高压脉冲电场杀菌共29页PPT资料

A．细胞膜电位差为V’m；B．外加电场矿远大于跨膜电位差V’m时， 细胞膜受挤压变薄；C．细胞膜上的电位差达到临界崩解电位差硌
时，细胞膜崩解并导致穿孔；D．细胞膜大面积崩解。
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高压脉冲电场杀菌机理
3.Tsong(1991)电穿孔理论
由于微生物细胞在高压脉冲电场的作用下细胞膜上的 双磷脂层和蛋白质暂时变得不稳定导致的一种现象。在外 加电场的作用下其细胞膜压缩并形成小孔，通透性增加， 小分子物质如水分子可透过细胞膜进入细胞内，致使细胞 体积膨胀，最后导致细胞膜破裂，细胞内容物外漏，使细 胞死亡。
有芽孢菌更易被杀灭，革兰氏阴性菌较阳性茵易 于被杀灭。相同条件下用电场灭菌，不同菌种存 活率由高到低为：霉菌、乳酸菌、大肠杆菌、酵 母菌
生长时期
处于对数生长期的菌体比处于稳定期的 菌体对电场更为敏感，PEF对处在稳定生长 期微生物的杀菌率低于处于对数生长期的微 生物
生长条件
培养基成分、温度、氧浓度对灭菌率 有影响，其机理尚不清楚，但在PEF中不 考虑这些因素将导致错误的结论
静态分批式 规模小、考虑影响因素较少，不适于大规
模工业化应用。
连续式
处理室内装有电极和冷却装置（PEF连续工 作，电极温度会升高），同芯电极的连续式 处理室，电容小，结构简单，不易放电。
食品处理装置结构简图
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高压脉冲电场杀菌机理
1.Hamilton和Sale(1967)理论
5.电磁机制模型
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影响高压脉冲电场杀菌效果的因素
食品特性参数
成分
对不同食品成分 ，不同物质结构的灭 菌效果不同。
电导率
低电导率情况下 灭菌率较高。
离子强度
脉冲电场的杀菌效 果随介质离子强度的 下降而增加。
pH值
介质pH值下降杀 菌效果稍有提高。
水的活性
降低水活性将会 导致灭菌率降低。
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高压脉冲电场杀菌机理
5.电磁机制模型
电磁理论认为电场能量与磁场能量是相互转换的， 在两个电极反复充电与放电的过程中，磁场起了主要杀 菌作用，而电场能向磁场的转换保证了持续不断的磁场 杀菌作用。这样的放电装置在放电端使用电容器与电感 线圈直接相连，细菌放置在电感线圈内部，受到强磁场 作用。
处理系统
脉冲发生器
高压脉冲电场杀菌装置的核心部分。高压 脉冲发生器用来产生10kV以上的脉冲，该 高压脉冲被加到处理室电极的两极板上， 在处理室内产生10kV/cm以上的强电场。
处理室
处理室与高压脉冲发生器相连接，它的 主要作用是将高压脉冲电场传递给流经 此室的液体食品，以达到杀菌的目的。
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1.原料乳中微生物残留数与场强大小关系 处理脉冲数6个，整个杀菌过程中，由于
脉冲数较少，处理后的牛乳没有温升。
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在食品中的应用研究
高压脉冲电场对牛奶杀菌的研究
3.杀菌温度与杀菌效果的关系
电场强度是最主要的影 响因素，场强越大，电场的 杀菌效果越好，其次是温度， 温度越高，电场杀菌效果越 好，最后是脉冲数的影响， 电场杀菌效果随脉冲数的增 加而增加，但增加幅度不 大．
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高压脉冲电场的处理系统
脉冲发生器
指数形脉冲容易产生，但低于最高 指数衰减波 电压36.8％的电压无杀菌作用，且能
使食品的温度升高
方波
方波脉冲比指数形脉冲杀菌效果更好， 对细菌有致命作用，但需脉冲整形网 络，结构复杂，对电路的设计及元器 件的要求高，成本也比较高
震荡波、 这两种波的效果都不是很好 交变波
r——细胞半径，µm； E——电场强度(kV/mm)，并且认为当跨膜电位 (TMP)达到1V时，细胞膜便失去 功能。
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高压脉冲电场杀菌机理
2.Zimmermann(1986)电崩解理论
细胞膜被视为电容，在高压电脉冲作用下，膜两侧 电位差进一步变大，由于电荷相反，它们相互吸引形成 挤压力，当TMP达到临界崩解电位差时，细胞膜就开始 崩解，导致细胞膜穿孔(充满电解质)形成，进而在膜上 产生瞬间放电，使膜分解。
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高压脉冲电场杀菌机理
