高電壓技術(shù)的應(yīng)用-脈沖功率滅菌消毒技術(shù)（高電壓技術(shù)課件）

10.2.4脈沖放電等離子體滅菌技術(shù)10.2.4.1脈沖放電等離子體滅菌原理一、脈沖放電等離子體滅菌機理等離子體是由部分的電子被剝奪后的原子及原子團被電離后而產(chǎn)生的正負電子的離子化氣體狀態(tài)的物質(zhì)，它是物質(zhì)存在的基本形式之一，與固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)并列，被稱為物質(zhì)的第四態(tài)。低溫等離子體的生成機理如圖1所示。圖1低溫等離子體的生成機理一、脈沖放電等離子體滅菌機理電子起決定性的作用，高能電子與氣體分子發(fā)生非彈性碰撞，碰撞后將能量轉(zhuǎn)換成基態(tài)分子的內(nèi)能，從而發(fā)生電離、離解、激發(fā)等一系列過程，使氣體處于活化的狀態(tài)。這個過程中產(chǎn)生了具有氧化性的自由基如OH、O、HO、H等，以及產(chǎn)生了氧化性極強的臭氧、過氧化氫等物質(zhì)，在放電過程中，高能電子及這些氧化性物質(zhì)轟擊污染物的不飽和鍵C-C鍵，這些鍵會發(fā)生斷鍵等一系列反應(yīng)，引發(fā)污染物變?yōu)榘踩男》肿?，從而使得污染物降解去除。二、脈沖電場滅菌的機理四個方面強電場滅菌效應(yīng)利用強電場所引起的微生物細胞的穿孔效應(yīng)來滅菌。由于微生物細胞膜的外表面和膜內(nèi)具有一定電勢差，當(dāng)一個外部的電場加到細胞兩端時，會使細胞膜內(nèi)、外電勢差增大，細胞膜的通透性劇增，細胞膜上會出現(xiàn)許多小孔，產(chǎn)生不可的損失，導(dǎo)致細胞不可逆破裂和最終死亡。二、脈沖電場滅菌的機理四個方面2）強烈沖擊波滅菌效應(yīng)當(dāng)污水中產(chǎn)生脈沖放電時，大量能量在瞬間釋放出來，液體介質(zhì)被擊穿而形成放電通道，產(chǎn)生極大的脈沖沖擊電壓，使細菌的細胞膜破裂、死亡。二、脈沖電場滅菌的機理四個方面3）脈沖放電化學(xué)滅菌效應(yīng)液體物料中在脈沖放電時產(chǎn)生的化學(xué)效應(yīng)也強化和加速了細菌的死亡。由于脈沖放電的大電流及由此而產(chǎn)生的強磁場作用、電解電離作用，在液體物料中會產(chǎn)生許多等離子體和基本粒子，如高能電子、激勵狀態(tài)下的H+、OH?、H-O離子團、O、H原子、H、臭氧分子、光子等。它們在強電場的作用下極為活躍，有些基本粒子還能穿過已提高通透性的細胞膜而與細胞膜內(nèi)的生命物質(zhì)如蛋白質(zhì)、核糖核酸等相結(jié)合，使之變性，死亡。二、脈沖電場滅菌的機理四個方面（4）電離作用在外加電磁場的作用下，電解質(zhì)電解出陰、陽離子。這些陰、陽離子在強電磁場的作用下極為活躍，穿過本來就已經(jīng)提高通透性的細胞膜，與微生物內(nèi)的生命物質(zhì)如蛋白質(zhì)、RNA作用，因而阻斷了細胞內(nèi)正?；磻?yīng)和新陳代謝的進行。10.2.4脈沖放電等離子體滅菌技術(shù)10.2.4.2脈沖放電等離子體滅菌特點一、脈沖放電等離子體滅菌技術(shù)特點脈沖放電等離子體滅菌技術(shù)，能克服傳統(tǒng)滅菌方法的一些局限性和不足，提高滅菌效率。采用該技術(shù)，能在低溫下很好地達到滅菌的效果，不會破壞食品的營養(yǎng)成分和色澤，不產(chǎn)生副產(chǎn)物，不產(chǎn)生有毒殘留物，對環(huán)境和操作人員安全。脈沖放電等離子體滅菌技術(shù)是采用循環(huán)設(shè)備讓被處理物體通過高壓脈沖電場處理腔，細菌在極短的時間內(nèi)受到脈沖電場作用力產(chǎn)生跨膜電位，導(dǎo)致細菌結(jié)構(gòu)破壞，細菌死亡。這種滅菌技術(shù)具有以下六個顯著特點。一、脈沖放電等離子體滅菌技術(shù)特點有較好地滅菌效果。一般能夠達到個數(shù)量級以上滅菌數(shù)，滅菌效果安全可靠；滅菌時間較短。整個滅菌操作流程控制在數(shù)秒以內(nèi)，脈沖電場作用時間在毫秒以內(nèi)，可以達到短時間超高溫的滅菌效果；滅菌溫度條件較低。一般的菌液滅菌處理后升溫在30℃以內(nèi)，物料溫度變化很小，副產(chǎn)物少，產(chǎn)熱少。一、脈沖放電等離子體滅菌技術(shù)特點4)滅菌效果均勻。在電場中各部分的菌液均受到了脈沖放電的作用，若為勻強電場，則均受到相同大小的場強作用；5)功耗較低。實驗研究表明，脈沖放電等離子體滅菌技術(shù)的耗能僅為熱滅菌方法的40%左右；6)節(jié)能環(huán)保。脈沖滅菌不需要加熱，無需添加處理劑，對環(huán)境不會造成污染，和傳統(tǒng)的加熱處理具有明顯的經(jīng)濟優(yōu)勢。二、脈沖放電等離子體滅菌技術(shù)展望多數(shù)研究均針對不同的模擬體系進行，因此目前各機理的提出更具有各自體系的特點，