食品冷杀菌技术分析论文

食品冷杀菌技术分析论文（推荐4篇）

食品冷杀菌技术分析论文 篇1

超高压杀菌是将食品物料以某种方式包装以后，放入液体介质（通常是食用油、甘油、油与水的乳液）中，在100MPa～1000MPa压力下作用一段时间后，使之达到灭菌要求。其基本原理是压力对微生物的致死作用，主要是通过破坏其细胞壁，使蛋白质凝固，抑制酶的活性和DNA等遗传物质的复制等来实现[1]。采用超高压技术，在400MPa～600MPa的压力下，能杀死果汁中几乎所有的细菌、霉菌和酵母菌。现在日本市场上已有利用超高压杀菌的果汁、果酱等产品出售[2]。这种经超高压处理过的果制品避免了一般高温杀菌带来的不良变化，口感好，色泽天然，安全性高，保质期长。但该技术不能连续生产，只能分批运用。超高压杀菌可能引起果蔬在极限压力下变形或状态明显改变。因此主要用于没有固定形状的果蔬制品。

1.2超高压脉冲电场杀菌

超高压脉冲电场杀菌是采用高压脉冲器产生的脉冲电场进行杀菌的方法。其基本过程是用瞬时高压处理放置在两极间的低温冷却食品。其机理基于细胞膜穿孔效应、电磁机制模型、粘弹极性形成模型、电解产物效应、臭氧效应等假设。其作用主要有2个（:1）场的作用。脉冲电场产生磁场，细胞膜在脉冲电场和磁场的交替作用下，通透性增加，振荡加剧，膜强度减弱，从而使膜破坏，膜内物质容易流出，膜外物质容易渗入，细胞膜的保护作用减弱甚至消失。（2）电离作用。电极附近物质电离产生的阴阳离子与膜内生命物质作用，阻碍了膜内正常生化反应和新陈代谢过程等的进行。同时，液体介质电离产生臭氧的强烈氧化作用，使细胞内物质发生一系列的反应。通过场和电离的联合作用，杀灭菌体[3]。超高压脉冲电场杀菌已在实验室水平上取得了显著的成效。它可保持食品的新鲜及其风味，营养损失少。但因其杀菌系统造价高，制约了它在食品工业上的应用。且超高压脉冲电场杀菌在黏性及固体颗粒食品中的应用还有待进一步的研究。

1.3强磁脉冲杀菌

该技术采用强脉冲磁场的.生物效应进行杀菌。在输液管外面，套装有螺旋形线圈，磁脉冲发生器在线圈内产生（2～10）T的磁场强度。当液体物料通过该段输液管时，其中的细菌即被杀死。因杀菌物料的温升一般不超过5℃[4]，物料的组织结构、营养成分、颜色均不遭破坏。应特别指出的是，利用磁场杀菌要求食品材料具有较高的电阻率，一般大于10Ωcm，以防材料内部产生涡流效应而导致磁屏蔽。这就是脉冲磁场杀菌对有些食品材料具有很好的杀菌效果，而有些杀菌效果较差的原因[5]。

1.4脉冲强光杀菌

脉冲强光装置是以极强的直流电通过充有惰性气体的灯管，发出比地面上太阳光强近2万倍的光能，在仅10-7s的滞留时间内照射于物料表面，达到有效杀死细菌的效果。由于脉冲光波长较长，不会发生小分子电离，其杀菌效果明显比非脉冲或连续波长的传统UV照射好。上世纪90年代美国圣地亚哥纯脉冲技术研究所发明了此项杀菌新技术，称之为“纯亮”杀菌。此后美国XenonCorporation进行系列脉冲强光杀菌设备研发，并与美国宾州大学教授AliDemirci博士合作进行各种食品杀菌试验，获得良好的效果，从而使该公司设备获得美国市场认可，该公司RS300B、RS300C和RS300M系列脉冲强光杀菌设备被用于鱼片、肉丁等食品以及血液的杀菌[6]。

