食品原料与加工：食品的非热杀菌与除菌

1、编辑课件 食品的非热杀菌与除菌编辑课件n食品的非热杀菌技术：是指采用非加热的方法杀灭食品中的致病菌和腐败菌，使产品达到无菌程度要求的杀菌技术。n食品的非热杀菌n空气净化除菌n食品生产用水的净化除菌编辑课件第一节食品的非热杀菌定义及种类第一节食品的非热杀菌定义及种类非热杀菌q杀菌过程中食品温度并不升高或升高很低，既有利于保持食品中功能成分的生理活性，又有利于保持色、香、味及营养成分。优点：n热效应小，温度低；n高温引起的品质降低小；n维生素、风味及必需的营养素变化小；n能量消耗少。编辑课件食品非热杀菌技术种类n化学杀菌（杀菌剂、抑菌剂和防腐剂等）n物理杀菌（辐照、紫外线、脉冲电场、振荡磁场、超声

2、波、脉冲光、脉冲x射线等）n 编辑课件n新型的食品非热杀菌技术q超高静压（Ultra High Hydrostatic Pressure,UHHP,HHP)q脉冲电场（Pulsed Electric Field,PEF)q振荡磁场（Oscillating Magnetic Fields, OFM)编辑课件二、二、食品非热杀菌技术非热杀菌技术n（一）超高静压杀菌n食品的超高静压（UHP或HHP）处理技术是指将密封于弹性容器内的食品置于水或其它液体作为传压介质的压力系统中，经100MPa以上的压力处理，以达到杀菌、灭酶和改善食品的功能特性等作用。n超高压处理通常在室温或较低的温度下进行，在一定高压

3、下食品蛋白质变性、淀粉糊化、酶失活，生命停止活动，细菌等微生物被杀死。编辑课件n起源于19世纪末，Tameman 开启超高静压处理技术之门；n18991929年，Hite发现HHP抑制微生物生长；n1974年方法，Wison提出（压力温度）保藏食品；n1986，日本市场出现HHP处理的食品；n1992欧盟实施HPP技术应用投资计划，相关产品上市；n19992000 美国市场也出现HPP巴氏杀菌食品n20世纪90年代，国内开展HPP技术研究，目前处于开发应用阶段，超高静压超高静压(HHP)发展发展编辑课件超高静压杀菌对微生物的作用机理超高静压杀菌对微生物的作用机理n改变微生物的细胞形态结构编辑课

4、件超高静压杀菌对微生物的作用机理超高静压杀菌对微生物的作用机理n破坏微生物细胞膜编辑课件超高静压杀菌对微生物的作用机理超高静压杀菌对微生物的作用机理n钝化酶的活性编辑课件超高静压杀菌对微生物的作用机理超高静压杀菌对微生物的作用机理n抑制生化反应n影响DNA的复制编辑课件nHPP对微生物的作用对微生物的作用蛋白质聚蛋白质聚集集细胞细胞膜的膜的完整完整性发性发生变生变化化DNADNA发发生变化生变化膜的发膜的发生变化生变化通透性通透性编辑课件超高静压的杀菌效果n在高压下，会使蛋白质和酶发生变性，微生物细胞核膜被压成许多小碎片和原生质等一起变成糊状，这种不可逆的变化即可造成微生物死亡。n细菌n酵母和

5、霉菌n病毒 n寄生虫编辑课件影响微生物对压力抵抗能力的其它因素 1、 微生物种类2、 细胞形态3、 食品介质种类和性状4、 加压温度5、 加压时间6、 压力大小7、 加压模式8、 压力与其他杀菌技术的协同作用高压下微生物灭活的动力学高压下微生物灭活的动力学 微生物的死亡遵循一级反应动力学 编辑课件编辑课件nG(+)营养体对HHP的抵抗力强于G（);n细菌芽孢与热协同处理可降低杀灭芽孢所需的压力和加热温度；n一般而言，为杀灭有害菌而选择的压力条件基本能满足大多数人类病毒的要求；n寄生虫对压力的敏感性要高于细菌的芽孢和细胞。超高静压杀菌效果超高静压杀菌效果编辑课件n（1）微生物的种类和生长期条件；

6、n（2）压力大小和加压时间；n（3）施压方式：对于芽孢，间歇式加压好于连续式加压n（4）温度n（5）pH值n（6）物料组成成分n（7）水分活度 ：低aw产生的细胞收缩作用和对生长的抑制作用使细胞对压力产生抗性影响超高静压影响超高静压(HHP)杀菌效果的因素杀菌效果的因素编辑课件超高静压的产生超高静压的产生n直接加压产生编辑课件超高静压的产生超高静压的产生n间接加压产生编辑课件超高静压杀菌的特点超高静压杀菌的特点n用超高压技术处理食品，可达到高效杀菌的目的，且对食品中的维生素、色素和风味物质等低分子化合物的共价键无明显影响，从而使食品能较好地保持原有的色、香、味、营养和保健功能，这是超高压技术的

