【正文】 到很大的限制。而且紅外線光波穿透力強，可用于處理瓶裝啤酒。研究顯示啤酒短期受激光紅外線照射，可有效抑制酵母繁殖，并殺死細(xì)菌。蠟狀桿菌對激光有一定的抵抗力，要殺滅蠟狀桿菌，激光功率應(yīng)在 15~18w，照射時間應(yīng)達到 5 秒鐘[17] 。從表可見激光功率為2w、5w、10w；射距在 20cm 之內(nèi)；照射時間為 5 秒時對蠟狀桿菌的細(xì)菌和菌落均無殺滅作用。②激光功率為 5w 以上（5w~18w） ，射距在 20cm 之內(nèi)，照射時間為 1 秒對金黃色葡萄球菌，大腸桿菌，綠膿桿菌三種細(xì)菌和菌落有殺滅作用。進行了 3 次殺菌實驗，試驗結(jié)果表明，二氧化碳激光對普通營養(yǎng)瓊脂平板表面細(xì)菌繁殖體單個菌落和菌液的殺滅效果相同[16] 功率距離照射 1 秒鐘殺死不同菌的效果 照射5 秒激光、靜電在食品與發(fā)酵工業(yè)中的應(yīng)用13（w）（cm）金黃色葡萄球菌大腸桿菌綠膿桿菌蠟狀桿菌殺滅蠟狀桿菌結(jié)果2 1 + + + + +10+ + + + +20+ + + + +5 1 _ _ _ + +10_ _ _ + +20_ _ _ + +101 _ _ _ + +10_ _ _ + +20_ _ _ + +151 _ _ _ + _10_ _ _ + _20_ _ _ + _181 _ _ _ + _10_ _ _ + _20_ _ _ + _表 二氧化碳激光殺菌效果注：+為有菌生長；—為無菌生長。飛秒激脈沖可以冷卻病毒周圍的溶液，減少對正常血液成分的熱損傷。照射時間 10h。美國一個研究小組發(fā)現(xiàn)，用功率飛秒激光照射溶液中的細(xì)胞病毒，可以使傳染性病毒數(shù)量減少。CO2 激光可以殺死多種細(xì)菌，用激光殺菌發(fā)現(xiàn)，二氧化碳激光器比較適合食品表面的消毒殺菌，二氧化碳激光對酵母菌的生長具有明顯的致死效應(yīng)，而造成酵母菌致死的因素，可能是光量子流和產(chǎn)熱效應(yīng)的協(xié)同作用，是酵母菌細(xì)胞內(nèi)的重要的大分子物質(zhì)，如蛋白質(zhì)和核酸等受到嚴(yán)重?fù)p傷，而這種損傷對于細(xì)胞內(nèi)在的修復(fù)機制來說已經(jīng)無能為力了，導(dǎo)致不可逆的變性，引發(fā)細(xì)胞死亡。其中綠膿桿菌對激光的照射最為敏敢，其次是金黃色葡萄球菌，而大腸桿菌對激光最為耐受。Nd ：YAG 激光器比較適合于液體食品內(nèi)部的殺菌。 脈沖激光例如：Nd：YAG 激光對各種細(xì)菌有不同程度的殺菌作用。激光殺菌可以是利用熱效應(yīng)殺菌，也可以是它的非熱效應(yīng)殺菌[15]。激光可用于殺菌、消毒，不同劑量和波長的激光可以殺死不同的細(xì)菌，病毒，各種寄身蟲。 10 激光輸出能量的調(diào)制和控制系統(tǒng)。 圖 激光設(shè)備示意圖 8 光學(xué)系統(tǒng)（包括聚焦或發(fā)散系統(tǒng)，觀察系統(tǒng)。激光、靜電在食品與發(fā)酵工業(yè)中的應(yīng)用11 6 數(shù)控坐標(biāo)工作臺。 4 電能供應(yīng)系統(tǒng)（激光電源） 。 3 抽運系統(tǒng)。 2 冷卻系統(tǒng)。 1 激光器。 被殺菌材料的特性 被殺菌材料的吸收帶、ph 值、顏色、透明度及所含雜志的種類、性質(zhì)、顆粒大小等也會大大影響激光的處理效果。