殺菌機械與設(shè)備下學(xué)習(xí)教案

1、會計學(xué)1殺菌機械殺菌機械(jxi)與設(shè)備下與設(shè)備下第一頁，共60頁。常見的包裝食品殺菌常見的包裝食品殺菌(sh jn)機械與設(shè)備：機械與設(shè)備：立式殺菌立式殺菌(sh jn)鍋鍋臥式殺菌臥式殺菌(sh jn)鍋鍋回轉(zhuǎn)式殺菌回轉(zhuǎn)式殺菌(sh jn)鍋鍋常壓連續(xù)殺菌常壓連續(xù)殺菌(sh jn)設(shè)備設(shè)備靜水壓連續(xù)殺菌靜水壓連續(xù)殺菌(sh jn)設(shè)備設(shè)備水封式連續(xù)高壓殺菌水封式連續(xù)高壓殺菌(sh jn)設(shè)備設(shè)備包裝食品殺菌機械與設(shè)備是用于包裝密封以后的食品包裝食品殺菌機械與設(shè)備是用于包裝密封以后的食品殺菌。按照殺菌殺菌。按照殺菌溫度不同溫度不同可分為可分為常壓、高壓、超高壓常壓、高壓、超高壓殺殺菌設(shè)備，按

2、殺菌設(shè)備菌設(shè)備，按殺菌設(shè)備操作方式操作方式分為分為間歇式和連續(xù)式間歇式和連續(xù)式。第1頁/共60頁第二頁，共60頁。第2頁/共60頁第三頁，共60頁。第3頁/共60頁第四頁，共60頁。第4頁/共60頁第五頁，共60頁。第5頁/共60頁第六頁，共60頁。第6頁/共60頁第七頁，共60頁。第7頁/共60頁第八頁，共60頁。蒸汽(zhn q)第8頁/共60頁第九頁，共60頁。第9頁/共60頁第十頁，共60頁。G、排水：循環(huán)泵22、冷水泵21、冷水閥20關(guān)閉(gunb)，排泄閥24 打開排水H、啟鍋出罐86冷水(lngshu)第10頁/共60頁第十一頁，共60頁。第11頁/共60頁第十二頁，共60頁。第

3、12頁/共60頁第十三頁，共60頁。第13頁/共60頁第十四頁，共60頁。第14頁/共60頁第十五頁，共60頁。第15頁/共60頁第十六頁，共60頁。第16頁/共60頁第十七頁，共60頁。第17頁/共60頁第十八頁，共60頁。第18頁/共60頁第十九頁，共60頁。從下至上從上至下耗能大小冷卻效果差好卡罐不易易第19頁/共60頁第二十頁，共60頁。第20頁/共60頁第二十一頁，共60頁。第21頁/共60頁第二十二頁，共60頁。第22頁/共60頁第二十三頁，共60頁。第23頁/共60頁第二十四頁，共60頁。第24頁/共60頁第二十五頁，共60頁。第25頁/共60頁第二十六頁，共60頁。第26頁/共

4、60頁第二十七頁，共60頁。第27頁/共60頁第二十八頁，共60頁。第三節(jié) 其他殺菌(sh jn)技術(shù)與設(shè)備12高電壓脈沖高電壓脈沖(michng)(michng)電場非熱殺菌技術(shù)與設(shè)備電場非熱殺菌技術(shù)與設(shè)備食品的輻照殺菌食品的輻照殺菌(sh jn)(sh jn)技術(shù)與設(shè)備技術(shù)與設(shè)備3超高靜壓殺菌技術(shù)與設(shè)備超高靜壓殺菌技術(shù)與設(shè)備4脈沖強光非熱殺菌原理與設(shè)備脈沖強光非熱殺菌原理與設(shè)備5第28頁/共60頁第二十九頁，共60頁。概況(gikung)高壓脈沖(michng)電場的處理系統(tǒng)高壓脈沖電場殺菌機理影響高壓脈沖電場殺菌效果的因素在食品中的應(yīng)用研究一、高電壓脈沖電場非熱殺菌技術(shù)與設(shè)備第29頁/共

5、60頁第三十頁，共60頁。英國學(xué)者就發(fā)現(xiàn)英國學(xué)者就發(fā)現(xiàn)(fxin)25kV/cm直流直流脈沖能有效致死營養(yǎng)細菌和酵母菌。脈沖能有效致死營養(yǎng)細菌和酵母菌。 20 20世紀(jì)世紀(jì)8080 年代年代(nindi)(nindi)以來以來 2020世紀(jì)世紀(jì)9090年年代中后期代中后期美國、日本等發(fā)達國家研究比較活躍美國、日本等發(fā)達國家研究比較活躍，并制造了成套的技術(shù)設(shè)備。，并制造了成套的技術(shù)設(shè)備。我國開始進行這方面的研究。我國開始進行這方面的研究。 高壓脈沖電場高壓脈沖電場(pulsed electric field，PEF)是一種非熱處理技術(shù)，具有處理時間短，溫升小，能耗低和殺菌效果明顯等特點，成為近幾

