脉冲电场低温灭菌技术-华南理工大学研究生课程课件 2014
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辐照杀菌技术-华南理工大学研究生课程课件 2014讲解
South China University of Technology
食品非热灭菌技术
目前全世界已有超过55个国家将辐照杀菌技术用于 医疗用品和医药制品的杀菌，超过60％的一次性医 疗用品是采用辐照杀菌技术进行杀菌的。 我国开展医疗用品辐照杀菌研究始于1983年，目前 医疗用品的辐照杀菌已实现商业规模生产，并已基本 和国际接轨。
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食品非热灭菌技术 1970年联合国粮农组织（FAO）、国际原子能机构 (IAEA)和世界卫生组织(WHO）的专家在日内瓦会议上 确立了食品辐照领域的国际计划（简称IMP）；1976对 几种辐照食品的安全性进行了评定，认为5种辐照产品 （即马铃薯、小麦、鸡肉、木瓜和草莓）绝对安全。 会议认为食品辐照是一种物理加工过程，而不是化学添 加剂；只要证明辐照食品安全无毒害，与其营养组成类 似的食品经过辐照后，也能可靠地推断它是安全的；同 一食品若高剂量辐照是安全的，则可推断低剂量辐照也 是安全的。
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食品非热灭菌技术
辐照杀菌的优越性
1. 升温很小，常温灭菌；
2. 电离辐照射线穿透性强，快速、均匀、较深地照射物料，杀菌效 果好； 3. 辐照杀菌较热杀菌更易准确控制，通过调整辐照剂量即可达到多 类食品的杀菌要求； 4. 可在有（非金属）包装的情况下进行杀菌； 5. 辐照处理后不会留下任何残留物，这是化学杀菌难以比拟的；
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食品非热灭菌技术
辐照量单位与剂量
1．放射性强度与放射性比度 度量放射性物质放射性强弱的物理量称放射性强度，也 称放射性活度。单位有居里（Ci），贝可（Bq）和克镭 当量。 若放射性同位素每秒有3.7×1010次核衰变，则它的放射 性强度为1居里（Ci）。实验测定，lg镭ls就有 3.71×1010个原子核衰变。此外，放射性强度也可用毫 居里（mCi）或微居里（μCi）表示。 1974年由国际辐射单位与测量委员会（ICRU）提议， 经第15次国际度量衡大会（CGPM）批准，放射性强度 的单位改为贝可（Bq），1Bq表示放射性同位素每秒有 一个原子核衰变，即 1Bq=1s-1=2.073×10-11Ci
高压脉冲电场杀菌 PPT课件
提取
❖ 韩玉珠等人通过试验优化了用高压脉冲电场提取中国林蛙多糖的试验条件， 并与碱提取法、酶提取法以及复合酶提取法进行了比较。结果显示用0. 5％K 0 H 提取液，在电场强度为20K v/cm 和脉冲数6 s的条件下用高压脉冲电场提取林蛙 多糖的提取率最大为55．59%。比较高压脉冲电场提取法与碱法、酶法以及复合 酶法在林蛙多糖提取率、总糖含量方面的差异，高压脉冲电场提取的林蛙多糖提 取率和总糖含量均高于其他三种方法，其提取率是复合酶法的1．77倍，总糖含 量高于复合酶法6. 34%，且提取物中杂质少。 ❖ 文献来源：韩玉珠，殷涌光，李风伟等．高压脉冲电场提取中国林蛙多糖的研 究 食品科学， 2005 (9)： 337～339．
➢ 上个世纪 60 年代，Sale 和 Hamilton 等学者率先对 PEF 灭菌技术进行了研究，并通过实验证明了 PEF 的非热效应。
➢ 80 年代以后，Hulsheger、Zimmermann 等学者对 PEF灭菌机理做了进一步探讨，并研制出了小型试验 设备。
➢ 90 年代后，华盛顿州立大学研制出了较为成熟的 设备，并获得了专利。Zimmermann 等人还对指数衰 减脉冲波、振荡脉冲波和矩形脉冲波的灭菌效果做了 对比研究，发现矩形脉冲波的作用效果最好。
❖ 文献来源：殷涌光，赫桂丹，石晶．高电压脉冲电场催陈白酒的试验研 究 酿酒科技， 2005(12)：47 ~50
灭酶
