高壓脈沖電場（pulsed electric field,PEF）技術(shù)是一種新興的低溫食品滅菌技術(shù),是有望取代傳統(tǒng)熱力滅菌方法的技術(shù)之一。PEF處理技術(shù)通過施加具有較高電場強度、一定脈沖寬度和脈沖頻率的高壓脈沖對液體食品進行處理。高強度的電場可作用于食品中的微生物并令其失活,而且電場處理后溫升小,對食品天然的風(fēng)味以及營養(yǎng)物質(zhì)都有高質(zhì)的保留。牛乳作為全球人民的日常生活的必需品,富含多種人體所需的營養(yǎng)物質(zhì),但傳統(tǒng)的熱力滅菌方法在對牛乳進行消毒滅菌的同時,對牛乳本身的品質(zhì)和營養(yǎng)產(chǎn)生了許多不利的影響:一方面經(jīng)過高溫之后,牛乳的顏色加深,產(chǎn)生蒸煮味,部分維生素?fù)p失等;另一方面高溫處理后的牛乳蛋白質(zhì)發(fā)生凝固,易導(dǎo)致設(shè)備內(nèi)部積垢,降低設(shè)備使用年限,降低效率,同時存在對產(chǎn)品質(zhì)量的二次影響。因此若采用PEF處理技術(shù)對牛乳進行滅菌處理,有望解決上述問題并更好的保留牛乳中的營養(yǎng)成分和原始風(fēng)味。另一方面,雖然國內(nèi)外近年來對PEF滅菌技術(shù)進行了各方面的研究,并取得了大量進展,但在PEF的滅菌機理,規(guī)�；拿}沖電場滅菌處理系統(tǒng),最佳的脈沖電場滅菌條件以及PEF處理后對特定液體食品理化性質(zhì)的具體影響還未有明確的結(jié)論... 

【文章來源】：廣西大學(xué)廣西壯族自治區(qū) 211工程院校

【文章頁數(shù)】：83 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

細(xì)胞膜崩解過程圖[19]

廣西大學(xué)工程碩士學(xué)位論文不同電參數(shù)下脈沖電場處理對原牛乳品質(zhì)影響的研究5常數(shù)小于磷脂雙分子層，電穿孔現(xiàn)象不僅發(fā)生在磷脂區(qū)域，也會出現(xiàn)在蛋白質(zhì)區(qū)域。當(dāng)細(xì)胞膜上的蛋白質(zhì)通道鏈打開，將導(dǎo)致蛋白質(zhì)永久變性，細(xì)胞膜因此失去原本對離子及小分子的滲透性而吸水膨脹，導(dǎo)致細(xì)胞膜破裂,細(xì)胞失活[21]。圖1-2細(xì)胞膜穿孔過程圖[21]Fig.1-2Cellmembraneperforationprocessdiagram[21]1.4.2影響PEF滅菌效率的主要因素PEF滅菌效果受諸多條件影響，PEF系統(tǒng)本身的參數(shù)、諸多環(huán)境因素、液體物料化學(xué)組成和流體特性等，都會對PEF處理過程中的電學(xué)參數(shù)以及液體物料中微生物的活性產(chǎn)生影響，從而影響滅菌效率。①脈沖作用時間，通常通過控制脈沖數(shù)目和液體物料的流速來調(diào)節(jié)。國內(nèi)外的研究實驗表明，脈沖處理時間延長可提升滅菌效果，且在一定范圍內(nèi)，滅菌率與處理時間成線性關(guān)系，一旦處理時間超出線性范圍，脈沖作用時間的延長對滅菌效果的提升則會十分有限。過長的脈沖處理時間，還會使得脈沖能量持續(xù)轉(zhuǎn)化成內(nèi)能積累于負(fù)載，使得液體食品升溫。②電場強度，電場是破壞液體食品中微生物細(xì)胞的根本原因，因此場強的大小是影響PEF滅菌率的最為關(guān)鍵的因素，當(dāng)場強達(dá)到特定的臨界值時，可使得滅菌率顯著提升，電場強度在一定范圍內(nèi)與滅菌效率成線性關(guān)系，但過高的電場強度，易產(chǎn)生擊穿放電現(xiàn)象[22]。③脈沖波形，應(yīng)用于PEF技術(shù)滅菌常見的波形有方波、指數(shù)波、震蕩波以及雙極波等。其最顯著的差異在于有效的脈沖寬度不同，即單個脈沖波作用的有效時長不同，方波脈沖在峰值電壓的持續(xù)時間最長即脈寬最長，因此方波的殺菌能力最優(yōu)，震蕩波最劣。但是方波脈沖所需的發(fā)生電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高昂[23]。

