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其机理可以是以下几个方面：
⑴臭氧很容易同细菌的细胞壁中的脂蛋白或细胞膜中的磷脂质、蛋白质发生化学反应，从而使细菌的细胞壁和细胞受到破坏（即所谓的溶菌作用），细胞膜的通透性增加，细胞内物质外流，使其失去活性。
⑵臭氧破坏或分解细胞壁，迅速扩散进入细胞里，氧化了细胞内酶或RNA、DNA，从而致死菌原体。在高压强电场作用下，气体在电介质表面产生脉冲电晕放电，产生高浓度等离子体，电子和离子被强大电场力作用加速与气体分子碰撞，在10S内使氧分子分解成单原子氧，在数10S内原子氧和分子氧结合成臭氧：
O2+e→2O+2O2→2O3
臭氧在水中是不稳定的，时刻发生还原反应，产生十分活泼的、具有强烈氧化作用的单元子氧（O），在产生瞬时，对水中细菌、微生物有机物质进行分解作用。
O3→O2+(O)(O)+H2O→2HO
臭氧在水中的“半衰期”为20min（PH7.6时41min，PH10.4时为0.5min）。人们把含有臭氧的水叫做臭氧水。臭氧水对各种致病微生物均有极强的灭菌作用，臭氧在水中不稳定，发生强烈氧化还原反应，产生极活泼、具有强烈的氧化作用的单元子氧（O）、羟基（OH）。羟基氧化还原电位为2.8V，相当于氟的氧化能力。
食品生产臭氧杀菌消毒的应用
臭氧自1785年发现以来，作为一种气体杀菌剂广泛应用在食品加工、运输、贮存、自来水生产等领域，因为它不但能对空间消毒灭菌，而且也能作用于物体表面和内部，特别是近年来由于人们对臭氧利用技术了解的深入，臭氧杀菌在食品工业中越来越受到人们的重视，利用的范围也越来越广，不仅是杀菌，在脱臭、脱色方面也展示了可观的应用前景。
在日、美等国，臭氧的杀菌手段已广泛使用于食品加工的各个方面。臭氧杀菌在食品工业的应用，许多方面作用独特。由于臭氧对酵母有较好的杀伤作用，在食品新式包装的采用上意义重要。最近，由于气体置换包装、真空包装、封入脱氧剂包装和封入粉末酒精剂包装的普及，出现了新的变质现象－由酵母菌引起的食品*变质的问题，其中最有代表性的问题是产生醋酸乙烯而变质。由于臭氧对酵母菌有较好的杀伤作用，因此，在采用以上新式包装时充填臭氧杀灭酵母成了解决这一问题的重要手段。臭氧在解决固体食品生产过程中细菌的二次污染，也有着其他杀菌方法所不及的特殊作用。因此在生切面条、包子、豆沙、咸菜、豆腐等包装食品加工时，车间杀菌、包装内封入臭氧杀菌和原料杀菌成了非常有效的食品卫生手段。在矿泉水、汽水、果汁液等生产过程中用的盛装容器、管路、设备以及装产品的玻璃瓶和塑料桶等的灭菌消毒应用方面，也取得了令人满意的效果。
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