بخشی از مقاله
چکیده
اُزن یک اکسیدان و ماده ضدعفونی قوی است. اشعه ماورا بنفش - طول موج 188 نانومتر - و تخلیه کرونا، روش هایی هستند که می توان از آن ها برای تولید اُزن بهره گرفت. اثر ضد باکتریایی اُزن در انواع مختلفی از ارگانیسم ها مانند باکتری های گرم مثبت و منفی و همچنین اسپورها و سلول های رویشی به اثبات رسیده است. در مقاله حاضر، خصوصیات فیزیکی و شیمیایی اُزن، نحوه تولید آن، و قدرت ضد میکروبی و همچنین فواید استفاده از آن در صنایع غذایی مرور گشته است.
علاوه بر این، کاربردهای تخصصی تر آن در صنایع غلات نیز تشریح گشته است. اُزن کاربردهای بی شماری در صنعت غذا دارد مانند ضد عفونی کردن سطوح، ضد عفونی کردن تجهیزات و دستگاه ها و غیرهاُزن. کاربردهای مختلفی در فرآوری غلات مانند ذخیره سازی دانه ها - کنترل حشرات و میکروارگانیسم ها، کاهش سطح ترکیات شیمیایی سمی - ، بهبود خواص آن ها، کنترل جوانه زنی و بهبود ویژگی های آرد غلات دارد. همچنین وقتی که ازن در غذاها اعمال می شود، هیچ باقیمانده ای را از خود به جای نمی گذارد زیرا سریعا تجزیه می گردد.
-1 مقدمه
استفاده از تکنولوژی های غیرحرارتی در فرآیند مواد غذایی باعث افزایش عمر مفید محصولات و حفظ تازگی، طراوت و کیفیت آن ها می شود. یکی از این روش ها اُزن می باشد که علاقه به آن در سال های اخیر در پاسخ به نیاز مصرف کنندگان برای افزودنی های غذایی سبزتر - greener - گسترش پیدا کرده است. زیرا اُزن، دارای تائیدیه های لازم بوده و به عنوان یک تکنولوژی دوستدار محیط زیست شناخته شده است.
چندکاره بودن اُزن باعث شده است که به عنوان یک عامل فرآوری کارآمد پذیرفته شود. اُزن اضافی سریعاً تجزیه شده و اکسیژن تولید می شود، بنابراین باقیمانده ای از تجزیه آن در ماده غذایی برجا نمی ماند. در کل، قوانینی که سازمان غذا و داروی آمریکا - - FDA در ارتباط با کاربرد تکنولوژی اُزن در غذا وضع کرد باعث افزایش علاقه جهانی به این تکنولوژی شده است.
اُزنزنی سال های زیادی در اروپا با هدف ضدعفونی آب آشامیدنی به کار می رفت، از اُزن در زمینههای تجاری زیادی مانند ضدعفونی کردن آب، استخرهای شنا، ممانعت از آلودگی برج های سرما و تیمار فاضلاب استفاده می گردید. در سال 1982، سازمان غذا و داروی آمریکا، نشان 1GRAS را به فرآیند استفاده از اُزن در ضدعفونی آب معدنی اعطا نمود.
در سال 1997نیز وزارت کشاورزی ایالت متحده - - USDA استفاده از اُزن برای بازیافت آب مورد استفاده در سرد کردن طیور، را مجاز اعلام نمود. بعد از یک سال بازبینی جهانی اطلاعات، اثبات شد که وقتی اُزن مطابق اصول بهداشتی GMP تولید گردد، یک مادهی GRAS برای ضدعفونی یا بهداشتی کردن در فرآیند تولید مواد غذایی است . - Nieto et al., 1984 - اُزن یک ماده ضدمیکروبی قدرتمند است که ظرفیت اکسیدانی بالایی دارد. کاربردهای زیادی برای اُزن در صنایع غذایی مثل بهداشتی کردن سطح مواد غذایی، ضدعفونی کردن تجهیزات فرآیند تولید مواد غذایی، استفاده مجدد از فاضلاب های آبی، حذف بو، فرآیندهای میوه، سبزی، گوشت، محصولات دریایی و کاهش میزان BOD2 وCOD 3فاضلاب های کارخانجات مواد غذایی، پیشنهاد شده است. اُزن نسبت به سایر ترکیبات ضدعفونی کننده قادر به از بین بردن بسیاری از میکروب ها از جمله باکتری های گرم مثبت و منفی، ویروس ها، قارچ ها و انواع اسپورها می باشد - . - Catal, 2013
-2تاریخچه استفاده از اُزن
مولکول اُزن حاوی 3اتم اکسیژن است. در ساختار شیمیایی اُزن 3 اتم اکسیژن در یک زاویه منفرجه4 به نحوی مرتب شده اند که اتم اکسیژن مرکزی به دو اتم اکسیژن با فاصله یکسان متصل شده است. زاویه پیوندی در مولکول اُزن تقریبا 116 49 و طول پیوند آن 1/278انگستروم می باشد. اُزن از لحاظ قدرت اکسید کنندگی، دومین عامل اکسید کننده قوی می باشد - جدول شماره .3 - اُزن اولین بار توسط Schonbein در سال 1839 کشف گردید. او مشاهده کرد که در طی الکترولیز آب، یک گاز بودار تولید گردیده است. اولین بار در اوایل سال 1900در فرانسه از اُزن به صورت تجاری برای ضدعفونی کردن آب آشامیدنی بهره گرفته شد. امروزه چندین هزار واحد تصفیه آب آشامیدنیبه وسیله اُزن در سرتاسر جهان وجود دارد.
