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间歇式HPEF 的高压脉冲电源及其杀菌实验3王仁丽1,廖敏夫1,孔繁东2,方 婷3,邹积岩1(11大连理工大学电力电子技术研究所,大连116024;21大连轻工学院生物与食品工程学院,大连116034;3.福建农林大学食品科学学院,福州350002)摘 要:高压脉冲电场非热处理应用到食品杀菌可代替传统的热处理方法灭活液体中的病菌,高强度电脉冲能迅速杀死细胞但并不破坏食品的自然风味如色泽和营养,为此研制了高功率脉冲电源,其输出最高电压15kV ,最大电流40A 。
在详细介绍了高功率电力电子器件IG B T 使用过程中的过流和过压保护等问题和在输出端串联无感小电阻来修正波形实现了输出波形更陡峭的良好效果后,进行了两种相对难杀的典型微生物(枯草芽孢杆菌和黑曲霉菌)在间歇式处理室中的杀菌实验。
结果表明,脉冲电场强度为13kV/cm 、脉冲宽度为15μs 时,连续作用200个脉冲后,黑曲霉菌灭菌率能达99.64%,1000个脉冲后,所有的黑曲霉菌都被杀死;枯草芽孢杆菌相对难灭,在13kV/cm 、15μs 作用下灭菌率仅达87.08%;应在提高电场强度的同时避免放电,这对下一步的连续式杀菌实验有技术指导作用。
关键词:高压脉冲电场;灭菌;非热;高功率脉冲电源;间歇式处理室中图分类号:TM89;TS205.9文献标识码:A 文章编号:100326520(2007)022*******R esearch on Sterilization of Pulsed G enerator in HPEF Fixed ChamberWAN G Renli 1,L IAO Minf u 1,KON G Fandong 2,FAN G Ting 3,ZOU Jiyan 1(1.Instit ute of Power Elect ronics ,Dalian U niversity of Technology ,Dalian 116024,China ;2.Affiliation College of Bio &Food Science ,Dalian Instit ute of Light Indust ry ,Dalian 116034,China ;3.College of Food Science and Technology ,Fujian Agricult ureand Forest ry University ,Fuzhou 350002,China )Abstract :Application of high pulsed electric field (HPEF )in nonthermal food processing is an alternative technology to tranditional thermal processing.The high 2intensity electric pulses kill rapidly microbial contaminants but do not change the natural taste of foods such as the color and nutrition.This study focused on preparing the high 2power pulsed supply with the peak impulse voltage 15kV and impulse current to 40A.The paper describes the protection in use of the high 2power electron devices IG B T (Insolate Gate Bipolar Translator ),including current protection and over voltage protection.In order to make the waveform more pefect ,a small non inductive resistance in series is cho 2sen to shape the output pulse voltage wave in the chamber.In the end of the paper ,our emphasis is on inactivation of Aspergillus Niger and Bacillus ,which are hard to be killed in water.The effects of the sterilization of these two main microorganisms are introduced.Experiment describes that the water solution of aspergillus niger was treated