6、年來國內(nèi)外研究的熱點之一。是一種非熱處理技術(shù)，具有處理時間短，溫升小，能耗低和殺菌效果明顯等特點，成為近幾年來國內(nèi)外研究的熱點之一。早在早在19671967年年第30頁/共60頁第三十一頁，共60頁。脈沖脈沖(michng)發(fā)生器發(fā)生器處理處理(chl)室室高壓脈沖電場殺菌裝置的核心部分。高壓高壓脈沖電場殺菌裝置的核心部分。高壓脈沖發(fā)生器用來產(chǎn)生脈沖發(fā)生器用來產(chǎn)生10kV10kV以上的脈沖，該高壓以上的脈沖，該高壓脈沖被加到處理室電極的兩極板上，在處理室內(nèi)產(chǎn)脈沖被加到處理室電極的兩極板上，在處理室內(nèi)產(chǎn)生生10kV/cm以上的強電場。以上的強電場。處理室與高壓脈沖發(fā)生器相連接，它的主要作處理室與

7、高壓脈沖發(fā)生器相連接，它的主要作用是將高壓脈沖電場傳遞給流經(jīng)此室的液體食用是將高壓脈沖電場傳遞給流經(jīng)此室的液體食品，以達到殺菌的目的。品，以達到殺菌的目的。處理系統(tǒng)處理系統(tǒng) 良好的高壓脈沖處理系統(tǒng)是高壓脈沖電場殺菌技術(shù)得以應(yīng)用的前提。設(shè)計的關(guān)鍵是脈沖發(fā)生器和處理室。良好的高壓脈沖處理系統(tǒng)是高壓脈沖電場殺菌技術(shù)得以應(yīng)用的前提。設(shè)計的關(guān)鍵是脈沖發(fā)生器和處理室。第31頁/共60頁第三十二頁，共60頁。指數(shù)指數(shù)(zhsh)衰減波衰減波方波方波震蕩波、震蕩波、交變交變(jio bin)波波指數(shù)形脈沖容易產(chǎn)生，但低于最高電壓指數(shù)形脈沖容易產(chǎn)生，但低于最高電壓36.8的電壓無殺菌作用，且能使食品的溫度升高的

8、電壓無殺菌作用，且能使食品的溫度升高這兩種波的效果都不是很好這兩種波的效果都不是很好方波脈沖比指數(shù)形脈沖殺菌效果更好，對細菌有致命作用，但需脈沖整形網(wǎng)絡(luò)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對電路的設(shè)計及元器件的要求高，成本也比較高方波脈沖比指數(shù)形脈沖殺菌效果更好，對細菌有致命作用，但需脈沖整形網(wǎng)絡(luò)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對電路的設(shè)計及元器件的要求高，成本也比較高脈沖發(fā)生器脈沖發(fā)生器指數(shù)衰減波方波第32頁/共60頁第三十三頁，共60頁。靜態(tài)靜態(tài)(jngti)分批式分批式連續(xù)式連續(xù)式 食品在處理室內(nèi)受到高壓脈沖電場作用時，要避免電食品在處理室內(nèi)受到高壓脈沖電場作用時，要避免電火花的產(chǎn)生。一旦產(chǎn)生電火花電極就會被腐蝕，食品火花的產(chǎn)生。

9、一旦產(chǎn)生電火花電極就會被腐蝕，食品被電解，產(chǎn)生氣泡。因此，在設(shè)計食品處理室時，應(yīng)著被電解，產(chǎn)生氣泡。因此，在設(shè)計食品處理室時，應(yīng)著重重(zhuzhng)解決好以下問題：電極表面要盡可能光解決好以下問題：電極表面要盡可能光滑以減少電子的逸出采用圓形電極以避免電場集中，滑以減少電子的逸出采用圓形電極以避免電場集中，為食品提供一個均勻的高壓脈沖電場。為食品提供一個均勻的高壓脈沖電場。處理室內(nèi)裝有電極和冷卻裝置（處理室內(nèi)裝有電極和冷卻裝置（PEF連續(xù)工作，電連續(xù)工作，電極溫度會升高），同芯電極的連續(xù)式處理室極溫度會升高），同芯電極的連續(xù)式處理室，電容小，結(jié)構(gòu)簡單，不易放電。，電容小，結(jié)構(gòu)簡單，不易放電

