【正文】 對某一具體激光器來說，由于激光工作物質的能級結構的不同，產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，這就是光放大。 圖 激光的產生 由于粒子內部結構的特殊性，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。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，h=。 激光是怎樣產生的？眾所周知，任何物質中的原子、離子、分子按其所具有的內能不同，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 ） 。我國著名科學家錢學森把它取名為激光。 國內外食品和發(fā)酵行業(yè)在這方面的研究工作非?；钴S，而且成就非凡。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率。 供能裝置（如激光器，超聲波發(fā)生器、脈沖電源、磁場電源等）的輸出系數及調節(jié)與控制方式，例如電壓、電流、功率、場強與能量系數、波形、頻率及處理時間（或脈沖次數）等等。 例如，要根據殺菌的能量閾值和生產（殺菌效率）決定下列參數； 激光器的種類、數量、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。②殺菌室的形狀結構、尺寸、數量、布局以及有無攪拌、冷卻和控溫裝置等。瞬變的磁通在細胞內激起感應電流，此感應電流與磁場相互作用的力密度可破壞細胞正常的生理功能。 另外生物體對于磁場是可透過性的，微生物細胞在磁場下運動時，如果細胞所做運動是切割磁力線的運動，就會導致其中磁通量變化并激起感應電流。另外還可能使有機體組織的電子、原子核、原子或分子產生激勵、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。 高能脈沖磁場產生的化學效應也與激光的化學效應相似。例如 H2O分子及微量 O3 等都有殺菌作用。 在磁場作用下，細胞內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，磁場強度越大，這種半徑（拉默半徑）就越小。 脈沖放電殺菌時起主要作用的也是力學效應引起的強烈沖擊波。廣義地說，超聲空化是指激活氣泡或空穴的各種動力學表現。 它們在介質中傳播時，將引起傳播空間內介質質點的振動，使它們具有交變的速度、加速度、位移、壓力、張力、切應力（彈性的或黏滯的） 、膨脹、壓縮等。把一種面包卷切樣， ，一半原樣，另一半均勻混合霉菌孢子達 3000 單位/ml，裝入塑料袋并放入螺旋管，加上 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。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。 高強度脈沖磁場殺菌時，是把已裝（封裝或灌裝）好的物料放入先圈內或連續(xù)通過線圈，然后在線圈內供應高強度的脈沖電流來建立強大的脈沖磁場，利用磁場的生物效應來殺菌。 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。 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，但經過超聲波處理后，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。 醬油是采用大豆、小麥粉、麥麩、食鹽等為原料，經微生物發(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、微生物存活總數多等特點。 用超聲波殺菌時是通過換能器直接在液體物料內建立超聲場，或讓液體物料以一定流量流過超聲場。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。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被處理物料單位容積所吸收的能量，以及供能的方式。 國內外的一些研究者認為影響脈沖放電殺菌效果的決定因素是電場強度，即是以施加電壓除電極間間距所得的值。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。黃煒等利用高壓靜電場對藻類、農產品、果汁、牛奶等多種食品進行處理，結果顯示：靜電場能殺滅這些食品中的細菌，而且對食品中的色、香、味產生影響很小。 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。用 CO2 激光可殺死赤擬谷盜和小麥，裸露玉米象的成蟲。 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。 激光是一種電磁波，也是一種能量流（光子流） ，當它作用于生物體時會產生一些特殊的生物效應，激光殺菌就基于這些生物效應。 膜過濾除菌技術具有耗能少、在常溫下操作、適于熱敏性物料、工藝適應性強等優(yōu)點，其應用前景廣闊，現已廣泛用于食品、生化、制藥、用水及空氣、乳品、果汁等的過濾。膜分離過程根據推動力的不同，大體上可分為兩。溫度、介質等對食品超高壓殺菌的模式和效果影響很大間歇性重復高壓處理是殺死耐壓芽孢的良好方法。所謂高靜壓技術（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，以達到加工保藏的目的。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，但強度卻強數千倍至數萬倍，光脈沖寬度小于 800s。處于 2428nm 區(qū)段的紫外線殺菌力較強，而最強的波長為 250265nm，多以 2357nm 作為紫外線殺菌的波長。遠紅外加熱殺菌不需要傳媒，熱直接由物體表面滲透到內部，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。微波殺菌具有穿透力強、節(jié)約能源、加熱效應高、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。它能以光速向前直進，遇到物體阻擋，能引起反射、穿透、吸收等現象，用于殺菌的微波頻率為 2450Hz。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到殺死食品中微生物和蟲害的一種冷滅菌消毒方法。 