高压脉冲电场灭菌系统关键性技术研究

摘要

非热食品处理技术因为能最大限度地保持食品的天然风味，正受到越来越多的关注，其中最具有发展前景的脉冲电场处理技术更是近年来的研究热点之一。本文首先根据国内外在PEF发生系统及处理室的一些设计理论和成果，提出了实验室中OSU-4L处理装置中处理室存在电场不均的问题，此问题限制了杀菌系统工业化进程。针对这一存在的问题，根据处理室的设计要求及发生系统的参数研制了静态平板式和动态同轴式两种不同的处理室:接着利用ANSYS辅助分析软件对设计的处理室模型进行了流体及电场等相关模拟；最后利用研制出的处理室与OSU-4L处理装置的发生系统相结合，对接种大肠杆菌的液蛋(Liquid Whole Egg，LWE)进行杀菌实验(原样品中的菌体浓度为107～108cfu/ml)。结果表明:
　　 1、随着电场强度的增加，PEF杀菌系统对大肠杆菌的杀灭效果越来越明显。从而论证了杀菌率与电场强度成正比。
　　 2、利用静态平板式处理室对液蛋进行杀菌实验:脉冲电场频率为10Hz、处理时间为400μs，当电场强度从20kV/cm到40kV/cm时，大肠杆菌最大下降了约5.21个对数级。由此可知:PEF装置对大肠杆菌的杀菌效果明显，说明设计的静态处理室是可行的，可以进行杀菌钝酶等相关机理研究。
　　 3、利用动态同轴式处理室对液蛋进行杀菌实验:脉冲电场频率为10Hz、处理时间为400μs，当电场强度从20kV/cm到40kV/cm时，大肠杆菌最大下降了约4.8个对数级。由此可知，PEF装置对大肠杆菌的杀菌效果明显，说明设计的动态同轴式处理室是可行的，可以进行杀菌钝酶等相关机理研究。
　　 4、在同一系统参数条件下(电场强度为40kV/cm，处理时间为400μs)对液蛋进行杀菌实验。平板式、同轴式和同场式中总菌数分别降低了约5.21，4.8和2.1个对数值。结果表明:静态平板式处理室杀菌效果最好，同轴式处理室次之，同场式处理室杀菌效果较差。
　　 本文主要贡献在于提出了OSU-4L处理装置中处理室存在电场不均的问题，设计了静态平板式和动态同轴式两种不同的处理室，通过实验验证了设计的处理室用于液蛋杀菌的可行性，并对设计的处理室与OSU-4L处理装置中处理室进行杀菌效果比较，结果证明静态平板式处理室杀菌效果最好，同场式处理室杀菌效果最差。
　　 本课题来源于无锡江南大学食品科学与技术国家重点实验室“十一五”国家科技支撑计划重大项目“食品冷加工与高效分离技术项目”(2006BAD05A02)基金项目。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1 食品杀菌技术发展现状

1.1.1 热力杀菌技术

1.1.2 非热力杀菌技术

1.2 PEF技术

1.2.1 发展历史

1.2.2 PEF系统

1.3 PEF技术影响因素

1.3.1 处理因素

1.3.2 产品因素

1.4 国内外研究现状

1.4.1 国外研究现状

1.4.2 国内研究状况

1.5 本文选题意义及主要内容

1.5.1 课题来源与研究对象

1.5.2 选题意义

1.5.3 论文的主要研究内容

第二章 PEF杀菌系统研究及处理室的设计

2.1 引言

2.2 PEF杀菌装置概述及其关键性技术研究

2.2.1 发生系统

2.2.2 处理室

2.3 处理室的设计与分析

2.3.1 实验装置中同场处理室存在的问题

2.3.2 静态(平板式)处理室

2.3.3 动态(同轴式)处理室

2.4 本章小结

第三章 ANSYS软件对处理室进行分析和模拟

3.1 引言

3.2 ANSYS软件简介

3.2.1 ANSYS的技术特点

3.2.2 ANSYS软件的功能

3.2.3 典型的ANSYS的分析过程

3.3 对静态处理室进行ANSYS分析

3.3.1 问题描述

3.3.2 ANSYS电场分析

3.4 对动态同轴式处理室进行分析

3.4.1 问题描述

3.4.2 ANSYS电场分析

3.4.3 ANSYS流体分析

3.5 对动态同场式处理室进行分析

3.5.1 问题描述

3.5.2 ANSYS电场分析

3.6 本章小结

第四章 PEF对液蛋中大肠杆菌杀灭效果研究

4.1 引言

4.2 实验材料和方法

4.2.1 液蛋的制备

4.2.2 PEF杀菌装置

4.2.3 徽生物接种与计数

4.3 试验方案设计

4.3.1 平板电极(均匀电场)

4.3.2 同轴电极(非均匀电场)

4.3.3 同场电极(非均匀电场)

4.4 实验结果分析

4.4.1 静态平板式电极对大肠杆菌杀灭效果

4.4.2 动态同轴式电极对大肠杆菌的杀灭效果

4.4.3 动态同场式电极对大肠杆菌的杀灭效果

4.4.4 平板、同轴及同场式电极对大肠杆菌的杀灭效果比较

4.5 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 本文主要工作与成果

5.2 后续工作与展望

致谢

参考文献

附录： 作者在攻读硕士学位期间发表的论文