1.5臭氧杀菌

臭氧灭菌或抑菌作用，通常是物理的、化学的及生物学等方面的综合结果。其作用机制可归纳为（:1）作用于细胞膜、导致细胞膜的通透性增加、细胞内物质外流，使细胞失去活力；（2）使细胞活动必需的酶失活。这些酶既有基础代谢的酶，也有合成细胞重要成分的酶；（3）破坏细胞质内的遗传物质或使其失去功能。臭氧杀灭病毒是通过直接破坏RNA或DNA完成的；而杀灭细菌、霉菌类微生物则是先作用于细胞膜，使其构成受到损伤，导致新陈代谢障碍并抑制其生长，臭氧继续渗透破坏膜内组织，直至其死亡[7]。臭氧对几乎所有病菌、霉菌、真菌及原虫卵囊都有明显的灭活效果，并可以破坏肉毒杆菌毒素。臭氧的灭菌速度极快，是氯的300倍～600倍，紫外线的3000倍。臭氧的高氧化还原电位，决定了它在氧化、脱色、除味、保鲜方面的应用。臭氧溶解于水中，能消杀水中对人体的有害物质，如铁、锰、铬、铅、氧化物等，还可以分解有机物及灭藻。但臭氧的灭菌效果受温度和湿度的影响。在低温高湿条件下，灭菌效果好；在高温条件下，臭氧易分解，灭菌效果下降；环境湿度低，灭菌效果较差，对干燥菌体几乎无杀菌作用。

1.6辐射杀菌

辐照就是运用X射线、γ射线或电子高速射线照射食品引起食品内的物质发生物理、化学或生物学上的变化，从而抑制或破环其新陈代谢和生长发育，使细胞死亡，延长食品的贮藏期。食品中常用的辐照源主要是Co60、Cs137等所产生的γ射线，其穿透性强，对只要求表面处理的食品效果不佳。食品辐照操作简单，照射较易控制，几乎无热效应，可较好地保持食品原有的品质，卫生安全性较高，节能。除用于果蔬的贮藏保鲜，如抑制土豆、大蒜、洋葱等的发芽和延缓果蔬的衰老外，还可用于许多食品的消毒杀菌，如调味料、肉类、海产品、粮食及脱水蔬菜等[8]。目前，辐射杀菌已在许多国家得到政府的认可并批准使用，我国对稻谷、小麦、玉米、蔬菜、水果、鱼肉辐照保藏技术已取得成效，日益显示出广阔的前景。

1.7紫外线杀菌

紫外线是介于可见光的紫色光和X射线之间的光波，波长在100nm和400nm之间。其杀菌的原理是利用生物细胞内的DNA吸收240nm~280nm范围内的光波，当对260nm波长的光波吸收达到最大值时，DNA受到破坏导致细菌死亡的特性进行杀菌。同时,紫外光还可降解有机物。185nm~400nm左右波长的紫外光可裂解有机物中的碳键使其降解[9],即破坏微生物分子间特有的化学键导致细菌死亡。目前使用紫外线装置大多数是管壁能够通过紫外线的低压汞灯,这种技术多见于对水的处理。而对其它一些食品如果蔬汁饮料、啤酒、葡萄酒、牛奶或其它含有胶体颗粒或色素的液体均不能采用。另外,紫外线杀菌装置使用时间不宜过长,否则效果变差。日本某公司研制开发一种紫外线杀菌灯,使用时间可达到7000h,对活水鱼槽中进行灭菌,既保持水质的清净新鲜,又能延长活鱼寿命[10]。

1.8软电子束冷消毒杀菌

软电子束冷消毒杀菌是利用直线加速器产生的电子束破坏微生物的DNA，从而杀灭食品表面的细菌。因电子束的能量过大可能产生诱感放射性问题，则用于照射食品的电子束能量被限制在10MeV以下。电子束穿透性低，仅使食品表面呈无菌状态，不影响食品品质。美国密苏里大学、衣阿华州立大学和内蒂克陆军实验室联合组成一个跨学科研究组正在研发名为冷消毒的电子束技术,其目的是消灭食品中可能致命的大肠杆菌O157∶H7。此法快,不需加热。但有一系列变数如肉类的脂肪含量、厚度和状态（鲜肉还是冻肉）会影响冷消毒过程的时间和强度。此法现在只限用于液体和形状整齐的均质食品。该研究组希望将来能改进此技术,使之可用于形状不规则的食品[11]。