with the HPEF fixed static chamber at electric field strength of 13kV/cm for 15μs.The inactivation was 99.64%at 200numbers of pulses ,while the treatment number increase to 1000,all the microorganism can be killed.The Bacillus ,which has been cultivated after 72hours ,is hard to kill.At the same electric field strength condition ,the inactivation of bacillus can only be to 87.08%at 1000number of pulses.Both improvement of the electric field in 2tensity and reduction of the discharging probability will be a practical guide to the development and application of HPEF in the field of food processing engineering.K ey w ords :high pulsed electric field ;sterilization ;nonthermal effects ;high 2power pulsed supply ;fixed chamber0 引 言食品杀菌技术主要有热杀菌和非热杀菌,目前绝大多数液态食品的处理是利用巴氏加热灭菌。
高压脉冲电场非热杀菌机理及新进展研究综述摘要:高压脉冲电场(PEF)杀菌技术有很好的处理效果, 但存在着处理装置成本高、作用影响因素复杂、影响原因不明确等问题, 要促进其向产业化应用的发展, 必须明确影响机制, 促进该技术应用的规范化, 保证产品安全性。
本文对高压脉冲电场杀菌技术的作用机理、杀菌作用影响因素及相关问题进行了综述与探讨。
高压脉冲电场杀菌能保持食品的原有风味、具有处理时间短、能耗低.本文介绍了高压脉冲电场杀菌的原理、工艺流程、影响因素、处理效果及其研究现状和进展。
该项技术有望部分取代现有的食品热杀菌技术。
关键词:高压脉冲电场; 机理; 影响因素；非热杀菌；进展Research New Advances in Non-thermal Sterilization T echnology by High V oltage Pulsed Electric Fields （HVPEF）Student:Dong Qian teacher: Ye QiangAbstract: High intensity pulsed electric field (PEF) provides effective inactivation of microorganisms. Otherwise, the application of PEF in industrial scale is blocked by the high cost of the PEF equipment, the complexity of influencing factors, and the indetermination of the influencing mechanism. So, it's necessary to confirm the influencing mechanism, the regulation of the PEF, the product safety before the application of PEF in industrial scale .In this paper, the inactivation mechanism, critical influencing factors, and related aspects of PEF inactivation werereviewed and discussed.Key words:high intensity pulsed electric field; mechnism; influencing factors; Non-thermal sterilization; Advance随着人们生活水平的提高，消费者对食品的要求也越来越高，不仅要求食品新鲜和保持其原有的风味，还要求尽量保持食品原有的营养物质。