7、突出优点，也是超高压技术与其它常规食品杀菌技术的主要不同之处。 编辑课件q酸性食品（pH4.6），HPP可以作为巴氏杀菌辅助手段q对芽孢菌，需结合其他处理方法超高静压杀菌特点超高静压杀菌特点编辑课件超高静压杀菌的特点超高静压杀菌的特点n技术优势: 1、 能在常温或较低温度下达到杀菌，灭酶的作用，与传统的热处理相比，减少了由于高热处理引起的食品营养成分和色、香、味的损失或劣化2、 由于传压速度快，均匀，不存在压力梯度，超高压处理不受食品的大小和形状的影响，使得超高压处理过程较为简单3、 耗能较少，处理过程中只需要在升压阶段以液压式高压泵加压，而恒压和降压阶段则不需要输入能量编辑课件存在问题存在问

8、题n1.由于超高压是基于对食品主成分水的压缩效果，它是利用了帕斯卡定律，因此对于不适合这一定律的干燥食品、粉状或粒状食品，不能采用超高压处理技术；n 2.由于高压下食物的体积会缩小，故只能用软材料包装；n3.一些产芽孢的细菌，特别是低酸性食品中的肉毒梭茵，需在70以上加压到600MPa或加压到1000MMPa以上才能杀死；n4.酶因其分子量和分子结构不同，超高压下活性变化也不一样，故需加压到所有酶失活为止。若允许残存酶时为防止流通中质量下降需采用低温流通的方法n5.超高压装置必须采用耐高压的金属材料和结构，故装置笨重，且基本建设费用高；n6.因反复加减压，高压密封体易损坏，加压容器易发生损伤，

9、故实用的超高压装置目前压力在500MPa左右；n7.虽然已经进行了蛋白质、淀粉等天然高分子物质及微生物的基础研究，但实际应用时仍需根据加工的食品设定处理条件 编辑课件n加压系统、处理室、密封系统和控制系统。超高静压超高静压(HHP)处理系统处理系统编辑课件工艺特点n（一） 优点1、 处理过程中不加热，食物保持新鲜2、 处理过程能应用在最终包装的产品3、 对液体食品过程能作为无菌过程的一部分被应用4、 酶活力可以停止n（二） 缺点1、 高压导致蛋白质凝胶化，由于细胞壁破裂，酶活力可能增加2、 可引起蛋白质凝胶、注释及膨胀3、 引起食物组织内变化4、 设备的初装费高5、 细菌的孢子、霉菌和酵母可能

10、要求不同高压须消灭时间长编辑课件操作控制n1、超高压处理要求非常特殊的设备，如桔子汁可能在压力室内批处理，然后无菌灌装预先消毒的包装内。2、超高压加工必须考虑微生物的种类、产品特性、理想的过程（巴氏杀菌或商业消毒）和产品销售方式。3、超高压处理对生长的细菌、酵母和霉菌是非常有效，但芽胞对高压不会失活，而要另外加热或其他一些作用以达杀死的高水平。编辑课件超高静压处理设备超高静压处理设备编辑课件n超高压杀菌机的杀菌原理是利用超高压破坏霉菌、细菌的组织从而保持食品鲜度。完全没有加热、添加防腐剂等传统的杀菌方法引起食品营养降低、香味丧失的缺点。n本装置为批量式、加压槽采用连续方式，是一种高效率的大品量

11、生产方式。编辑课件应用n1.黑莓、草莓、蓝莓、荔枝、猕猴桃、芒果、柑橘、西瓜、哈蜜瓜、胡萝卜等各种果蔬汁饮料。2.牛奶、羊奶、杏仁奶、花生奶、核桃奶、豆奶等动植物奶类制品。3.牛肉、羊肉、鸽肉、兔肉、鹅肉等畜禽肉类制品。4.蛋制品。5.鱼、虾、贝等水产品。6.白酒、葡萄酒、黄酒、啤酒等酒类产品。7.酱油、醋等调味品。8.保健品。编辑课件（二）脉冲电场杀菌技术（二）脉冲电场杀菌技术n脉冲电场灭菌（High Intensity Pulsed Electric Field， 简称HIPEF或PEF）是在特殊的处理室里对液态食品施加瞬时高强度的脉冲电场，将其中的微生物杀死的一种方法。一般电场强度为10

12、50kV/cm，脉冲宽度在100s以内，脉冲频率在几千Hz以内。其高场强可直接将微生物杀死，其窄脉冲和低频率保证了食品升温很小和极少的电化学反应，从而最大限度地保证了食品的天然风味和营养成分。编辑课件（二）脉冲电场杀菌技术（二）脉冲电场杀菌技术n也就是说，脉冲电场杀菌是将食品置于两个电极间产生的瞬间高压（15-100kv/cm）电场中，由于高压电脉冲能破坏细菌的细胞膜，改变其通透性，从而杀死细胞。n主要应用于液态食品物料的巴氏杀菌。 编辑课件 将液态食品作为电介质置于高强度将液态食品作为电介质置于高强度脉脉冲电场中，食品中微生物的细胞膜在强电冲电场中，食品中微生物的细胞膜在强电场的作用下被击穿