1.9半导体光催化杀菌

半导体光催化杀菌即是光照射到大聚集体的TiO2表面时，激发产生光生电子和光生空穴对。由于光电子迁移速度比光生空穴快得多，所以，光生电子和光生空穴分开。光生空穴有很强的得电子的能力，产生的光生电子-空穴对一方面与细胞壁、细胞膜以及细胞内组分作用，导致酶失活等，另一方面光生电子和水中溶解氧发生作用形成氢氧自由基，与细胞壁、细胞膜以及细胞内组分作用，使细胞功能单元失活。半导体光催化通过生物生命活动过程中电子的得失来进行杀菌，因而光催化条件控制得当，就能达到良好的杀菌效果。目前，导体光催化杀菌技术仅用于水处理，在食品领域的其它方面尚未得到应用，有待进一步的探索[12]。

1.10超声杀菌

超声杀菌利用超声空穴现象产生的剪应力能机械地破碎细胞壁和加快物质转移的原理进行杀菌，所用的超声波频率一般为20KHz~100KHz，能量为104kw/cm2，波长为3.0cm~7.5cm，是一种有效的非热处理的杀菌方法。Villamiel等对奶制品采用超声杀菌和传统杀菌进行对比研究，结果发现在相同的试验条件下，超声杀菌效果优于传统杀菌，初步表明超声杀菌可用于奶制品工业[13]。

2结束语

食品冷杀菌技术分析论文 篇2

(一) 杀菌机理及特点。

高压脉冲电场杀菌主要的原理就是通过两个电极之间产生瞬间短时的高压, 以脉冲的电场作用于食品, 这样就造成了细胞膜的介电破裂和阻断, 起到了对食品微生物的抑制作用。现在HIPEF杀菌相关的机理假说比较多, 其中涵盖了细胞电穿孔理论、粘弹性模型、电崩解理论、电解产物效应和空穴理论等, 常常电崩解和电穿孔理论为绝大多数人所接受。电穿孔的理论认为:微生物细胞在高压脉冲电场的影响和作用下, 细胞膜上的蛋白质和双磷脂层短时间内变得不是很稳定;在外来电场的作用和影响下, 细胞膜形成小孔并被压缩, 增加了通透性能, 较小分子的物质 (例如水分子) 可以透过细胞膜进入细胞内部, 细胞体积变得膨胀, 导致细胞膜破裂, 从而使细胞死亡。HIPEF杀菌的特点是速度较快, 效果较好, 处理比较均匀;它不会产生对人体有害的自由基物质;温度较低, 也不会引发对食品营养成分的改变;而且对环境没有什么污染、更没有二次污染以及三废的问题等。

(二) 杀菌对食品营养品质的影响。

杀菌技术不会对食品的营养成分造成什么变化, 食品中的蛋白质容易受到理化以及微生物因素的作用而产生分解腐败, 从而使食品的营养价值有所下降, 品质有所降低, 食品经过HIPEF的处理不会引起食品中蛋白质的变化而导致食品营养成分的改变。HIPEF杀菌最低限度地改变了食品的感官性状, 并且最大限度地保持了食物原来的营养成分, 我们对牛奶进行处理, 脱脂牛奶的蛋白质和总固形物含量并未发生显著变化。HIPEF处理能有效降低草莓果汁的多酚氧化酶 (PPO) 活性, 提高了果汁的营养品质。HIPEF处理水果果汁-豆浆饮料, 饮料中总酚和类胡萝卜素含量显著高于热处理。通常情况下, HIPEF对食物中的维生素影响比较小, 对牛奶中维生素C是唯一被破坏的维生素, 其它维生素 (包括维生素B1、维生素B2和维生素E、维生素B3) 都没有什么变化。

二、超高压灭菌

(一) 杀菌机理及特点。

超高压灭菌就是将静态液体的压力施加于处理制品上面, 并且保持一定的时间, 从而达到杀菌、改善食品特性和钝化酶的作用。它的灭菌机理遵循原理认为, 高压会促使反应朝着体积减小的方向移动, 其中包括食品分子结构的变化, 例如蛋白质变性和细胞体积缩小变形而致使微生物死亡。UHPS特点是传压速度比较快, 作用均匀, 它不受食品形状和大小的限制, 简化食品处理的工艺, 能耗较低, 另一方面, UHPS通过杀灭微生物和钝化酶而延长食品的货架期, 同时对构成蛋白质、色素、淀粉和维生素等化合物的共价键没有什么影响, 从而保持食品原有的营养价值、色泽和风味。

