電脈沖殺菌

電脈沖殺菌裝置主要由脈沖發(fā)生器、控制開關(guān)、進(jìn)料泵、處理室和冷卻系統(tǒng)幾部分組成，其中脈沖發(fā)生器和處理室是裝置的關(guān)鍵部分。處理室兩電極一端接高壓脈沖電源，另一端接地。采用泵送方式將待殺菌的液態(tài)或半液態(tài)食品送進(jìn)處理室，然后經(jīng)過高壓脈沖電場殺菌，處理時會產(chǎn)生一定的熱量引起食品升溫(一般操作中食品的最高溫度低于50℃)，為了使物料溫度不致過高，可以通過冷卻系統(tǒng)降溫。

使用該技術(shù)應(yīng)綜合考慮電場強度、脈沖波形、殺菌時間、食品電導(dǎo)率和細(xì)菌的種類、數(shù)量、生長期等多種因素，以確定最佳的殺菌方案。電脈沖殺菌的電場強度一般為5~80kV/cm，放電頻率為1～20Hz，處理波數(shù)為數(shù)十到數(shù)千個。采用的脈沖波形有指數(shù)衰減波、方波和振蕩波，其中方波殺滅微生物的效率最高，指數(shù)波次之，震蕩波最低。

已有不少研究報道表明脈沖放電對許多與食品有關(guān)的微生物具有較好的殺菌效果，如大腸桿菌(E．coli)、枯草桿菌(B．subtilis)、短乳桿菌(L．brevis)、蠟狀芽孢桿菌(B．cerus)、啤酒酵母(S．cerevisiae)、金黃色葡萄球菌(S．a(chǎn)ureus)、糞鏈球菌(S．faecalis)等。脈沖電場要起到殺菌作用的決定因素是電場強度，數(shù)值上等于電極間距與所施加電壓之比。當(dāng)電場強度達(dá)到某個閾值時，脈沖電場才開始有殺菌作用，此后隨電場強度的增大，殺菌作用增強，。不同物料和在不同電場強度下的單位容積能量閾值不同，只有超過能量閾值才有明顯的殺菌效果，一般情況下該閾值為50J/mL。

脈沖電場(pulsed electric field，PEF)殺菌是指對流經(jīng)兩電極間的液態(tài)或半液態(tài)物料施加一定頻率的高電壓短脈沖放電，從而使物料中微生物死滅的處理技術(shù)。

20世紀(jì)60年代，A.J.H.Sale和W.A.Hamilon首先對高壓脈沖電場殺菌技術(shù)進(jìn)行了研究，他們首先證明25 kV/cm脈沖電場使細(xì)菌營養(yǎng)體和酵母死亡的原因既不是電解產(chǎn)物也不是溫度升高，并指出脈沖寬度與脈沖頻率的乘積和脈沖電場強度是影響殺菌效果的兩個主要因素，不同種類的微生物對電場的敏感程度不同，酵母比細(xì)菌營養(yǎng)體對電場更加敏感。通過一系列實驗，他們提出高壓脈沖電場使細(xì)胞致死的原因是細(xì)胞膜上的半透性通道發(fā)生不可逆變性，導(dǎo)致膜的功能喪失。經(jīng)過近半個世紀(jì)對其殺菌機理的研究，比較認(rèn)同產(chǎn)生殺菌效果的原因是高壓脈沖電場導(dǎo)致細(xì)胞膜產(chǎn)生跨膜電壓△ψ，跨膜電壓破壞微生物細(xì)胞膜。

電脈沖殺菌電崩解理論

U.Zimmermann(1974)提出了電介質(zhì)破壞理論，該理論認(rèn)為細(xì)胞膜的磷脂雙分子層具有電容性質(zhì)，可將其視為一電容器。細(xì)胞膜作為一種特殊類型的半透膜，膜的兩側(cè)存在著多種離子組成的電解質(zhì)溶液。在外加電場的作用下，帶電離子重新分布，細(xì)胞膜內(nèi)電介質(zhì)極化，隨著電場強度的增大，細(xì)胞膜極化加劇，膜兩側(cè)相斥離子之間產(chǎn)生相互吸引的庫侖力，此作用力相當(dāng)于在膜兩側(cè)施加了擠壓力，導(dǎo)致細(xì)胞膜變薄、局部破壞，此時的損傷是可逆的。若進(jìn)一步增強電場強度或延長處理時間，更大面積的細(xì)胞膜會被破壞，發(fā)生不可逆損傷，從而會導(dǎo)致細(xì)胞死亡。

電脈沖殺菌電穿孔理論

細(xì)胞膜的完整性對維持微生物生命活動的正常進(jìn)行起著極其重要的作用。Tsong等人提出的電穿孔理論認(rèn)為：細(xì)胞膜的磷脂雙分子層結(jié)構(gòu)和膜蛋白均易受電場的影響。正常生理狀態(tài)下，細(xì)胞的靜息電位一般在幾十毫伏。當(dāng)外加強電場使細(xì)胞的跨膜電壓達(dá)到1V左右時，膜上的蛋白通道打開，磷脂分子再定位形成許多新的膜孔，起初膜的改變是可逆的，但當(dāng)電脈沖電場使跨膜電壓進(jìn)一步增大，產(chǎn)生脈沖電流將擊穿細(xì)胞膜，引起細(xì)胞膜發(fā)生不可逆的改變，從而達(dá)到殺滅微生物的效果。