13、，产生不可修复的破裂场的作用下被击穿，产生不可修复的破裂或穿孔，使细胞组织受损，导致微生物失或穿孔，使细胞组织受损，导致微生物失活活. .电场灭菌的原理电场灭菌的原理编辑课件 在强电场作用下，细胞膜两表面堆积在强电场作用下，细胞膜两表面堆积的异号电荷相互吸引，引起膜的挤压的异号电荷相互吸引，引起膜的挤压. .+-高高电电压压强强电电场场 当挤压力大于膜的弹性力时，产生穿当挤压力大于膜的弹性力时，产生穿孔孔. .+-编辑课件PEF灭菌技术研究进展n1960年 ，Gossling首次提出使用高强脉冲（high intensity electric field pulses）来杀死微生物 。n196

14、7年，英国的Sale和Hamilton报导25kV/cm的直流脉冲能有效致死营养细菌和酵母菌，并认为电场强度和作用时间是影响灭菌效果的两个主要因素 。n1981年，Hulsher发现关于PEF处理下细菌存活率的数学模型。杀菌率与电场强度和作用时间的对数是成正比的。n1981年后，Hulsheger、Zimmermann等学者对电脉冲灭菌机理做了进一步探讨，并开始了用于工业生产设备的研究。n1990年后，以美国的Barbosa-Cnovas G. V.，Zhang Q.H.和德国的Knorr D为代表的研究者关于PEF进行灭菌的研究的报导也越来越多，并设计了商业化的小型PEF设备体系，由此产生了

15、许多专利成果。 F国外编辑课件n1995年 ，大连医科大学张毅等使用PEF对液体中的细菌进行了灭菌实验，结果表明电场可全部杀死液体中的细菌，不破坏营养成分。n1995年至今，吉林工业大学殷涌光等使用PEF对细菌孢子进行了灭活实验。之后还运用PEF对原料乳、桃汁、蔬菜饮料等进行了灭菌研究。n1997年至今，华南理工大学曾新安使用连续的PEF处理系统对橙汁、桑果汁、牛乳进行了灭菌研究。n2002年至今，清华大学史梓男等设计了脉冲电源，并与 中国农业大学廖小军等合作，研究了PEF处理对西瓜汁、橙汁、苹果汁的灭菌效果及对食品品质的影响。并对前人的灭菌模型进行了比较n2002年，大连理工大学但果等设计了

16、高精度脉冲电源，对PEF非热处理理论进行了实验性研究n20052006年 ，江南大学的李迎秋、王茉、周媛等研究了PEF对微生物、绿茶饮料、液态蛋的灭菌研究编辑课件PEF非热灭菌技术优点非热灭菌技术优点J电场传递迅速，处理时间短 ；J灭菌效果理想，且灭菌后温度升高很小 ；J处理后几乎无副产物，保持了食品的原有风味 ；J耗能低，操作费用和维护费用低 ；J设备体积小，占地面积不大，对环境无污染编辑课件脉冲发生器脉冲发生器 控制单元控制单元E 10 kV/cm+-高高电电压压强强电电场场脉冲脉冲宽度宽度频率频率高压高压电源电源Food电场灭菌装置电场灭菌装置 高压脉冲高压脉冲发生器产生发生器产生的高压

17、脉冲的高压脉冲, 被加到杀菌被加到杀菌容器的两极容器的两极板上形成板上形成10 kV/cm以上以上的电场的电场.编辑课件脉冲电场的产生方法1、利用LC振荡电路原理先用高压电源对一组电容器进行充电，将电容器与一个电感线圈及处理室的电极相连，电容器放电时产生的高频指数脉冲衰减波即加在两个电极上形成高压脉冲电场。2、 利用特定的高频高压变压器，得到持续的高压脉冲电场。编辑课件Co-axial cylindersBushnell et al. 1991 US Patent 5,048,404几种灭菌容器的电场设计几种灭菌容器的电场设计食品食品入口入口食品食品出口出口电极电极电极电极编辑课件Co-axi

18、al cones食品食品入口入口食品食品出口出口电极电极电极电极几种灭菌容器的电场设计几种灭菌容器的电场设计编辑课件脉冲电场的处理系统脉冲电场的处理系统编辑课件PEF 连续处理系统连续处理系统 转子流量计 恒流泵 处理室 待处理样（已脱气处理）数字温度计数字温度计 已处理样 脉冲电源 水浴冷却装置示波器编辑课件工艺特点n（一） 优点1、 消灭大量致病菌和腐败有机体2、 产品中只有轻微的温度升高3、 与热处理比较价格较低4、 产品没有变化，维生素和酶无损失（二） 缺点1、 对孢子需要高剂量和长时间2、 只能用于液体或灌制食品3、 只能用于货架稳定酸性食品和冰箱食品4、 必须对每一种具体的产品设计

