【正文】 的大小及作用時間的長短，可產(chǎn)生四種化學(xué)效應(yīng)：①光致分解（吸收光能能而導(dǎo)致化學(xué)分解的過程）②光致氧化（光作用下，反應(yīng)物失去電子的過程）③光致聚合（光作用下，小分子聚合成大分子的過程）④光致敏化（在光敏劑的參與下，用特定波長的光作用而產(chǎn)生的化學(xué)反應(yīng)） 這些化學(xué)效應(yīng)有時是非常激烈的，使生物大分子吸收激光能量而被激活、振動和電離、產(chǎn)生受激電子、原子、原子團(tuán)、分子和自由基等，引起生物組織內(nèi)產(chǎn)生一系列化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致酶、氨基酸、核酸、和蛋白質(zhì)等生物大分子活性降低或失去活性。也就是說，在液體中產(chǎn)生脈沖放電時，由于電容器組貯存能量在瞬間釋放出來，強(qiáng)大的脈沖電流使放電通道周圍液體瞬間汽化并形成氣泡，高速劇烈膨脹而爆炸，產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖擊波，向四周擴(kuò)散，壓強(qiáng)可達(dá) 100kPa 以上，有的高達(dá) 1010Pa。由于介質(zhì)質(zhì)點振動加速度與振動頻率的平方成正比，雖然振動質(zhì)點的位移和速度不大，由于頻率很高，故振動加速度卻相當(dāng)大，有時超過重力加速度的數(shù)萬倍，如此大的加速度及產(chǎn)生的作用力（F=ma）足以造成對介質(zhì)極大的機(jī)械效應(yīng)，導(dǎo)致其中細(xì)胞不可逆的損傷和破壞。把接種酵母菌的那一袋放入螺旋管的磁場中，經(jīng)過以 40T 磁場殺菌與其它物理—化學(xué)殺菌方法比較，最大的特點是可以對任何形態(tài)（氣體、液體、固體）的物料進(jìn)行殺菌，而且對物料沒有任何的污染。 同樣檸檬汁采用巴斯德殺菌法，其高溫導(dǎo)致口味、香味變化，同時會使維生素及揮發(fā)性組分損失，此外，加熱還能加劇褐變反應(yīng)的進(jìn)行。 超聲滅菌適用于果蔬汁飲料、酒類、牛奶、醬油、茶飲料等液體食品，這對延長食品保鮮、保持食品安全性有重要意義。對不同的物料和在不同的電場強(qiáng)度下也存在一個單位能量閾值，只有超過這個能量閾值才有明顯的殺菌效果。在低壓時也可以利用功率晶體管的導(dǎo)通和截止來把震動器發(fā)出的脈沖信號加在兩電極上建立脈沖電場。 王錫錄等采用正、負(fù)直流高壓，正、負(fù)脈沖高壓和交流高壓對中草藥進(jìn)行滅菌處理，結(jié)果表明，三種電場均具有一定的滅菌效果，中草藥中的痢疾桿菌存活率隨電壓的升高而降低，當(dāng)電壓達(dá)到 30KV 時，痢疾桿菌全部殺死。盡管已經(jīng)廣泛的應(yīng)用了化學(xué)藥品始終無法徹底的殺死存在在糧食表面或者內(nèi)部的各種病蟲和細(xì)菌。 食品工程中殺菌技術(shù)還有很多，如：二氧化氯殺菌技術(shù)、氯氣殺菌技術(shù)、電子滅菌技術(shù)、加熱與加壓并用殺菌技術(shù)、加熱與化學(xué)藥劑并用殺菌技術(shù)、加熱與輻射并用殺菌技術(shù)、靜電殺菌技術(shù)等。 日本最新開發(fā)出的超高壓殺菌機(jī)，操作壓力達(dá) 304507MPa。該技術(shù)由于只處理食品的表面，從而對食品的風(fēng)味和營養(yǎng)成分影響很小，可用于延長以透明材料包裝的食品及新鮮食品的貨架期。 日本三茲公司首創(chuàng)的紅外線無菌包裝機(jī)，全機(jī)由 ML501 型封裝機(jī)和 MS801 型通道式紅外線熱收縮機(jī)組成。研究結(jié)果普遍認(rèn)為微波對微生物的致死效應(yīng)有 2 個方面的因素，即熱效應(yīng)和非熱效應(yīng)。同時臭氧能迅速擴(kuò)散進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，氧化細(xì)胞內(nèi)的酶或 RNA、DNA，從而致死菌原體。