題-1_100_100.jpg)
基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 基于高壓脈沖電場的連續(xù)式滅菌反應(yīng)器的研究開發(fā)
- 小類：
- 生命科學(xué)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 本作品是基于高壓脈沖電場的連續(xù)式滅菌反應(yīng)器的研究開發(fā)。高壓脈沖電場殺菌原理是利用在兩個(gè)電極間產(chǎn)生的瞬間高壓，以脈沖電場作用于需滅菌的物料，通過高壓脈沖電場殺滅微生物和鈍化酶活性，使食物得以長期貯藏。
- 詳細(xì)介紹：
- 目前，美國、德國、日本、加拿大等國家競相研究這一新的殺菌技術(shù)，在殺菌機(jī)理、對微生物形態(tài)影響、對微生物高壓脈沖電場敏感性因素的分析、對食品質(zhì)量影響以及高壓脈沖發(fā)生器的研制等方面做了許多研究工作。 高壓脈沖電場殺菌主要有兩大關(guān)鍵部分組成：產(chǎn)生高壓脈沖電場的高壓脈沖發(fā)生器和高壓電場殺菌處理室，所以研究高壓脈沖電場殺菌最主要的是研究高壓脈沖發(fā)生器和處理室的設(shè)計(jì)。在高壓脈沖電場殺菌技術(shù)研究之中，食品處理室的設(shè)計(jì)是一項(xiàng)關(guān)鍵性技術(shù)。處理室可分為靜態(tài)和動(dòng)態(tài)處理室[1]。我們研究組主要從事的是動(dòng)態(tài)處理室的設(shè)計(jì)。所研制開發(fā)的基于高壓脈沖電場的連續(xù)式滅菌反應(yīng)器是以絕緣材料設(shè)計(jì)而成，將其置于上下兩個(gè)高壓脈沖極板之間，下極板為固定極板。主要是通過手輪調(diào)節(jié)上極板高度，進(jìn)而控制兩板之間達(dá)到最合適距離。對于極板，我們采用的是應(yīng)用最為廣泛的平行金屬板，因?yàn)槠叫薪饘侔蹇墒挂粋€(gè)較大空間內(nèi)的電場強(qiáng)度分布比較均勻[2]。處理室采用S型玻璃管并列排布，以弧度轉(zhuǎn)彎口設(shè)計(jì)，保證工業(yè)化生產(chǎn)流速要求，上下以有機(jī)玻璃夾合，用硅酮密封膠填充之間的空隙。在使用時(shí)，可將待滅菌的流體通過蠕動(dòng)泵泵入進(jìn)口，開啟高壓脈沖滅菌系統(tǒng)，當(dāng)流體流經(jīng)處理室過程中，受到來自高壓脈沖電場的作用，達(dá)到滅菌的效果。該處理室玻璃管管徑為10mm,容積為265ml,電場強(qiáng)度最高能達(dá)到62.5KV/CM。在應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)時(shí)，可將兩個(gè)或兩個(gè)以上的本反應(yīng)器并聯(lián)或者串聯(lián)使用，提高殺菌量和生產(chǎn)效率。此外針對不同食品延遲或者縮短殺菌時(shí)間，可到達(dá)不同的效果。該反應(yīng)器廣泛用于液態(tài)食品、飲料和名貴中藥湯劑的常溫冷殺菌，較好的保持了被處理物原有的色澤、風(fēng)味和營養(yǎng)成分，還可以用于污水處理[3]。 【1】 應(yīng)雪正、王劍平等?國內(nèi)外高壓脈沖電場食品殺菌關(guān)鍵技術(shù)概況?食品科學(xué)，2006, 31(3) 【2】 Zhang Qinghua,Gustavo V，Barbosa-Canovas,et a1．Swanson Engineering．Aspects of pulsed Electric Field Pasteurization[J]．Journal of Food Engineering，1995，25：261-281 【3】 杜存臣、顏惠庚等?高壓脈沖電場冷殺菌流動(dòng)處理室?實(shí)用新型專利說明書，2009[11]