6.粘弹极性形成模型
7.电解产物效应
此模型认为，一是细菌的 细胞膜在杀菌时受到强烈的 电场作用而产生剧烈振荡， 二是在强烈电场作用下，介 质中产生等离子体，并且等 离子体发生剧烈膨胀，产生 强烈的冲击波，超出细菌细 胞膜的可塑性范围而将细菌 击碎。
此理论指出在电极施 加电场时，电极附近介质 中的电解质电离产生阴离 子，这些阴阳离子在强电 场作用下极为活跃，穿过 在电场作用下通透性提高 的细胞膜，与细胞的生命 物质如蛋白质、核糖核酸 结合而使之变性。
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指 数 衰 减 波
方
波
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高压脉冲电场的处理系统
处理室
食品在处理室内受到高压脉冲电场作用时，要避 免电火花的产生。一旦产生电火花．电极就会被腐 蚀，食品被电解，产生气泡。因此，在设计食品处 理室时，应着重解决好以下问题：电极表面要尽可 能光滑以减少电子的逸出．采用圆形电极以避免电 场集中，为食品提供一个均匀的高压脉冲电场。
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在食品中的应用研究
高压脉冲电场对黑莓汁杀菌效果的研究
（1）高压脉冲电场对沙门氏菌、金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和 枯草芽孢杆菌具有明显的杀菌效果。随着电场强度、脉冲宽度和 脉冲个数的增加，细菌的残活率显著下降。在电场强度为18.75 kV/cm时，沙门氏菌、金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和枯草芽孢杆 菌的最低残活率分别为-3.238，-3.053，-2.687和-2.432个对数。
电场强度
电场强度时 影响杀菌效果 最重要的因素 之一，当超过 微生物的临界 跨膜电压时， 微生物死亡率 随场强的增加 而增加。
持续时间
温度
脉冲特性
处理室
刚开始的杀 菌效果随脉冲 时间的延长而 明显增强，但 达到拐点值后， 脉冲时间的增 加对杀菌效果
基本无影响。
随着处理温 度上升(在2460℃范围内)， 杀菌效果会有 所提高，其提 高的程度一般 在10倍以内。 液体食品适中 的温度有利于
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高压脉冲电场杀菌机理
4.空穴理论
放电时，产生强 大的脉冲电流
高压通路，进 而形成气套
压力由气套传给 液体，形成强大 超声液压冲击波
空穴
放电终了瞬间，气套处形成空 穴，由于压力突然减小来自百度文库液体 又以超声速回填空穴，形成第 二个超声回填空穴冲击波。
空穴
正是由于这种高压脉冲能量直接转换成的冲压式机械能，引起液体食品 中微生物细胞内部的强烈振动和细胞膜破裂等现象，从而产生杀菌效应。
2.Zimmermann(1986)电崩解理论
6.粘弹极性形成模型
3.Tsong(1991)电穿孔理论
7.电解产物效应
4.空穴理论
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高压脉冲电场杀菌机理
1.Hamilton和Sale(1967)理论
当一个外部电场加到细胞两端时，就会产生跨膜电 位(TMP)。对半径r处于均匀场强E中的球形来说，其沿 电场方向的跨膜电位．可由下式得出： U(t)=1.5rE 式中：u——沿电场方向的跨膜电位，t；
当处理频率为 333Hz时, 电场强度为 35kV/cm,处理时间为 200µs, 霉菌下降了 1.82个lg值。当处理时 间达到800µs，霉菌数 量降低3.6个lg。
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在食品中的应用研究
PEF处理对石榴汁理化性质的影响 多酚含量与原样无显著差异 类黄酮稍有下降 澄清度仅下降1%左右 对色泽有所影响，但小于热处理
3.脉冲频率 f=400 Hz，处
3.残留菌数与场强的关系
理一次脉冲数
C=4，温度为
室温(20℃左
右)
2.残留菌数与样品温度的关系
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在食品中的应用研究
桃汁理化指标 抗坏血酸、总算含量均未发生变化，氨基态氮略有降低。
电导率测定未发生变化。
高压脉冲电场对桃汁非热杀菌，其电场强度和杀菌温度 是主要的影响因素，脉冲数对杀菌影响不显著。杀菌后的桃 汁保持了原桃汁原有的营养和鲜味，高压脉冲电场非热杀菌 不改变桃汁的物理、化学性质。
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在食品中的应用研究
高压脉冲电场对桃汁杀菌的研究.