它是使食品液迅速升溫至 130℃150℃以上，然后保持幾秒鐘或幾十秒條件后，迅速冷卻的一種殺菌方法，從而實現(xiàn)對料液瞬間的殺菌。1804 年，法國人阿佩爾（Appert）發(fā)明了將食品裝瓶放于沸水中煮一段時間，能較長時間保藏食品的方法，19 世紀(jì) 50 年代，法國人巴斯德（Pasteur）闡明了食品的微生物腐敗機(jī)理，為殺菌技術(shù)的發(fā)展奠定了理論基礎(chǔ)。故不污染環(huán)境、不污染被處理食品。當(dāng)設(shè)備設(shè)計合理，殺菌參數(shù)、劑量掌握的好，殺菌率可達(dá) 99%~100%。主要在殺菌過程中被處理食品的溫升不高，不會引起食品的色、香、味及其組分的改變的殺菌方法，就屬于“冷殺菌工藝”的范疇。 ③進(jìn)一步開發(fā)和擴(kuò)大激光、靜電技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域。 班 級： 學(xué) 號： 作者姓名： 2022 年 5 月 20 日江 南 大 學(xué) 太 湖 學(xué) 院 機(jī) 電 系 機(jī) 械 工 程 及 其 自 動 化 專 業(yè)畢 業(yè) 設(shè) 計 論 文 任 務(wù) 書一、題目及專題： 題目 激光、靜電在食品與發(fā)酵工業(yè)中的應(yīng)用 ２、專題 二、課題來源及選題依據(jù) （1）激光、靜電技術(shù)作用于食品和農(nóng)產(chǎn)品上，對某些加工工藝進(jìn)行調(diào)控，以達(dá)到與傳統(tǒng)加工方法一樣的效果，讓人們更有益。 所有這些技術(shù)可以分為二大類：一類是對食品進(jìn)行熱處理，利用熱能的效應(yīng)來殺菌，故稱為“熱殺菌” 。這對熱敏性食品、飲料等的開發(fā)、生產(chǎn)開發(fā)出了一條新的途徑。由于冷殺菌工藝主要靠電能供能，它的整套組成都比較簡單，基本組成是一個電源箱和相應(yīng)的不大的殺菌室，有時可合二為一，不需要熱殺菌不可缺少的鍋爐、管道、閥門等附加裝置及龐大的殺菌室。可在線連續(xù)生產(chǎn)，也可間歇生產(chǎn)。 食品熱力殺菌可分為低溫殺菌法（巴氏殺菌） 、高溫短時殺菌法和超高溫瞬時殺菌法。 電阻加熱殺菌技術(shù) 電阻加熱殺菌也叫歐姆殺菌，是一種新型熱殺菌方法，它借通入的低頻交電使食品內(nèi)部產(chǎn)生焦耳熱而達(dá)到殺菌的目的，是酸性和低酸性食品和帶顆粒（粒徑小于 25mm）食品進(jìn)行連續(xù)殺菌的一種新技術(shù)。輻照就是利用 X 射線、射線或加速電子射線（最為常用的 Co60 和Cs137 的射線）對食品的穿透力以達(dá)到殺死食品中微生物和蟲害的一種冷滅菌消毒方法。微波殺菌具有穿透力強(qiáng)、節(jié)約能源、加熱效應(yīng)高、適用范圍廣等特點，而且微波殺菌便于控制，加熱均勻，食品的營養(yǎng)成分及色、香、味在殺菌后仍接近食品的天然品質(zhì)。處于 2428nm 區(qū)段的紫外線殺菌力較強(qiáng)，而最強(qiáng)的波長為 250265nm，多以 2357nm 作為紫外線殺菌的波長。所謂高靜壓技術(shù)（HighHydrostaticPressure 簡稱 HHP）就是將食品密封于彈性容器或置于無菌壓力系統(tǒng)中（常以水或其他流體介質(zhì)作為傳遞壓力的媒介物） ，在高靜壓（一般100MPa 以上）下處理一段時間，以達(dá)到加工保藏的目的。膜分離過程根據(jù)推動力的不同，大體上可分為兩。 激光是一種電磁波，也是一種能量流（光子流） ，當(dāng)它作用于生物體時會產(chǎn)生一些特殊的生物效應(yīng)，激光殺菌就基于這些生物效應(yīng)。用 CO2 激光可殺死赤擬谷盜和小麥，裸露玉米象的成蟲。黃煒等利用高壓靜電場對藻類、農(nóng)產(chǎn)品、果汁、牛奶等多種食品進(jìn)行處理，結(jié)果顯示：靜電場能殺滅這些食品中的細(xì)菌，而且對食品中的色、香、味產(chǎn)生影響很小。 國內(nèi)外的一些研究者認(rèn)為影響脈沖放電殺菌效果的決定因素是電場強(qiáng)度，即是以施加電壓除電極間間距所得的值。