高压脉冲电场灭菌参数及电穿孔机制研究目录摘要........................................................................................................................... .. (I)ABSTRACT........................................................................................................... ..............................II 目录........................................................................................................................... ........................IV 第一章绪论.. (1)1.1本文选题的研究背景及意义 (1)1.2传统灭菌技术 (2)1.2.1热力灭菌 (2)1.2.2辐照灭菌 (3)1.2.3化学灭菌 (3)1.3高压脉冲电场灭菌技术的原理与优势 (4)1.3.1高压脉冲电场技术原理 (4)1.3.2高压脉冲电场灭菌技术的优点 (6)1.4高压脉冲电场技术发展与现状 (6)1.4.1国内外研究现状 (6)1.4.2高压脉冲电场灭菌技术的主要应用领域 (7)1.5本文主要研究内容 (8)第二章高压脉冲电场技术灭菌参数优化 (10)2.1实验材料 (10)2.2实验设备 (10)2.3实验方法 (12)2.3.1微生物菌种 (12)2.3.2培养基配置 (12)2.3.3微生物菌种培养 (12)2.3.4高压脉冲电场处理 (13)2.4结果与分析 (13)2.4.1电场强度对酵母细胞与大肠杆菌灭菌效果的影响 (13)2.4.2高压脉冲电场处理时间对酵母细胞灭菌效果的影响 (14)2.4.3高压脉冲电场脉宽对酵母细胞和大肠杆菌灭菌效果的影响(14)2.4.4高压脉冲电场频率对酵母细胞存活率的影响 (15)2.5本章总结 (15)第三章电场强度对酵母细胞酶活性变化和致死双重效应研究 (17)3.1实验试剂 (17)3.2实验设备 (18)3.3实验方法 (18)3.3.1微生物菌种的制备 (18)3.3.2高压脉冲电场处理 (19)3.3.3PEF处理后酿酒酵母悬浮液温度测定 (19)3.3.4C-FDA/PI染色 (19)3.3.5染色酿酒酵母流式细胞仪采集 (19)3.4结果与分析 (20)3.4.1不同电场强度PEF处理酿酒酵母悬浮液温度变化 (20)3.4.2C-FDA/PI单染以及双染酵母细胞流式图谱分析 (20)3.4.3高压脉冲电场处理对酿酒酵母活性与致死双重效应的影响(21)3.4.4高压脉冲电场处理对酿酒酵母细胞相对大小及表面积的影响(22)3.5本章总结 (22)第四章基于纳米颗粒的电穿孔机制研究 (24)4.1实验试剂 (25)4.2实验设备 (25)4.3实验方法 (26)4.3.1培养基配置 (26)4.3.3高压脉冲电场系统及处理 (26)4.3.4扫描电镜分析 (27)4.4结果与分析 (27)4.4.1细胞膜结构变化扫描电镜结果分析 (27)4.4.2基于纳米级荧光微球的酵母细胞膜穿孔初步探究 (27) 4.4.3PEF处理后酵母细胞致死与穿孔对比分析 (29)4.4.4高压脉冲电场强度与细胞膜穿孔孔径大小关系 (30)4.4.5高压脉冲电场处理时间为细胞膜电穿孔孔径大小关系 (32) 4.5本章总结 (32)第五章总结与展望 (34)5.1工作总结 (34)5.2论文创新点 (34)5.3研究展望 (34)致谢 (36)参考文献 (37)附录 (41)。
高压脉冲电场系统设计及其杀菌灭酶效果与对苹果汁品质影响研究中国农业学士学位论文摘要摘要本文对实验室处理系统进行设计与优化,并以微生物、醉和鲜榨苹果汁为实验材料,研究杀菌灭酶效果和对苹果汁品质的影响,利用模型和动力学方程对微生物和酶灭活效果进行分析,采用和荧光显微技术考察对微生物细胞结构影响,利用和荧光分析对酶构象影响及通过对鲜榨苹果汁芳香成分进行分析,实验结果与结论如下设计与建立了一套实验室处理系统,脉冲波形为衰减波,处理室容量为,板间距为 ,电场强度最大可达随电场强度和脉冲数增加对大肠杆菌和酿酒酵母杀灭效果提高,酿酒酵母的杀灭效果大于大肠杆菌。
平板电极中大肠杆菌和酿酒酵母最大降低了和个对数,同轴电极中大肠杆菌和酿酒酵母最大降低了和个对数。
随电场强度增大大肠杆菌和酿酒酵母平板电极值逐渐下降,其对敏感性增加, 值分别从和降到和和模型分析表明,随脉冲数增加大肠杆菌。
值逐渐下降,相同脉冲数时同轴电极植小于平板电极。
模型中分别由降为和模型中氏分别由和降为和模型分析表明,平板电极和同轴电极中随电场强度增强大肠杆菌和酿酒酵母值呈下降趋势,大肠杆菌值分别由和降为和酿酒酵母值分别由和降为和大肠杆菌和酿酒酵母残活率实测值一与模型预测值一有良好的相关性,大肠杆菌相关系数好分别为和酵母菌留分别为。
和处理后大肠杆菌和酿酒酵母细胞死亡原因是细胞膜破坏、原生质团聚和流失共同造成的。
表明, 处理后大肠杆菌与酿酒酵母细胞发生明显变化,表面粗糙、褶皱,原生质收缩、团聚、分布不均匀,出现质壁分离。
