高强度脉冲电场灭菌
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第五版
高强度脉冲电场用于液态食品的灭菌
4 非加热物理灭菌方法 电场灭菌 磁场灭菌 光脉冲灭菌 高压灭菌 真空灭菌
种类
物理学应用介绍
4
物理学
第五版
高强度脉冲电场用于液态食品的灭菌
二
电场灭菌的原理及装置
1 原理
将液态食品作为电介质置于高强度脉 冲电场中，食品中微生物的细胞膜在强电 场的作用下被击穿，产生不可修复的破裂 或穿孔，使细胞组织受损，导致微生物失 活.
物理学
第五版
高强度脉冲电场用于液态食品的灭菌
高强度脉冲电场 用于液态食品的灭菌
物理学应用介绍
1
物理学
第五版
高强度脉冲电场用于液态食品的灭菌
一
食品的灭菌与灭菌方法
1 食品的灭菌 运用各种手段杀灭食品中的有害微生 物，从而保持食品的品质并达到一定的保 藏期.
2 常用灭菌方法 巴氏灭菌、阿佩尔灭菌、 化学药剂灭菌、辐射灭菌等
物理学应用介绍
40 kV/cm
64 脉冲数
11
物理学
第五版
高强度脉冲电场用于液态食品的灭菌
2 溶液pH值对灭菌效果的影响
多数微生物的最佳生长环境的pH值位于 6.6~7.5之间，加入HCL或NaOH等可调节 溶液的pH值，使其偏离最佳生长区.
微生物的细胞膜穿孔形成后，细胞周围 的介质渗入细胞，使其体内酸碱度平衡受 到破坏，促使其失活，提高灭菌效果.
电极
Bushnell et al. 1991 US Patent 5,048,404
物理学应用介绍
8
物理学
第五版
高强度脉冲电场用于液态食品的灭菌
几种灭菌容器的电场设计
食品 入口 Co-axial cones 食品 出口
电极
电极
物理学应用介绍
9
物理学
第五版
高强度脉冲电场用于液态食品的灭菌
常用脉冲电压波形
E >10 kV/cm
强 电 场
+
Food
-
高 电 压
高压脉冲 发生器产生 的高压脉冲, 被加到杀菌 容器的两极 板上形成10 kV/cm以上 的电场.
7
物理学应用介绍
物理学
第五版
高强度脉冲电场用于液态食品的灭菌
几种灭菌容器的电场设计
食品 入口 Co-axial cylinders 食品 出口
电极
物理学应用介绍
2
物理学
第五版
高强度脉冲电场用于液态食品的灭菌
3 加热灭菌的方法
加热使食品中腐败菌内的蛋白质凝固变 性，导致细菌失活. 缺点: 食品受热后，发生物理或化学性 质的变化，造成其色、香、味、组织结构 的改变及营养价值的下降，产生各种褐变 反应及酸败，维生素受破坏等.
物理学应用介绍
3
物理学
物理学应用介绍
12
物理学
第五版
高强度脉冲电场用于液态食品的灭菌
溶液pH值对大肠杆菌灭菌效果的影响
残菌率
1
10-1 10-2
8个脉冲后，pH5.7的溶液 0 2 4 6 中大肠杆菌的存活率为 pH6.8溶液的十分之一.
pH6.8
pH5.7
8 10 脉冲数
物理学应用介绍
13
物理学
第五版
高强度脉冲电场用于液态食品的灭菌
指数衰减型
双极性脉冲
10000 8000 6000 4000 2000 Voltage (V) 0 -2000 -4000 -6000 -8000 -10000 -12000 0 60 40 20 0 Current (A) -20
Vol来自百度文库age
-40 5 10 Time ( s) 15 20 -60
物理. 1997(11) : 688 ~ 689 2 陈 健. 液态食品的脉冲电场杀菌技术研究. 冷饮与速冻食品工业. 1998(1) : 20 ~ 21
物理学应用介绍
17
物理学应用介绍
5
物理学
第五版
高强度脉冲电场用于液态食品的灭菌
在强电场作用下，细胞膜两表面堆积 的异号电荷相互吸引，引起膜的挤压. 当挤压力大于膜的弹性力时，产生穿 孔.
+
强 电 场
- + +
物理学应用介绍
高 电 压
6
物理学
第五版
高强度脉冲电场用于液态食品的灭菌
2 装置
RCL
高压 电源 脉冲发生器 控制单元 脉冲 宽度 频率
物理学应用介绍
15
物理学
第五版
高强度脉冲电场用于液态食品的灭菌
该技术很可能取代传统的灭菌方法，给食品 的灭菌工艺带来一场变革.
美国基于该技术的一无菌罐装生产线，处理能力 2 000 l/h.
物理学应用介绍
16
物理学
第五版
高强度脉冲电场用于液态食品的灭菌
参考文献
1 陈 健. 高强度脉冲电场用于液态食品的杀菌.
3 适用对象 几乎所有具有流动性能的流体和半流 体的非热杀菌. 果汁\蔬菜汁\蛋液的非热杀菌 果酱\色拉调料和其它酱类制品 乳制品 乳膏类化妆品 功能性食品和医药制品
物理学应用介绍
14
物理学
第五版
高强度脉冲电场用于液态食品的灭菌
最佳的灭菌效果的综合考虑：
对象菌的种类 场强的大小 电场形状设计 灭菌时间长短 食品的酸碱度调节等
Current
物理学应用介绍
物理学
第五版
高强度脉冲电场用于液态食品的灭菌
三
电场灭菌效果
1 脉冲电场作用的剂量及效果
残菌率
对脱脂乳中大肠杆菌的灭菌实验 30 kV/cm 35 kV/cm
1
10-1
10-2
10-340 kV/cm,脉冲宽度2 us，50 场强 299%大肠杆菌失活 4 8 16 32 个脉冲后，
高强度脉冲电场用于液态食品的灭菌
4 非加热物理灭菌方法 电场灭菌 磁场灭菌 光脉冲灭菌 高压灭菌 真空灭菌
种类
物理学应用介绍
4
物理学
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高强度脉冲电场用于液态食品的灭菌
二
电场灭菌的原理及装置
1 原理
将液态食品作为电介质置于高强度脉 冲电场中，食品中微生物的细胞膜在强电 场的作用下被击穿，产生不可修复的破裂 或穿孔，使细胞组织受损，导致微生物失 活.
