Snížení povrchové mikroflóry na sklizených a následně skladovaných plodinách a rovněž ve vztahu k manipulacím s minimálně zpracovanými celými a dělenými částicemi ovoce a zeleniny vede k prodloužení jejich uchovatelnosti a k zachování organoleptických vlastností původní sklizené suroviny. Moderní tendence jsou soustavně spojovány s technologickými postupy odpovídajícími ekologickým zpracováním hmoty a použitými technickými přípravky, které vykazují zanedbatelné zbytkové účinky (vlastní reziduum a jeho případné vedlejší reakce s jinými látkovými složkami). Do této skupiny sloučenin patří ozón.
Ozón jako plynná složka nebo rozpuštěný ve vodě je ekologicky přijatelné činidlo, které nezanechává v prostředí zbytkové koncentrace. Dlouhodobě je známý jako dezinfekční sloučenina pro pitnou vodu, poprvé byl použit v Nizozemsku v roce 1893, prakticky až po téměř 50 letech, kdy byl poprvé popsán F. C. Schonbeinem (1839). Podobně jako mnoho jiných plynů (olefinické plyny methan a etylén) se nachází v enviromentálním prostředí, v němž nepřevyšuje koncentraci 15 ppb (15 nl/l), což je hluboko po jeho zdravotní závadností a také na hranici analytické stanovitelnosti. Naopak při vysokých koncentracích (tyto se vyvolají pouze uměle v ozonových generátorech) má ozón korozivní účinky a je toxický. Vytváří se ve stratosféře, v UV sterilačních lampách a v elektrickém oblouku. V běžné teplotě se rychle rozkládá na kyslík, pokud není trvale vytvářený umělými zdroji. Jeho poločas rozkladu je 15 minut, takže už po dvou až třech poločasech klesne koncentrace ozónu do zcela bezpečných hodnot. Bude-li v balírně ovoce nastavena koncentrace ozónu technologicky významná pro účely ošetření plodů, tj. 0,3 ppm, pak po ukončení ozónování se plyn po 45 minutách rozloží na koncentraci 0,07 ppm. Pro dlouhodobý pobyt osob v manipulačních prostorách je podle hygienické normy (USA) přípustná hodnota 0,1 ppm po dobu osmi hodin. Naopak 0,3 ppm ozónu v atmosféře je možné tolerovat po dobu patnácti minut. Ozón je ve vodě třináctkrát rozpustnější než kyslík (teplota 0 – 30°C), ale při teplotě 60 °C je jeho těkavost tak vysoká, že se v ní vůbec neudrží.
Záměrná tvorba ozónu
Molekula ozónu je nestabilní, vzniká endotermní reakcí molekulárního kyslíku a má-li se udržet v efektivní koncentraci pro technologické účely, musí se trvale vyrábět za dostatku vnější energie (8 až 17 kWh/kg O3). Účinnost tvorby ozónu závisí vedle konstrukčních proporcí také na tom, zde se použije vzduch (předem zbavený aerosolových částic a vodní páry) nebo čistý kyslík, nejlépe získaný frakcionovanou destilací vzduchu a v kapalném stavu se přivádí do koronového oblouku generátoru (varianta pro vysoké produkce ozonu). Efektivnost elektrické energie na vývoj ozónu je nízká (asi 85 % se přemění na tepelnou energii), takže vedle ovládání elektrického výboje musí být účinné chlazení tělesa generátoru. Budoucí uživatel musí zvážit technické řešení konstrukce generátoru a výkon produkce ozónu. Generovaný plyn nelze skladovat. Technicky málo komplikované ozonátory jsou snadno přenosné, využívající napětí 220 V a příkon 100 – 500 VA. Jsou určeny pro přímé uvolňování ozonu do okolního prostředí (koncentrace nepřevyšuje 5000 ppm). Vodní ozónové generátory zavádějí ozónovou atmosféru do vody (probuláním, injektáží, turbinovým kontraktorem). Obsah ozónu v pitné vodě je alternativou aplikace plynného chloru, chlornanu (dezinfekční a sanitární prostředek), i když důsledky použití každého činidla jsou rozdílné. Primární využití ozónu je pro dezinfekci, oxidaci anorganických polutantů (Fe2+,Fe3+, Mn2+, -S2-), oxidaci mikroorganických polutantů (fenolických sloučenin, některých pesticidů), sloučenin ovlivňujících chuť a vůni pitné vody, oxidace organických makroorganických polutantů, odstranění barevných sloučenin, zvýšení biologického rozkladu DBP sloučenin a řízení koncentrace chloru.
