脈沖電場(chǎng)(Pulsed Electric Fields, PEF)處理是一種新型的非熱食品殺菌技術(shù),它是以較高的電場(chǎng)強(qiáng)度(10-50kV/cm)、較短的脈沖寬度(0-100μs)和較高的脈沖頻率(0-2000Hz)對(duì)液體、半固體食品進(jìn)行處理,并且可以組成連續(xù)殺菌和無菌灌裝的生產(chǎn)線。
中文名稱 | 脈沖電場(chǎng) | 外文名稱 | Pulsed Electric Fields |
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作????用 | 殺菌作用 | 簡(jiǎn)????稱 | PEF |
目前 PEF 對(duì)微生物的作用機(jī)理尚不完全清楚,多數(shù)學(xué)者認(rèn)為 PEF 是通過外部電場(chǎng)與微生物細(xì)胞膜直接作用,從而破壞細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu),形成"電穿孔"而導(dǎo)致微生物滅活。微生物細(xì)胞和外環(huán)境之間進(jìn)行著活躍的物質(zhì)交換,細(xì)胞膜的完整性對(duì)保證細(xì)胞生命活動(dòng)的正常進(jìn)行有著極其重要的作用。PEF 的殺菌作用與其對(duì)微生物細(xì)胞膜的影響密切相關(guān)。當(dāng)微生物被置于高壓脈沖電場(chǎng)中時(shí),細(xì)胞膜會(huì)被破壞,從而導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)容物外滲,引起細(xì)胞死亡。
微生物細(xì)胞膜由鑲嵌蛋白質(zhì)的磷脂雙分子層構(gòu)成,它有一定的電荷,具有一定的通透性,也有一定的強(qiáng)度。膜的內(nèi)外表面間具有一定的電勢(shì)差(Vm),當(dāng)細(xì)胞膜上外加一個(gè)電場(chǎng)(E)時(shí),這個(gè)電場(chǎng)將使膜內(nèi)外的電勢(shì)差增大。由于細(xì)胞膜兩表面堆積的異號(hào)電荷相互吸引,引起膜的擠壓;當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度增大到一個(gè)臨界值時(shí),細(xì)胞膜的通透性劇增,腹上出現(xiàn)許多小孔,使膜的強(qiáng)度降低;進(jìn)一步的作用使細(xì)胞膜產(chǎn)生不可修復(fù)的大穿孔,使細(xì)胞組織破裂、崩潰,導(dǎo)致微生物失活。
目前,穿孔效應(yīng)假說被大多數(shù)學(xué)者所接受,但電穿孔特性的研究在國(guó)內(nèi)仍處于早期階段,國(guó)外研究時(shí)間較長(zhǎng),但至今仍然有許多現(xiàn)象無法解釋,而新的現(xiàn)象又不斷地被報(bào)道。
早期的研究主要集中在 PEF 對(duì)微生物的殺菌效果方面,人們已就 PEF 對(duì)多種腐敗菌和致病菌的殺菌效果進(jìn)行了大量而系統(tǒng)地研究。目前,人們已經(jīng)對(duì) PEF 的殺菌效果有了深入的認(rèn)識(shí)和掌握。PEF 殺菌實(shí)驗(yàn)的指示微生物包括枯草芽抱桿菌、德氏乳桿菌、單核細(xì)胞增生李斯特氏菌、熒光假單孢菌、啤酒酵母、金黃色葡萄球菌、嗜熱鏈球菌、大腸桿菌、大腸桿菌 O157、霉菌和酵母等,研究結(jié)果表明 PEF 處理對(duì)這些微生物的營(yíng)養(yǎng)體細(xì)胞均有較好的殺滅作用,但芽孢表現(xiàn)出較強(qiáng)的耐受性。
PEF系統(tǒng)設(shè)備主要包括五部分:電源裝置、脈沖發(fā)生裝置(包括電容和控制開關(guān))、樣品處理室、冷卻系統(tǒng)、溫度測(cè)定系統(tǒng)。
主要為殺菌作用:
基本原理 脈沖電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng),這種脈沖電場(chǎng)和脈沖磁場(chǎng)交替作用,使細(xì)胞膜透性增加,振蕩加劇,膜強(qiáng)度減弱,因而膜被破壞,膜內(nèi)物質(zhì)容易流出,膜外物質(zhì)容易滲入,細(xì)胞膜的保護(hù)作用減弱甚至消失。 2、電離作用 電極附近物質(zhì)電離產(chǎn)生的陰、陽(yáng)離子與膜內(nèi)生命物質(zhì)作用,因而阻斷了膜內(nèi)正常生化反應(yīng)和新陳代謝過程等的進(jìn)行;同時(shí),液體介質(zhì)電離產(chǎn)生O3的強(qiáng)烈氧化作用,能與細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)發(fā)生一系列反應(yīng)。 通過以上2種作用的聯(lián)合進(jìn)行,殺死菌體。
電介質(zhì)中的電場(chǎng)強(qiáng)度是外電場(chǎng)的場(chǎng)長(zhǎng)與極化電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)的強(qiáng)度的矢量和嗎
電位移矢量是在討論靜電場(chǎng)中存在電介質(zhì)的情況下,電荷分布和電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系時(shí)引入的輔助矢量。定義:在電場(chǎng)中存在電介質(zhì)的情況下,電場(chǎng)強(qiáng)度等于自由電荷和極化電荷所激發(fā)的場(chǎng)的疊加,為真空中的介電常數(shù),移項(xiàng)得:方...
