第八章--杀菌机械与设备下.pptVIP

高压脉冲电场的处理系统 脉冲发生器 处理室 高压脉冲电场杀菌装置的核心部分。高压脉冲发生器用来产生10kV以上的脉冲，该高压脉冲被加到处理室电极的两极板上，在处理室内产生10kV/cm以上的强电场。 处理室与高压脉冲发生器相连接，它的主要作用是将高压脉冲电场传递给流经此室的液体食品，以达到杀菌的目的。 处理系统 良好的高压脉冲处理系统是高压脉冲电场杀菌技术得以应用的前提。设计的关键是脉冲发生器和处理室。 高压脉冲电场的处理系统 指数衰减波 方波 震荡波、 交变波 指数形脉冲容易产生，但低于最高电压36.8％的电压无杀菌作用，且能使食品的温度升高 这两种波的效果都不是很好 方波脉冲比指数形脉冲杀菌效果更好，对细菌有致命作用，但需脉冲整形网络，结构复杂，对电路的设计及元器件的要求高，成本也比较高 脉冲发生器 指数衰减波 方 波 高压脉冲电场的处理系统 静态分批式 连续式 食品在处理室内受到高压脉冲电场作用时，要避免电火花的产生。一旦产生电火花．电极就会被腐蚀，食品被电解，产生气泡。因此，在设计食品处理室时，应着重解决好以下问题：电极表面要尽可能光滑以减少电子的逸出．采用圆形电极以避免电场集中，为食品提供一个均匀的高压脉冲电场。 处理室内装有电极和冷却装置（PEF连续工作，电极温度会升高），同芯电极的连续式处理室，电容小，结构简单，不易放电。 规模小、考虑影响因素较少，不适于大规模工业化应用。 处理室 食品处理装置结构简图 高压脉冲电场杀菌机理 1.Hamilton和Sale(1967)理论 2.Zimmermann(1986)电崩解理论 3.Tsong(1991)电穿孔理论 4.空穴理论 7.电解产物效应 6.粘弹极性形成模型 5.电磁机制模型 高压脉冲电场杀菌机理 1.Hamilton和Sale(1967)理论 当一个外部电场加到细胞两端时，就会产生跨膜电位(TMP)。对半径r处于均匀场强E中的球形来说，其沿电场方向的跨膜电位．可由下式得出： U(t)=1.5rE 式中：u——沿电场方向的跨膜电位，t； r——细胞半径，μm； E——电场强度(kV/mm)，并且认为当跨膜电位(TMP)达到1V时，细胞膜便失去 功能。 高压脉冲电场杀菌机理 细胞膜被视为电容，在高压电脉冲作用下，膜两侧电位差进一步变大，由于电荷相反，它们相互吸引形成挤压力，当TMP达到临界崩解电位差时，细胞膜就开始崩解，导致细胞膜穿孔(充满电解质)形成，进而在膜上产生瞬间放电，使膜分解。 2.Zimmermann(1986)电崩解理论 A．细胞膜电位差为V’m；B．外加电场矿远大于跨膜电位差V’m时，细胞膜受挤压变薄；C．细胞膜上的电位差达到临界崩解电位差硌时，细胞膜崩解并导致穿孔；D．细胞膜大面积崩解。 高压脉冲电场杀菌机理 由于微生物细胞在高压脉冲电场的作用下细胞膜上的双磷脂层和蛋白质暂时变得不稳定导致的一种现象。在外加电场的作用下其细胞膜压缩并形成小孔，通透性增加，小分子物质如水分子可透过细胞膜进入细胞内，致使细胞体积膨胀，最后导致细胞膜破裂，细胞内容物外漏，使细胞死亡。 3.Tsong(1991)电穿孔理论 高压脉冲电场杀菌机理 正是由于这种高压脉冲能量直接转换成的冲压式机械能，引起液体食品中微生物细胞内部的强烈振动和细胞膜破裂等现象，从而产生杀菌效应。 4.空穴理论 放电终了瞬间，气套处形成空穴，由于压力突然减小，液体又以超声速回填空穴，形成第二个超声回填空穴冲击波。 放电时，产生强大的脉冲电流 高压通路，进而形成气套 压力由气套传给液体，形成强大超声液压冲击波 空穴 空穴 高压脉冲电场杀菌机理 电磁理论认为电场能量与磁场能量是相互转换的，在两个电极反复充电与放电的过程中，磁场起了主要杀菌作用，而电场能向磁场的转换保证了持续不断的磁场杀菌作用。这样的放电装置在放电端使用电容器与电感线圈直接相连，细菌放置在电感线圈内部，受到强磁场作用。 5.电磁机制模型 高压脉冲电场杀菌机理 此模型认为，一是细菌的细胞膜在杀菌时受到强烈的电场作用而产生剧烈振荡，二是在强烈电场作用下，介质中产生等离子体，并且等离子体发生剧烈膨胀，产生强烈的冲击波，超出细菌细胞膜的可塑性范围而将细菌击碎。 6.粘弹极性形成模型 7.电解产物效应 此理论指出在电极施加电场时，电极附近介质中的电解质电离产生阴离子，这些阴阳离子在强电场作用下极为活跃，穿过在电场作用下通透性提高的细胞膜，与细胞的生命物质如蛋白质、核糖核酸结合而使之变性。 影响高压脉冲电场杀菌效果的因素 电场强度 脉冲持续时间 处理室特性 脉冲电场工作参数 微生物特性 食品特性参数 温度