自然界中的臭氧
人类科学家在不懈地对臭氧技术投入研究，现在对臭氧的特性及应用已非常明确。在自然界中，臭氧是广泛存在的，只是不同条件下浓度差别很大，不易被人察觉而已。现在人们普遍了解的大气臭氧层，是阻挡太阳紫外线的天然屏障，它是由太阳光的一种特定波长光谱的光照射空气后产生的；雷雨过后人们会呼吸到一种特殊的清新味道，实际就是空气中的臭氧浓度提高（一般在0.04ppm左右），容易被人们察觉，臭氧浓度之所以提高，是因为闪电（高压放电）电离空气中的氧气形成臭氧；森林中，旅游地带，空气格外清新，是因植物在吸收CO2过程中制造了[O]，氧原子在形成过程中，部分形成O2（我们呼吸的氧气），一部分形成O3（臭氧）。自然界中细菌无处不在，在适合的条件下繁殖迅速，人类在发现细菌后，甚至谈菌色变，生怕人类被细菌吃掉。自然界的一切都处在平衡状态，人们没有必要忧虑，现在我们可以断定，正是自然界中无处不在的臭氧和太阳光中的紫外线，在控制着细菌的生存平衡，保护着人类健康。
臭氧的基本性质研究
人类通过对臭氧的研究发现，臭氧具有不稳定特性和很强的氧化能力。臭氧是由一个氧分子（O2）携带一个氧原子（O）组成，所以它是氧气的同素异形体。
表一氧和臭氧的主要性质
分子式 | O2 | O3 |
分子量 | 32 | 48 |
气味 | 无 | 草腥味 |
颜色 | 无 | 淡蓝色 |
1大气压，0℃时溶解度（ml/L水） | 49.1 | 640 |
稳定性 | 稳定 | |
1大气压，0℃时溶解度（g/L） | 1.429 | 2.144 |
从表一不难看出，与氧气相比，臭氧比重大、有味、有色、易溶于水、易分解。由于臭氧（O3）是由氧分子携带一个氧原子组成，决定了它只是一种暂存形态，携带的氧原子除氧化用掉外，剩余的又组合为氧气（O2）进入稳定状态。所以臭氧工作中没有二次污染产生，给人类的环保需求雪中送炭，这是臭氧技术应用的最大优越性。
表二氧化还原电位比较
名 称 | | 标准电极电位（伏） |
臭氧 | O3 | 2.07 |
过氧化氢（双氧水） | H2O2 | 1.78 |
高锰酸离子 | MnO2 | 1.67 |
二氧化氯 | CLO2 | 1.50 |
氯 | CL2 | 1.36 |
臭氧在灭菌消毒中名列榜首,成就了它的四大功用：灭菌、氧化、脱色、除味。
2、臭氧灭菌机理
"臭氧（O3）的消毒原理是：臭氧在常温、常压下分子结构不稳定，很快自行分解成氧气（O2）和单个氧原子（O）；后者具有很强的活性，对细菌有极强的氧化作用，将其杀死，多余的氧原子则会自行重新结合成为普通氧原子（O2），不存在任何有毒残留物，故称无污染消毒剂，它不但对各种细菌（包括肝炎病毒，大肠杆菌，绿浓杆菌及杂菌等）有极强的杀灭能力，而且对杀死霉素也很有效。"
1、 臭氧的灭菌机制及过程类属于生物化反应学过程。臭氧氧化分解了细菌内部氧化葡萄糖所必须的葡萄糖氧化酶。
2、 可直接与细菌、病毒发生作用，破坏其细胞器和核糖核酸，分解DNA、RNA，蛋白质、脂质类和多糖等大分子聚合物，使细菌的物质代谢生产和繁殖过程遭到破坏。
3、 渗透胞膜组织，侵入细胞膜内作用于外膜脂蛋白和内部的脂多糖，使细胞发生通透畸变，导致细胞溶解死亡。并且将死亡菌体内遗传基因、寄生菌种、寄生病毒粒子、噬菌体、支原体及热原（细菌病毒代谢产物、内毒素）等溶解变性灭亡。
综观无菌技术对微生物作用的原理可分为抑菌、杀菌和溶菌三种。应用臭氧作灭菌剂是属于溶菌。所谓溶菌，即可达到“彻底、永久地消灭物体表面所有微生物”的效果。
3、传统灭菌与臭氧灭菌的比较
1． 我国制药行业GMP条例对药品生产（特别是无菌产品）有着极其严格的要求，在GMP验证过程中人们大力推荐臭氧灭菌方法，与各种传统灭菌方法相比臭氧灭菌有许多特点。那么在食品生产中同样如此：
传统灭菌方法的缺陷
传统的灭菌方法主要有三种：一是紫外线灭菌，二是试剂灭菌，三是加热灭菌。这些方法已被人们习惯使用，其安全性、可靠性已被长期的实践所证实。但是它们也有各自的缺陷。
紫外线灭菌：
（1）紫外线只有照射到物体表面且达到一定的照射强度标准才有杀菌效果。食品车间一般比较高大，致使紫外线照射强度远远不够，特别是距离远，照射产生很大死角，如加工案板下部等。臭氧为气体，渗透性强，扩散性好，浓度均匀，没有死角；
紫外线照射杀菌需要较长的作用时间，一般要照射6小时以上，而符合标准浓度的臭氧只需开机1小时以上；
（2）紫外线照射杀菌在环境相对湿度达到60%以上时，消毒效果急剧下降，湿度达到80%以上时，反而可诱使细菌复活。臭氧则相反，湿度越高，杀菌效果越好。这是由于高湿度下细胞膜膨胀变薄，其组织容易被臭氧破坏，这一特性对于食品行业中普遍存在的高湿环境特别适合；
（3）紫外线照射时生产人员必须离开现场，照射完成后无法用低功率的紫外线照射保洁；臭氧消毒时生产人员必须离开现场，消毒完成后可以调低臭氧发生量，用符合国家卫生标准的低浓度臭氧继续保持生产车间的空气清洁。
化学试剂灭菌：
化学试剂灭菌药味大，不能自然排出，需要空调长时间置换新风，从而增加了能耗。同时也存在二次污染的问题，剩余的药物直接排入大气，造成对周围环境的污染。如甲醛熏蒸，操作麻烦，熏蒸时间长，有二次污染物，对人体有危害。并且在消毒后的几天内，其悬浮粒子数还会增加。
加热灭菌：
包括干热和湿热，其缺点是温度高，能耗大，有的物品如原材料、仪器仪表、塑料制品等就不宜加热。
以上三种灭菌方法的弊端是客观存在的，也是无法避免的。臭氧的特性和优点，则可弥补上述方法的缺点，这就为臭氧灭菌进入药品生产开辟了通道。
臭氧消毒灭菌方法与常规消毒灭菌方法相比具有以下特点。
（1） 高效性 臭氧消毒是以空气为媒质，不需要其他任何辅助材料和添加剂。消毒进行时臭氧发生器产生一定
量臭氧，在相对密封的环境下，扩散均匀，包容性好，克服了紫外线杀菌存在的诸多死角的特点，既可杀灭细菌繁殖体、芽孢、甲乙型肝炎病毒、真菌和原虫胞体等多种病毒，还可以破坏肉毒杆菌和毒素及立克次氏体等，同时还具有很强的除霉、腥、臭等异味的功能。