電場(chǎng)就是電磁場(chǎng),當(dāng)然有強(qiáng)穿透力, 科學(xué)和實(shí)踐已經(jīng)證明,變電站可以引起空間電波的反射,或者由于電磁感應(yīng)而引起線路再輻射現(xiàn)象的發(fā)生,輸配電線及變電站在傳輸高壓大電流的過程中,可以產(chǎn)生各種類型的電磁波.眾所...
勻強(qiáng)電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)計(jì)算公式是哪個(gè)
E=U/D,請(qǐng)您注意,U為沿著電場(chǎng)線兩點(diǎn)的電勢(shì)差,D為這兩點(diǎn)的距離,否者,公式不成立。 此外,E=F/q,也適合計(jì)算勻強(qiáng)電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)
影響PEF殺菌的因素有很多,它們嚴(yán)重影響著殺菌效果,基本上分為加工因素,產(chǎn)品因素和微生物特征因素。
(1)PEF加工因素:電場(chǎng)強(qiáng)度、處理時(shí)間、脈沖頻率、脈沖寬度、脈沖形狀、樣品流速、初始溫度。
(2)產(chǎn)品因素:產(chǎn)品成分、導(dǎo)電性、離子強(qiáng)度、pH、水分活度、黏度。
(3)微生物特征因素:微生物種類、生長(zhǎng)條件、生長(zhǎng)時(shí)期。
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高壓脈沖電場(chǎng)(PEF)技術(shù)對(duì)食品殺菌的研究 摘要 :高壓脈沖電場(chǎng)技術(shù)是一種低能耗、 高效率的食品加工技術(shù) , 在殺菌方面 , PEF 技術(shù)表現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景。文章概述了關(guān)于 PEF技術(shù)的一些理論和研究 成果 ,指出了其與熱殺菌相比的優(yōu)勢(shì)以及待解決的問題。 關(guān)鍵詞 :高壓脈沖電場(chǎng)技術(shù) ;食品 ;殺菌 殺菌是食品生產(chǎn)中的一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié) ,殺菌的好壞直接影響著食品的品 質(zhì)量。傳統(tǒng)的熱力殺菌技術(shù)對(duì)一些產(chǎn)品特別是熱敏性產(chǎn)品的色、香、味、功能性 以及營(yíng)養(yǎng)成分等具有破壞作用。為滿足消費(fèi)者對(duì)營(yíng)養(yǎng)、原汁原味、不含防腐劑、 天然安全的要求 ,高壓脈沖電場(chǎng)技術(shù)倍受矚目。 高壓脈沖電場(chǎng) (PEF)用于食品殺菌 , 從 20世紀(jì) 60年代在美國(guó)就已開始研究 , 并逐漸擴(kuò)大到工業(yè)應(yīng)用 ,進(jìn)入 90年代中 后期我國(guó)開始進(jìn)行這方面的研究 ,但由于設(shè)備的限制 ,研究水平已經(jīng)相對(duì)比較落后 , 特別是在產(chǎn)業(yè)化方面。
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研究了不同脈場(chǎng)強(qiáng)度和脈沖數(shù)對(duì)溶菌酶抑菌能力的影響。結(jié)果表明,隨著脈沖強(qiáng)度的增加,溶菌酶抑菌能力呈波浪式變化,在25 kV/cm時(shí),抑菌能力達(dá)到最大值,比對(duì)照組提高了10.6%。PEF處理后溶菌酶液放置于4℃下貯藏1 h和10 h后,溶菌酶抑菌能力都有增加,變化規(guī)律和PEF處理后直接測(cè)得的結(jié)果相似,而隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)溶菌酶的抑菌能力又有下降趨勢(shì)。在設(shè)定的脈沖數(shù)內(nèi),脈沖數(shù)的變化對(duì)溶菌酶抑菌能力的影響不顯著。熒光分析表明,25 kV/cm下相對(duì)熒光強(qiáng)度最大,比對(duì)照組提高了15.42%;但貯藏一段時(shí)間后相對(duì)熒光強(qiáng)度有下降的趨勢(shì)。在設(shè)定的脈沖數(shù)內(nèi),脈沖數(shù)的變化對(duì)溶菌酶的相對(duì)熒光強(qiáng)度影響不顯著。
高壓脈沖電場(chǎng)近幾年的成就
