電脈沖殺菌電脈沖殺菌裝置

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(chǎng)殺菌，處理時(shí)會(huì)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(chǎng)強(qiáng)度、脈沖波形、殺菌時(shí)間、食品電導(dǎo)率和細(xì)菌的種類、數(shù)量、生長(zhǎng)期等多種因素，以確定最佳的殺菌方案。電脈沖殺菌的電場(chǎng)強(qiáng)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(gè)。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。

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(chǎng)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(chǎng)強(qiáng)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(shí)的損傷是可逆的。若進(jìn)一步增強(qiáng)電場(chǎng)強(qiáng)度或延長(zhǎng)處理時(shí)間，更大面積的細(xì)胞膜會(huì)被破壞，發(fā)生不可逆損傷，從而會(huì)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(duì)維持微生物生命活動(dòng)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(chǎng)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(qiáng)電場(chǎng)使細(xì)胞的跨膜電壓達(dá)到1V左右時(shí)，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(chǎng)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。

脈沖電場(chǎng)(pulsed electric field，PEF)殺菌是指對(duì)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(duì)高壓脈沖電場(chǎng)殺菌技術(shù)進(jìn)行了研究，他們首先證明25 kV/cm脈沖電場(chǎng)使細(xì)菌營(yíng)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(chǎng)強(qiáng)度是影響殺菌效果的兩個(gè)主要因素，不同種類的微生物對(duì)電場(chǎng)的敏感程度不同，酵母比細(xì)菌營(yíng)養(yǎng)體對(duì)電場(chǎng)更加敏感。通過一系列實(shí)驗(yàn)，他們提出高壓脈沖電場(chǎng)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(gè)世紀(jì)對(duì)其殺菌機(jī)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(chǎng)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。

已有不少研究報(bào)道表明脈沖放電對(duì)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(chǎng)要起到殺菌作用的決定因素是電場(chǎng)強(qiáng)度，數(shù)值上等于電極間距與所施加電壓之比。當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到某個(gè)閾值時(shí)，脈沖電場(chǎng)才開始有殺菌作用，此后隨電場(chǎng)強(qiáng)度的增大，殺菌作用增強(qiáng)，。不同物料和在不同電場(chǎng)強(qiáng)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。

電脈沖殺菌具有以下3個(gè)主要特點(diǎn) ：

1．殺茵時(shí)問短、能耗低

殺菌時(shí)間一般為us～ms級(jí)，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(shí)的溫升一般小于5℃；因而可有效地保存食品的營(yíng)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(yíng)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(chǎng)強(qiáng)度，在，60℃殺菌時(shí)，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(chǎng)殺茵效果的主要因素

(1)對(duì)象菌的種類不同菌種的微生物對(duì)電場(chǎng)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(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的菌體比處于穩(wěn)定期的菌體對(duì)電場(chǎng)更為敏感。在相同脈沖電場(chǎng)殺菌條件下，食品中常見細(xì)菌的存活率排序?yàn)椋好咕?gt;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(shí)間的脈沖，原始活菌數(shù)多的食品，其活菌數(shù)減少的對(duì)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(shí)，殺菌效果要受到一定程度的影響，如對(duì)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(huì)影響放電時(shí)的脈沖強(qiáng)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(shí)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(duì)殺菌效果的影響不大，但當(dāng)脈沖數(shù)增至一定值時(shí)，pH開始顯示對(duì)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(shí)間在一定時(shí)間范圍內(nèi)，隨著殺菌時(shí)間的延長(zhǎng)，對(duì)象菌的存活率明顯下降，但當(dāng)下降變得平緩時(shí)，即使再延長(zhǎng)殺菌時(shí)間，殺菌效果也無明顯增加。

(8)電場(chǎng)強(qiáng)度電場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)殺菌效果的影響均比以上因素明顯，增加電場(chǎng)強(qiáng)度，對(duì)象菌的存活率明顯下降。電場(chǎng)強(qiáng)度從5Kv/cm增加至25kV/cm時(shí)，殺菌對(duì)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(diǎn) ：

①殺菌時(shí)對(duì)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(shí)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(yíng)養(yǎng)價(jià)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(duì)熱敏感的液態(tài)食品，如果汁、牛乳、蛋液、青豆湯、啤酒等。

國(guó)際上對(duì)于電脈沖殺菌正處于實(shí)驗(yàn)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?xiàng)l件、食品性質(zhì)、微生物等多因素影響，實(shí)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(chǎng)處理后，食品中微生物的數(shù)量雖然有報(bào)道可降低2～8個(gè)對(duì)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(duì)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(duì)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(shí)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(huì)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(gè)脈沖，脈沖就是在很短時(shí)間內(nèi)變一次電壓的過程。

電脈沖放電電火花線切割時(shí)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(tái)尺寸（長(zhǎng)*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(tái)面至電極板的最小/最大距離mm 295/565

機(jī)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(gè)電脈沖時(shí)，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(shí)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(jī)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(chǎng)，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(gè)周期過程就可以看成一個(gè)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(shì)發(fā)展。在材料檢測(cè)，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(guó)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)電脈沖能殺死癌細(xì)胞

合眾國(guó)際社報(bào)道，美國(guó)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(shí)間非常短的高壓劑量的電脈沖來進(jìn)行腫瘤的治療試驗(yàn)。研究發(fā)現(xiàn)，還沒有哪種腫瘤對(duì)此刺激不產(chǎn)生反應(yīng)。舊多米寧大學(xué)的電子計(jì)算機(jī)工程副教授Richard Nuccitelli說，這一方法最終將會(huì)被證明是一個(gè)很有效的癌癥治療手段。

短時(shí)間的高壓電脈沖可以破壞血液向腫瘤處的流動(dòng)，并使得腫瘤的核心縮小50%左右，Nuccitelli說。腫瘤通常會(huì)在治療后的兩到三個(gè)星期內(nèi)死亡。治療時(shí)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(shí)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(huì)嚴(yán)重破壞細(xì)胞內(nèi)的DNA（遺傳物質(zhì)）。治療不會(huì)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(shí)驗(yàn)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(yùn)用到人體試驗(yàn)之前，還需要進(jìn)一步做其他的附加實(shí)驗(yàn)。

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(jī)對(duì)于高效、低能耗要求的提出，對(duì)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(jiǎn)單、尺寸小、重量輕、能耗少、效率高及維修方便等顯著優(yōu)點(diǎn)，具有廣泛的應(yīng)用前景，是一種極具發(fā)展前途的飛機(jī)除冰方式。

今后，在電脈沖除冰脈沖電路、脈沖激勵(lì)與除冰效果研究的基礎(chǔ)上，針對(duì)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(jì)流程;針對(duì)電脈沖除冰會(huì)產(chǎn)生電磁場(chǎng)這一現(xiàn)象，應(yīng)論證電磁輻射干擾等是否會(huì)影響飛機(jī)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。