大學(xué)工程碩士學(xué)位論文不同電參數(shù)下脈沖電場處理對原牛乳品質(zhì)影響的研究72000年，美國俄亥俄州立大學(xué)利用逆變升壓原理，通過四組驅(qū)動控制開關(guān)，研制出幅值為12kV的雙極性高壓脈沖發(fā)生器[27]。電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖如1-4所示，驅(qū)動1、4動作，可形成正向脈沖，驅(qū)動2、3動作則形成負(fù)向脈沖，每個驅(qū)動各自獨立，通過調(diào)節(jié)驅(qū)動程序，也可形成穩(wěn)定的雙極性脈沖，產(chǎn)生的脈沖波脈寬1-20μs，且上升沿和下降沿均小于1μs。該套設(shè)備被應(yīng)用于處理新鮮果汁、蔬菜湯等，且達(dá)到了一定的處理量，已達(dá)到了準(zhǔn)商業(yè)階段的標(biāo)準(zhǔn)[23,27]。圖1-4脈沖升壓型高壓脈沖發(fā)生器拓?fù)鋱D[28]Fig.1-4Topologydiagramofpulseboosttypehighvoltagepulsegenerator[28]近年，H.A.Prins等建立一套最大電壓達(dá)30kV，脈寬方便可調(diào)且高頻的PEF系統(tǒng)，利用30只IGBT串聯(lián)分壓，通過控制IGBT的同時通斷穩(wěn)定實現(xiàn)了的雙極方波脈沖輸出[27]。ZiweiLiang等通過兩次逆變升壓搭建了一個峰值30kV，頻率200pps（pulsepersecond，pps）的高壓脈沖發(fā)生器，突破了脈沖發(fā)生器高壓高頻的難點[29]。G.Donsi等通過變壓器及逆變器，將交流電逆變升壓至20kV并對高壓電容充電，高壓開關(guān)閉合，電路導(dǎo)通，可產(chǎn)生頻率1-5pps，脈寬為2~9μs的指數(shù)脈沖波，該脈沖發(fā)生器利用Labview虛擬儀器技術(shù)，可對發(fā)生器進行遠(yuǎn)程監(jiān)控，為PEF技術(shù)的智能化拓展了新的思路[30]。國內(nèi)對于高壓脈沖殺菌技術(shù)的探索起步較晚，清華大學(xué)于20世紀(jì)末展開了對高壓脈沖發(fā)生器的開發(fā)改進，現(xiàn)已經(jīng)研制出四代PEF系統(tǒng)，可輸出各類應(yīng)用于滅菌的脈沖波形，最具突破性的是單/雙極性方波和陡前沿單/雙極性方波。但清華大學(xué)系列的PEF系統(tǒng)處理量都很低，目前只應(yīng)用于實驗室階段[31]。大連理工大學(xué)利用IGBT電力電子器件作為開關(guān)，配合編程觸

【參考文獻】：
期刊論文
[1]一種新型的雙極性Marx高重頻脈沖發(fā)生器[J]. 王曉雨,董守龍,馬劍豪,余亮,姚陳果.  電工技術(shù)學(xué)報. 2020(04)
[2]臭氧技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用與滅菌機理[J]. 牌榮霞.  中國科技信息. 2020(Z1)
[3]高壓電場技術(shù)在食品加工中的應(yīng)用研究進展[J]. 楊宇帆,陳倩,王浩,孔保華.  食品工業(yè)科技. 2019(19)
[4]淺述臭氧的滅菌效能[J]. 張雪穎.  食品安全導(dǎo)刊. 2019(06)
[5]高壓脈沖電場共場式殺菌處理腔的仿真分析與優(yōu)化[J]. 高慶學(xué),平雪良.  食品與機械. 2017(08)
[6]食品加工新型殺菌技術(shù)研究進展[J]. 張軍凱,包青平,孫志鋒,孫志棟,陳權(quán)輝.  食品安全質(zhì)量檢測學(xué)報. 2017(08)
[7]乳品行業(yè)2016年回顧與2017年展望[J]. 楊光明.  中國乳業(yè). 2017(01)
[8]高頻納秒脈沖電場作用下多細(xì)胞系統(tǒng)穿孔特性仿真[J]. 徐進,米彥,卞昌浩,姚陳果,李成祥.  高電壓技術(shù). 2016(08)
[9]巴氏殺菌乳和超高溫滅菌乳營養(yǎng)價值及衛(wèi)生安全對比研究[J]. 楊懷谷,鄭楠,王加啟.  中國乳業(yè). 2016(07)
[10]高壓脈沖電場處理室多物理場仿真研究[J]. 張姍姍,顏文旭,公群.  包裝與食品機械. 2016(03)

博士論文
[1]高壓脈沖電場處理室內(nèi)多物理場對微生物滅活作用的研究[D]. 黃康.浙江大學(xué) 2013
[2]高壓脈沖電場殺菌動力學(xué)及處理室改進研究[D]. 方婷.福建農(nóng)林大學(xué) 2008

碩士論文
[1]高功率氣體火花間隙開關(guān)的研究[D]. 薛鵬.上海交通大學(xué) 2018
[2]高壓脈沖電場設(shè)備的控制與檢測系統(tǒng)研究[D]. 姚文龍.江南大學(xué) 2015
[3]高壓脈沖電場滅菌系統(tǒng)關(guān)鍵性技術(shù)研究[D]. 劉翠.江南大學(xué) 2009
[4]脈沖電場在梨汁加工中的應(yīng)用[D]. 趙瑾.江南大學(xué) 2008



本文編號：3137227