高壓脈沖電場(chǎng)致死時(shí)間F值研究及其在瓶裝水中的應(yīng)用.pdf

1、本文從高壓脈沖電場(chǎng)(Pulsed Electric Field)對(duì)瓶裝飲用水中常見微生物的殺滅效果入手,在電場(chǎng)強(qiáng)度和處理時(shí)間與微生物存活率的一級(jí)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)上,引入熱力學(xué)致死時(shí)間F值理論,通過建立高壓脈沖電場(chǎng)的F值理論,獲得各種微生物的對(duì)數(shù)減菌時(shí)間D值、耐場(chǎng)強(qiáng)常數(shù)Z值以及PEF致死時(shí)間F值,以期作為一種衡量PEF對(duì)瓶裝飲用水殺菌效果的指標(biāo),進(jìn)而指導(dǎo)PEF在瓶裝水中的應(yīng)用。同時(shí),為了解決瓶裝水中的溴酸鹽問題,展開了臭氧技術(shù)與PEF技術(shù)在溴酸

2、鹽產(chǎn)生方面的比較。所開展的研究簡(jiǎn)要概括如下:
　　 1.本文所使用的高壓脈沖電場(chǎng)的主要參數(shù)是:電壓0～17 kV;脈沖寬度4μs;流速4.85～15.15 mL/s;頻率0.1～3.1 kHz;雙極方波。在頻率為3 kHz,脈寬為4μs,脈沖個(gè)數(shù)為24個(gè),電場(chǎng)強(qiáng)度為22.58 kV/cm,分別比較3 mm和3 mm(一片金屬導(dǎo)體)、7 mm和7 mm(兩片金屬導(dǎo)體)電極內(nèi)徑對(duì)微生物的作用效果,結(jié)果發(fā)現(xiàn)有金屬導(dǎo)體的電極對(duì)各種菌的殺

3、菌效果比同口徑的無金屬導(dǎo)體的電極好,內(nèi)徑越大殺菌效果越差,而有金屬導(dǎo)體的7 mm與無導(dǎo)體的3 mm電極的殺菌效果很相近。
　　 2.室溫下,使用內(nèi)徑為7mm的處理室(兩片金屬導(dǎo)體),液體流速為15.15 mL/s,頻率為3 kHz,脈寬為4μs,脈沖個(gè)數(shù)為24個(gè),電場(chǎng)強(qiáng)度分別為22.58 kV/cm、29.03 kV/cm、35.48 kV/cm、41.94 kV/cm、48.39 kV/cm,此條件下探討PEF處理瓶裝水中大腸

4、桿菌、啤酒酵母、青霉、金黃色葡萄球菌和沙門氏菌的殺滅效果。結(jié)果表明,PEF可以有效地殺滅瓶裝水中常見微生物,其中大腸桿菌、啤酒酵母和青霉菌經(jīng)48.39 kV/cm場(chǎng)強(qiáng)的PEF處理不等時(shí)間之后均未有活菌檢出,金黃色葡萄球菌和沙門氏菌在此場(chǎng)強(qiáng)下處理295μs之后,活菌數(shù)分別減少了6.6和5.5個(gè)對(duì)數(shù)。另外在電場(chǎng)強(qiáng)度為48.39 kV/cm、其他條件一致的情況下,處理時(shí)間分別為94μs、114μs、155μs、203μs、295μs,探討不同

5、處理時(shí)間對(duì)不同微生物的殺滅效果。結(jié)果表明,隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng),PEF的殺菌效果也有明顯增強(qiáng)的現(xiàn)象。以大腸桿菌為例,通過方差分析可知處理時(shí)間和電場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)殺菌效果的影響都是極顯著的,其中場(chǎng)強(qiáng)較之更顯著,是起主導(dǎo)作用的因素。
　　 3.本研究參考熱力殺菌致死時(shí)間F值的概念,提出PEF致死時(shí)間F值,在電場(chǎng)強(qiáng)度和處理時(shí)間與微生物致死時(shí)間之間建立一個(gè)關(guān)系模型,作為一種衡量高壓脈沖電場(chǎng)對(duì)瓶裝水的殺菌效果的指標(biāo)。從各種微生物的存活曲線上得到不同

6、的對(duì)數(shù)減菌時(shí)間D值,從耐場(chǎng)強(qiáng)的曲線上得到不同的耐場(chǎng)強(qiáng)常數(shù)Z值,Z值結(jié)合D值則可以比較確切地表明不同微生物對(duì)場(chǎng)強(qiáng)的耐受能力(同熱力學(xué))的強(qiáng)弱。在本文章中提出,能使一種菌降低5個(gè)活菌對(duì)數(shù)的電場(chǎng)強(qiáng)度作為該種菌的參考場(chǎng)強(qiáng),引入致死率公式LR=10(E-Er)/z估算出任一場(chǎng)強(qiáng)下一種菌的致死率,并同樣參考熱力學(xué)中致死率曲線下面積即致死性的應(yīng)用LR*F=1*Fr,最終得到的是任一場(chǎng)強(qiáng)下預(yù)期的致死時(shí)間F值,以期指導(dǎo)高壓脈沖電場(chǎng)在瓶裝水生產(chǎn)中的應(yīng)用。對(duì)

7、國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究的分析與本試驗(yàn)結(jié)果共同表明,由F值理論推導(dǎo)計(jì)算的各種菌的致死時(shí)間F值與試驗(yàn)值或者參考值相近,對(duì)PEF在瓶裝水中的應(yīng)用具有一定的指導(dǎo)意義。
　　 4.目前飲用瓶裝水多是用臭氧殺菌,這使得水中的溴化物氧化生成溴酸鹽,它被國(guó)際癌癥研究機(jī)構(gòu)定為2b級(jí)的潛在致癌物。這就對(duì)瓶裝水企業(yè)提出了更高的要求,要降低溴酸鹽含量,需要尋找能夠替代臭氧殺菌的新技術(shù)。本研究采用的高壓脈沖電場(chǎng)是近年來新興的非熱力物理殺菌新技術(shù),它是利用瞬間高壓

8、電場(chǎng)作用于液體食品,達(dá)到殺滅微生物的目的。不僅殺菌效果較好,而且處理后不會(huì)產(chǎn)生溴酸鹽。試驗(yàn)結(jié)果表明,PEF對(duì)水中常見微生物至少達(dá)到了5.5個(gè)對(duì)數(shù)降低的殺滅效果;采用臭氧處理瓶裝水時(shí),當(dāng)溴離子濃度一定時(shí),溴酸鹽的產(chǎn)量隨著投加的臭氧濃度的提高而增大;而采用PEF處理的水中沒有任何溴酸鹽的產(chǎn)生,無論是0.54 mg/L正常溴離子濃度的水,還是70.74 mg/L高濃度的溴離子水(因?yàn)殇咫x子濃度越高,產(chǎn)生溴酸鹽的可能性越大),抑或是30 kV/