شکل 1ساختار: اُزن
-3روش های تولید اُزون
روش های مختلفی برای تولید اُزن وجود داشته و تجهیزات زیادی نیز نیاز است. در کاربردهای مختلف مربوط به صنایع غذایی، مقدار مورد نیاز اُزن حدود 2/27-454 کیلوگرم در روز می باشد. اما در برخی کاربردها مثل پردازنده های برشی سبز با حجم بالا5به اُزن بیشتری نیاز دارند، اما این تجهیزات در حال حاضر در صنایع غذایی کاربردی ندارند. اُزن در صنعت غذا به صورت تجاری توسط دو روش کلی تولید می شود:
عبور یک گاز حاوی اکسیژن از منبع امواج فرابنفش - - UV و یا عبور از میدان های الکتریکی با انرژی بالا، که روش اول روشی فوتوشیمیایی - - UVو روش دوم به نام تخلیه کرونا - 6 - CD شناخته می شوند. روش تخلیه کرونا در برخی موارد، تکنیک پلاسما نیز نامیده می شود. روش های نیمه تجاری دیگر نیز برای تولید اُزن وجود دارند مانند روش های الکترولیز، رادیوشیمیایی و واکنش فسفر عنصری با آب. با این حال این روش ها هنوز در مراحل اولیه پیشرفت قرار دارند و یا اینکه دارای محدودیت هایی هستند که به موجب آن ها در صنایع غذایی فراگیر نشده اند. در کل، اکثر فرآیندهای غذایی از فرآیند تخلیه کرونا برای تولید اُزن بهره می گیرند. برخی از فرآیندها مانند فومیگاسیون هوا و بسته بندی های با اتمسفر اصلاح شده از روش UV استفاده می کنند. در برخی موارد نیز از هردو روش به طور همزمان بهره گرفته می شود
-1-3 تخلیه کرونا
تکنولوژی های مختلفی در روش CDتولید اُزن به کار گرفته می شوند اما همه ی آن ها از یک اصل پیروی می کنند: عبور یک گاز خشک، خالی از روغن، بدون گرد و غبار حاوی اکسیژن از میدان الکتریکی با انرژی بالا بین 2 الکترود ویژه که یکی به عنوان الکترود زمین - پایه - بوده و دیگری نقش محیط دی الکتریک را ایفا می کند. وقتی مولکول های اکسیژن از میدان الکتریکی عبور می کنند، میدان باعث شکستن اکسیژن شده و فرم رادیکالی بسیار فعالی تشکیل می شود که می تواند با اکسیژن صدمه ندیده، وارد واکنش شده و تولید اُزن مولکولی O3 می کند
مبدل های تولید اُزن به روش CD به 3 دسته تقسیم می شوند: فرکانس پایین -100Hz - - 50، فرکانس میانه - 100-1000 Hz - و فرکانس بالا . - >1000 Hz - حدود 85-95% انرژی تغذیه شده به مبدل CDاُزن تبدیل به گرما شده و در نتیجه خروجی O3، کارآیی و ظرفیت سیستم کاهش می یابد. به همین دلیل، سیستم های انتقال و حذف گرما، آیتم های استاندارد برای مبدل های CDاُزن می باشد. بنابراین، تجهیزات CD حاوی یک یا چند سیستم سرد کننده شامل هوا، آب و روغن و یا فریون می باشند.
برای همه ی سیستم های CD تولید کندهن اُزن، یک بار الکتریکی در سطح دی الکتریک انتشار یافته و یک میدان الکتریکی یا کرونا - هاله - تشکیل می شود. مواد گوناگون با اشکال مختلف برای دی الکتریک استفاده می شوند مانند پلاستیک های سیلیکونی، سرامیک ها و شیشه های با گرید علمی. این مواد دی الکتریک، به شکل لوله های متحد المرکز یا صفحات مسطح استفاده می شوند. هر سیستم CD نیاز به یک منبع تغذیه قوی برای تولید جرقه های با ولتاژ بالا دارد. بسته به نوع تولید کننده، منبع تغذیه مورد استفاده برای تولید میدان الکتریکی می تواند ساده یا پیچیده باشد.
همچنین از سیستم هایی برای افزایش کارآیی و خروجی غلظت O3 نیز ممکن است، استفاده شود. قلب یک مبدل CDاُزن، محفظه واکنش است. بر اساس تکنولوژی مورد استفاده - صفحه مسطح، لوله های متحد المرکز یا موارد دیگر- ولتاژ بالای تغذیه شده از یک منبع قوی، به صورت یکنواخت به سطح دی الکتریک - معمولا از یک شیشه با درجه علمی یا سرامیک ساخته شده - انرژی وارد می کند. در مقابل سطح دیالکتریک، سطح پایه وجود دارد که باعث ایجاد یک فضای یکنواخت بین دو سطح با بار الکتریکی مخالف می شود