19、过程编辑课件 几乎所有具有流动性能的流体和半流体几乎所有具有流动性能的流体和半流体的非热杀菌的非热杀菌. 果汁果汁蔬菜汁蔬菜汁蛋液的非热杀菌蛋液的非热杀菌果酱果酱色拉调料和其它酱类制品色拉调料和其它酱类制品乳制品乳制品乳膏类化妆品乳膏类化妆品功能性食品和医药制品功能性食品和医药制品编辑课件杀菌作用的基本原理杀菌作用的基本原理n1.场的作用脉冲电场产生磁场，这种脉冲电场和脉冲磁场交替作用，使细胞膜透性增加，振荡加剧，膜强度减弱，因而膜被破坏，膜内物质容易流出，膜外物质容易渗入，细胞膜的保护作用减弱甚至消失。2、电离作用电极附近物质电离产生的阴、阳离子与膜内生命物质作用，因而阻断了膜内正常生化反应

20、和新陈代谢过程等的进行；同时，液体介质电离产生O3的强烈氧化作用，能与细胞内物质发生一系列反应。n通过以上2种作用的联合进行，杀死菌体。编辑课件PEF 杀菌机理杀菌机理n细胞膜的电崩溃（electric breakdown)n电场使膜内外电位差增大膜的挤压膜通透性剧增膜出现小孔（可逆） 电场进一步加大导致膜的不可逆穿孔细胞组织破裂、崩溃n细胞膜的电穿孔 (electricporation)n电场使细胞膜脂质双分子层不稳定 出现小孔细胞内渗透压高于细胞外 细胞吸水膨胀 细胞膜破损编辑课件n（a）完整细胞膜（如同一个并联的电容和电阻），膜两侧有电位Vmn（b）放在两电极之间的充电电位Vm Vm n

21、（c）细胞膜极化达到破损电位VR,这时膜的破裂是可逆的 n（d）膜的极化加剧导致不可逆的破裂。 电介质击穿示意图电介质击穿示意图编辑课件细胞膜不可逆的电穿孔过程示意图细胞膜不可逆的电穿孔过程示意图 编辑课件脉冲电场对微生物的作用脉冲电场对微生物的作用n细胞膜被破坏，细胞质泄漏。编辑课件不同电场强度下显微镜观察到的酿酒酵母不同电场强度下显微镜观察到的酿酒酵母细胞（细胞（400400倍倍) )2kv/cm（400）10kv/cm（400）5kv/cm（400）20kv/cm（400）15kv/cm（400）参照（400）编辑课件不同电场强度下显微镜观察到的酿酒酵母不同电场强度下显微镜观察到的酿酒酵

22、母细胞（细胞（10001000倍倍) )参照（1000）20kv/cm（1000）编辑课件25kV/cm处理大肠杆菌细胞膜表面的二维和三维图，扫描范围11m2未处理大肠杆菌细胞膜表面的二维和三维图，扫描范围11m2原子力显微镜下观察到的原子力显微镜下观察到的PEF处理前后的处理前后的E.coli细胞细胞编辑课件脉冲电场作用的剂量及效果脉冲电场作用的剂量及效果脉冲数10-310-210-11248326430 kV/cm35 kV/cm40 kV/cm16残菌率对脱脂乳中大肠杆菌的灭菌实验对脱脂乳中大肠杆菌的灭菌实验场强场强40 kV/cm,脉冲宽度脉冲宽度2 us，50个脉冲后，个脉冲后，99

23、%大肠杆菌失活大肠杆菌失活编辑课件影响脉冲电场杀菌效果的因素影响脉冲电场杀菌效果的因素电场强度编辑课件影响脉冲电场杀菌效果的因素影响脉冲电场杀菌效果的因素n处理时间热处理时间越长，对微生物的杀灭作用越大。n脉冲波的波形矩形波的能量效率和杀菌效率要高于指数衰减波，振荡脉冲的杀菌效率最低。n温度处理温度在适当温度（50-60）时对脉冲电场杀菌有增效作用，在电场强度维持恒定时，温度升高可以提高脉冲电场的杀菌效率。编辑课件影响脉冲电场杀菌效果的因素影响脉冲电场杀菌效果的因素微生物特性qG（）抵抗力大于G（）；q微生物浓度：浓度高降低杀菌效果q生长阶段：对数生长期较敏感q对数生长期的微生物对电场更敏感n

24、介质的温度n介质的离子强度编辑课件溶液溶液pH值对灭菌效果的影响值对灭菌效果的影响 多数微生物的最佳生长环境的多数微生物的最佳生长环境的pH值位于值位于6.67.5之间，加入之间，加入HCL或或NaOH等可调节溶等可调节溶液的液的pH值，使其偏离最佳生长区值，使其偏离最佳生长区. 微生物的细胞膜穿孔形成后，细胞周围微生物的细胞膜穿孔形成后，细胞周围的介质渗入细胞，使其体内酸碱度平衡受的介质渗入细胞，使其体内酸碱度平衡受到破坏，促使其失活，提高灭菌效果到破坏，促使其失活，提高灭菌效果.编辑课件脉冲数10-210-112468100pH6.8pH5.7残菌率溶液溶液pH值对大肠杆菌灭菌效果的影响值