❖ 1999年Yeom 在10℃环境下用PEF 连续作用于木瓜蛋白酶 后经24h，4℃冷藏，其活 性发生不可逆降低。Giner研究PEF对番茄中果胶甲基酯酶的抑制作用，在400 ×20 S、 24K v/cm 条件下，酶活性减少93．8％。H o、M ittal、C ross通过对食品中8种酶用带 极性的指数型高压脉冲处理，结果表明，α-淀粉酶、脂肪酶、葡萄糖氧化酶的失活率分 别为85％、85％、75％，而过氧化物酶、多酚氧化酶、碱性磷酸酶的失活率分别为30％、 40％、5％。此外， 还有多位学者研究了PEF 对牛奶中蛋白酶活性的影响。在国内，中 国农业大学的学者研究T PEF对辣根过氧化物酶以及果胶酯酶的活性及酶构象的影响效 果。
低温等离子的使用PPT课件
• 2真空泵的维护
• （1）每周开机前请检查油的透明度，如果发现油色发暗或浑浊 请换油。每周开机前强检查油位，保证泵在运转过程中油位观 察窗的中间位置，开机油位在油位观察窗的4/5的位置。正常使 用过程
第23页/共27页
• 中真空泵在第一次运转100小时后应换油，以后再抽除洁净气体时，至少每300小时换一次油。新华灭菌器 在换油时间到后，在触摸屏上有换油提示，请及时处理。换油方法见附带泵说明书，维修手册或联系新华 客服人员。
第2页/共27页
• 菌是很困难的，因此，国际上规定灭菌过程必须使用灭菌物品上污染的微生物存活概率减少到E6(灭菌保证 水平），这可简单的理解为，对100万件物品灭菌的话，只允许一件物品上有活微生物的存在。经过灭菌的 物品成“无菌物品”。进入人体无菌组织和无菌体腔如血液、组织、腹腔等的医用器材要求绝对无菌。
主要内容
• 1 低温等离子的灭菌含义 • 2 低温等离子的灭菌原理及特点 • 3 低温等离子灭菌前的处理 • 4 低温等离子不能处理的物品 • 5 低温等离子灭菌器的使用 • 6 低温等离子灭菌周期的监控 • 7 低温等离子的日常维护
第1页/共27页
一 灭菌含义
• 灭菌是指杀灭和清除外环境传播媒介上的所有微生物（包括细菌芽孢）的过程。这里所说的一切微生物包 括一切致病菌和非致病菌，具体包括细胞繁殖体和芽孢，真菌及其孢子、病毒、立克次体、衣原体、螺旋 体，还包括原生动物和藻类，灭菌是个绝对的概念，意为完全杀灭或去除对象上的一切微生物。但实际上 要完全达到灭
器械
第11页/共27页
• 12 没有清洗的设备，也不能用低温等离子体灭菌进行灭菌处理
第12页/共27页
五 低温等离子灭菌器的操作规程
• 1每天灭菌前30分钟开机对设备进行预热（预热时，必须要 有卡夹，不然预热不起），待触摸屏显示温度大于45℃时， 再使用程序。
• （1）每周开机前请检查油的透明度，如果发现油色发暗或浑浊 请换油。每周开机前强检查油位，保证泵在运转过程中油位观 察窗的中间位置，开机油位在油位观察窗的4/5的位置。正常使 用过程
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• 中真空泵在第一次运转100小时后应换油，以后再抽除洁净气体时，至少每300小时换一次油。新华灭菌器 在换油时间到后，在触摸屏上有换油提示，请及时处理。换油方法见附带泵说明书，维修手册或联系新华 客服人员。
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• 菌是很困难的，因此，国际上规定灭菌过程必须使用灭菌物品上污染的微生物存活概率减少到E6(灭菌保证 水平），这可简单的理解为，对100万件物品灭菌的话，只允许一件物品上有活微生物的存在。经过灭菌的 物品成“无菌物品”。进入人体无菌组织和无菌体腔如血液、组织、腹腔等的医用器材要求绝对无菌。
主要内容
• 1 低温等离子的灭菌含义 • 2 低温等离子的灭菌原理及特点 • 3 低温等离子灭菌前的处理 • 4 低温等离子不能处理的物品 • 5 低温等离子灭菌器的使用 • 6 低温等离子灭菌周期的监控 • 7 低温等离子的日常维护
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一 灭菌含义
