电磁脉冲灭菌研究_周蔚红 - 副本

16卷3期2000年9月微波学报JOURNALOFMICROWAVESVol.16No.3Sep.2000电磁脉冲灭菌研究StudyontheDisinfectionTechnologyofElectromagneticPulse周蔚红张钧(国防科技大学408教研室,长沙410073)ZHOUWeihong,ZHANGJun(Lab408,NationalUniversityofDefenceTechnology,Changsha410073)【摘要】本文对比了瞬态电磁脉冲与连续波电磁场的消毒灭菌作用,从脉冲电场、脉冲磁场两方面分析了瞬态电磁脉冲的灭菌机理,提出将电磁脉冲的非热生物效应应用于食品的消毒杀菌,为食品保鲜业的发展开拓一种新方法。关键词:电磁脉冲,灭菌,细胞膜Abstract:Theeffectsofdisinfectiontechnologybetweentransientelectromagneticpulseandcontinuousmicrowavewerecompared.Themechanismofthedisinfectionwasanalysedthroughelectronicpulseandmagneticpulse.Basedonthisstudy,anewmethodofdisinfectionusingelec-tromagneticpulseforkeepingfoodfreshisbroughtforward.Keyterms:Electromagneticpulse,Disinfection,Cellmembrane一、引言在工业特别是饮食行业,需要对大量的含菌液体和饮料、食品等进行消毒灭菌。常规消毒方法中,化学消毒法在许多国家已经禁止,尤其应用于食品,会造成污染,有害于身体健康。其它常规消毒法如热水、蒸气、紫外线、X射线,添加剂等,有的时间太长,有的可能有污染。要做到保鲜前提下的灭菌,采用传统的高温热力灭菌和低温冷冻抑制微生物生长已不能满足要求。因此新型的灭菌方式——瞬态电磁脉冲消毒灭菌成为一种既安全又卫生的理想灭菌方式。二、瞬态电磁脉冲与连续波微波消毒灭菌比较电磁场与生物系统相互作用,将导致不同生物层次上诸如形态、结构、功能等方面的变化。这种生物学效应又分为热效应和非热效应两种。所谓热效应即生物体吸收电磁波的能量后,收稿日期:1999-02-11;定稿日期:1999-05-11。体温升高,从而产生的各种生物功能变化。所谓非热效应即在电磁波的作用下,生物体内不产生明显的升温,却可以产生强烈的生物响应,使生物体内发生各种生理、生化和功能的变化,并表现出频率选择和功率选择,非热生物效应往往发生在远离平衡态的情况下,生物体对电磁波的响应是非线性的,由外界小能量的诱导可以使生物体内部放出巨大的能量〔1〕。传统的微波灭菌是利用连续微波照射食品,利用微波的热效应进行杀菌。食品内微生物体所含的蛋白质、脂肪、碳水化合物及各种组织在电场作用下,都有极性分子的性质。许多无极性分、离子如K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、P…等在高频电场作用下都能随着电场的变化而来回运动,形成传导电流而产生“焦耳热”。胶体粒子能吸附周围离子形成带电的胶体粒子,在高频电场作用下,也能产生类似粒子振动引起发热,使微生物体温升高,从而达到消毒灭菌。而利用电磁脉冲的生物学效应来杀菌保鲜主要是利用非热效应。食品的组织结构、营养成分、形状结构和颜色光泽均不遭破坏,因而具有保鲜功能。取常用食品—酱油做实验,采用亚纳秒脉冲放电管作为脉冲源,其参数为:电脉冲上升时间:0.328纳秒;电脉冲半高宽:0.74纳秒;电脉冲幅值:2474伏;平均光强:约10-4坎德拉;光谱范围:300-500纳米。当放电管击穿时,产生高幅值窄脉宽的脉冲信号,用天线将其能量辐射到消毒腔中,同样也可将2450MHz的连续波微波能量馈入腔内,作比较实验。为保证实验可比性,将同一酱油一分为二,分别将上述两种能量作用于其上,实验结果如下表:表1理化指标检验结果波型连续波脉冲波灭菌前菌落总数250(1±20%)万/毫升250(1±20%)万/毫升作用时间90秒25秒功耗0.028kW·h0.009kW·h灭菌后菌落总数2(1±14%)万/毫升(无致病菌)1500(1±14%)个/毫升(无致病菌)可溶性无盐固形物0.1113克/毫升0.1101克/毫升氨基酸态氮0.0040克/毫升0.0042克/毫升全氨0.0089克/毫升0.0090克/毫升表2感化指标检验结果色泽红褐色体态澄清香气只有酱香,无不良气味滋味鲜咸适口,无异味为保证实验数据的可靠性,本实验共用了三对比较样本,结果均在此数据范围内。表明脉冲波灭菌系统较之连续波灭菌系统所耗时间更短、效率更高、耗能更低,是一种