Mechanismus účinku na mikroorganismy
Antimikrobní účinek ozónu je v posklizňových technologiích prvořadým hlediskem proto, že povrchová mikroflóra ovoce a zeleniny v obvyklé četnosti, která představuje i několik logaritmických řádů, může obsahovat odolné bakteriální rody. Ozón ve vodném prostředí efektivně usmrcuje grampozitivní bakterie jako je Listeria monocytogenes, Staphylococcus aureus, Bacillus cereus, Enterococcus faecalis, a gramnegativní bakterie, např. Pseudomonas aeruginosa a Yersinia enterocolitica, jakož i kvasinky Candida albicans a Zygosaccharomyces bacilli a spory plísně Aspergillus niger. Bakteriální populace rodů obsahující i odolné spory Bacillus stearothermophilus nebo vegetativní buňky Escherichia coli a Staphylococcus aureus byly po desetiminutové expozici redukovány o 4,46 až 4,93 logaritmického řádu. Antimikrobní účinek ozonu na živé bakterie má několik mechanismů souvisejících s potlačením původní životnosti mikrobních struktur. Povrch bakteriální buňky je obvyklou reakcí ozónu se dvěma reakčními sledy – oxidace sulfhydrylových skupin (-SH) a některých enzymových aminokyselin, peptidů a bílkovin s krátkým řetězcem. Druhý účinek ozonizace vede k oxidaci polynenasycených mastných kyselin na kyselinové peroxidy. Umrtvení buňky se také projeví poškozením až rozkladem nukleových kyselin.
Účinek ve vzduchu
Dobře realizovatelnou možností je přídavek ozónu do atmosféry chladírenské komory a do posklizňových balících středisek, která se od sebe zpravidla liší převažující teplotou atmosféry. V obou případech se předpokládá, že se sníží četnost mikrobů na povrchu plodů, projeví se sanitační efekty na provozním zařízení a bude se oxidovat ethylen reakcí s ozónem. Účinek plynného ozónu bude záležet na několika činitelích. Jeho koncentrace v ovzduší je prioritní veličinou, u níž se musí volit mezi aktuální reakcí s mikrobním napadením povrchu plodů a případným poškozením oxidačními reakcemi s citlivými látkovými složkami v povrchových vrstvách slupky. Povrchová spála plodů jablek, která má podobné symptomy jako působení ozónu ve vysokých koncentracích, není účinkem ozónu ani vyvolána a rovněž biochemicky nemá přímou souvislost. V chladírenských komorách s průběžnou koncentrací ozónu 3,25 ppm po dobu pěti měsíců došlo k povrchovému poškození slupky hnědnutím, avšak v koncentraci 1,96 ppm se vizuální poškození povrchu neprojevilo, i když povrch plodů byl mírně lepkavý. Fyziologické vlastnosti plodů ošetřených a kontrolních byly stejné. Koncentrace ozonu 0,3 – 1 ppm brzdí sporulaci všech běžných rodů bakterií a plísní ve fázi, kdy je plyn přítomný v atmosféře, ale má reziduální účinky po přenesení do jiného prostředí. V balírnách citrusového ovoce vznikají resistentní formy sporulantů v případě, že se užívá běžná sanitace např. chlorovými činidly, avšak bylo opakovaně potvrzeno, že účinkem ozonu byla sporulace zastavena, pokud byla souběžně snížena teplota na 5 °C a níže.
Vhodnou vlastností plynného činidla jako je ozón je vnikání plynu do vnitřních vrstev slupky. Ozónová penetrace je všeobecně nedostatečná. Naopak technologicky významné je jeho vnikání do zabalených jednotek, a to přes plastický obal i dřevovláknité materiály. Bude-li koncentrace ozonu ve vnějším prostředí 0,7 ppm, pak při dostatečné ventilaci dovnitř obalu (provedenými průrazy), lze uvnitř předpokládat koncentraci 0,6 ppm. Běžná tloušťka balících materiálů bez plynných komunikací však znesnadňuje difúzi plynu do zabalených jednotek. Sanitace povrchů vnitřních zařízení balíren a chladících komor a stejně tak i inaktivace povrchové mikroflóry skladovaného ovoce vyžaduje koncentraci ozónu 200 ppm po dobu alespoň jedné hodiny. Odolnost plísňových spor vůči účinku ozónu je v rozporu se stabilitou a jakostí skladovaných plodin. Vizuální změny hnědnutí povrchu jsou důsledkem vysoké oxidační kapacity ozónu. Jeden týden po provedené expozici tímto plynem byly takto nepoškozeny – kiwi, citrusy, melouny, voskovaná jablka a cibule, naopak hrušky, nevoskovaná jablka, peckové ovoce, banány, mango, brokolice, listová zelenina byly poškozeny. Stejně tak bylo zaznamenáno zrychlení křehnutí a stárnutí plastových materiálů. Usmrcení spor patogenů zelené hniloby (Penicillium digitatum,), modré hniloby (Penicillium italicum), červené hniloby (Geotrichum citri-auranatii) však při uvedené koncentraci 200 ppm vyžaduje vysoké nasycení skladového ovzduší na 95 % relativní vlhkosti, neboť při nasycení vodní parou jen na 35 % relativní vlhkosti, je smrtící účinek ozónu nedostatečný.
Ozonátory produkující koncentraci 10 000 ppm jsou určeny do těch skladištních prostor, v nichž je technicky vyřešen únik plynu do okolního prostředí a primárně slouží pro insekticidní účinky na obilniny a semena jiných rostlinných materiálů.