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 高壓脈沖電場滅菌技術(shù)是目前國際上最熱門、最先進(jìn)的冷殺菌技術(shù)之一，其基本原理是利用在兩個(gè)電極間產(chǎn)生的瞬時(shí)高壓，以脈沖電場作用于需滅菌的物料，通過高壓脈沖電場殺滅微生物和鈍化酶活性，使食品得以長期貯藏。 對于靜態(tài)分批式處理反應(yīng)器而言，其規(guī)模小、考慮影響因素少，不適于大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用。然而連續(xù)流動(dòng)相的液體反應(yīng)器在高壓脈沖電場處理中能夠解決靜態(tài)殺菌系統(tǒng)的很多缺點(diǎn)，更有利于該方法在工業(yè)產(chǎn)業(yè)中的進(jìn)一步應(yīng)用。 我們團(tuán)隊(duì)結(jié)合高壓滅菌電場設(shè)計(jì)出的一系列滅菌反應(yīng)器，優(yōu)化反應(yīng)器及電場參數(shù)，使得高壓脈沖電場殺菌能夠應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)中，具有較大的應(yīng)用價(jià)值。連續(xù)流動(dòng)相的液體反應(yīng)器最大程度發(fā)揮高壓脈沖滅菌技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)一種簡單、節(jié)能、快速、安全、高效的滅菌技術(shù)?；诟邏好}沖電場的連續(xù)式滅菌反應(yīng)器應(yīng)用于具體液體食品、藥品的高壓脈沖電場滅菌工藝，解決實(shí)際生產(chǎn)需求。 反應(yīng)器的設(shè)計(jì)依托于高壓脈沖電場，對運(yùn)用高壓脈沖電場對大腸桿菌進(jìn)行非熱殺菌，主要技術(shù)關(guān)鍵在于不同高壓脈沖電場參數(shù)，如電場強(qiáng)度、脈沖寬度、脈沖數(shù)等對大腸桿菌致死作用的影響.
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 先進(jìn)性說明： 1、高壓脈沖電場滅菌技術(shù)是近年來發(fā)展起來的極有潛力的非熱滅菌技術(shù)，采用高壓脈沖電場技術(shù)作用于液態(tài)介質(zhì)中的微生物，對微生物的失活是非常有效的。 2、目前實(shí)驗(yàn)室大部分均處于微量、靜止的狀態(tài)，無法投入到工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中。 3、和現(xiàn)有熱力滅菌方法相比，高壓脈沖電場滅菌技術(shù)具有能耗低、無輻射、對食品、果品風(fēng)味的破壞小、工藝簡單、方便推廣等一系列優(yōu)點(diǎn)。 我們設(shè)計(jì)的連續(xù)式滅菌反應(yīng)器就是基于高壓脈沖電場開發(fā)設(shè)計(jì)出的。該系列反應(yīng)器采用S形管設(shè)計(jì)，用蠕動(dòng)泵來推送液體，使物料流經(jīng)兩極板間時(shí)，便可以受到高壓脈沖電場的處理。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 該作品在2011年3-5月間參加了杭州電子科技大學(xué)校內(nèi)競賽，獲校級(jí)一等獎(jiǎng).2011年5-6月通過省賽一辯。
作品所處階段
- 中試階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 暫無
作品可展示的形式
- 實(shí)物
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測
