辐射强度100～200mW/cm2, 对HDPE瓶的铝箔盖和纸板箱进行消毒处理, 用紫外灭菌容器包装的果味酸奶, 货架期可延长到约2周。在食品加工中工作台面的消毒也是很重要的, 可用紫外照射消毒, 但要求台面必须清洁, 否则异物的存在会保护微生物。

短波紫外光(UVC) 还可以被用于处理食品表面, 控制腐败微生物的生长。如存在于白糖表面的热解糖芽孢杆菌和肉表面的假单孢菌都可以用UVC来杀灭。但是, 肉类直接被UV照射会产生氧化味, 乳类食品受紫外照射也有同样的问题。这些异味的产生是由于食品吸收了紫外产生的臭氧和氮氧化物而使肉和乳中的脂肪发生了光化学反应所致, 虽然到目前为止还没有证据表明这些产物对人体有害, 但给风味带来的影响是该技术在肉、乳中应用的一大障碍。研究认为, 这种光化学反应可通过滤去较短波长的紫外光或照射前在产品上覆盖一层惰性气体来防止。

2. 空气杀菌

在食品加工中处理易被微生物污染的物料时,建议对工作场所的空气进行处理:层流空气通过过滤器除去>0.1μm的粒子,然后用UV辐射杀灭残存的活的微生物。在果蔬的去皮操作中, 若紫外处理过的空气逆流流过去皮单元时, 产品的微生物学质量会显著提高。冷藏室空气的微生物学质量也可以通过空气杀菌装置来提高。同样的技术也已经被用于孵化室的空气净化中。

3. 液体杀菌

用UVC处理是杀灭水中大部分微生物和减少环境污染的有效方法之一。已被用于饮用水、污水和游泳池水的消毒处理,UV和臭氧联合使用有非常强的氧化作用可将水中有机物含量降到极低的水平。

参考资料

[1]高国菊,王晓坤.不同检测方法对紫外线灯辐射强度检测结果比较[J].中国消毒学杂质,2007, 24(2):167.

[2]覃洁,罗秀梅.食品企业在使用紫外灯时应注意的问题[J].广西轻工业,2008,3:11-12.

[3]李影球,周光宏,徐幸莲.四种非热杀菌技术在肉类中的应用[J].食品工业科技，2013，17：354-359.

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来源：网络整理

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