25、对大肠杆菌灭菌效果的影响8个脉冲后，个脉冲后，pH5.7的溶液的溶液中大肠杆菌的存活率为中大肠杆菌的存活率为pH6.8溶液的十分之一溶液的十分之一.编辑课件PEF处理效果影响因素处理效果影响因素物料性质q导电性：电导率高的液态食品不适于进行PEF杀菌；q含空气或蒸汽的液体进行PEF处理时会出现介电破坏。编辑课件技术特点n1、 杀菌时间短，处理过程中的能量消耗远小于热处理法2、 由于在常温、常压下进行，处理后的食品与新鲜食品相比在物理性质、化学性质、营养成分上改变很小，风味、滋味无感觉出来的差异。3、 杀菌效果明显(N/No10-9)，可达到商业无菌的要求4、 杀菌时间非常短,不足1,通常是几十

26、微秒便可以完成编辑课件最佳的灭菌效果的综合考虑：最佳的灭菌效果的综合考虑： 对象菌的种类对象菌的种类 场强的大小场强的大小 电场形状设计电场形状设计 灭菌时间长短灭菌时间长短 食品的酸碱度调节等食品的酸碱度调节等编辑课件PEF在食品杀菌中的应用在食品杀菌中的应用n液态果汁n牛乳对食品感观质量影响小对食品感观质量影响小编辑课件 美国基于该技术的一无菌罐装生产线，处理能力美国基于该技术的一无菌罐装生产线，处理能力 2 000 l/h. 该技术很可能取代传统的灭菌方法，给食品该技术很可能取代传统的灭菌方法，给食品的灭菌工艺带来一场变革的灭菌工艺带来一场变革. .编辑课件其他新型非热杀菌技术其他新型非

27、热杀菌技术n振荡磁场杀菌技术n脉冲光杀菌技术n超声波杀菌编辑课件振荡磁场杀菌技术振荡磁场杀菌技术n静止的强磁场（Static Magnetic Field SMF）和振荡磁场（Oscillating Magnetic Field， OMF）能够杀死微生物。n静止的磁场的强度不随时间发生变化，磁场各方向的强度相同。n振荡磁场以脉冲的形式作用，每个脉冲均改变方向，磁场强度随时间衰变到初始的10。n关于磁场杀灭微生物的机理一般认为是磁场产生的强电流，一方面干扰微生物细胞膜的电荷分布，进而影响物质出入细胞，另一方面又使细胞内物质及水电离产生过氧化物，从而使蛋白质及酶类变性，最终破坏细胞结构。用振荡磁场

28、杀灭微生物的磁通密度为550T，脉冲持续时间为10s到几个毫秒之间。频率最大不超过500MHz,因为超过这个值升温开始变得显著。 编辑课件J食品营养成分和感观品质的改变很小；降低了能源消耗；使用的塑料袋包装食品能避免加工后的污染。目前仍然不清楚磁场抑制微生物生长的机理和必要条件 ；磁场灭菌仅可降低微生物两个数量级，如果要使磁场技术商业化，还要大幅度提高灭菌的有效性和均匀性 振荡磁场杀菌技术特点振荡磁场杀菌技术特点编辑课件脉冲光（脉冲光（Pulsed Light）杀菌技术）杀菌技术n是用连续的宽带光谱短而强的脉冲，抑制食品和包装材料表面、透明饮料、固体表面和气体中的微生物。 n采用的光波波长在紫

29、外光到近红外光的宽谱区域n光脉冲可诱发光化学反应或者光热反应n光化学反应是微生物致死的主要原因。n处理后的温度上升不超过1,杀菌时间短，不到1s。编辑课件超声波杀菌超声波杀菌n1超声波及其特性频率在920千赫秒以上的超声波，对微生物有破坏作用。它能使微生物细胞内容物受到强烈的震荡而使细胞破坏。一般认为在水溶液内，由于超声波作用，能产生过氧化氢，具有杀菌能力。也有人认为微生物细胞液受高频声波作用时，其中溶解的气体变为小气泡，小气泡的冲击可使细胞破裂，因此，超声波对微生物有一定的杀灭效应。 编辑课件杀菌原理杀菌原理n（一）热效应机制超声波在介质中传播时往往会使介质的温度升高，如果此时超声波还对介质

30、产生某种效应，而且如果采用其它加热方法也可获得同样的温升和效应时，那么就可以说该超声波效应的原因是热学机理。超声波形成热的主要原因有：1超声振动能量在通过介质中不断地被介质吸收，部分振动能被转变为热能。2由于超声波的振动，使介质质点产生强烈的高频振荡，介质间相互摩擦而发热。3在不同组织的分界部分由于组织分层介质声阻抗不同，将产生反射，形成驻波引起分子间相对运动，产生摩擦而形成热，此时在与驻波引起分子间相对运动，产生摩擦而形成热。编辑课件杀菌原理杀菌原理n（二）机械效应当超声波在介质中传播时，将引起传播空间内介质质点的振动，使它们具有交变的速度、加速度、位移、声压、压力、张力、切应力（弹性的或粘

