第八章--杀菌机械与设备下学习教案

1、会计学1第八章第八章-杀菌杀菌(sh jn)机械与设备下机械与设备下第一页，共60页。常见的包装食品杀菌机械常见的包装食品杀菌机械(jxi)与设备：与设备：立式杀菌锅立式杀菌锅卧式杀菌锅卧式杀菌锅回转式杀菌锅回转式杀菌锅常压连续杀菌设备常压连续杀菌设备静水压连续杀菌设备静水压连续杀菌设备水封水封(shu fn)式连续高压杀菌设备式连续高压杀菌设备包装食品杀菌机械与设备是用于包装密封以后的食品杀菌。包装食品杀菌机械与设备是用于包装密封以后的食品杀菌。按照杀菌按照杀菌温度不同温度不同可分为可分为常压、高压、超高压常压、高压、超高压杀菌设备，按杀菌设备，按杀菌设备杀菌设备操作方式操作方式分为分为间歇

2、式和连续式间歇式和连续式。第1页/共60页第二页，共60页。第2页/共60页第三页，共60页。第3页/共60页第四页，共60页。第4页/共60页第五页，共60页。第5页/共60页第六页，共60页。第6页/共60页第七页，共60页。第7页/共60页第八页，共60页。蒸汽(zhn q)第8页/共60页第九页，共60页。第9页/共60页第十页，共60页。G、排水：循环泵22、冷水泵21、冷水阀20关闭，排泄(pixi)阀24 打开排水H、启锅出罐86冷水(lngshu)第10页/共60页第十一页，共60页。第11页/共60页第十二页，共60页。第12页/共60页第十三页，共60页。第13页/共60页

3、第十四页，共60页。第14页/共60页第十五页，共60页。第15页/共60页第十六页，共60页。第16页/共60页第十七页，共60页。第17页/共60页第十八页，共60页。第18页/共60页第十九页，共60页。从下至上从上至下耗能大小冷却效果差好卡罐不易易第19页/共60页第二十页，共60页。第20页/共60页第二十一页，共60页。第21页/共60页第二十二页，共60页。第22页/共60页第二十三页，共60页。第23页/共60页第二十四页，共60页。第24页/共60页第二十五页，共60页。第25页/共60页第二十六页，共60页。第26页/共60页第二十七页，共60页。第27页/共60页第二十八

4、页，共60页。第三节 其他(qt)杀菌技术与设备12高电压高电压(diny)(diny)脉冲电场非热杀菌技术与设备脉冲电场非热杀菌技术与设备食品的辐照食品的辐照(f zho)(f zho)杀菌技术与设备杀菌技术与设备3超高静压杀菌技术与设备超高静压杀菌技术与设备4脉冲强光非热杀菌原理与设备脉冲强光非热杀菌原理与设备5第28页/共60页第二十九页，共60页。概况(gikung)高压脉冲(michng)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一、高电压脉冲电场非热杀菌技术与设备第29页/共60页第三十页，共60页。英国学者就发现英国学者就发现(fxin)2

5、5kV/cm直流脉冲能有效致死营养细菌和酵直流脉冲能有效致死营养细菌和酵母菌。母菌。 20 20世纪世纪8080 年代年代(nindi)(nindi)以来以来 2020世纪世纪9090年年代中后期代中后期美国、日本等发达国家研究比较活跃，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。并制造了成套的技术设备。我国开始进行这方面的研究。我国开始进行这方面的研究。 高压脉冲电场高压脉冲电场(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。是一种非热处理技术，具有处理时间短，温升小

6、，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。早在早在19671967年年第30页/共60页第三十一页，共60页。脉冲脉冲(michng)发生器发生器处理处理(chl)室室高压脉冲电场杀菌装置的核心部分。高压脉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冲发生器用来产生10kV10kV以上的脉冲，该高以上的脉冲，该高压脉冲被加到处理室电极的两极板上，在压脉冲被加到处理室电极的两极板上，在处理室内产生处理室内产生10kV/cm以上的强电场。以上的强电场。处理室与高压脉冲发生器相连接，它的主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要作用是

7、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。的液体食品，以达到杀菌的目的。处理系统处理系统 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。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。第31页/共60页第三十二页，共60页。指数指数(zhsh)衰减波衰减波方波方波震荡波、震荡波、交变交变(jio bin)波波指数形脉冲容易产生，但低于最高电压指数形脉冲容易产生，但低于最高电压36.8的电压无杀菌作用，且能使食品的温度升高的电压无杀菌作用，且能使食品的温度升高这两种波的效果都不是很好这两种波

8、的效果都不是很好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，成本也比较高脉冲发生器脉冲发生器指数衰减波方波第32页/共60页第三十三页，共60页。静态静态(jngti)分批式分批式连续式连续式 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。一旦产生电火花电极就会被腐蚀，食品被电解，产生