物理学
第五版
高强度脉冲电场用于液态食品的灭菌
高强度脉冲电场 用于液态食品的灭菌
物理学应用介绍
1
物理学
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高强度脉冲电场用于液态食品的灭菌
一
食品的灭菌与灭菌方法
1 食品的灭菌 运用各种手段杀灭食品中的有害微生 物，从而保持食品的品质并达到一定的保 藏期.
2 常用灭菌方法 巴氏灭菌、阿佩尔灭菌、 化学药剂灭菌、辐射灭菌等
物理学应用介绍
40 kV/cm
64 脉冲数
11
物理学
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高强度脉冲电场用于液态食品的灭菌
2 溶液pH值对灭菌效果的影响
多数微生物的最佳生长环境的pH值位于 6.6~7.5之间，加入HCL或NaOH等可调节 溶液的pH值，使其偏离最佳生长区.
微生物的细胞膜穿孔形成后，细胞周围 的介质渗入细胞，使其体内酸碱度平衡受 到破坏，促使其失活，提高灭菌效果.
电极
Bushnell et al. 1991 US Patent 5,048,404
物理学应用介绍
8
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高强度脉冲电场用于液态食品的灭菌
几种灭菌容器的电场设计
食品 入口 Co-axial cones 食品 出口
电极
电极
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9
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高强度脉冲电场用于液态食品的灭菌
常用脉冲电压波形
E >10 kV/cm
强 电 场
+
Food
-
高 电 压
高压脉冲 发生器产生 的高压脉冲, 被加到杀菌 容器的两极 板上形成10 kV/cm以上 的电场.
7
物理学应用介绍
物理学
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高强度脉冲电场用于液态食品的灭菌
几种灭菌容器的电场设计
食品 入口 Co-axial cylinders 食品 出口
电极
物理学应用介绍
2
物理学
第五版
高强度脉冲电场用于液态食品的灭菌
3 加热灭菌的方法
加热使食品中腐败菌内的蛋白质凝固变 性，导致细菌失活. 缺点: 食品受热后，发生物理或化学性 质的变化，造成其色、香、味、组织结构 的改变及营养价值的下降，产生各种褐变 反应及酸败，维生素受破坏等.
物理学应用介绍
3
物理学
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12
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高强度脉冲电场用于液态食品的灭菌
溶液pH值对大肠杆菌灭菌效果的影响
残菌率
1
10-1 10-2
8个脉冲后，pH5.7的溶液 0 2 4 6 中大肠杆菌的存活率为 pH6.8溶液的十分之一.
pH6.8
pH5.7
8 10 脉冲数
物理学应用介绍
13
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高强度脉冲电场用于液态食品的灭菌
指数衰减型
双极性脉冲
10000 8000 6000 4000 2000 Voltage (V) 0 -2000 -4000 -6000 -8000 -10000 -12000 0 60 40 20 0 Current (A) -20
Vol来自百度文库age
-40 5 10 Time ( s) 15 20 -60
物理. 1997(11) : 688 ~ 689 2 陈 健. 液态食品的脉冲电场杀菌技术研究. 冷饮与速冻食品工业. 1998(1) : 20 ~ 21
物理学应用介绍
17
物理学应用介绍
5
物理学
第五版
高强度脉冲电场用于液态食品的灭菌
在强电场作用下，细胞膜两表面堆积 的异号电荷相互吸引，引起膜的挤压. 当挤压力大于膜的弹性力时，产生穿 孔.
+
强 电 场
- + +
物理学应用介绍
高 电 压
6
物理学
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高强度脉冲电场用于液态食品的灭菌
2 装置
RCL
高压 电源 脉冲发生器 控制单元 脉冲 宽度 频率
物理学应用介绍
15
物理学
第五版
高强度脉冲电场用于液态食品的灭菌
该技术很可能取代传统的灭菌方法，给食品 的灭菌工艺带来一场变革.
美国基于该技术的一无菌罐装生产线，处理能力 2 000 l/h.
物理学应用介绍
16
物理学
第五版
高强度脉冲电场用于液态食品的灭菌
参考文献
1 陈 健. 高强度脉冲电场用于液态食品的杀菌.
3 适用对象 几乎所有具有流动性能的流体和半流 体的非热杀菌. 果汁\蔬菜汁\蛋液的非热杀菌 果酱\色拉调料和其它酱类制品 乳制品 乳膏类化妆品 功能性食品和医药制品
物理学应用介绍
14
物理学
第五版
高强度脉冲电场用于液态食品的灭菌
最佳的灭菌效果的综合考虑：
对象菌的种类 场强的大小 电场形状设计 灭菌时间长短 食品的酸碱度调节等
Current
物理学应用介绍
物理学
第五版
高强度脉冲电场用于液态食品的灭菌
三
电场灭菌效果
1 脉冲电场作用的剂量及效果
残菌率
对脱脂乳中大肠杆菌的灭菌实验 30 kV/cm 35 kV/cm
1
10-1
10-2
10-340 kV/cm,脉冲宽度2 us，50 场强 299%大肠杆菌失活 4 8 16 32 个脉冲后，