臭氧殺菌機理以氧化作用破壞微生物膜的結構實現殺菌作用。臭氧對細菌的滅活反應總是進行的很迅速，與其它殺菌劑不同的是：臭氧能與細菌細胞壁脂類雙鍵反應, 穿入菌體內部，作用于蛋白和脂多糖，改變細胞的通透性，從而導致細菌死亡。臭氧還作用于細胞內的核物質，如核酸中的嘌呤和嘧啶破壞DNA。臭氧首先作用于細胞膜，使膜構成成份受損傷而導致新陳代謝障礙，臭氧繼續滲透穿透膜而破壞膜內脂蛋白和脂多糖，改變細胞的通透性，導致細胞溶解、死亡。
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