當(dāng)然有時為了加大激光的作用面積還要采用光學(xué)系統(tǒng)，關(guān)于光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計及參數(shù)這里就不詳述了。他們存在以下關(guān)系；θ=λ/D，激光的波長 λ 盡量選擇得與被處理物質(zhì)的光學(xué)吸收帶相同或相近，使物質(zhì)能更好的更多的吸收激光能量。對脈沖輸出的激光是指脈沖次數(shù)，對周期重復(fù)脈沖激光還有以下幾項；脈沖寬度ti（脈沖持續(xù)時間） ；脈沖頻率 f（影響激光作用的生產(chǎn)效率） 。照射時間越長，激光對被照物的作用時間越長。激光功率和脈沖能量在訂購激光器時由廠家提供。對脈沖激光器是指(單) 脈沖能量 Wm（J） 。巨脈沖輸出可獲得很高的峰值功率，這對某些應(yīng)用是很重要的，但價格比較昂貴。一般情況下，連續(xù)輸出的激光功率比較大，也比較穩(wěn)定，效率也高但熱效應(yīng)比較顯著。從中醫(yī)學(xué)的觀點來看，激光可改變或調(diào)節(jié)照射部位及整個人的生物電磁性能，激發(fā)經(jīng)絡(luò)中的經(jīng)氣，調(diào)節(jié)體內(nèi)陰陽平衡和氣血運行，疏通經(jīng)絡(luò)，達到防病、治病，增加免疫能力，甚至麻醉效果，激光針灸、麻醉及各種治療就是基于這一效應(yīng)。表明這一理論尚不成熟。在國外，有關(guān)弱激光生物刺激作用機理學(xué)說很不一致。適當(dāng)劑量的激光能量作用于生物體一定的部位以后，作為對這種適當(dāng)刺激量的回答性反應(yīng)，在分子水平上是調(diào)整蛋白質(zhì)和核酸的合成，影響 DNA 的復(fù)制，調(diào)節(jié)酶的功能，在細(xì)胞水平上是動員代償、營養(yǎng)、修復(fù)、免疫和其它防御機制來消除病理的過程。在生物體內(nèi)外感受器接受刺激后引起沖動，傳入末梢神經(jīng)，到達反應(yīng)器發(fā)生反應(yīng)。 “刺激”是生物體機能學(xué)上的一個概念。如能刺激各種酶的活性和酶促反應(yīng)，增加血液中吞噬細(xì)胞，紅血球和血色素的含量，從而加速血管的生長和發(fā)育，促進創(chuàng)傷，潰瘍的愈合。利用激光的電磁效應(yīng)而發(fā)展出的激光光纖技術(shù)，可利用激光來捕捉、操縱像原生動物、酵母菌、細(xì)菌、病毒等這樣小的微生物而又不至于傷害它們，這種技術(shù)在細(xì)胞工程和基因工程有廣泛用途。激光的電磁場效應(yīng)，達到一定值時，會影響生物電位，因此在神經(jīng)脈沖傳遞過程中會起到刺激、抑制或破壞作用。如此強大的電磁場，與生物分子的直接作用，可能對細(xì)胞和組織本身固有的、由一定的游離電荷產(chǎn)生的生物電磁場產(chǎn)生干擾，影響其生理狀態(tài)。有時壓力效應(yīng)對生物組織的損傷，遠遠大于熱效應(yīng)造成的損傷，而且可遠離照射部位。 激光的壓力效應(yīng)是以上各種壓力效應(yīng)的總和，當(dāng)達到一定值時，也會產(chǎn)生極強的物理和生物作用。由于焦點及其附近的溫度極高，可達華氏數(shù)萬度，并使等離子體迅速膨脹，產(chǎn)生沖擊波向各個方向傳播，形成極大的沖擊壓力，而且產(chǎn)生沖擊波的強度與所吸收的能量成正比。以上原理加上選擇激性揮發(fā)與分餾，熱與化學(xué)劑腐蝕，以及激波效應(yīng)等就構(gòu)成了激光清洗技術(shù)的基礎(chǔ)。