• 灭菌是指杀灭和清除外环境传播媒介上的所有微生物（包括细菌芽孢）的过程。这里所说的一切微生物包 括一切致病菌和非致病菌，具体包括细胞繁殖体和芽孢，真菌及其孢子、病毒、立克次体、衣原体、螺旋 体，还包括原生动物和藻类，灭菌是个绝对的概念，意为完全杀灭或去除对象上的一切微生物。但实际上 要完全达到灭
器械
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• 12 没有清洗的设备，也不能用低温等离子体灭菌进行灭菌处理
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五 低温等离子灭菌器的操作规程
• 1每天灭菌前30分钟开机对设备进行预热（预热时，必须要 有卡夹，不然预热不起），待触摸屏显示温度大于45℃时， 再使用程序。
低温灭菌技术PPT课件
毒性意味潜在的危害，选择安全灭菌器至为关键！
PEL(8H,TWA) IDLH
CO
25PPM
1500PPM
H2O2
1PPM
75PPM
EO
1PPM
800PPM
PEL：允许暴露浓度 TWA：时间加权平均 IDLH：立即对健康或生命造成危害量（其值越小越危险）
如何保障EO灭菌的安全性
1、保障操作人员的安全性 2、保障病人的安全性 3、保障环境的安全性
Alt. Tech. 0.55%
EO 51.4%
Steam 1.84%
Source Arc Chemical
2003年美国医疗产品灭菌量分析
其他灭菌 0.65%
射线灭菌 %
EO灭菌 55.1%
环氧乙烷灭菌在过去10年的使用量一直增加！
蒸汽灭菌 2.0%
Source Arc Chemical
物品材质限制
• 只有物品材质符合等离子灭菌要求才能采用该 灭菌方法
• 只有得到器械生产商的认可该器械可以使用等 离子灭菌
过氧化氢等离子气浆灭菌
成本昂贵
• 机器成本 • 和机器相关的保修零配件价格 • 日常使用成本包括卡匣包装材料监测的费用
过氧化氢等离子灭菌可用的包装材料
等离子灭菌器制造商提供的专用器械
• 设备:麻醉设备,人工肾, 电线,表头,心肺机, 呼吸治疗设 备,血透
• 仪器:电钻,电烧笔, 电刀笔,牙钻,显微手术器械,神经刺激 器,压力 计,外科手术器械,骨钻,针头,人工关节
• 橡胶制品:导管,扩张器,气管内插管,外科手套,被单 • 塑料制品:气道插管,扩张器,气管内插管,手套,起搏器, 心
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低温灭菌PPT课件
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低温灭菌技术简介
——海蛙HW90-00操作培训
消毒供应中心 肖笙
1
学习内容
一、定义及临床意义 二、常见几种低温灭菌器介绍 三、本科室低温灭菌器介绍 四、工作环境与重要技术参数 五、日常使用流程及注意事项 六、日常维护与保养 七、思考与研究趋势
2
5
二、常见几种低温灭菌介绍（3）
3、过氧化氢等离子体灭菌 由于过氧化氢等离子体灭菌技
术尚处在研究阶段，因而对其杀 菌机制的研究还没有公认的理论。 有学者认为，过氧化氢等离子体 的杀菌作用是综合因素所致，主 要包括温度、紫外光、高能粒子 和活性自由基等。其中最主要的 可能是活性自由基的作用，即等 离子团中的过氧化氢基、羟基等 活性物质，易与细菌体内的蛋白 质和核酸结合，破坏其新陈代谢， 从而起到消毒灭菌作用。
灭菌室
解析剂 插嘴
灭菌剂 插嘴
12
注意事项
1.灭菌过程中不准旋转主控开关； 2.发生紧急事件，出现严重问题时可将主控开关复位； 3.被灭菌物品应考虑对温度蒸汽的灵敏度、化学稳定性、 物理形变以及抽真空和压力对设备的影响； 4.如需连续使用，选择灭菌程序应先运行温度低的程序， 再运行温度较高的程序； 5.待灭菌物品必须完全干燥； 6.装载纸塑袋应塑面对塑面，纸面对纸面，避免叠放、装 载过密； 7.每周进行生物监测一次； 8.灭菌过程及前、后注意排风、通风。
菌)、芽孢、真菌、立克次体及 病毒等各种微生物均具有杀灭作 用，属于广谱杀菌剂。其灭菌机 制是与细菌蛋白质分子、酶、核 酸中的氨基、羟基、羧基或巯基 相结合，对菌体细胞的代谢产生 不可逆的破坏，从而达到灭菌作 用。
4