10、。規(guī)模小、考慮影響因素較少，不適于大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用規(guī)模小、考慮影響因素較少，不適于大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用。處理室處理室食品處理裝置結(jié)構(gòu)簡圖食品處理裝置結(jié)構(gòu)簡圖第33頁/共60頁第三十四頁，共60頁。1.Hamilton和和Sale(1967)理理論論(lln)2.Zimmermann(1986)電崩解電崩解(bn ji)理論理論3.Tsong(1991)電穿孔理論電穿孔理論4.空穴理論空穴理論7.電解產(chǎn)物效應(yīng)電解產(chǎn)物效應(yīng)6.粘彈極性形成模型粘彈極性形成模型5.電磁機制模型電磁機制模型第34頁/共60頁第三十五頁，共60頁。1.Hamilton和和Sale(1967)理理論論(lln) 當(dāng)一個外部電場

11、加到細胞(xbo)兩端時，就會產(chǎn)生跨膜電位(TMP)。對半徑r處于均勻場強E中的球形來說，其沿電場方向的跨膜電位可由下式得出：U(t)=1.5rE式中：u沿電場方向的跨膜電位，t； r細胞(xbo)半徑，m； E電場強度(kV/mm)，并且認為當(dāng)跨膜電位(TMP)達到1V時，細胞(xbo)膜便失去 功能。第35頁/共60頁第三十六頁，共60頁。 細胞膜被視為電容，在高壓電脈沖作用下，膜兩側(cè)電位差進一步變大，由于電荷相反，它們相互吸引形成擠壓力，當(dāng)TMP達到臨界崩解電位差時，細胞膜就開始崩解，導(dǎo)致(dozh)細胞膜穿孔(充滿電解質(zhì))形成，進而在膜上產(chǎn)生瞬間放電，使膜分解。2.Zimmermann

12、(1986)電崩解電崩解(bn ji)理論理論A細胞膜電位差為Vm；B外加電場礦遠大于跨膜電位差Vm時，細胞膜受擠壓變薄；C細胞膜上的電位差達到臨界崩解電位差硌時，細胞膜崩解并導(dǎo)致穿孔；D細胞膜大面積崩解。第36頁/共60頁第三十七頁，共60頁。 由于微生物細胞在高壓脈沖電場的作用下細胞膜上的雙磷脂層和蛋白質(zhì)暫時變得不穩(wěn)定導(dǎo)致的一種現(xiàn)象。在外加電場的作用下其細胞膜壓縮并形成小孔，通透性增加，小分子物質(zhì)(wzh)如水分子可透過細胞膜進入細胞內(nèi)，致使細胞體積膨脹，最后導(dǎo)致細胞膜破裂，細胞內(nèi)容物外漏，使細胞死亡。3.Tsong(1991)電穿孔理論電穿孔理論(lln)第37頁/共60頁第三十八頁，共

13、60頁。 正是由于這種高壓脈沖能量(nngling)直接轉(zhuǎn)換成的沖壓式機械能，引起液體食品中微生物細胞內(nèi)部的強烈振動和細胞膜破裂等現(xiàn)象，從而產(chǎn)生殺菌效應(yīng)。4.空穴空穴(kn xu)理論理論放電終了瞬間，氣套處形成空穴放電終了瞬間，氣套處形成空穴，由于壓力突然減小，液體又以，由于壓力突然減小，液體又以超聲速回填空穴，形成第二個超超聲速回填空穴，形成第二個超聲回填空穴沖擊波。聲回填空穴沖擊波。放電時，產(chǎn)生強大的脈沖電流高壓通路，進而形成氣套壓力由氣套傳給液體，形成強大超聲液壓沖擊波空穴空穴空穴空穴第38頁/共60頁第三十九頁，共60頁。 電磁理論認為電場(din chng)能量與磁場能量是相互轉(zhuǎn)換

14、的，在兩個電極反復(fù)充電與放電的過程中，磁場起了主要殺菌作用，而電場(din chng)能向磁場的轉(zhuǎn)換保證了持續(xù)不斷的磁場殺菌作用。這樣的放電裝置在放電端使用電容器與電感線圈直接相連，細菌放置在電感線圈內(nèi)部，受到強磁場作用。5.電磁電磁(dinc)機制模型機制模型第39頁/共60頁第四十頁，共60頁。 此模型認為，一是細菌的細胞膜在殺菌時受到強烈的電場作用而產(chǎn)生劇烈振蕩，二是在強烈電場作用下，介質(zhì)(jizh)中產(chǎn)生等離子體，并且等離子體發(fā)生劇烈膨脹，產(chǎn)生強烈的沖擊波，超出細菌細胞膜的可塑性范圍而將細菌擊碎。6.粘彈極性形成粘彈極性形成(xngchng)模型模型7.電解產(chǎn)物效應(yīng)電解產(chǎn)物效應(yīng) 此理論