9、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，在设计食品处理室时，应着重解决好以下问题：电极表面(biomin)要尽可能光滑以减少电子的逸出采用圆形电极以避免电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。场集中，为食品提供一个均匀的高压脉冲电场。处理室内装有电极和冷却装置（处理室内装有电极和冷却装置（PEF连续工作，电连续工作，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。构简单，不易放电。规模小、考虑影响因素较少，不适于大规模工业化应用规模小、考虑影响因素

10、较少，不适于大规模工业化应用。处理室处理室食品处理装置结构简图食品处理装置结构简图第33页/共60页第三十四页，共60页。1.Hamilton和和Sale(1967)理论理论(lln)2.Zimmermann(1986)电崩解电崩解(bn ji)理论理论3.Tsong(1991)电穿孔理论电穿孔理论4.空穴理论空穴理论7.电解产物效应电解产物效应6.粘弹极性形成模型粘弹极性形成模型5.电磁机制模型电磁机制模型第34页/共60页第三十五页，共60页。1.Hamilton和和Sale(1967)理论理论(lln) 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

11、球形来说，其沿电场方向(fngxing)的跨膜电位可由下式得出：U(t)=1.5rE式中：u沿电场方向(fngxing)的跨膜电位，t； r细胞半径，m； 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。第35页/共60页第三十六页，共60页。 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(shn jin)放电，使膜分解。2.Zimmermann(1986)电崩解电崩解(bn ji)理论理论A细胞膜电位

12、差为Vm；B外加电场矿远大于跨膜电位差Vm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。第36页/共60页第三十七页，共60页。 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(zuhu)导致细胞膜破裂，细胞内容物外漏，使细胞死亡。3.Tsong(1991)电穿孔理论电穿孔理论(lln)第37页/共60页第三十八页，共60页。 正是由于这种高压脉冲(michng)能量直接转

13、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。4.空穴空穴(kn xu)理论理论放电终了瞬间，气套处形成空穴放电终了瞬间，气套处形成空穴，由于压力突然减小，液体又以，由于压力突然减小，液体又以超声速回填空穴，形成第二个超超声速回填空穴，形成第二个超声回填空穴冲击波。声回填空穴冲击波。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空穴空穴空穴第38页/共60页第三十九页，共60页。 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

14、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(xin lin)，细菌放置在电感线圈内部，受到强磁场作用。5.电磁电磁(dinc)机制模型机制模型第39页/共60页第四十页，共60页。 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(png zhng)，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。6.粘弹极性形成粘弹极性形成(xngchng)模型模型7.电解产物效应电解产物效应 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

15、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。第40页/共60页第四十一页，共60页。电场强度电场强度脉冲脉冲(michng)持续时间持续时间处理室特性处理室特性脉冲脉冲(michng)电场工作参数电场工作参数微生物特性微生物特性食品特性参数食品特性参数温度温度脉冲特性脉冲特性微生物的种类微生物的种类生长时间生长时间生长条件生长条件pH值值水的活性水的活性成分成分电导率电导率离子强度离子强度第41页/共60页第四十二页，共60页。电场(din chng)强度温度(wnd)持续时间脉冲特性处理室 电场强度时影响杀菌效果最重要的因素之

16、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。 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24-60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脉冲电场工作参数脉冲电场工作参数第42页/共60页第四十三页，共60页。微生物的种类微生物的种类(zhngli)生长生长(sh

17、ngzhng)条件条件 不同菌种对电场的承受力不同。无芽孢菌较有芽孢不同菌种对电场的承受力不同。无芽孢菌较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、酵母菌菌、乳酸菌、大肠杆菌、酵母菌 培养基成分、温度、氧浓度对灭菌率有影响，其机培养基成分、温度、氧浓度对灭菌率有影响，其机理尚不清楚，但在理尚不清楚，但在PEF中不考虑这些因素将导致中不考虑这些因素将导致错误的结论错误的结论生长时期生长时期 处于对数生长期的菌体比处于稳定

18、期的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，菌体对电场更为敏感，PEF对处在稳定生长期微生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物的杀菌率低于处于对数生长期的微生物微生物特性微生物特性第43页/共60页第四十四页，共60页。 对不同对不同(b tn)食食品成分，不同品成分，不同(b tn)物质结构的灭菌物质结构的灭菌效果不同效果不同(b tn)。 脉冲脉冲(michng)电场的杀菌效果随介电场的杀菌效果随介质离子强度的下降而质离子强度的下降而增加。增加。 低电导率情况下灭低电导率情况下灭菌率较高。菌率较高。 介质介质pH值下降杀菌值下降杀菌效果稍有提高。效果稍有提高。 降低水活性将降低水活性将会导致灭菌率降低会导致灭菌率降低。成分成分电导率电导率pH值值水的活性水的活性食品特性参数食品特性参数离子强度离子强度第44页/共60页第四十五页，共60页。（一）品的辐照(f zho)杀菌的作用特点（1）优点（2）缺点概念：利用(lyng)辐射源