電脈沖殺菌具有以下3個主要特點 ：

1．殺茵時問短、能耗低

殺菌時間一般為us～ms級，用很低的能耗處理就可殺死99%的細(xì)菌，每噸液態(tài)食品滅菌耗電約為0.5～2.0 kW·h，是高溫殺菌耗能的1%。

2．溫升小

脈沖殺菌時的溫升一般小于5℃；因而可有效地保存食品的營養(yǎng)成分和天然風(fēng)味。處理后食品在物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)、營養(yǎng)成分等方面與新鮮食品的差別很小。

3．殺菌效果明顯

采用25 kV/cm的電場強度，在，60℃殺菌時，細(xì)菌的存活率logN/No=10⁹，殺菌率能滿足商業(yè)無菌的要求。

4．影響脈沖電場殺茵效果的主要因素

(1)對象菌的種類不同菌種的微生物對電場的承受能力有很大差別，如革蘭氏陰性菌較陽性菌易殺滅；無芽孢菌較有芽孢菌容易被殺滅；處于對數(shù)生長期的菌體比處于穩(wěn)定期的菌體對電場更為敏感。在相同脈沖電場殺菌條件下，食品中常見細(xì)菌的存活率排序為：霉菌>乳酸菌>大腸桿菌>酵母。

(2)原始活菌數(shù)在相同溫度下施加同樣時間的脈沖，原始活菌數(shù)多的食品，其活菌數(shù)減少的對數(shù)值要大于原始活菌數(shù)低的食品。

(3)食品的濃度與黏度濃度高、黏度大的食品利用脈沖殺菌時，殺菌效果要受到一定程度的影響，如對濃縮果汁的脈沖殺菌效果不如鮮果汁的殺菌效果好。

(4)介質(zhì)電導(dǎo)率介質(zhì)電導(dǎo)率會影響放電時的脈沖強度和脈沖次數(shù)。介質(zhì)電導(dǎo)率高的，脈沖頻率相應(yīng)提高，但脈沖寬度隨之下降。這意味著即使脈沖數(shù)目不變，由于殺菌總時間下降，殺菌效果相應(yīng)下降。

(5)介質(zhì)pH在脈沖殺菌的前期，pH對殺菌效果的影響不大，但當(dāng)脈沖數(shù)增至一定值時，pH開始顯示對殺菌效果的影響。

(6)處理溫度在24～60℃的溫度范圍內(nèi)，脈沖殺菌效果隨處理溫度的升高而有所提高，其提高程度一般在10倍以內(nèi)。

(7)處理時間在一定時間范圍內(nèi)，隨著殺菌時間的延長，對象菌的存活率明顯下降，但當(dāng)下降變得平緩時，即使再延長殺菌時間，殺菌效果也無明顯增加。

(8)電場強度電場強度對殺菌效果的影響均比以上因素明顯，增加電場強度，對象菌的存活率明顯下降。電場強度從5Kv/cm增加至25kV/cm時，殺菌對數(shù)曲線斜率增加一倍。

電脈沖殺菌被認(rèn)為具有以下優(yōu)點 ：

①殺菌時對象升溫小，并且可以通過冷卻系統(tǒng)把處理溫度控制在5~55℃。

②殺菌時間短(從數(shù)微秒到數(shù)毫秒)，電流產(chǎn)生的熱量少，可以盡量保留物料原有的外觀、風(fēng)味和營養(yǎng)價值。

③與普通熱殺菌相比，電脈沖殺菌是一種比較節(jié)能的殺菌方式，所消耗能量為100~400kJ/L。

因此，電脈沖殺菌主要希望用于對熱敏感的液態(tài)食品，如果汁、牛乳、蛋液、青豆湯、啤酒等。

國際上對于電脈沖殺菌正處于實驗室研究階段，很少應(yīng)用于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。其存在的主要問題：

①殺菌效果差異大。受處理條件、食品性質(zhì)、微生物等多因素影響，實際應(yīng)用中電脈沖殺菌的殺菌效果尚不穩(wěn)定。

②殺菌不徹底。經(jīng)高壓脈沖電場處理后，食品中微生物的數(shù)量雖然有報道可降低2～8個對數(shù)值，但很難做到像熱殺菌那樣，達(dá)到徹底殺滅微生物的目標(biāo)。研究發(fā)現(xiàn)，在相同的電脈沖殺菌條件下，對初始菌數(shù)高的樣品與初始菌數(shù)低的樣品分別進(jìn)行處理，雖然前者菌數(shù)下降的對數(shù)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于后者，但是初始菌數(shù)高的樣品中微生物殘留量也高，難以達(dá)到商業(yè)無菌的要求。