有時物質(zhì)表面有液膜或表面有液體或水分的情況，在高能量的激光作用下，液體介質(zhì)在溫度瞬間就超過其汽化溫度形成爆炸性蒸發(fā)。二是由于聚焦激光在物質(zhì)中產(chǎn)生局部瞬間熱效應(yīng)，造成組織膨脹、變形、氣化等現(xiàn)象，從而產(chǎn)生所謂次生沖擊波壓（二次壓力）[10]。 壓力效應(yīng)任何光脈沖都具有一定的動能，光壓效應(yīng)就是光子把它的動能傳給吸收體的結(jié)果。這是近期迅速發(fā)展的基因工程的主要內(nèi)容[9]。由于生物大分子吸收激光能量而被激活，振動和電離產(chǎn)生受激原子、分子和自由基等，引起組織內(nèi)發(fā)生一系列化學(xué)反應(yīng)。遠紫外線光子能量太高，生物分子不吸收；紅外激光能量太低，生物分子吸收后增加分子的熱運動。當(dāng)激光照射能量未達到破壞生物組織的程度時，光化作用是非常重要的。斯坦福大學(xué)的化學(xué)家還用紅外激光，使水分子的一個鍵誘發(fā)振動，然后在用其它氫原子轟擊。例如激光在分離同位素和獲得特別純凈物質(zhì)方面都取得了重大突破。這就可以靠改變激光的波長和功率，控制反應(yīng)劑，使它們進入需要的受激振動狀態(tài)，有選擇的撕裂某些化學(xué)鍵，使化學(xué)反應(yīng)按規(guī)定的方向和所要求的速度進行，也可江南大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文8以控制或加速某些化學(xué)反應(yīng)。利用特定波長和功率的激光，將會激勵某些特定的原子和原子團，使它們處于諧振狀態(tài)，這種激勵是異常激烈的，會導(dǎo)致受激的化學(xué)鍵斷裂，分子撕裂，被撕裂的分子鍵是空位的，不穩(wěn)定的，將和其他的原子和活性原子團化合，也就是說，產(chǎn)生了新的化合物。 光化學(xué)反應(yīng)激光會引起、激發(fā)和控制化學(xué)反應(yīng)。遺傳學(xué)研究表明，激溫是誘發(fā)突變的重要因素之一。激光的熱效應(yīng)除了由于功率密度高直接引起的升溫外，還有激溫作用。當(dāng)激光照射生物組織時，同樣會產(chǎn)生熱效應(yīng)，而且由于生物組織細(xì)胞內(nèi)含有諸如黑色素/ 血紅蛋白/胡蘿卜素等多種色素的存在，能增加光能的吸收，從而使激光的熱效應(yīng)更加顯著。任何激光的照射都有熱效應(yīng)，尤其以可見紅外光譜區(qū)的長脈沖激光和連續(xù)激光的熱效應(yīng)更為明顯。在宏觀上表現(xiàn)為受照射的局部逐漸變熱，溫度升高。 激光器按工作物質(zhì)的種類，可分為氣體激光器、固體激光器、液體激光器和半導(dǎo)體激光器；按工作波段分，有亞毫米波激光器、遠紅外波激光器、紅外波激光器、近紅外波激光器、可見光波激光器、紫外波激光器及其真空紫外波激光器；按激光器工作方式分為脈沖激光器和連續(xù)激光器[7]。各種工作物質(zhì)，工作（運轉(zhuǎn)）方式的激光器不斷出現(xiàn)。