振動頻率在大于 16Hz 聲波稱為超聲波，它是人耳聽不到的一種聲波。 醬油是采用大豆、小麥粉、麥麩、食鹽等為原料，經(jīng)微生物發(fā)酵而得到的一種液態(tài)食品，具有營養(yǎng)豐富、濃度高、黏度大、微生物存活總數(shù)多等特點。 工業(yè)上常用磁性物體（永久磁體）來建立恒定磁場，用載流（直流或交流）線圈來建立恒定或交變（脈沖）磁場。能避免二次污染，更能避免由于真空包裝而帶來的種種弊端和危害。把一種面包卷切樣， ，一半原樣，另一半均勻混合霉菌孢子達(dá) 3000 單位/ml，裝入塑料袋并放入螺旋管，加上 廣義地說，超聲空化是指激活氣泡或空穴的各種動力學(xué)表現(xiàn)。 在磁場作用下，細(xì)胞內(nèi)的帶電粒子如電子和離子，受到洛侖茲力的影響，其運動軌跡常被限制在一定半徑范圍之內(nèi)，磁場強(qiáng)度越大，這種半徑（拉默半徑）就越小。 高能脈沖磁場產(chǎn)生的化學(xué)效應(yīng)也與激光的化學(xué)效應(yīng)相似。 另外生物體對于磁場是可透過性的，微生物細(xì)胞在磁場下運動時，如果細(xì)胞所做運動是切割磁力線的運動，就會導(dǎo)致其中磁通量變化并激起感應(yīng)電流。②殺菌室的形狀結(jié)構(gòu)、尺寸、數(shù)量、布局以及有無攪拌、冷卻和控溫裝置等。 供能裝置（如激光器，超聲波發(fā)生器、脈沖電源、磁場電源等）的輸出系數(shù)及調(diào)節(jié)與控制方式，例如電壓、電流、功率、場強(qiáng)與能量系數(shù)、波形、頻率及處理時間（或脈沖次數(shù)）等等。 國內(nèi)外食品和發(fā)酵行業(yè)在這方面的研究工作非?；钴S，而且成就非凡。 激光是怎樣產(chǎn)生的？眾所周知，任何物質(zhì)中的原子、離子、分子按其所具有的內(nèi)能不同，分布在一系列不連續(xù)的能級上，即不同能量值的軌道上（圖 ） 。 圖 激光的產(chǎn)生 由于粒子內(nèi)部結(jié)構(gòu)的特殊性，它們在各個能級上的平均壽命是不一樣的，有的長些，有的短些，但是有些粒子在某個或某些高能級上都有相對比較長的平均壽命，這些平均壽命較長的高能級稱為亞穩(wěn)態(tài)能級。對某一具體激光器來說，由于激光工作物質(zhì)的能級結(jié)構(gòu)的不同，產(chǎn)生激光的過程有略有區(qū)別。這種過程稱為受激輻射，此時外來光得到了加強(qiáng)，這就是光放大。光子頻率 ν=（Em－En ）／h，其中 Em，En 分別代表能級 m 和能級 n 的能量，h 為普朗克常數(shù)，h=。我國著名科學(xué)家錢學(xué)森把它取名為激光。它們有一個最佳的組合，才能取得最佳的殺菌效果和最高的殺菌生產(chǎn)率。 例如，要根據(jù)殺菌的能量閾值和生產(chǎn)（殺菌效率）決定下列參數(shù)； 激光器的種類、數(shù)量、工作方式，特別是激光的波長，功率（對連續(xù)激光）或能量（對脈沖激光）的選定。瞬變的磁通在細(xì)胞內(nèi)激起感應(yīng)電流，此感應(yīng)電流與磁場相互作用的力密度可破壞細(xì)胞正常的生理功能。另外還可能使有機(jī)體組織的電子、原子核、原子或分子產(chǎn)生激勵、振動、離化、躍遷以及形成等離子體和活性很高的自由基，影響酶活性等引起一些非正常的生物化學(xué)變化，擾亂正常的生理活動，甚至引起生物組織的變異和損傷。例如 H2O分子及微量 O3 等都有殺菌作用。 脈沖放電殺菌時起主要作用的也是力學(xué)效應(yīng)引起的強(qiáng)烈沖擊波。 它們在介質(zhì)中傳播時，將引起傳播空間內(nèi)介質(zhì)質(zhì)點的振動，使它們具有交變的速度、加速度、位移、壓力、張力、切應(yīng)力（彈性的或黏滯的） 、膨脹、壓縮等。將兩袋完全相同的用蠟紙包裝的 350g 普通 4%的酸奶酪打開一袋，接種濃度為 3500 個/ml的酵母菌并攪勻，另一袋作為對照樣放入冰水中。 高強(qiáng)度脈沖磁場殺菌時，是把已裝（封裝或灌裝）好的物料放入先圈內(nèi)或連續(xù)通過線圈，然后在線圈內(nèi)供應(yīng)高強(qiáng)度的脈沖電流來建立強(qiáng)大的脈沖磁場，利用磁場的生物效應(yīng)來殺菌。 