二、常见几种低温灭菌介绍（2）
低温灭菌技术简介
——海蛙HW90-00操作培训
消毒供应中心 肖笙
1
学习内容
一、定义及临床意义 二、常见几种低温灭菌器介绍 三、本科室低温灭菌器介绍 四、工作环境与重要技术参数 五、日常使用流程及注意事项 六、日常维护与保养 七、思考与研究趋势
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二、常见几种低温灭菌介绍（3）
3、过氧化氢等离子体灭菌 由于过氧化氢等离子体灭菌技
术尚处在研究阶段，因而对其杀 菌机制的研究还没有公认的理论。 有学者认为，过氧化氢等离子体 的杀菌作用是综合因素所致，主 要包括温度、紫外光、高能粒子 和活性自由基等。其中最主要的 可能是活性自由基的作用，即等 离子团中的过氧化氢基、羟基等 活性物质，易与细菌体内的蛋白 质和核酸结合，破坏其新陈代谢， 从而起到消毒灭菌作用。
灭菌室
解析剂 插嘴
灭菌剂 插嘴
12
注意事项
1.灭菌过程中不准旋转主控开关； 2.发生紧急事件，出现严重问题时可将主控开关复位； 3.被灭菌物品应考虑对温度蒸汽的灵敏度、化学稳定性、 物理形变以及抽真空和压力对设备的影响； 4.如需连续使用，选择灭菌程序应先运行温度低的程序， 再运行温度较高的程序； 5.待灭菌物品必须完全干燥； 6.装载纸塑袋应塑面对塑面，纸面对纸面，避免叠放、装 载过密； 7.每周进行生物监测一次； 8.灭菌过程及前、后注意排风、通风。
菌)、芽孢、真菌、立克次体及 病毒等各种微生物均具有杀灭作 用，属于广谱杀菌剂。其灭菌机 制是与细菌蛋白质分子、酶、核 酸中的氨基、羟基、羧基或巯基 相结合，对菌体细胞的代谢产生 不可逆的破坏，从而达到灭菌作 用。
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二、常见几种低温灭菌介绍（2）
高压脉冲电场杀菌技术1
物理技术处理食品的新进展
十、膜过滤除菌技术
通常膜的孔径为0.0001～10μm，而物料中微 生物粒子大小一般在0.5～2μm，若选用孔径小于 微生物的膜，使料液通过膜过滤器进行过滤，则 菌体粒子被截留，称之为过滤除菌。
第五章
物理技术处理食品的新进展
十、膜过滤除菌技术
过滤除菌主要是利用膜的作用，是一个膜分 离的过程。膜分离过程是一种被透过或被截留于 膜的过程，而过滤除菌就是细菌、杂质截流在膜 上的过程。
（4）使用范围广，投资成本回收快；
（5）配合无菌包装技术可生产具有高档的保健 食品。
第五章 物理技术处理食品的新进展
八、电阻加热杀菌技术
参考文献
[1]杨洋.食品电阻加热杀菌技术 .广西轻工业，2001 （1）：15-17 [2]关秀丽.高新技术在食品杀菌工艺中的应用 .食品与机 械，1994（2）：33-34
第五章
物理技术处理食品的新进展
九、超声波杀菌技术
2.杀菌原理 （1）热效应机制 （2）机械效应 （3）空化效应 （4）化学效应 （5）弥散效应 （6）声流效应 （7）毛细效应 （8）触变效应
第五章
物理技术处理食品的新进展
九、超声波杀菌技术
3.影响杀菌效果的因素 （1）声强 （2）频率 （3）杀菌时间 （4）超声波形
第五章
物理技术处理食品的新进展
一、微波杀菌技术
（1）微波炉烹调食品 （2）微波炉方便食品
（3）微波炉食品的容器
聚四氟乙烯、聚丙烯、聚 乙烯、聚砜等、塑料制品 和玻璃、陶瓷等 金属材料
第五章 物理技术处理食品的新进展
一、微波杀菌技术
2、微波加热原理 热效应和非热效应共同作用的结果。 a、热效应：起快速升温杀菌作用。 b、非热效应：微生物体内蛋白质和生理活性物质 发生变异，而丧失活力或死亡。 微波杀菌温度低于常规方法，一般情况下， 常规方法杀菌温度要120℃-130℃,时间约1小 时，而微波杀菌温度仅要70℃-105℃,时间约 90-180秒。
七、脉冲电场杀菌技术
液体电脉冲冷杀菌设备
2. 活塞式电脉冲冷杀菌设备 3. 高压强制脉冲放电流通式杀菌设备
脉冲电场杀菌贮藏技术可避免加热法引起的蛋白质变性和维 生素的破坏,而且其耗能只有加热杀菌的千分之一, 生素的破坏,而且其耗能只有加热杀菌的千分之一,而食品 的营养,风味,色泽不变. 的营养,风味,色泽不变.