大肠杆菌细胞壁和细胞膜局部变得模糊,部分细胞原生质大量或全部流失,剩下细胞壁和细胞膜酿酒酵母细胞芽痕增多。
观察表明,处理后部分大肠杆菌细胞和酿酒酵母细胞变形,有原生质流出,酵母芽痕增多。
荧光显微观察发现,处理后大肠杆菌和酿酒酵母中被染色的细胞数量明显增加。
随电场强度和脉冲数增加,对和钝化效果提高,和酶活与脉冲数和电场强度有良好相关性,同轴电极钝化酶效果优于平板电极。
食品处理中高强度脉冲电场的应用研究随着工业化和科技的不断发展，人们对食品的生产、加工和保鲜也提出了更高的要求。
在食品加工处理中，高强度脉冲电场技术的应用越来越受到人们的关注。
高强度脉冲电场技术指的是将食品暴露在高强度电场中，通过电场作用在食品中产生的各种效应改变食品的物化性质，达到杀菌、去除异味、保鲜等效果。
高强度脉冲电场技术的应用范围广泛，一般可分为三个领域：食品加工、食品杀菌和食品保鲜。
下面我们将详细探讨这三个领域的应用情况。
一、食品加工在食品加工过程中，高强度脉冲电场技术可以改变食品的物理和化学性质，从而提高食品的品质和产量。
例如，将鱼类暴露在高强度脉冲电场中，可以使鱼类的肉质更加柔嫩，口感更加细腻。
将果汁暴露在高强度脉冲电场中，可以使果汁的味道更加浓郁，口感更加清爽。
此外，高强度脉冲电场还可以用于酿造和调味品的生产，让产品更加美味可口。
二、食品杀菌在杀菌方面，高强度脉冲电场技术可以取代传统的加热杀菌方法，具有节能、环保、高效等优点。
经过高强度脉冲电场处理后的食品可以达到更高的杀菌率，且不会对食品的营养和口感产生影响。
例如，在对牛奶进行杀菌处理时，高强度脉冲电场技术可以将牛奶中的菌落数量减少到安全水平以下，同时牛奶的品质也不会受到任何影响。
三、食品保鲜在食品保鲜方面，高强度脉冲电场技术与传统的气调保鲜、真空保鲜和低温保鲜等方法相比，具有更大的优势。
通过高强度脉冲电场处理，食品中的微生物数量可以得到有效的控制，从而延长食品的保鲜期。
例如，将水果暴露在高强度脉冲电场中，可以杀灭水果表面的微生物，延长水果的保鲜期。
总结：高强度脉冲电场技术作为一种新型的食品加工处理技术，具有广泛的应用场景和潜力。
随着科技的不断进步，高强度脉冲电场技术也会得到更加广泛的应用。
但是，我们也需要注意到高强度脉冲电场技术的局限性，例如，该技术只适用于某些特定类型的食品，对于一些需要加热处理的食品则无法使用。
因此，在使用高强度脉冲电场技术时，我们需要充分考虑各种因素，以确保食品的安全和品质。
高压脉冲电场（PEF)技术对食品杀菌的研究摘要：高压脉冲电场技术是一种低能耗、高效率的食品加工技术, 在杀菌方面, PEF 技术表现出良好的应用前景。
本文概述了关于PEF技术的一些理论和研究成果,指出了其与热杀菌相比的优势以及待解决的问题。
关键词：高压脉冲电场技术；食品；杀菌杀菌是食品生产中的一个非常重要的环节，杀菌的好坏直接影响着食品的品质量。
传统的热力杀菌技术对一些产品特别是热敏性产品的色、香、味、功能性以及营养成分等具有破坏作用。
为满足消费者对营养、原汁原味、不含防腐剂、天然安全的要求，高压脉冲电场技术倍受瞩目。
高压脉冲电场(PEF)用于食品杀菌, 从20世纪60年代在美国就已开始研究, 并逐渐扩大到工业应用，进入90年代中后期我国开始进行这方面的研究，但由于设备的限制，研究水平已经相对比较落后，特别是在产业化方面。
该项新技术设备的投入相对较高、处理量少、但产品品质较好。
而且与传统热力杀菌相比，非热力技术在能耗方面有着明显的优势，可以节约一定的能源，体现了一定的经济效益。
1 高压脉冲电场技术的现存理论高压脉冲电场的杀菌原理是在两个电极间产生瞬时高压脉冲电场作用于食品而杀菌的。
其基本过程是用瞬时高压处理放置在两极间的低温冷却食品。
高压脉冲电场杀菌机理经过40年的探讨，形成了以下几个代表性的观点:①“细胞膜穿孔效应”理论：当外加电场作用于细胞时，食品微生物的细胞膜在其作用下，诱导产生横跨膜电位。
当整个膜电位达到极限值(约为lV)时，膜破裂，使膜结构变成无序状态，形成细孔，渗透能力增强。
因此，细胞的可渗透性可以依据外加电场强度的加强而增加。
②电解产物理论：在电极点施加电场时，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。
③臭氧效应理论：在电场作用下液体介质电解产生臭氧，在低浓度下臭氧已能有效杀灭细菌。
利用脉冲电场技术加速食品杀菌的研究一、引言食品安全是现代社会中一个备受关注的问题。
食品中存在的细菌和微生物会对人体健康产生潜在的威胁。
因此，食品加工行业一直在不断努力寻找高效、安全的杀菌方法。
近年来，利用脉冲电场技术加速食品杀菌成为研究的热点。
二、脉冲电场技术的原理脉冲电场技术是一种利用电场刺激细胞膜，使细胞膜发生临时孔洞从而杀死细菌的方法。
其原理是利用高压电脉冲作用于食品中的细菌，将细菌细胞膜击穿，导致细胞内外环境的交换，进而破坏细菌的正常生长和代谢机制。
三、脉冲电场技术在食品杀菌中的应用1.果汁和饮料杀菌果汁和饮料是细菌滋生的理想环境。