31、滞的）、膨胀、压缩等。如果超声波对介质作用所引起的效应与上述一个或几个力学量有关，便可把产生效应的机理归纳为机械（力学）效应。 编辑课件杀菌原理杀菌原理n（三）空化效应当超声波在液体中传播时，会产生一种特殊现象空化。广义地说，超声空化是指激活气泡或空穴的各种动力学表现。也就是说，当超声波在液体中传播时，液体中的微小气泡（或空穴），在声场的作用下被激活，它表现为这些气泡（空化核）的振荡、生长、收缩及崩溃等一系列动力学过程。空化泡收缩及崩溃瞬间，泡内可呈现5000以上的高温和几百到上千个大气压的高压，温度变化率高到109K/s，逐渐导致产生自由基及声致发光、次谐波、噪声等现象，并伴随有强大的冲击波

32、（对均相液体介质）或时速达400km的射流（对非均相介质），会产生一系列物理、化学或生物效应。编辑课件编辑课件第二节第二节 空气净化除菌空气净化除菌n空气净化除菌的目的及应用n空气过滤除菌n空气的杀菌编辑课件n一空气净化的目的及应用n（一）空气中的微生物n空气中的微生物包括常见的细菌，以及酵母、真菌和病毒等。大气中的微生物约66%为球菌，25%为芽孢菌，其他为真菌、放线菌、病毒、蕨类孢子、花粉、微球藻类、原虫及少量厌氧芽孢菌等。编辑课件 空气中常见杂菌的大小空气中常见杂菌的大小菌种细胞孢子宽，m长，m宽，m长，m金黄色小球菌0.51.0产气杆菌1.01.51.02.5蜡样芽孢杆菌1.32.08

33、.125.8普通变形杆菌0.51.01.03.0地衣芽孢杆菌0.50.71.83.3枯草芽孢杆菌0.51.11.64.80.51.00.91.8巨大芽孢杆菌0.92.12.010.00.61.20.91.7霉状分枝杆菌0.61.61.613.60.81.20.81.8编辑课件n室内最主要外来污染源是人和物料。编辑课件发酵对空气无菌程度的要求 n发酵对无菌空气的要求是发酵对无菌空气的要求是 ：无菌，无灰尘，无菌，无灰尘，无杂质，无水，无油，正压等几项指标；无杂质，无水，无油，正压等几项指标；n发酵对无菌空气的无菌程度要求是：发酵对无菌空气的无菌程度要求是：在工在工程设计中一般要求程设计中一般要求

34、10001000次使用周期中只允许有次使用周期中只允许有一个菌通过一个菌通过. .编辑课件（二）空气净化的目的及应用n1创造一个卫生的生产环境n洁净室技术n洁净度编辑课件（二）空气净化目的及应用n2 提供大量无菌空气 空气净化是好氧发酵过程的一个重要环节。（谷氨酸、柠檬酸、抗菌素等发酵过程。） 不同的发酵过程对所用无菌空气的无菌程度也不一样。编辑课件二过滤除菌机理n（一）过滤除菌机理n过滤除菌是利用过滤介质阻截流过空气中的微生物、尘埃颗粒和其他杂质，以达到除尘、除菌等目的。编辑课件n过滤层捕集微粒作用效应n惯性冲击滞留效应（空气流速大时，效应明显）主要作用n拦截滞留效应（空气流速较低时，效应明

35、显）n扩散效应（空气流速很低时，效应明显）重要作用之一n重力沉降效应（空气流速降得更低时，效应明显）n静电吸附效应（纤维与微粒之间的静电吸引）编辑课件二过滤除菌机理当微粒随气流以一定的速度垂直向当微粒随气流以一定的速度垂直向纤维方向运动时，空气受阻即改变纤维方向运动时，空气受阻即改变运动方向，绕过纤维前进，而微粒运动方向，绕过纤维前进，而微粒由于它的运动惯性较大，未能及时由于它的运动惯性较大，未能及时改变运动方向随主导气流前进，于改变运动方向随主导气流前进，于是微粒直冲到纤维的表面，由于磨是微粒直冲到纤维的表面，由于磨擦粘附，微粒就滞留在纤维表面上。擦粘附，微粒就滞留在纤维表面上。当空气流速较

36、大时，这一效应显得当空气流速较大时，这一效应显得尤为重要，它是介质过滤除菌的主尤为重要，它是介质过滤除菌的主要作用。要作用。主要影响因素是主要影响因素是空气流速空气流速和和微粒质微粒质量量。编辑课件 当气流速度下降到一定值时，若微粒当气流速度下降到一定值时，若微粒 随气流慢慢靠近纤维时，受纤维所阻改变随气流慢慢靠近纤维时，受纤维所阻改变 方向，绕过纤维前进，并在纤维的周边形方向，绕过纤维前进，并在纤维的周边形 成一层边界滞留区，滞留区的气流流速更成一层边界滞留区，滞留区的气流流速更 慢，当与纤维表面接触时就被捕集。慢，当与纤维表面接触时就被捕集。 编辑课件二过滤除菌机理n3 扩散效应n布朗运动