�
冲击波
高频脉冲放电
液体汽化
气泡膨胀爆裂
细菌溶解
2. 电磁效应引起的细胞膜穿孔 脉冲放电 膜内外电势差↑ 膜内外电势差 膜通透性↑ 膜通液态物料
脉冲放电
(等离子体,基本粒子,强光等) 等离子体,基本粒子,强光等)
杀死微生物
四,脉冲放电杀菌效果的影响因素 1. 对象菌的种类:不同菌种对电场的承受力有很大的不同. 对象菌的种类:不同菌种对电场的承受力有很大的不同. ①无芽孢细菌较有芽孢细菌更易被杀灭,格兰氏阴性菌较阳 无芽孢细菌较有芽孢细菌更易被杀灭, 性菌易于被杀灭. 性菌易于被杀灭. ②在其它条件均相同的情况下用电场灭菌,菌种的存活率由 在其它条件均相同的情况下用电场灭菌, 高到低排列顺序: 酵母菌. 高到低排列顺序:霉菌 → 乳酸菌 → 大肠杆菌 → 酵母菌. ③对象菌所处的生长周期也对杀菌效果有一定的影响,处于 对象菌所处的生长周期也对杀菌效果有一定的影响, 对数生长期的菌体比处于稳定期的菌体对电场更为敏感. 对数生长期的菌体比处于稳定期的菌体对电场更为敏感.
2. 菌的数量:研究中发现,对菌数高的样品与菌数低的样品 菌的数量:研究中发现, 加以同样强度,同样时间的脉冲, 加以同样强度,同样时间的脉冲,前者菌数下降的对数值比 后者要多得多. 后者要多得多. 3.电场强度:电场强度在各因素中对杀菌效果影响最明显, .电场强度:电场强度在各因素中对杀菌效果影响最明显, 增加电场强度,对象菌存活率明显下降. 增加电场强度,对象菌存活率明显下降. 4. 处理时间:刚开始随着杀菌时间的延长,对象菌存活率 . 处理时间:刚开始随着杀菌时间的延长, 开始急剧下降,然后平缓,逐渐变平, 开始急剧下降,然后平缓,逐渐变平,最后增加杀菌时间亦 无多大作用. 无多大作用. 5. 处理时的温度:随着处理温度上升 在24℃—60℃范同内 , . 处理时的温度:随着处理温度上升(在 ℃ ℃范同内), 杀菌效果有所提高,其提高的程度一般在10倍以内. 杀菌效果有所提高,其提高的程度一般在 倍以内. 倍以内
辐照杀菌技术-华南理工大学研究生课程 2014ppt课件
食品非热灭菌技术
一、辐照杀菌技术的概念与特点
利用电磁射线、加速电子照射被杀菌的物料从而 杀死微生物的一种杀菌技术
电离辐照：如γ射线、加速电子 非电离辐照：如紫外线、红外线和微波
South China University of TeHale Waihona Puke hnology电磁波波谱图
无线电波可以人工制造，由振荡电路中自由电子的周期性运动产生。
辐照杀菌技术华南理工大学研 究生课程 2014
家庭作业2（上台发言，各选2题准备）： 1. 何为辐照？为什么辐照能杀灭微生物？辐射源有哪 些？各有哪些利弊？ 2. 设计一套辐照处理系统，请注意系统安全性。 3. 辐照技术在我国的使用情况如何？广州的周边有辐 照设备吗？请调研。 4. 辐照技术是否是安全的？各国各有哪些政策支持或 者反对使用辐照技术。你是否愿意食用辐照食品？
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食品非热灭菌技术
二、辐照杀菌的基本原理
• 辐射线的产生及其特性 同位素：同一元素质子数相同而中子数不同。 在质子数低的天然同位素中，中子数和质子数大致相等， 往往是稳定的。 有些同位素质子数和中子数差异较大，其原子核不稳定， 它们将按照指数规律衰变。 自然界存在着一些天然的不稳定同位素，也有一些不稳 定同位素是利用原子反应堆或粒子加速器等人工制造。 在不稳定同位素的衰变过程中伴有各种辐射线产生，这 些不稳定同位素称为放射性同位素。
?制备钴60辐射源的方法就是将自然界存在的稳定同位素钴59金属根据使用需要制成不同形状如棒形长方形薄片形颗粒形圆筒形置于反应堆活性区经中子一定时间的照射少量钴59原子吸收一个中子后即生成钴60辐射源其核反应southchinauniversityoftechnology食品非热灭菌技术?每克钴59照射样品中所生成的钴60的贝可即放射性比度正比于反应堆的中子通量并随照射时间的增长而提高
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转子 均质机
heating
0.1MPa = Power density 0.35W/cm2 Normal application 600W/cm2
容积腔
=170 MPa
溶液p 叶轮 d2 d1
1
3. PEF homogenizing
sterilization
d3
Q J / m3 E 2 t
电场参数介绍：脉冲波形 电场参数介绍：脉冲波形
Voltag e 压 电
电压 Voltage
a 指数衰减波
b 方波
时 Time 间 τ
τ
时间 Time
电压
Volt age
c 钟形波
τ
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时 间 Time
食品非热灭菌技术
本实验室PEF装备波形
1 kgf = 9.8N = 1atm = 0.1MPa
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Enhancing food processing by PEF
PEF
12000 10000 8000 6000 4000 2000 0 1980前 1980-1990 1990-2000 2000-2010 156 84 4230 3976 1037 261 152 484 332 670 6884 10122