传统的杀菌方法常常使用热处理或化学添加剂，但这些方法存在各种弊端。
脉冲电场技术在果汁和饮料的杀菌中表现出了明显的优势。
研究表明，经过适当脉冲电场处理后，果汁和饮料中细菌的数量可以显著减少，同时保持食品的品质。
2.肉类和海产品杀菌肉类和海产品中的细菌污染常常引起食物中毒等问题。
脉冲电场技术被广泛应用于肉类和海产品的杀菌过程中。
通过控制脉冲电场的参数，可以有效地杀灭细菌，同时保持食品的营养价值和风味。
3.奶制品杀菌奶制品是细菌生长的理想培养基。
传统的杀菌方法常常使用高温处理或化学添加剂，但这些方法存在对营养成分的损害和味道的改变。
脉冲电场技术因其低温、无添加剂的特点，在奶制品的杀菌过程中得到了广泛应用。
四、脉冲电场技术的优势1.无副作用与传统的杀菌方法相比，脉冲电场技术不会产生副作用，并且对食品原料的成分和质量没有明显影响。
这使得脉冲电场技术成为一种安全、可靠的食品杀菌方法。
2.高效率脉冲电场技术以其高效杀菌的特点而闻名。
研究表明，经过适当处理后，脉冲电场可以在很短的时间内杀死绝大部分细菌。
这大大提高了食品杀菌的速度和效率。
3.保留食品原有的风味和营养成分与传统的高温处理方法不同，脉冲电场技术在杀菌过程中不会对食品的味道和营养成分产生明显的影响。
这使得脉冲电场技术成为一种既高效又保留食品品质的杀菌方法。
脉冲放电杀菌技术及其应用研究进展摘要：在科学发达的今天,动物传染病和人类传染病仍在大肆流行。
目前,主要有3种形式的疫苗,即减毒活疫苗、灭活疫苗和基因工程疫苗。
尽管减毒活疫苗曾起到了巨大的作用,但随着科学的发展和时间的推移,减毒活疫苗有返祖和基因重组的现象,因此,目前已逐渐降低其使用度。
基因工程疫苗是近十来年发展起来的一种新型疫苗,但是研制一种新的基因工程疫苗耗时长、投资大,还可能存在生物安全问题。
故短期内在应对突发的传染病时不可能取得明显成效,而灭活疫苗却能够在短时内取得预期的效果。
关键词:脉冲电场；病原体；灭活一、化学试剂杀菌机理当前的灭活疫苗大部分使用福尔马林、β-丙内脂、乙烯亚胺、苯酚、柳硫汞等化学试剂进行灭活。
这些化学试剂主要机理是作用于病毒核酸及病毒壳蛋白、病原体的DNA和RNA,改变细胞膜通透性,导致微生物蛋白变性或凝固,改变蛋白与核酸功能基团的因子,作用于细菌胞内酶的功能基(如SH基)而改变或抑制其活性。
如福尔马林对病毒灭活的机理主要作用于病毒核酸及病毒壳蛋白。
灭活的主要部位是福尔马林与病毒中含有氨基的核苷酸(腺嘌呤、鸟嘌呤和胞嘧啶)发生反应。
福尔马林与病毒蛋白的作用直接使氨基酸或氨基酸集团暴露,引起蛋白质变性以阻碍核酸从病毒颗粒中释放,使病毒失去感染力。
20世纪60年代猪瘟灭活疫苗的失败可能与灭活剂改变表面蛋白的结构与功能有关系。
β-丙内脂的作用机理可能是作用于病原体的DNA和RNA。
尽管化学试剂在疫苗制备过程中起着非常重要的作用,但是在杀菌作用的同时对动物机体具有一定的副作用,甚至在动物体内残留。
如甲醛除了上述的功用外,同时具有强烈的致癌和促癌作用。
长期接触低剂量甲醛可引起慢性呼吸道疾病,引起鼻咽癌、结肠癌、脑瘤、月经紊乱、细胞核的基因突变,DNA单链内交连和DNA与蛋白质交连及抑制DNA损伤的修复、妊娠综合征,引起新生儿染色体异常、白血病,青少年记忆力和智力下降。
β-丙内脂本身具有致癌性,虽可被加温水解对人体无害,但对工作人员仍有致癌作用。
高压脉冲电场灭菌系统关键性技术研究的开题报告
研究背景：
在医疗、食品、制药等行业，常常需要对物品进行灭菌，以保证其安全性和质量。
传统的灭菌方法有化学灭菌、热灭菌、紫外线灭菌等，但是这些方法存在一些缺陷，
比如需要使用化学药品，可能产生副作用；加热可能导致物品变质；紫外线灭菌可能
无法触及物品的深层。
因此，需要开发一种新的灭菌方法。
高压脉冲电场灭菌技术是一种新型的灭菌技术，能够快速、高效地杀灭微生物，同时不会对物品本身产生负面影响。
该技术的实现需要涉及高压电场发生器、高压脉
冲电场传导系统、物品隔离室等关键性技术。
研究内容：
本研究将针对高压脉冲电场灭菌系统涉及的各个关键性技术进行研究，包括
1.高压电场发生器的设计和优化，使其能够提供适宜的电压、电流和频率，以保障高压脉冲的稳定和可控。
2.高压脉冲电场传导系统，该系统需要考虑隔离室内物品的形态结构和材质，设计合适的装置，并对传导系统进行优化，以提高灭菌效果。
3.物品隔离室的设计和制作，根据不同的物品进行隔离室的设置，以使物品受到高压脉冲电场的均匀辐射，保证灭菌效果。
4.系统控制与监测技术，开发控制系统，包括数据采集、处理、传输和算法优化等技术，从而确保系统安全稳定。
研究意义与目的：
高压脉冲电场灭菌技术在医疗、食品和制药生产中有着较广泛的应用前景，而各项关键性技术的研究是该技术的重要保证。
本研究目的在于深入研究高压脉冲电场灭
菌技术关键性技术，探索其在工业生产中的实际应用，为产业发展提供技术支持。
同时，本研究的结果也将为高压脉冲电场灭菌技术实现可持续发展提供理论和实践基础。