37、：与微粒和纤维直径有关，并与流速成反比。n在气流流速较小时，扩散效应是介质过滤除菌的重要作用之一。编辑课件 n重力沉降是一个稳定的分离作用，当微粒重力沉降是一个稳定的分离作用，当微粒所受的重力大于气流对它的拖带力时，微所受的重力大于气流对它的拖带力时，微粒就容易沉降。粒就容易沉降。编辑课件 悬浮在空气中的微粒大多带有不同电悬浮在空气中的微粒大多带有不同电荷，这些带电的微粒会受带异性电荷的物荷，这些带电的微粒会受带异性电荷的物体所吸引而沉降。体所吸引而沉降。 编辑课件二过滤除菌机理n在过滤除菌中，有时很难分辨上述各种机理各自所作贡献的大小。随着参数的变化，各种作用之间有着复杂的关系，目前还未能作

38、准确的理论计算。一般认为惯性撞击截留、拦截截留和布朗运动截留的作用较大，而重力和静电引力的作用则很小，有时忽略不计。n气流速度小：布朗扩散截留和拦截截留显著n气流速度大：惯性撞击截留作用显著。编辑课件 当空气流过介质时，上当空气流过介质时，上述五种除菌机理同时起作述五种除菌机理同时起作用，不过气流速度不同，用，不过气流速度不同，起主要作用的机理也就不起主要作用的机理也就不同。当气流速度较大时，同。当气流速度较大时，除菌效率随空气流速的增除菌效率随空气流速的增加而增加，此时惯性冲击加而增加，此时惯性冲击起主要作用；当气流速度起主要作用；当气流速度较小时，除菌效率随气流较小时，除菌效率随气流速度的

39、增加而降低，此时速度的增加而降低，此时扩散起主要作用；当气流扩散起主要作用；当气流速度中等时，可能是截留速度中等时，可能是截留起主要作用。如果空气流起主要作用。如果空气流速过大，除菌效率又下降，速过大，除菌效率又下降，则是由于已被捕集的微粒则是由于已被捕集的微粒又被湍动的气流夹带返回又被湍动的气流夹带返回到空气中。到空气中。 图4-15 过滤除菌效率（ ）与气速（vs)的关系/ %惯性冲击机理vs / (m/s)扩散机理噬菌体拦截机理0重新污染除菌效率除菌效率编辑课件三空气过滤介质与过滤器种类三空气过滤介质与过滤器种类n（一）过滤介质n用于空气过滤的过滤介质要求具有吸附性强、阻力小、空气流通量

40、大、能耐干热等。n常用的过滤介质：棉花、玻璃纤维无纺布、化纤无纺布、聚丙烯超细纤维滤料及泡沫塑料等。编辑课件（二）空气过滤器n1分类n2典型的过滤器及其特点n深层纤维介质（棉花、活性炭、玻璃纤维）过滤器n填充物按下列顺序安装：n孔板孔板铁丝网铁丝网麻布麻布棉花棉花麻布麻布活性炭活性炭麻布麻布棉花棉花麻布麻布铁铁丝网丝网孔板孔板编辑课件n纤维纸平板过滤器n管式过滤器n接迭式低速过滤器编辑课件（三）影响空气过滤效率的因素（三）影响空气过滤效率的因素微粒直径微粒直径纤维粗细纤维粗细过滤速度过滤速度填充率填充率l粒径小，扩散效应粒径小，扩散效应 扩散效率随粒径增扩散效率随粒径增大而逐渐下降；大而逐渐下

41、降；l粒径大，拦截和惯粒径大，拦截和惯性效应，拦截和惯性效应，拦截和惯性效率随粒径的增性效率随粒径的增大逐渐上升。大逐渐上升。l最易穿透粒径最易穿透粒径l最大穿透粒径最大穿透粒径l最低效率直径最低效率直径l纤维直径小，纤维直径小，捕集效率高；捕集效率高；l纤维端面形纤维端面形状对捕集效状对捕集效率影响不大率影响不大l随过滤速度增大，随过滤速度增大，扩散效率下降，惯扩散效率下降，惯性和惯性效率增大，性和惯性效率增大，总效率下降。总效率下降。l填充率大，气填充率大，气流速度大，扩散流速度大，扩散效率低，惯性和效率低，惯性和拦截效率增加，拦截效率增加，总效率提高，但总效率提高，但过滤器阻力降增过滤器

42、阻力降增大。大。l不建议采用增不建议采用增大填充率来提高大填充率来提高过滤效率。过滤效率。编辑课件 1.减少进口空气的含菌数。减少进口空气的含菌数。u加强生产环境的卫生管理，减少环境空气中的加强生产环境的卫生管理，减少环境空气中的含菌量；含菌量； u提高空气进口位置，减少空气进口含量；提高空气进口位置，减少空气进口含量； u加强压缩前的空气预过滤。加强压缩前的空气预过滤。 2.设计和安装合理的空气过滤器。设计和安装合理的空气过滤器。 3.降低进入总过滤器空气的相对湿度。降低进入总过滤器空气的相对湿度。u采用无油润滑空压机；采用无油润滑空压机； u加强空气的冷却，去油水；加强空气的冷却，去油水；