高壓脈沖電場(chǎng)是近年來研究較多的食品非熱處理技術(shù)之一,目前還未有衡量殺菌效果的統(tǒng)一指標(biāo),國(guó)內(nèi)外也未見關(guān)于高壓脈沖電場(chǎng)與冷凍濃縮相結(jié)合的工藝報(bào)道。本文以大腸桿菌為研究對(duì)象探討了溫度、電導(dǎo)率以及脈寬對(duì)高壓脈沖電場(chǎng)殺菌效果的影響;在熱力殺菌F值理論的基礎(chǔ)上,引入高壓脈沖電場(chǎng)F值理論,以大腸桿菌O157:H7為目標(biāo)菌,進(jìn)行殺菌效果統(tǒng)一指標(biāo)的探索,并將此理論應(yīng)用于冷凍濃縮西瓜汁的殺菌處理;比較-18℃貯藏溫度下冷凍濃縮PEF處理西瓜汁、熱處理西瓜汁與西瓜原汁各理化指標(biāo)的變化及感官評(píng)價(jià);結(jié)果如下: 1.隨著溫度的升高,殺菌效果也有一定的增強(qiáng),但不具有顯著性。電導(dǎo)率對(duì)殺菌效果影響不顯著,高電導(dǎo)率反而會(huì)使處理后樣液溫度升高,增加無效能耗。在研究電導(dǎo)率對(duì)殺菌效果影響的同時(shí),本文還研究了溫度對(duì)電導(dǎo)率的影響,結(jié)果表明其影響是顯著的。隨著溫度的降低,牛奶電導(dǎo)率可降到0.48 ms/cm,且不同濃度對(duì)低溫狀態(tài)下的牛奶電導(dǎo)率影響不顯著。溫度對(duì)濃縮果汁的電導(dǎo)率影響很大,在低溫情況下,電導(dǎo)率<1 ms/cm。能夠通過控制溫度來控制濃縮果汁電導(dǎo)率的大小,以達(dá)到高壓脈沖電場(chǎng)殺菌條件。研究還表明流速為30 mL/min時(shí),脈寬對(duì)大腸桿菌殺菌效果影響不顯著。 2.首次引入場(chǎng)強(qiáng)致死率LR=10(E-ER)/Z,建立高壓脈沖電場(chǎng)F值理論,用致死率曲線下的面積來描述致死性。以26.7 kV/cm為參考場(chǎng)強(qiáng),其D26.7=136μs,Z(耐場(chǎng)強(qiáng)常數(shù))=22.4 kV/cm,計(jì)算某一特定場(chǎng)強(qiáng)下理論致死時(shí)間。將其與實(shí)際致死時(shí)間比較,結(jié)論是二者相差不大,且實(shí)際時(shí)間要比理論時(shí)間稍長(zhǎng),符合實(shí)際情況。 3.將高壓脈沖電場(chǎng)F值理論計(jì)算出的理論操作參數(shù)應(yīng)用于冷凍濃縮西瓜汁殺菌處理,結(jié)合冷凍濃縮技術(shù)實(shí)現(xiàn)了低溫下對(duì)西瓜汁的殺菌處理,其微生物指標(biāo)達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。冷凍濃縮果汁處理獲得的電壓要明顯高于西瓜原汁,且電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于西瓜原汁。從溫升角度來看,冷凍濃縮果汁也要優(yōu)于西瓜原汁,溫升小,減少了能量耗散,得到更高的經(jīng)濟(jì)效益。從貯藏期間各理化指標(biāo)的比較發(fā)現(xiàn),pH值,固形物含量變化不大,總糖含量也保持不變,而Vc含量都有降低。對(duì)不同處理方法得到的果汁進(jìn)行感官評(píng)定,結(jié)果顯示冷凍濃縮 PEF處理的果汁更接近于原汁,而熱處理果汁評(píng)價(jià)結(jié)果會(huì)差一些。
種子是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上最基本的生產(chǎn)資料,種子的活力影響到植物的整個(gè)生命過程.通過不同途徑保持和提高種子的生命力,不僅是一個(gè)值得探討的生物學(xué)問題,而且在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中具有現(xiàn)實(shí)意義.隨著分子生物學(xué)和細(xì)(略)展,生物細(xì)胞的電磁特性及電磁效應(yīng)(略)理因素特別是外界電磁場(chǎng)對(duì)生物體影響的研究越來越受到重視. 利用高壓脈沖電場(chǎng)(PEF)處理種子試驗(yàn)條件可控性強(qiáng),費(fèi)用低,是一種簡(jiǎn)便有效的提高種子活力的方法.本研究首次將PEF技術(shù)應(yīng)用到蔬菜陳種子的萌發(fā)和植株生長(zhǎng)上,研究了電場(chǎng)強(qiáng)度、處理時(shí)間(略)量對(duì)種子萌發(fā)的影響,以及PEF對(duì)于辣椒抗冷性和抗旱性的影響,并探討了PEF對(duì)其作用的機(jī)理.經(jīng)過大量試驗(yàn)研究可以得出,(略)理蔬菜陳種子可以提高陳種子中抗氧化酶的活性,降低種子膜的透性和膜脂的過氧化作用,促進(jìn)陳種子的萌發(fā).通過試驗(yàn)建立了數(shù)學(xué)模型,得出最佳的參數(shù)組合,為PEF技術(shù)應(yīng)用于蔬菜生產(chǎn)提供了理論和實(shí)踐的基礎(chǔ).