(二) 对食品营养品质的影响。

UHPS不会对分子中的共价键产生破坏性的作用, 原则上它可以保持食品的色泽、营养成分和风味。通过研究UHPS处理对鲜榨橙汁品质的影响, 结果显示, UHPS处理对橙汁中可溶性固形物、总酚、总酸、总糖等含量没有什么影响, 随着压力的升高, 橙汁中维生素C渐渐下降, 氨基酸态氮的含量逐步升高, 维生素C保留率也比较高, 氨基酸态氮有所增长, UHPS处理的效果优于热力处理。高压对维生素C的破坏小于高温。UHPS对胡萝卜素的稳定性影响比较小, 4℃下将UHPS处理后的番茄汁保存21d, 类胡萝卜素含量得到有效保持。肉类在加工贮藏过程中, 脂肪酸组成直接影响其感官品质和营养价值。UHPS对多不饱和饱和脂肪酸几乎没有影响, UHPS用于肉类的预处理, 可以提高它的营养价值以及品质。

三、脉冲强光杀菌

(一) 杀菌机理及特点。

脉冲强光杀菌技术是利用了惰性气体灯光所发出的紫外线到红外线区域, 较大而强烈的脉冲闪光来杀灭固体的表面、气体、透明液体中的微生物。波长大致为紫外线的到近红外线的距离, 脉冲强光具有很好的杀菌能力, 当紫外线照射细菌、酵母菌等微生物的时候, 它的体内核酸和蛋白质容易受到影响, 使蛋白质发生变性, 诱导了DNA中的胸腺嘧啶二聚体的形成, 抑制DNA的复制和细胞分裂, 达到了杀菌的目的。另一方面, 改变脉冲强光光源的光谱成分分布, 也可以不同程度地改善杀菌效果。脉冲强光杀菌特点是杀菌处理时间短, 残留少、环境污染小, 操作容易控制、不与物料和器械直接接触等。

(二) 对食品营养品质的影响。

由于长时间的紫外照射会破坏有机物分子结构, 所以对某些食品的营养成分具有不利影响, 如含脂肪和蛋白质丰富的食品, 经紫外线照射会促使脂肪氧化, 蛋白质变性, 叶绿素等分解, 食品变色等, 但是短时的脉冲强光处理对油脂、L-酪氨酸、葡萄糖、淀粉等营养成分的破坏比较小。采用脉冲强光对氨基酸饮料进行杀菌, 结果表明, 饮料中的氨基酸、可溶性多糖、维生素C等营养成分损失率较比小。脉冲强光杀菌对牛奶进行处理, 由于脉冲持续时间较短, 能限制氧化反应的发生, 对牛奶的脂质和蛋白质没有什么影响。脉冲强光处理牛奶后, 蛋白质中的氨基酸组分和脂质氧化没有什么影响。所以, 脉冲强光杀菌对食品营养品质的影响、辐照剂量、照射时间等因素密切相关。

四、生物防腐剂杀菌

(一) 杀菌机理及特点。

生物防腐剂杀菌是利用生物 (微生物、植物和动物) 的代谢产物来抑制微生物的生长繁殖或杀死微生物。其中微生物防腐剂主要以天然农产品为原料, 通过发酵方法制得, 应用比较广泛。微生物的生物防腐剂是由微生物代谢产生的抗菌物质, 这些抗菌物质使细胞膜产生微孔, 导致细胞膜通透性增加, 使能量产生系统破坏, 达到了抑制微生物生长的目的。现在应用广泛的微生物防腐剂有乳酸链球菌素、抗微生物酶、纳他霉素等。生物防腐剂的特点是生物防腐剂本身对人体完全无害;对食品进行热处理时降解为无害成分;在消化道内降解为食物的正常成分;不影响消化道菌群等。

(二) 对食品营养品质的影响。

纳他霉素处理芦笋能够较好保持总酚含量, 处理组维生素C含量高于对照组, 纳他霉素的处理提高了芦笋的营养品质。乳酸链球菌素处理可以显著降低枇杷果实的总酸含量、失重率有利于枇杷营养品质的保持。乳酸链球菌素应用在乳制品、果酱、肉制品、饮料、酱菜、啤酒等食品中。添加乳酸链球菌素后, 降低了原料乳中细菌总数, 延长原料乳的保质期, 添加乳酸链球菌素可缩短杀菌时间或降低杀菌温度, 有利于减少营养损失、提高消毒乳的品质。生物防腐剂在食品行业中得到广泛应用。

