脉冲电场杀菌机理及试验装置研究

当前,消费者对食品的需求正在不断地发生变化。消费者要求新鲜、天然的食品。因此,食品的处理过程应该被设计成保持食物的天然品质。加热的巴氏杀菌在杀死了污染微生物的同时,也影响了食物的色、香、味和营养品质。冷杀菌法进一步在不加热的条件下杀死微生物。这种方法之一就是对液体食品施加脉冲电场。本课题来源于省科技厅攻关课题《液体食品常温杀菌技术的研究》,对脉冲电场作用下的杀菌机理进行了初步的探讨;对一定条件下杀菌率的数学模型进行了试验性的摸索;对脉冲电场杀菌装置做了进一步的改进。 当前杀菌方法主要有以巴氏杀菌为代表的热处理杀菌技术。然而,加热过程不仅杀死了污染的微生物,也影响了食物的色、香、味和营养品质。尤其是对一些热敏性或有特殊要求的食品往往难以达到预期效果。另一个方向就是新兴的冷杀菌技术,新兴的冷杀菌技术有高电压脉冲电场杀菌、超声波杀菌、高压杀菌、远红外线杀菌和脉冲强光杀菌等。高压脉冲电场杀菌以其良好的易用特性而被国内外学者广泛研究,成为当前最有前途实现工业化应用的杀菌方法之一。 关于脉冲电场杀菌机理,现有多种假设:主要有电介质击穿理论,细胞膜穿孔效应、电磁机制模型、粘弹极性形成模型、电解产物效应和臭氧效应等。本次研究在总结已有的研究成果基础上,利用电镜观察了由脉冲电场处理过的荧光假单胞菌的形态,证实其细胞膜发生了毁灭性的破坏。 通过大量的实验,发现了在特定条件下牛奶杀菌率数学模型。得出了杀菌率与电场强度和作用时间有关,电场强度和作用时间越大,杀菌率越高。而且电场强度对杀菌率的影响比作用时间更加显著。 建立了高电压脉冲电场动态杀菌装置。主要包括高电压脉冲发生器,动态处理室,示波器,液体食品泵和管道等。其中高电压脉冲发生器,动态处理室为关键组成部分,对杀菌率具有决定性的作用。 利用原高电压脉冲发生器,做了大量的验证性试验。并参照国内外众多资料,得出杀菌率另一个关键因素是脉冲波形,指数衰减波形的能量利用率要低于方波脉冲的能量利用率,杀菌效果远不如方波脉冲。因此提出了对原脉冲发生器波形进行改进,产生方波脉冲。为了节约成本和尽量减少错误,利用MATLAB中Power System Block模块对方波脉冲发生电路进行了仿真。可以得到所需要的方波波形,对进一步脉冲发生器的改进提供了理论支持。