高壓脈沖電場(chǎng)分析程度
乳狀液是一種或幾種液體以液滴形式分散在另一種與之互不相溶的液體中構(gòu)成具有相當(dāng)穩(wěn)定度的多相(略)狀液分為油包水(W/O)型和水包油(O/W)型. 隨著石油和化工工業(yè)的發(fā)展,日益增多的乳狀液需要進(jìn)(略)破乳的方法有:加熱破乳、研磨破乳、潤(rùn)濕聚結(jié)破乳、微波破乳、破乳劑破乳、膜法破乳、電場(chǎng)破乳等.針對(duì)這些破乳方法尤其是電破乳方法的不足,本課題提出了新型電極高壓脈沖電場(chǎng)破乳法. 本研究采用的新型電極由環(huán)氧樹脂/鈦酸鋇(EP/BT)復(fù)合材料覆蓋銅棒(略)狀液是煤油和水按1:1體積比混合,以Span80為乳化劑配制而成的W/O乳狀液.破乳電場(chǎng)由高壓脈沖電源提供,其電壓范圍為8~22kV,頻率為50Hz以下.試驗(yàn)測(cè)定了復(fù)合材料的介電常數(shù),并分析了電場(chǎng)特征.(略)對(duì)破乳率的影響.研究結(jié)果表明:復(fù)合材料的介電常數(shù)隨其配比升高而升高,在67%附近達(dá)峰值.電極絕緣材料、外加電壓、破乳時(shí)間、氣溫對(duì)破乳率都有不同程度的影響,隨著電極復(fù)合材料配比的升高,破乳率上升,40%(略)0%反而有所下降;電壓是對(duì)破乳率影響最大的因素,隨著電壓升高,破乳率不斷上升,22kV時(shí)破乳效果最好;隨著破乳時(shí)間的增...
采用高壓脈沖電場(chǎng)(PEF)技術(shù)提取樺褐孔菌中
?Pulsed Electric Field
高壓脈沖電場(chǎng)技術(shù)(PEF)是將待處理的物品置于帶有兩個(gè)電極的處理室當(dāng)中,在電極上施加高壓脈沖,利用處理室中形成的脈沖電場(chǎng)處理樣品的技術(shù)。在作用機(jī)理上,它是利用高壓脈沖電場(chǎng)來作用于液體中的有害微生物,當(dāng)施加的電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到一定值時(shí),使得微生物的細(xì)胞膜通透性增強(qiáng),細(xì)胞膜發(fā)生穿孔甚至破裂,從而使微生物細(xì)胞凋亡,達(dá)到殺滅微生物細(xì)菌的目的;同時(shí)高壓脈沖電場(chǎng)也能改變生物酶的分子結(jié)構(gòu),使之失去活性,從而達(dá)到對(duì)酶的鈍化目的。
高壓脈沖電場(chǎng)技術(shù)可在較低溫度的溫和條件下(40~50℃)實(shí)現(xiàn)對(duì)液體物料的滅菌。實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn),PEF對(duì)大腸桿菌、啤酒酵母和金黃色葡萄球菌等都有較好的殺滅效果。它能滿足消費(fèi)者對(duì)新鮮食品的需求,是對(duì)食品進(jìn)行"最小限度破壞的加工"。高壓脈沖電場(chǎng)技術(shù)被認(rèn)為是非熱處理技術(shù)中最有前景的一種技術(shù)而備受研究者的青睞和重視。一般用于PEF殺菌的波形主要有方波、指數(shù)波、鐘形波和振蕩衰減波。