Potato Apple fish Potato culture cell
(Dietrich Knorr，2000)
Enhancing food processing by PEF
Intensity Intensityof ofvarious variousforces forces
2. Microwave
Enhancing food processing by PEF
Application of PEF Application of PEF
Basic concepts Sterilization and enzyme inactivation Chitoson degradation Maillard reaction Esterification enhancement Starch modification
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脉冲电场非热加工技术
脉冲电场技术介绍 脉冲电场技术介绍
脉冲电场：pulsed electric field, PEF 将电场强度很高持续时间很短的高电压脉冲作用 于电极间的物料，以杀灭物料中的微生物或进行改 性与强化处理的一种新型物理场处理技术。 电场分类 电场强度：10～100kV/cm， 脉冲宽度：<50μs， 静电场 脉冲频率：通常在1000Hz以内。 交变电场： 连续（交流电） PEF波形 间歇（脉冲）
Pre-heater
UHT
Enhancing food processing by PEF
Emerging Emergingof ofsome somephysical physicaltechnologies technologies
Ultrasonic wave
Microwave
Other technologies originates from electromagnetic wave: Irradiation, ultraviolet, infrared heating… Pulsed electric fields
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食品非热灭菌技术
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脉冲宽度 脉冲宽度
指脉冲持续的时间，指脉冲上升沿33％至下降沿67％之间 的时间。 电磁波等是连续波，其频率与波长（对映于脉冲宽度）呈 反比对映关系，但此处中所讨论的脉冲源不是连续的，频 率和脉冲持续时间没有直接对映关系。 假设一个脉冲源其频率f为100Hz，脉冲持续时间τ为 10μs，则脉冲与脉冲之间的时间约为9990μs，脉冲的间 歇时间远大于脉冲发生时间，这样保证了所接受处理的物 料实际接受处理的时间极短，在绝大部分时间里处于“休 息”状态，这是脉冲电场处理技术能实现非热灭菌的基本 原理之一。
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课时分配 课时分配
1. 脉冲电场灭菌技术（一） 2. 脉冲电场灭菌技术（二） 3. 脉冲电场灭菌技术（三） 4. 脉冲电场灭菌试验 5. 辐照灭菌技术 6. 紫外灭菌技术 7. 葡萄酒品评与鉴赏（实验）
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食品非热灭菌技术
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PEF PEF设备开发研究 设备开发研究
脉冲变换连接图
新型电极冷却及防沉积设计处理室
SCUT-PEF SCUT-PEF 15 年发展历程 15 年发展历程
广东省科技项目结题汇报
2.1 2.1PEF PEF设备开发研究 设备开发研究
细胞膜结构
Enhancing food processing by PEF
PEF PEFapplication application::Enzyme Enzymeinactivation inactivation
120
酶的相对活性（％）
100 80 60 40 20 0 0 10 20 30 40 50 电场强度 (E) 过氧化物酶 脂肪酶 木瓜蛋白酶
Energy density: 100-150 J/mL Temperature: 20-30℃
1. shear
2 1r12 2 2 r2 r1
Viscosity:3.24×10-3 Pa•S r2=10mm，r2=9.5mm， 10000 rpm ， Pressure (Q)=62.7Pa
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PEF 处理与热处理能量比较 PEF 处理与热处理能量比较
以温度t=45C，表观电场强度E=23 kV/cm，能量密度 G=150 J/ml 为细菌灭活条件，以处理量为V=300 L/hr 作放大计算，所需高压电源的输出功率是12.5 kW。 当电场强度和脉冲频率为一定时，电源的输出功率P与 能量密度G和流量的关系是: P=VP 作为比较，把食品溶液从15C加热到75C作巴氏灭菌处 理，以处理量为300 L/hr 作计算，所需加热功率为： P=ρCpV(T2-T1) =1×4.183×(300×1000/3600) ×(75-15)=21kW 相比之下，脉冲高压电场灭菌可节能40%以上。