臭氧殺菌技術 臭氧在水中極不穩(wěn)定，時刻發(fā)生還原反應，產生具有強烈氧化作用的單原子氧，在其產生瞬時,與細菌細胞壁中的脂蛋白或細胞膜中的磷脂質、蛋白質發(fā)生化學反應，從而使細菌的細胞壁和細胞膜受到破壞，細胞膜的通透性增加，細胞內物質外流，使細菌失去活性。 電阻加熱殺菌技術 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部產生焦耳熱而達到殺菌的目的，是酸性和低酸性食品和帶顆粒（粒徑小于 25mm）食品進行連續(xù)殺菌的一種新技術。超高溫處理可分為間接加熱和直接加熱兩大類型。 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。1 主要殺菌方法 高壓釜熱殺菌技術 利用加熱殺滅食品中有害微生物的方法既是古老的方法，也是現代極其重要的一種殺菌技術?？稍诰€連續(xù)生產，也可間歇生產。冷殺菌設備靠電工作，不但使用、維修、控制方便，而且不會產生廢氣、廢水、噪音或者很小的噪音，也可以采取簡單設施加以避免。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。殺菌效果好。這對熱敏性食品、飲料等的開發(fā)、生產開發(fā)出了一條新的途徑。 目前，所謂“冷殺菌”還沒有統(tǒng)一的定義，我認為“冷殺菌”不等于“常溫殺菌” 。 所有這些技術可以分為二大類：一類是對食品進行熱處理，利用熱能的效應來殺菌，故稱為“熱殺菌” 。 因為它在安全性，可靠性，使用性，經濟性等各個方面都優(yōu)越于其它技術。 班 級： 學 號： 作者姓名： 2022 年 5 月 20 日江 南 大 學 太 湖 學 院 機 電 系 機 械 工 程 及 其 自 動 化 專 業(yè)畢 業(yè) 設 計 論 文 任 務 書一、題目及專題： 題目 激光、靜電在食品與發(fā)酵工業(yè)中的應用 ２、專題 二、課題來源及選題依據 （1）激光、靜電技術作用于食品和農產品上，對某些加工工藝進行調控，以達到與傳統(tǒng)加工方法一樣的效果，讓人們更有益。 （2）激光、靜電技術在食品與發(fā)酵工業(yè)研究狀況及其發(fā)展前景。 ③進一步開發(fā)和擴大激光、靜電技術的應用領域。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，對產品的質量、風味、滋味、色相及營養(yǎng)價值都產生很大的負面影響，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品、新食品、新飲料的開發(fā)。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。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、電化學的生物效應，而不是靠熱效應來殺菌。當設備設計合理，殺菌參數、劑量掌握的好，殺菌率可達 99%~100%。故占地面積小。故不污染環(huán)境、不污染被處理食品。被殺菌物料在電場或磁場、聲場、化學場內，處理幾秒鐘就可達到殺菌目的。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 50 年代，法國人巴斯德（Pasteur）闡明了食品的微生物腐敗機理，為殺菌技術的發(fā)展奠定了理論基礎。前兩種方法，由于殺菌效果穩(wěn)定，操作簡單，設備投資小，已有悠久的應用歷史，現今還廣泛用在各類罐藏食品、飲料、酒類、藥品、乳品的生產中。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，從而實現對料液瞬間的殺菌。 電阻加熱殺菌使用交流電的頻率為 5060Hz，它利用電極將電流直接導入食品，由食品自身的介電性質產生熱量，以達到殺菌的目的。同時臭氧能迅速擴散進入細胞內，氧化細胞內的酶或 RNA、DNA，從而致死菌原體。經輻照的食品或生物會形成離子、激發(fā)態(tài)分子或分子碎片，進而這些產物間又相互作用，生成與原始物質不同的化合物，在化學效應的基礎上，受輻照物料或生物體還發(fā)生一系列生物學反應，從而導致害蟲、蟲卵、微生物體內的蛋白質、核酸及促進生化反應的酶受到破壞、失去活力，進而終止農產品、食品被侵蝕和生長老化的過程，維持品質穩(wěn)定。研究結果普遍認為微波對微生物的致死效應有 2 個方面的因素，即熱效應和非熱效應。微波殺菌目前主要用于肉、魚、豆制品、牛乳、水果及啤酒等的殺菌。 日本三茲公司首創(chuàng)的紅外線無菌包裝機，全機由 ML501 型封裝機和 MS801 型通道式紅外線熱收縮機組成。當微生物被紫外線照射過，其細胞的部分氨基酸和核酸吸收紫外線，產生光化學作用，引起細胞內成分，特別是核酸、原漿蛋白、酯的化學變化，使細胞質變性，從而導致微生物的死亡。該技術由于只處理食品的表面，從而對食品的風味和營養(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。在高壓下，會使蛋白質和酶發(fā)生變性，微生物細胞核膜被壓成許多小碎片和原生質等一起變成糊狀，這種不可逆的變化即可造成微生物死亡。 日本最新開發(fā)出的超高壓殺菌機，操作壓力達 304507MPa。一類是以壓力為推動力的膜過程，如超濾；另一類是以電為推動力的膜過程，稱為離子交換，如電滲析。 食品工程中殺菌技術還有很多，如：二氧化氯殺菌技術、氯氣殺菌技術、電子滅菌技術、加熱與加壓并用殺菌技術、加熱與化學藥劑并用殺菌技術、加熱與輻射并用殺菌技術、靜電殺菌技術等。 激光殺菌時，是把由激光器發(fā)出的激光束對待殺菌物料進行掃描或者把激光束射入液體物料中，由于激光束一般都很細，可采用特殊處理的光纖把激光散射開來，增大它的作用空間。盡管已經廣泛的應用了化學藥品始終無法徹底的殺死存在在糧食表面或者內部的各種病蟲和細菌。我們在長寬高=18012040mm 的殺菌室內，用懸浮在自來水中的大腸桿菌作試材，用 HeNe 激光器發(fā)出的激光與超聲波同時作用 1min 菌落總數由，90200 個/ml 減少為 0，殺菌率為 100%，溫升只有 2℃。 王錫錄等采用正、負直流高壓，正、負脈沖高壓和交流高壓對中草藥進行滅菌處理，結果表明，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，當電壓達到 30KV 時，痢疾桿菌全部殺死。 脈沖電場殺菌技術 這是目前國內外研究最為熱門的一項殺菌技術。在低壓時也可以利用功率晶體管的導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。他們認為脈沖放電殺菌時存在一個電場強