Oxidace etylénu účinkem ozonu
Chemická oxidace dvojné vazby molekuly etylénu na etan, jak by se očekávalo, není jednoznačnou reakcí, ale vznikne nestechiometrická skupina oxidačních produktů vyplývajících z mnoha radikálů, které ozón spontánně tvoří a tyto mohou vstupovat do reakce. Rychlá reakce ozónu s etylénem je dobře dokumentovaným fenoménem. Výsledkem delšího působení zdroje ozónu na skladovací atmosféru bude vytvoření rovnovážného stavu, který je výsledkem hmotnosti skladované produkce, tvorby etylénu plodinou a účinností ozónového generátoru. Z uvedené rovnováhy vyplývá, že pro dosažení výsledné koncentrace pod 1 ppm (údaje z Kanady z roku 2001 uvádí 0,4 ppm) ukazuje, že při běžném zaplnění chladírenské komory jablky (zhruba 0,18 t/m3 prostoru) bude v atmosféře chladírenské komory trvalý vysoký podíl reaktivního ozónu. Účinek ozónu z koronového prostoru při tvorbě ozónu se mnohdy zaměňuje za vedlejší efekty vytvořených oxidů dusíku v případě, že vzduch vstupující do prostoru generátoru není dostatečně zbavený vodní páry v desikačním stupni.
Účinek ozonu rozpuštěného ve vodě
Ozón ve vodě je často popisovaný jako alternativa chlornanu (Na+, Ca2+) jako dezinfekční a sanitační prostředek, i když se liší v mnoha ohledech. Jeho zásadní předností je rychlý rozklad na molekulární kyslík nezanechávající zbytkové koncentrace a vedlejší produkty z reakcí, které by mohly být vyvolány. Druhou nespornou výhodou je okamžitý inaktivační účinek vůči bakteriím, virům a plísňovým sporám, než vykazuje chlornan. Ozón oxiduje strukturované fenolické sloučeniny, což se dává do spojitosti s oxidací některých pesticidů a mykotoxinů uvolňovaných do ozonované vody. Tyto atributy jsou dobrým důvodem pro to, aby provozní voda byla během svého použití recyklována. Jakkoliv je ozón ve vodě velmi dobře rozpustný plyn a jeho rozpustnost je relativně nízká ve vztahu k jiným sanitačním prostředkům, typickou koncentrací je 30 ppm při 20°C. Přítomnost sloučenin, jenž snadno reagují s ozónem a pocházejí z půdy nebo z ovoce, je příčinou rychlého vyčerpání ozónu. Předběžná příprava vody jako je filtrace, odstředění kalových částic a obecné snížení organického znečistění je nezbytnou technologickou nutností před injektáží ozónu do vody. V praktickém provozu se očekává koncentrace ozónu ve vodě vyšší jak 10 ppm, i když mnohé generátory nevytvoří ani 5 ppm. Naopak usmrcení spor nevyžaduje vysoké dávky ozónu, mnohdy postačí 1,5 ppm po dobu nepřevyšující tři minuty (usmrtí 90 – 95 % přítomné mikroflory).
Ozón se z vody snadno uvolňuje do okolního prostředí už při koncentraci o něco vyšší než je 1 ppm, proto je nutné, aby technologická voda měla teplotu pod 15 °C, neprocházela tryskami nad hladinou a nevytvářely se zbytečně drobné kapky, které budou ve styku s okolním prostředím. Rovněž má být navržena ochranná zóna (např. volbou vhodné plachty) a následná ventilace pro snižování nadměrné koncentrace ozonu uvolněné z technologické vody.
Ozónování provozní vody
Koncentrace ozónu musí být nejen v provozních žlabech, ale i v zásobnících provozní vody, která přijde do styku s ovocem. Spory povrchové mikroflory jsou usmrceny téměř okamžitě, ale přesto ve vodě je nezanedbatelné množství organických zbytků, ale i makroskopických částic. Ty jsou ozónem oxidovány, takže jeho dostatečná koncentrace musí být v nadbytku (jedná se o reakce prvního řádu). Kvůli kompenzaci ostatních ztrát je třeba, aby generátor atmosféry pracoval s velkým přebytkem produkce ozónu. Efektivnost povrchové inaktivace ovoce provedená postřikem nebo nořením do ozónované vody vede k snížení populace plísní, neboť Penicillium digitatum nebo Geotrichum citri-aurantii se sníží o 1 to 2 log10 jednotek na plochu ve vodě s obsahem ozonu 1 až 5 ppm. V období před sklizní je plísňové napadení pronikající do podslupkových vrstev plodu jen málo hojitelné prostřednictvím účinku ozónu jak plynného prostředí, tak i ze styku s vodou. Vyplývá to z toho, že penetrační schopnost činidla je nízká, a hlubší infekce nelze efektivně zasáhnout. Rovněž účinek chloru nebo chlornanu v koncentraci 200 ppm nemá dezinfekční účinky.