③設(shè)備實際應(yīng)用的難題。首先，處理室電極容易被腐蝕；其次，液態(tài)食品中如有氣泡存在，通過處理室容易產(chǎn)生電火花，一旦產(chǎn)生電火花會損壞脈沖發(fā)生器的控制開關(guān)。2100433B

電脈沖是電子產(chǎn)生的一個脈沖，脈沖就是在很短時間內(nèi)變一次電壓的過程。

電脈沖放電電火花線切割時電極絲接脈沖電源的負(fù)極，工件接脈沖電源的正極。

CNC 電脈沖 ：SP1-300cnc

主要技術(shù)規(guī)格

工作臺尺寸（長*寬）mm 600*400

X,Y,Z軸行程 mm 300*210*270

最大電極重量 kg 25

最大工件重量 kg 400

工作臺面至電極板的最小/最大距離mm 295/565

機床重量（不含數(shù)控電源） kg 2000

總輸入功率 KVA 13

尖端技術(shù)參數(shù)

在正負(fù)極之間加上脈沖電源，當(dāng)來一個電脈沖時，在電極絲和工件之間產(chǎn)生一次火花放電，在放電通道的中心溫度瞬時可高達(dá)10000°C以上，高溫使工件金屬熔化，甚至有少量氣化，高溫也使電極絲和工件之間的工作液部分產(chǎn)生氣化，這些氣化后的工作液和金屬蒸氣瞬間迅速熱膨脹，并具有爆炸的特性；

EDM電脈沖 機床系列電脈沖 主要技術(shù)規(guī)格

電脈沖（Electropulsing），是由電容或者是間歇源產(chǎn)生的非穩(wěn)態(tài)電流場，我們通常用的交流電就可以看成是一種脈沖電流，而其中的一個周期過程就可以看成一個電脈沖?，F(xiàn)代的電脈沖技術(shù)發(fā)展到越來越向高頻，高能量峰的趨勢發(fā)展。在材料檢測，生物，醫(yī)學(xué)，核能，軍事等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。主要的作用原理有：高能焦耳熱效應(yīng)，熱壓效應(yīng)，高頻磁感效應(yīng)，電致塑形等等。

常見的波形有矩形，正弦，矩形衰減，正弦衰減，群陣等等。主要波形圖如圖《電脈沖波形》所示。

美國科學(xué)家發(fā)現(xiàn)電脈沖能殺死癌細(xì)胞

合眾國際社報道，美國舊多米寧大學(xué)與東弗吉尼亞醫(yī)學(xué)院的科學(xué)家們聲稱，他們利用高壓的電脈沖刺激，殺死了老鼠體內(nèi)的黑色素瘤。研究人員利用時間非常短的高壓劑量的電脈沖來進(jìn)行腫瘤的治療試驗。研究發(fā)現(xiàn)，還沒有哪種腫瘤對此刺激不產(chǎn)生反應(yīng)。舊多米寧大學(xué)的電子計算機工程副教授Richard Nuccitelli說，這一方法最終將會被證明是一個很有效的癌癥治療手段。

短時間的高壓電脈沖可以破壞血液向腫瘤處的流動，并使得腫瘤的核心縮小50%左右，Nuccitelli說。腫瘤通常會在治療后的兩到三個星期內(nèi)死亡。治療時一般每次都要用到數(shù)百次的電脈沖，它在百萬分之一秒的時間內(nèi)帶有4000伏的電壓。

Nuccitelli告訴記者說，他和他的同事們都相信，高壓電脈沖刺激的過程會嚴(yán)重破壞細(xì)胞內(nèi)的DNA（遺傳物質(zhì)）。治療不會產(chǎn)生任何疤痕，或是影響臨近的周圍細(xì)胞。所有研究中的實驗老鼠都存活著，且沒有發(fā)生任何其他疾病。研究人員表示，在這一技術(shù)運用到人體試驗之前，還需要進(jìn)一步做其他的附加實驗。

研究論文發(fā)表在周三的《生物化學(xué)與生物物理研究通訊》雜志上。

隨著現(xiàn)代飛機對于高效、低能耗要求的提出，對于防/除冰也有了相應(yīng)更高的要求，而電脈沖除冰技術(shù)以其具有結(jié)構(gòu)簡單、尺寸小、重量輕、能耗少、效率高及維修方便等顯著優(yōu)點，具有廣泛的應(yīng)用前景，是一種極具發(fā)展前途的飛機除冰方式。

今后，在電脈沖除冰脈沖電路、脈沖激勵與除冰效果研究的基礎(chǔ)上，針對影響電脈沖除冰效果的因素，如冰形、除冰部位、線圈安裝位置等，進(jìn)一步完善電脈沖除冰的設(shè)計流程;針對電脈沖除冰會產(chǎn)生電磁場這一現(xiàn)象，應(yīng)論證電磁輻射干擾等是否會影響飛機的安全。

另外，研究復(fù)合材料在電脈沖除冰技術(shù)中的使用問題，以及與現(xiàn)有航空電子設(shè)備和電氣系統(tǒng)的一體化問題都是未來需要考慮和研究的內(nèi)容。