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食品非热灭菌技术
脉冲频率： 是指脉冲发生的频率，也就是每秒钟里脉冲发生 的个数。 脉冲波的极性：脉冲波分为单极和双极两种形 式。 脉冲能量 ：每个电脉冲所携带的能量。 根据试验PEF有效杀菌脉冲能量应 > 100 J/ml
图5 自主研发的系列设备
食品非热灭菌技术
第二部份 基础知识介绍
电场分类 电场分类
静电场 交变电场 连续（交流电） 间歇（脉冲）
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电场参数与电场中的电介质分布 电场参数与电场中的电介质分布
d
+
E
-
+
(b)
(a)
平行平板电场
同轴电场
当电场中充满均一的电介质时，电极之间的各部 分电场大小均匀:
U E d
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当电场中含有二种电介质 时，电场分布为：
d1
d2
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E1 2 E2 1
E1 d1 E 2 d 2 U
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Hale Waihona Puke 品非热灭菌技术South China University of Technology
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Enhancing food processing by PEF
Defects Defectsof of thermal thermalprocessing processing
Nutrition and flavor loss Color darken Stability decrease Fouling Higher energy consuming
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heating
0.1MPa = Power density 0.35W/cm2 Normal application 600W/cm2
容积腔
=170 MPa
溶液p 叶轮 d2 d1
1
3. PEF homogenizing
sterilization
d3
Q J / m3 E 2 t
电场参数介绍：脉冲波形 电场参数介绍：脉冲波形
Voltag e 压 电
电压 Voltage
a 指数衰减波
b 方波
时 Time 间 τ
τ
时间 Time
电压
Volt age
c 钟形波
τ
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时 间 Time
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本实验室PEF装备波形
1 kgf = 9.8N = 1atm = 0.1MPa
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Enhancing food processing by PEF
PEF
12000 10000 8000 6000 4000 2000 0 1980前 1980-1990 1990-2000 2000-2010 156 84 4230 3976 1037 261 152 484 332 670 6884 10122
Potato Apple fish Potato culture cell
(Dietrich Knorr，2000)
Enhancing food processing by PEF
Intensity Intensityof ofvarious variousforces forces
2. Microwave
Enhancing food processing by PEF
Application of PEF Application of PEF
Basic concepts Sterilization and enzyme inactivation Chitoson degradation Maillard reaction Esterification enhancement Starch modification
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脉冲电场非热加工技术
脉冲电场技术介绍 脉冲电场技术介绍
脉冲电场：pulsed electric field, PEF 将电场强度很高持续时间很短的高电压脉冲作用 于电极间的物料，以杀灭物料中的微生物或进行改 性与强化处理的一种新型物理场处理技术。 电场分类 电场强度：10～100kV/cm， 脉冲宽度：<50μs， 静电场 脉冲频率：通常在1000Hz以内。 交变电场： 连续（交流电） PEF波形 间歇（脉冲）
Pre-heater
UHT
Enhancing food processing by PEF