綠茶飲料在加工過程中會發(fā)生褐變，即由最初的黃綠色逐漸變?yōu)樽睾稚?，影響外觀效果和飲料品質(zhì)，但經(jīng)過超聲波處理后，不但各菌種生長極少，而且茶飲料顏色穩(wěn)定，透明性好，也不褐變。 用超聲波殺菌時是通過換能器直接在液體物料內(nèi)建立超聲場，或讓液體物料以一定流量流過超聲場。研究表明，影響脈沖放電殺菌效果的主要因素是單位時間內(nèi)被處理物料單位容積所吸收的能量，以及供能的方式。脈沖電場一般是靠儲能電容器的瞬時充電和瞬時放電來建立的。 建立靜電場的方法也是多種多樣，可以建立在兩個平行平板電極之間，或針一板電極之間或直徑不同的兩套裝的圓桶間隙之內(nèi)。 全球收獲的糧食由于害蟲、微生物的危害，每年損失 18%~20%左右。 膜過濾除菌技術(shù)具有耗能少、在常溫下操作、適于熱敏性物料、工藝適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點，其應(yīng)用前景廣闊，現(xiàn)已廣泛用于食品、生化、制藥、用水及空氣、乳品、果汁等的過濾。溫度、介質(zhì)等對食品超高壓殺菌的模式和效果影響很大間歇性重復(fù)高壓處理是殺死耐壓芽孢的良好方法。動力單元是一個能提供高壓高電流脈沖的部件，它為惰性氣體燈提供能量，惰性氣體燈能發(fā)出由紫外線至近紅外區(qū)域的光線，其光譜與太陽光十分相近，但強(qiáng)度卻強(qiáng)數(shù)千倍至數(shù)萬倍，光脈沖寬度小于 800s。遠(yuǎn)紅外加熱殺菌不需要傳媒，熱直接由物體表面滲透到內(nèi)部，因此不僅可用于一般的粉狀和塊狀食品的殺菌，而且還可用于堅果類食品如咖啡豆、花生和谷物的殺菌以及袋裝食品的直接殺菌。它能以光速向前直進(jìn)，遇到物體阻擋，能引起反射、穿透、吸收等現(xiàn)象，用于殺菌的微波頻率為 2450Hz。 臭氧殺菌技術(shù) 臭氧在水中極不穩(wěn)定，時刻發(fā)生還原反應(yīng)，產(chǎn)生具有強(qiáng)烈氧化作用的單原子氧，在其產(chǎn)生瞬時,與細(xì)菌細(xì)胞壁中的脂蛋白或細(xì)胞膜中的磷脂質(zhì)、蛋白質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而使細(xì)菌的細(xì)胞壁和細(xì)胞膜受到破壞，細(xì)胞膜的通透性增加，細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)外流，使細(xì)菌失去活性。超高溫處理可分為間接加熱和直接加熱兩大類型。1 主要殺菌方法 高壓釜熱殺菌技術(shù) 利用加熱殺滅食品中有害微生物的方法既是古老的方法，也是現(xiàn)代極其重要的一種殺菌技術(shù)。冷殺菌設(shè)備靠電工作，不但使用、維修、控制方便，而且不會產(chǎn)生廢氣、廢水、噪音或者很小的噪音，也可以采取簡單設(shè)施加以避免。殺菌效果好。 目前，所謂“冷殺菌”還沒有統(tǒng)一的定義，我認(rèn)為“冷殺菌”不等于“常溫殺菌” 。 因為它在安全性，可靠性，使用性，經(jīng)濟(jì)性等各個方面都優(yōu)越于其它技術(shù)。 （2）激光、靜電技術(shù)在食品與發(fā)酵工業(yè)研究狀況及其發(fā)展前景。雖然有時的殺菌效果滿足要求，但它有一個致命的弱點：就是熱處理往往會改變食品的色香味及其組分，對產(chǎn)品的質(zhì)量、風(fēng)味、滋味、色相及營養(yǎng)價值都產(chǎn)生很大的負(fù)面影響，有些熱敏感食品根本不能采用熱殺菌工藝，這也大大限制了很多新產(chǎn)品、新食品、新飲料的開發(fā)。冷殺菌的能耗低，因為冷殺菌主要采用的是電能，它是利用電物理、電化學(xué)的生物效應(yīng)，而不是靠熱效應(yīng)來殺菌。故占地面積小。被殺菌物料在電場或磁場、聲場、化學(xué)場內(nèi)，處理幾秒鐘就可達(dá)到殺菌目的。前兩種方法，由于殺菌效果穩(wěn)定，操作簡單，設(shè)備