五、结语

总之, 高压脉冲电场等非热杀菌技术因为杀菌机理不同, 对食品营养品质的影响也各不相同, 为了达到更好地保持食品原有色、香、味及营养成分的目的, 我们需要根据食品的营养成分要求进行选择对比。随着各种非热杀菌机理的深入探讨, 非热杀菌技术将使人类享受到品质更营养、更安全的新鲜食品。

参考文献

[1] .陈锦权.食品非热力加工技术[M].北京:中国轻工业出版社, 2010

[2] .唐佳妮, 张爱萍, 孟瑞锋等.非热物理加工新技术对食品品质的影响及应用[J].食品工业科技, 2010

食品罐头杀菌条件分析 篇3

关键词：食品罐头 杀菌 条件

中图分类号：TS29 文献标识码：A 文章编号：1672-5336（2015）04-0001-01

1 微生物耐热性

1.1 微生物种类

从微生物的生长繁殖温度来看，低于0℃且两周内繁殖现象明显的微生物叫做低温微生物；低于0℃以及高于55℃的环境下无法繁殖的微生物叫做中温微生物；而高于55℃还能繁殖的微生物叫高温微生物。[1]PH是微生物生长繁殖的重要影响因素。以PH值来划分罐头食品，PH值低于4.0的是高酸性食品，PH值在4.0——4.5的是酸性食品，PH值高于4.6的则是低酸性食品。比如肉类罐头则多是低酸性食品，这样的食品中多含有肉毒杆菌，且会产生霉素，芽孢的耐热性很强。

1.2 热致死曲线

虽然微生物种类或者耐热温度不一样，不过相关的热致死曲线都差不多。

1.2.1 D值

如果微生物在加热一定时间以后，其残存细菌减少到1/10，再加热相同时间，剩下的细菌残存数再次降低到1/10.把这种杀死90%细菌的加热时间被叫做D值。因为微生物是通过对速度热致死，D值还代表致死曲线经过某对数周期所花费的时间。细菌的耐热性是随着D值的增大而增强。要是某细菌最开始的数量是a，在致死温度加热以后的残存数是b，其致死曲线就是t=D（lga-lgb）。

1.2.2 Z值

原始细菌数不会影响细菌的D值，可是加热温度的变化使其原始细菌数量也不一样。要是将D值作为对数在纵坐标上表示，加热温度在横坐标上表示，那么D值和温度关系曲线就叫做热致死时间曲线（耐热性曲线）。通常，某个温度范围中这种曲线是直线。同时，D值跨过对数而对应的温差叫做Z值（如图1）。Z值反映了细菌热致死时间曲线穿过某对数周期的斜率，也叫做热致死时间曲线斜率。由此也可以看出，Z值作为估量反映的是温度变化对细菌耐热性的影响。

1.3 F值

该值表示的是加热杀菌致死值，即某致死温度将细菌数致死需要的热处理时间。F值能够用来比较杀菌中的杀菌值，要让微生物的F值相互对比，就要保证Z值相同。要是Z值和温度不一样，那么F值也不一样。一般F值右边上下会注明Z值与致死稳定。在一些低酸性食品杀菌中，主要杀死肉毒杆菌，通常利用Z值是10℃，致死温度是121.1℃的基准来表示，换言之就是“F101121.1”。F0值的重要作用就在于能够有效评价杀菌中的容器可以将某个微生物减少到一定程度，它的公式是F0=Dr（lga-lgb）（a表示初菌数，b杀菌后的残存数）。

2 杀菌传热

2.1 传热因素

罐头食品是先包装再杀菌，且因为食品的种类大小不一，瞬间加热冷却是很难的。事实上，通常在杀菌将要结束时，罐头里面的中心温度还不符合杀菌温度。所以，在实际生产中运用细菌致死理论，就应该解决好罐头传热问题。传导、辐射、对流是三种常见的传热方法。所谓传导就是罐壁或者瓶壁热传播，不过由于因罐头内的物品不同而传播方式不同，或许是对流，也可能是传导，甚至是两种的混合。[2]对流传热很快，而传导则慢。比如在大的肉类罐头中，多是对流或者传导混合型传热，罐头里固体中心温度缓慢达到杀菌锅温度。影响其传热的因素既有罐头中的容物，还有诸如罐装量、罐头大小、罐内顶隙、排列情况等因素。