43、 u提高进入总过滤器的空气温度，降低其相对湿提高进入总过滤器的空气温度，降低其相对湿度。度。 编辑课件四四 无菌空气制备的工艺设备流程无菌空气制备的工艺设备流程n传统空气净化系统n 净化空气量大，适合不同气候条件n采用空气二次冷却与分离工程，确保过滤器在较长时间内有较高过滤效率n高效前置过滤器n利用压缩机抽吸作用，使空气先经中效、高效过滤后，进入空气压缩机，降低主过滤器的负荷；n无菌程度高，但成本较高，且净化空气流量受限制，要求新鲜空气中污染微粒少。n节能的空气净化流程n利用压缩热空气与除水、除油后的冷空气进行热交换的空气净化流程。编辑课件两级分离、冷却、加热的空气除菌流程 编辑课件高效前置过

44、滤除菌流程 编辑课件冷却空气直接混合式空气除菌流程 粗过滤器粗过滤器压缩机压缩机贮罐贮罐冷冷却器却器 丝网分离器丝网分离器 过滤器过滤器 编辑课件n无菌空气制备流程应根据所在地的物理环境、气候环境和设备等条件而考虑；n环境污染严重地方，考虑改变吸风条件，如提高进风口高度；n在温暖潮湿的南方，要加强除水设施；n压缩机耗油严重时，要加强消除油雾的污染或采用无油（少耗油）润滑空气压缩机等技术。无菌空气制备的工艺设备流程无菌空气制备的工艺设备流程编辑课件一、空气预处理设备一、空气预处理设备 1 1粗过滤器粗过滤器 v 安装在空气压缩机前的粗过滤器，其主要作用：捕集较安装在空气压缩机前的粗过滤器，其主要

45、作用：捕集较大的灰尘颗粒，防止压缩机受损，同时也可减轻总过滤器大的灰尘颗粒，防止压缩机受损，同时也可减轻总过滤器负荷。负荷。v 粗过滤器一般要求过滤效率高，阻力小，否则会增加粗过滤器一般要求过滤效率高，阻力小，否则会增加空气压缩机的吸入负荷和降低空气压缩机的排气量。空气压缩机的吸入负荷和降低空气压缩机的排气量。v 常用的粗过滤器有：布袋过滤、填料式过滤、油浴洗涤常用的粗过滤器有：布袋过滤、填料式过滤、油浴洗涤和水雾除尘等。和水雾除尘等。编辑课件 编辑课件振动机构含尘气流图4-7 机械振动袋式除尘器滤袋净气121-滤网 2-加油斗 3-油镜 4-油层图4-8 油浴洗涤装置空气出口空气出口编辑课件

46、空气出口图4-9 水雾除尘装置空气入口过滤网高压水入口编辑课件 编辑课件 贮气罐的作用：贮气罐的作用：（1 1）消除脉动维持罐压）消除脉动维持罐压的稳定。的稳定。（2 2）使部分液滴在罐内）使部分液滴在罐内沉降。沉降。（3 3）保温灭菌）保温灭菌。编辑课件 编辑课件 出灰口排气进气图4-11 旋风分离器编辑课件编辑课件 编辑课件 n其结构同一级冷却器相同，由于季节关系或其其结构同一级冷却器相同，由于季节关系或其它原因对压缩空气的冷却效果达不到工艺要求它原因对压缩空气的冷却效果达不到工艺要求的情况下，可增设二级冷却器，再次冷却。的情况下，可增设二级冷却器，再次冷却。编辑课件 n通过油水分离器净化

47、过的空气，仍通过油水分离器净化过的空气，仍含有粒度较小的杂质及油水雾滴，含有粒度较小的杂质及油水雾滴，需在除雾器中进一步除去。除雾器需在除雾器中进一步除去。除雾器结构较简单，为一个中间夹有填料结构较简单，为一个中间夹有填料瓷环的容器，油水雾滴遇到填料瓷瓷环的容器，油水雾滴遇到填料瓷环便凝聚下来，最后，可通过油水环便凝聚下来，最后，可通过油水排出口排出。排出口排出。编辑课件编辑课件 编辑课件编辑课件编辑课件 编辑课件编辑课件编辑课件编辑课件编辑课件五五 空气的杀菌空气的杀菌n紫外线杀菌n静电除菌法n熏蒸消毒编辑课件紫外线杀菌紫外线杀菌n用紫外线照射物质，使物体表面的微生物细胞内核蛋白分子构造发生变化而引起死亡。 n有效杀菌波长240280nm，最强杀菌波长为253.7nm。n穿透能力低、适合物体表面杀菌编辑课件n利用静电引力吸附带电粒子而达到