Emerging Emergingof ofsome somephysical physicaltechnologies technologies
Ultrasonic wave
Microwave
Other technologies originates from electromagnetic wave: Irradiation, ultraviolet, infrared heating… Pulsed electric fields
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脉冲宽度 脉冲宽度
指脉冲持续的时间，指脉冲上升沿33％至下降沿67％之间 的时间。 电磁波等是连续波，其频率与波长（对映于脉冲宽度）呈 反比对映关系，但此处中所讨论的脉冲源不是连续的，频 率和脉冲持续时间没有直接对映关系。 假设一个脉冲源其频率f为100Hz，脉冲持续时间τ为 10μs，则脉冲与脉冲之间的时间约为9990μs，脉冲的间 歇时间远大于脉冲发生时间，这样保证了所接受处理的物 料实际接受处理的时间极短，在绝大部分时间里处于“休 息”状态，这是脉冲电场处理技术能实现非热灭菌的基本 原理之一。
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课时分配 课时分配
1. 脉冲电场灭菌技术（一） 2. 脉冲电场灭菌技术（二） 3. 脉冲电场灭菌技术（三） 4. 脉冲电场灭菌试验 5. 辐照灭菌技术 6. 紫外灭菌技术 7. 葡萄酒品评与鉴赏（实验）
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PEF PEF设备开发研究 设备开发研究
脉冲变换连接图
新型电极冷却及防沉积设计处理室
SCUT-PEF SCUT-PEF 15 年发展历程 15 年发展历程
广东省科技项目结题汇报
2.1 2.1PEF PEF设备开发研究 设备开发研究
细胞膜结构
Enhancing food processing by PEF
PEF PEFapplication application::Enzyme Enzymeinactivation inactivation
120
酶的相对活性（％）
100 80 60 40 20 0 0 10 20 30 40 50 电场强度 (E) 过氧化物酶 脂肪酶 木瓜蛋白酶
Energy density: 100-150 J/mL Temperature: 20-30℃
1. shear
2 1r12 2 2 r2 r1
Viscosity:3.24×10-3 Pa•S r2=10mm，r2=9.5mm， 10000 rpm ， Pressure (Q)=62.7Pa
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PEF 处理与热处理能量比较 PEF 处理与热处理能量比较
以温度t=45C，表观电场强度E=23 kV/cm，能量密度 G=150 J/ml 为细菌灭活条件，以处理量为V=300 L/hr 作放大计算，所需高压电源的输出功率是12.5 kW。 当电场强度和脉冲频率为一定时，电源的输出功率P与 能量密度G和流量的关系是: P=VP 作为比较，把食品溶液从15C加热到75C作巴氏灭菌处 理，以处理量为300 L/hr 作计算，所需加热功率为： P=ρCpV(T2-T1) =1×4.183×(300×1000/3600) ×(75-15)=21kW 相比之下，脉冲高压电场灭菌可节能40%以上。
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脉冲频率： 是指脉冲发生的频率，也就是每秒钟里脉冲发生 的个数。 脉冲波的极性：脉冲波分为单极和双极两种形 式。 脉冲能量 ：每个电脉冲所携带的能量。 根据试验PEF有效杀菌脉冲能量应 > 100 J/ml
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电场分类 电场分类
静电场 交变电场 连续（交流电） 间歇（脉冲）
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电场参数与电场中的电介质分布 电场参数与电场中的电介质分布
d
+
E
-
+
(b)
(a)
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同轴电场
当电场中充满均一的电介质时，电极之间的各部 分电场大小均匀:
U E d
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当电场中含有二种电介质 时，电场分布为：
d1
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E1 2 E2 1
E1 d1 E 2 d 2 U
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Nutrition and flavor loss Color darken Stability decrease Fouling Higher energy consuming
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