2.2 罐内传热

2.2.1 如何测定传热速度

传热形式的不同使得罐内温度分布也不一样。在传导为主的产品中升温最慢的是冷点。要测定罐头产品冷点的位置，就要通过实际测定6——8罐来确定。玻璃罐冷点既与产品传热方法有关，还和杀菌锅中玻璃罐放置方法有关系。要根据罐内升温最慢点来测定罐头传递速度，让测温条件最大限度符合生产实际。

2.2.2 传热取向和fn值

产品传热速度和特性是通过测温仪对罐头冷点温度变化数据的测定来了解。要是杀菌强度值、杀菌时间计算是运用基本推算法，就能够直接应用。要是用列线图法计算，那么就要将传热曲线参数运用在内。所谓热传曲线，就是在半对数坐标上绘制测出的罐内冷点温度变化。换言之，就是通过实际温度和加热（冷却）温度差的对数值来当作纵坐标，横坐标则是时间。为在坐标轴上不用温差表示，可以把用来标出加热曲线的坐标纸旋转180℃，对数坐标上最高线标出的温度应该低于杀菌温度1℃，第一个对数周期坐标是每隔1℃，第二个则是每个2℃，然后依此将其它的温度值标出来。接着就根据加热时间测出的罐头温度，将各点在坐标上连接出来。

3 食品罐头杀菌条件确定程序

一是实罐试验。按照杀菌种类的条件要求以及罐头传热性质等选择合理的温度、时间实施实罐试验。

二是实罐接种杀菌试验。通过感官质量最佳、最为经济的产品来选择温度和时间适当的杀菌条件，为了更好地证实理论性杀菌条件，通常要实施实罐接种杀菌试验。

三是保温贮藏试验。景观实罐接种试验以后，在恒温下对试样实施保温贮藏试验，根据验菌的种类来决定培养温度、保温时间。

四是生产线上实罐试验。如果在实罐接种、保温试验中，罐头试验结果没有问题，就可以在生产线进行最后验证，然后记录完整。保温试验同样要用在生产线实罐试验中。开罐对容物的检查应该在保温试验结束以后。若无问题，就把该杀菌条件运用在生产过程中。

参考文献

[1]高福成.现代食品工程高新技术[M].北京：中国轻工业出版社，1997：35.

[2]张丽红.影响食用菌软罐头食品杀菌条件设定的因素探讨[J].漳州职业技术学院学报，2006，8（4）：50.

食品冷杀菌技术分析论文 篇4

PEF首先用在船舶压载水上的处理主要由上海海事大学的冯道伦教授做了此方面的研究。而本文是在此基础上研究了PEF装置的各设计参数,包括电压和电极间距产生的电场强度、脉冲宽度和脉冲频率等处理船舶压载水的能耗影响;寻求找出PEF装置的最佳能量利用率。

1 材料与实验装置及方法

1.1 实验藻种和培养液

本文选用中科院水生所的水华微囊藻(Microcystis-flos-aquae)进行实验。水华微囊藻属蓝藻门、色球藻目、微囊藻科。多为球形、椭圆形或不规则形,不形成穿孔和树枝状。

本实验中的水华微囊藻培养使用BG11(+N/-N)培养基,可参考有关文献[4]进行培养。

1.2 实验装置

本文使用的高压脉冲电场灭藻实验装置,主要由浴热部分、高压脉冲电源、高压脉冲处理室、蠕动泵、温度测试探头、示波器、磁力加热搅拌器和物料贮罐组成。

1.3 实验方法

将培养至指数期的微藻用人工压载水稀释,置于容器中待用。样品在蠕动泵作用下按箭头所示方向循环流动,即未处理样品→蠕动泵→水浴加热→高压脉冲处理室→样品收集。容器中的人工压载水通过蠕动泵驱动进入脉冲处理腔。在脉冲高压电场作用下,人工压载水中的微藻被灭活,处理后的人工压载水被收集并用于采样计数,以及观察灭活后藻细胞的形态变化。同时对处理前后人工压载水的温度变化进行测量。

1.4 能耗计算公式

PEF装置能耗计算公式如下:

式中:s为样品藻液在处理室内经过的距离,m;Q是蠕动泵流量,m3/s;A是处理室内流通截面积,m2;u(t)为瞬时输入电压,V;i(t)为瞬时输入电流,A;T为单个脉冲所耗时间,s。

