脈沖電場(chǎng)食品非熱處理的理論與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、非熱食品處理技術(shù)因?yàn)槟茏畲笙薅鹊乇３质称返奶烊伙L(fēng)味,正受到越來越多的關(guān)注,其中最具有發(fā)展前景的脈沖電場(chǎng)(PEF)處理技術(shù)更是近年來的研究熱點(diǎn)之一.由于需求牽引,國(guó)外對(duì)此技術(shù)比較注重實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的研究,迄今仍未見到系統(tǒng)理論證明的報(bào)道.該文從理論和實(shí)驗(yàn)兩方面進(jìn)行了系統(tǒng)的研究,為脈沖電場(chǎng)食品非熱處理技術(shù)在中國(guó)的實(shí)用化做了一系列研究工作.為了對(duì)微生物脈沖電場(chǎng)效應(yīng)進(jìn)行理論上的分析,首先,該文從細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)、組成及功能入手,建立了微生物細(xì)胞的介電模型,

2、求出了細(xì)胞膜的介質(zhì)極化時(shí)間常數(shù),并通過系統(tǒng)狀態(tài)空間方程對(duì)其進(jìn)行了驗(yàn)證.同時(shí)利用狀態(tài)空間方程,推導(dǎo)出了系統(tǒng)的簡(jiǎn)化等效電路.然后,根據(jù)法拉第、高斯和電荷守恒三大定律,對(duì)理想細(xì)胞模型進(jìn)行了分析、計(jì)算,比較詳盡地描述了脈沖電場(chǎng)和靜電場(chǎng)作用下跨膜電壓的大小和分布,并給出了具有非熱效應(yīng)脈沖電場(chǎng)的最佳條件.在這一基礎(chǔ)上,該文分別通過麥克斯韋應(yīng)力張量法和庫(kù)倫虛功法分析了外加電場(chǎng)對(duì)細(xì)胞膜的徑向應(yīng)力.在理論分析的最后,對(duì)已有的脈沖電場(chǎng)非熱效應(yīng)的機(jī)理研究進(jìn)行

3、了綜述,并依據(jù)跨膜電壓的大小,歸納出了細(xì)胞膜介質(zhì)電擊穿效應(yīng)、電場(chǎng)力效應(yīng)和跨膜信息紊亂效應(yīng)等三種脈沖電場(chǎng)非熱效應(yīng)的理論解釋.PEF非熱食品處理的關(guān)鍵技術(shù)之一是設(shè)計(jì)、制造大功率高精度的高壓脈沖電源.以往利用脈沖電容儲(chǔ)能、觸發(fā)放電,或L-C脈沖成型網(wǎng)絡(luò)等方式產(chǎn)生的脈沖高壓都不能滿足PEF食品處理技術(shù)應(yīng)用的要求.該文采用大功率絕緣柵極晶體管(IGBT)配合脈沖變壓器的技術(shù)路線,研制出了一套高精度高壓PEF試驗(yàn)系統(tǒng),克服了由大功率電力電子器件直接

4、串并聯(lián)實(shí)現(xiàn)高壓脈沖中的均壓、均流、匹配及同步觸發(fā)等技術(shù)難題,且降低了設(shè)備的成本,為PEF技術(shù)實(shí)用化奠定了一定的硬件基礎(chǔ).隨后,利用自行研制的高精度高壓脈沖電場(chǎng)試驗(yàn)系統(tǒng)對(duì)釀酒酵母、大腸桿菌、枯草芽孢桿菌以及黑曲霉等四種食品中常見的微生物細(xì)菌做了比較深入的實(shí)驗(yàn)研究,獲得了滅菌率與電場(chǎng)強(qiáng)度、脈沖寬度和脈沖數(shù)之間的關(guān)系,驗(yàn)證了脈沖電場(chǎng)對(duì)微生物的幾種效應(yīng),并根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)提出了一種統(tǒng)計(jì)滅菌率的數(shù)學(xué)模型.該文的最后,根據(jù)實(shí)驗(yàn)研究的數(shù)據(jù)、經(jīng)驗(yàn)以及對(duì)已有