- 1、技術(shù)特點(diǎn):a我們在設(shè)計(jì)流通槽的拐角時(shí)采用了一定角度保證液體流動(dòng)的速度不受影響b考慮到與蠕動(dòng)泵結(jié)合使用情況下的流速變化，采用相匹配的橡膠管c設(shè)計(jì)并制作了針尖式陣列反應(yīng)器，能有效增進(jìn)高壓脈沖電場的殺菌效果，且申請并獲得了這方面的專利。 2、適應(yīng)范圍：適合于大部分液體食品及藥品的滅菌過程，尤其在不宜用熱殺菌的地方能顯現(xiàn)其優(yōu)勢。3、項(xiàng)目的市場前景分析：我國液體食品（牛奶、果汁等）的生產(chǎn)量很大，高壓脈沖電場技術(shù)具有良好的殺菌鈍酶效果和極大限度地維持食品的新鮮度。連續(xù)流動(dòng)的產(chǎn)品處理方法，能更好發(fā)揮高壓脈沖電場的滅菌優(yōu)勢，應(yīng)用范圍十分廣泛。 4、項(xiàng)目的盈利能力分析及財(cái)務(wù)預(yù)算：若能應(yīng)用于液體食品生產(chǎn)，將加快產(chǎn)品的處理速度，節(jié)省對設(shè)備高溫滅菌的費(fèi)用。項(xiàng)目實(shí)施后產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益將非常明顯. 5、項(xiàng)目的社會(huì)效益分析：由于高壓脈沖滅菌技術(shù)具有能耗低、滅菌效果好、安全無害等優(yōu)點(diǎn)，替代那些對生態(tài)環(huán)境及產(chǎn)品都有影響的滅菌技術(shù)，提高滅菌效率，節(jié)約能源，保證食品與藥品的安全。
同類課題研究水平概述
- 國外研究現(xiàn)狀： Sale和Hamilton的處理室是由2個(gè)碳電極和黃銅塊組成，中間有冷卻劑流動(dòng)。u型的聚乙烯空間有3mm厚，放在兩個(gè)電極之間形成了一個(gè)處理室。 這3部分是緊密黏貼在一起的。此處理的最大電場強(qiáng)度能承受25kV／cm[1] 華盛頓州立大學(xué)的靜態(tài)處理室如圖4所示。該處理室的電極是采用經(jīng)過拋光處理的不繡鋼片，聚砜樹脂用來作為絕緣材料。有效的電極面積為27cm2。兩電極之間的距離可選在0．51～0．95cm。此處理室的電場強(qiáng)度最高能達(dá)到70kV／cm[2]。 圖5是華盛頓大學(xué)PEF研究小組所設(shè)計(jì)的處理室。這個(gè)動(dòng)態(tài)處理室主要就是在其靜態(tài)處理室的基礎(chǔ)上加了一些折流板通道。設(shè)計(jì)的工作條件如下：處理室體積為8～20cm3，電極間距為0．51。0．95cm．PEF強(qiáng)度為35～70kV／cm，脈沖寬度為2～15lxs，脈沖重復(fù)頻率為1Hz，食物流速為600cm3／min或者是1 200cm3／min[2]國內(nèi)研究現(xiàn)狀：國內(nèi)對于高壓脈沖殺菌處理器的相關(guān)設(shè)備的研究雖處于初步階段，但也有了不同層次的進(jìn)展。圖6是華南理工大學(xué)曾新安等研制的脈沖電場滅菌設(shè)備的處理器。兩電極是同心圓筒2、3。將兩個(gè)圓筒分別接到電影的兩極，起到電極的作用，圓筒2的內(nèi)徑大于圓筒3的外徑，以保證圓筒2能套在圓筒3的外面；要求圓筒表面光滑，安裝時(shí)二個(gè)圓筒要保證同心以確保二圓筒之間產(chǎn)生的電場均勻一致。圓筒3固定在物料處理腔的底座上，圓筒2依靠固定支架懸在物料處理腔內(nèi)圓筒3的外面。使用電源條件40KV/cm的脈沖電場強(qiáng)度，脈沖寬度為10us的指數(shù)衰減波，對間歇式處理系統(tǒng)處理1000個(gè)脈沖，對連續(xù)系統(tǒng)處理一次后剩余菌數(shù)為102 -103cfu/ml[3]。圖7是浙江大學(xué)王劍平、黃康等研制開發(fā)的一種用于連續(xù)式液態(tài)食品滅菌的高壓脈沖電場處理室。浙江大學(xué)一種用于連續(xù)式液態(tài)食品滅菌的高壓脈沖電場處理室在絕緣空心管內(nèi)安置平行平板電極，在保持物料流動(dòng)性的同時(shí)，改善了處理室的電場分布，使得物料在流動(dòng)方向上所接受的電場強(qiáng)度相對均勻；該處理室減少了金屬材料的使用，減少了處理室內(nèi)電化學(xué)反應(yīng)，有效保護(hù)電極，同時(shí)增加了被處理食品的安全性，并且具有流動(dòng)性強(qiáng)、溫升小、便于拆洗[4]。