2 试验数据及讨论

2.1 PEF装置各设计参数(主要为电场强度、脉宽和脉冲频率)对单位能量所灭活微藻个数的影响

2.1.1 电源电压产生的电场强度对PEF装置能耗的影响

本实验用PEF法处理淡水中的水华微囊藻,调节电压获得不同场强,通过对比电源电压波形、单位能量灭活微藻个数等参数来研究不同的电压对装置能耗的影响。如图1所示:

从图1(a)中可以看出,低电压时电压波形图尾巴更短,而波形尾巴处的电压所产生的电场强度不足以灭活微藻,即波形图尾巴只能无谓的增加能耗,因此,在产生足够电场强度的前提下,频率相同,较低电压所产生的波形更短,其能量利用率更高。在图1(b)中单位能量所灭活微藻个数能够体现出能量利用率。又因为高电压下电流增大会导致一部分能量以加热的形式出现,并降低了能量利用率。因此在保证PEF装置能够产生足够的电场强度的前提下尽可能降低电源电压,提高能量利用率。

2.1.2 电极间距产生的电场强度对PEF装置能耗的影响

实验中电压一定,调节电极间距获得不同场强,通过对比电源电压波形、单位能量灭活微藻个数等参数来研究不同的电极间距对装置能耗的影响。如图2所示:

如图2(a)所示,随着电极间距的减小,波形图延长,能耗增加。通过实验,分析实验结果得出如图2(b)所示数据,电极间距在中间值6mm时的能量利用率最高。华盛顿州立大学Sale和Hamilton设计的处理室两电极之间的距离在0.51~0.75cm之间[5],这与本实验的所得出结论相符。

2.1.3 脉冲宽度对PEF装置能耗的影响

实验中电源电压、频率、和电极间距一定,调节脉冲宽度获得不同场强,通过对比电源电压波形、单位能量灭活微藻个数等参数来研究不同的脉冲宽度对装置能耗的影响。如图3所示。

从图3(a)中可以看出,电源脉宽改变后,测得的电压的波形图也会发生改变。随着电源脉宽的增大,波形是指数衰减波向方波转变的。由于脉宽越大,灭活率越高,但是随着脉宽的增加,装置能耗也相应增加,电源功耗增大,对电源要求相应提高,成本也相应上升。因此,可以选取适当的脉冲脉宽,再配合其他的参数来提高处理效果。结合图3(b)可知,脉冲宽度为6μs时比较合适,对电源要求不高,且能量利用率达到实验几组数据中最高,1J能量能灭活5200个微藻。

2.1.4 脉冲频率对PEF装置能耗的影响

实验中电源电压、脉宽、和电极间距一定,调节脉冲频率获得不同场强,通过对比电源电压波形、单位能量灭活微藻个数等参数来研究不同的脉冲频率对装置能耗的影响。如图4所示。

从图4(a)中我们可以看出,随着电源频率的增大,电源电压波形图重合,由于电源脉冲是间断的,改变电源频率,单个脉冲所耗时间不会改变,单个脉冲所耗能量也不变。但是,频率升高,单位时间内所接收脉冲个数增加,由公式可知,装置能耗也随之增加,虽然调高频率在一定程度上会提高灭活率,但是从能量利用率来看,如图4(b),200Hz以前,随着频率的增加,单位能量所灭活微藻个数增多,能量利用率提高。但当频率在200Hz以上时,能量利用率变化不明显,因此PEF装置中的频率适宜选定在200Hz~300Hz之间。

4 结论

为了提高PEF装置能量利用率,降低装置能耗,本文主要讨论了PEF装置各设计参数对能耗的影响,并得到以下结论:

4.1在保证PEF装置能够产生足够的电场强度的前提下尽可能降低电源电压,提高能量利用率

4.2选择电极的最佳距离和适当的脉宽,使能量利用率为最高

4.3 PEF装置的频率选定在200Hz~300Hz之间为最佳

摘要：高压脉冲电场杀菌技术是是一种新型杀菌技术。本文首先对PEF电源装置各参数,包括电场强度、脉宽和脉冲频率等参数进行了能耗分析,又分析了加热协同效应处理压载水的能耗影响,找出各参数对装置的最佳能量利用率。期望通过对装置能耗的研究,为船舶压载水的处理找到一种新的,较为理想的处理技术。

关键词：高压脉冲电场,PEF电源装置,能耗分析,船舶压载水

参考文献

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