1.电场强度 E=40 kV/cm， 温度为室温
1.残留菌数与脉冲最数优的关工系艺参数(：20℃左右)。
电场强度、脉冲数、杀菌温度的优水平
分别为60 kV／cm、6、35℃。
2.E=40 kV/cm， 脉冲频率
F=200 Hz，处理 一次脉冲数C=2。
LOGO
高压脉冲电场杀菌
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themegallery
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主要内容
概况 高压脉冲电场的处理系统 高压脉冲电场杀菌机理 影响高压脉冲电场杀菌效果的因素 在食品中的应用研究
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概况
高压脉冲电场(pulsed electric field，PEF)是一种非热处理 技术，具有处理时间短，温升小，能耗低和杀菌效果明显等 特点，成为近几年来国内外研究的热点之一。
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在食品中的应用研究
高压脉冲电场对牛奶杀菌的研究
质量分数为2％的含脂乳经PEF处理，无菌包装．4℃保存。它的 物理化学性质没有改变．微生物货架期2周。
热--巴氏杀菌乳与PEF--巴氏杀菌乳感官评定上没有区别。 采用氨基酸分析仪对经电场处理前后牛乳中的游离氨基酸质量分数进 行了分析研究．发现牛乳中的总游离氨基酸质量数增多。 采用高效液相色谱仪对经电场处理前后牛乳中的维牛素A质量分数进 行了测定．发现牛乳中维生素A的质量分数几乎无损失。 同样，有研究表明场强在10～100 kV／cm．脉冲数在100～1200的 条件下．牛乳中pH值、电导率、乳糖质量分数和蛋白质质量分数变化 均不显著。 仅有VC的质量分数会有相当大程度的减少。
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在食品中的应用研究
高压脉冲电场对石榴汁杀菌的研究
酵母菌和霉菌是果汁中最常见的有害微生物, 它们可以在较低 的 pH值下生存。对 PEF处理前后石榴汁中的酵母菌 霉菌以及大肠 杆菌进行计数, 结果表明酵母菌和霉菌比大肠杆菌更难杀灭。
在脉冲频率为100Hz, 场 强为35kV/cm时, 当脉冲处 理时间达到200µs时, 大肠 杆菌下降 3.62个lg， 酵母 菌下降2.34个lg， 而霉菌仅 下降了0.74个lg值, 霉菌孢 子对PEF较不敏感。
杀灭微生物。
所有波形中，
振荡波杀灭微 生物的效率最 低；方波的效 率比指数波的 效率高；双极 性脉冲波形对 大肠杆菌的致 死率比单极性
波形高。
结构、 体积、缝隙、 流速和停留 时间等因素 对杀菌效果 均有一定的 影响
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影响高压脉冲电场杀菌效果的因素
微生物特性
微生物的种类
不同菌种对电场的承受力不同。无芽孢菌较
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影响高压脉冲电场杀菌效果的因素
电场强度 脉冲持续时间 处理室特性
微生物的种类 生长时间
脉冲电场工作参数
温度 脉冲特性
微生物特性
生长条件
成分 电导率 离子强度
食品特性参数
pH值 水的活性
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影响高压脉冲电场杀菌效果的因素
脉冲电场工作参数
早在1967年
20世纪80 年代以来
20世纪90年 代中后期
英国学者就发现25kV/cm直流脉 冲能有效致死营养细菌和酵母菌。
美国、日本等发达国家研究比较 活跃，并制造了成套的技术设备。
我国开始进行这方面的研究。
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高压脉冲电场的处理系统
良好的高压脉冲处理系统是高压脉冲电场杀菌技术得以 应用的前提。设计的关键是脉冲发生器和处理室。
（2）脉冲电场对新鲜黑莓果汁的理化指标影响不大，基本保持 了原有的色泽和风味，VC的损失很小。
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在食品中的应用研究
高压脉冲电场对绿茶饮料杀菌的研究
（1）PEF对绿茶饮料杀菌具有非常明显的作用，单场强度和处理时 间是其杀菌效果的主要参数，随着电场强度和处理时间的增大，杀 菌效果越来越好。当电场强度达到40kV/cm时，杀菌效果非常显著， 处理时间为40µs时总菌数已经降低了2.7个对数值。
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在食品中的应用研究
高压脉冲电场对牛奶杀菌的研究. 高压脉冲电场对桃汁杀菌的研究. 高压脉冲电场对石榴汁杀菌的研究. 高压脉冲电场对黑莓汁杀菌效果的研究.
高压脉冲电场对绿茶饮料杀菌的研究.
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在食品中的应用研究
高压脉冲电场对牛奶杀菌的研究
室温条件下，电场强度为50 kV/cm，脉冲数对电场杀菌效果影 响较小，所以可以选用较小的脉冲 数。 2.微生物残留数与脉冲数大小的关系