15、指出在電極施加電場時，電極附近介質(zhì)中的電解質(zhì)電離產(chǎn)生陰離子，這些陰陽離子在強電場作用下極為活躍，穿過在電場作用下通透性提高的細胞膜，與細胞的生命物質(zhì)如蛋白質(zhì)、核糖核酸結(jié)合而使之變性。第40頁/共60頁第四十一頁，共60頁。電場強度電場強度脈沖脈沖(michng)持續(xù)時間持續(xù)時間處理室特性處理室特性脈沖電場脈沖電場(din chng)工作參數(shù)工作參數(shù)微生物特性微生物特性食品特性參數(shù)食品特性參數(shù)溫度溫度脈沖特性脈沖特性微生物的種類微生物的種類生長時間生長時間生長條件生長條件pH值值水的活性水的活性成分成分電導(dǎo)率電導(dǎo)率離子強度離子強度第41頁/共60頁第四十二頁，共60頁。電場(din chng)強

16、度溫度(wnd)持續(xù)時間脈沖特性處理室 電場強度時影響殺菌效果最重要的因素之一，當(dāng)超過微生物的臨界跨膜電壓時，微生物死亡率隨場強的增加而增加。 剛開始的殺菌效果隨脈沖時間的延長而明顯增強，但達到拐點值后，脈沖時間的增加對殺菌效果基本無影響。 隨著處理溫度上升(在24-60范圍內(nèi))，殺菌效果會有所提高，其提高的程度一般在10倍以內(nèi)。液體食品適中的溫度有利于殺滅微生物。 所有波形中，振蕩波殺滅微生物的效率最低；方波的效率比指數(shù)波的效率高；雙極性脈沖波形對大腸桿菌的致死率比單極性波形高。 結(jié)構(gòu)、體積、縫隙、流速和停留時間等因素對殺菌效果均有一定的影響脈沖電場工作參數(shù)脈沖電場工作參數(shù)第42頁/共60頁

17、第四十三頁，共60頁。微生物的種類微生物的種類(zhngli)生長生長(shngzhng)條件條件 不同菌種對電場的承受力不同。無芽孢菌不同菌種對電場的承受力不同。無芽孢菌較有芽孢菌更易被殺滅，革蘭氏陰性菌較陽性較有芽孢菌更易被殺滅，革蘭氏陰性菌較陽性茵易于被殺滅。相同條件下用電場滅菌，不同茵易于被殺滅。相同條件下用電場滅菌，不同菌種存活率由高到低為：霉菌、乳酸菌、大腸菌種存活率由高到低為：霉菌、乳酸菌、大腸桿菌、酵母菌桿菌、酵母菌 培養(yǎng)基成分、溫度、氧濃度對滅菌率培養(yǎng)基成分、溫度、氧濃度對滅菌率有影響，其機理尚不清楚，但在有影響，其機理尚不清楚，但在PEF中不考中不考慮這些因素將導(dǎo)致錯誤的結(jié)

18、論慮這些因素將導(dǎo)致錯誤的結(jié)論生長時期生長時期 處于對數(shù)生長期的菌體比處于穩(wěn)定期的菌體對電處于對數(shù)生長期的菌體比處于穩(wěn)定期的菌體對電場更為敏感，場更為敏感，PEF對處在穩(wěn)定生長期微生物的對處在穩(wěn)定生長期微生物的殺菌率低于處于對數(shù)生長期的微生物殺菌率低于處于對數(shù)生長期的微生物微生物特性微生物特性第43頁/共60頁第四十四頁，共60頁。 對不同對不同(b tn)食品成食品成分，不同分，不同(b tn)物質(zhì)結(jié)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的滅菌效果不同構(gòu)的滅菌效果不同(b tn)。 脈沖電場的殺菌效果隨介脈沖電場的殺菌效果隨介質(zhì)離子質(zhì)離子(lz)強度的下降而增強度的下降而增加。加。 低電導(dǎo)率情況下滅菌率低電導(dǎo)率情況下滅菌率較高。較高。 介質(zhì)介質(zhì)pH值下降殺菌值下降殺菌效果稍有提高。效果稍有提高。 降低水活性將會降低水活性將會導(dǎo)致滅菌率降低。導(dǎo)致滅菌率降低。成分成分電導(dǎo)率電導(dǎo)率pH值值水的活性水的活性食品特性參數(shù)食品特性參數(shù)離子強度離子強度第44頁/共60頁第四十五頁，共60頁。（一）品的輻照(f zho)殺菌的作用特點（1）優(yōu)點（2）缺點概念：利用輻射源產(chǎn)生的射線或加速器產(chǎn)生的高能電子束輻照食品(