激光束的振蕩模式主要取決于光學(xué)諧振腔的結(jié)構(gòu)，工作物質(zhì)的種類，聚焦系統(tǒng)以及其他一些條件 時間結(jié)構(gòu) 圖 激光的模式 激光束的時間結(jié)構(gòu)，一般指它的輸出波形，激光的輸出波形有連續(xù)（CW）振蕩，正態(tài)脈沖振蕩，Q 開關(guān)（巨脈沖）振蕩以及超短波脈沖振蕩等，振蕩類型及輸出波形如圖 所示[6] （a）連續(xù)振蕩（CW） ；（b）正態(tài)脈沖振蕩（脈沖） ；（c）Q 開關(guān)振蕩（巨脈沖） 圖 時間結(jié)構(gòu) 激光器的分類激光器是發(fā)射激光的器件，如前所述，它有激光工作物質(zhì)，光學(xué)諧振腔和激勵裝置等部件組成。對方形鏡腔（m、n 取 1，2，…整數(shù)值） 。 空間結(jié)構(gòu)一般指它的振蕩模式，在垂直于激光束的輸出方向（橫向）的平面上的振幅分布形式或說花樣，稱為橫模，用 TEMmn 表示（圖 ） 。這里應(yīng)該值得注意的是，絕不能把激光的亮度誤解為激光所發(fā)出的光能量，比相同時間內(nèi)太陽光給出的還多。所以激光是現(xiàn)代最亮的光源，只有氫彈爆炸瞬間強烈的閃光才能與之相比?！鳓?],單位為[瓦/（厘米 2 圖 激光全息攝影術(shù) 亮度高（能量密度大）亮度的定義是光源發(fā)光面上單位面積，單位時間向單位立體角范圍內(nèi)所發(fā)射的能量[B=△E/( △S激光也是一種電磁波，它是受激粒子同步式的同時振動而發(fā)出來的波長（或頻率）相同的，其相位或相位差在時間上保持不變的，是整齊有序的，所以合成后形成的電磁波（激光）是相位整齊，在時間和空間上是規(guī)則有序的，振幅大，呈現(xiàn)出穩(wěn)定明暗條紋的波，也就是說激光具有很好的相干性。 相干性好倘若有二列或二列以上的波同時傳到空間某點時，則該點處質(zhì)點的總位移是各列波引起的位移的矢量和。 激光的單色性好為精密測量和科學(xué)研究提供極為有利的條件，它是引起激光生物效應(yīng)的重要因素，并開拓了一系列與生物醫(yī)學(xué)、遺傳工程有關(guān)的新方法和新技術(shù)。如氦氖激光器的波長為，其波長變化范圍不到萬分之一納米，比一般色光小 300 多萬倍。白色的太陽光包含紅、橙、黃、綠、青、藍、紫 7 種顏色可見光及紅外光、紫外光等不可見光所組成的連續(xù)光譜。激光束借助江南大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文4光學(xué)發(fā)射系統(tǒng)，發(fā)散角可以小到幾乎為零，接近于平行光束。普通光源（如白熾燈）向四面八方發(fā)光，而激光器只朝一個方向發(fā)光，而且光束的發(fā)散角極小。 激光的物理特性激光本身也是一種光，所以它也具有一般光的共性，如光的反射、折射、繞射等，但激光與普通光比較具有以下明顯的特點[3]。 （3）光學(xué)諧振腔 它是在激活介質(zhì)兩端相對放置的一對具有一定曲率半徑的反射鏡片。 由以上分析可以看出，產(chǎn)生激光必須具有以下條件（圖 ） 圖 固體激光器 （1）激活介質(zhì) 即通過外界激勵能實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)和發(fā)射出激光的物質(zhì)體系，也稱激光工作物質(zhì)或增益介質(zhì)。上面定性地描述了激光的產(chǎn)生過程。處于亞穩(wěn)態(tài)能級上的粒子越多，則光放大就越強[2]。ν=E2——E1 的外來光子或其他相同能量的誘發(fā)源的作用，在亞穩(wěn)態(tài)能級 E2 上所積累的粒子就躍激光、靜電在食品與發(fā)酵工業(yè)中的應(yīng)用3遷到 E1 能級并發(fā)射出與誘發(fā)光子同樣性質(zhì)（即頻率、相位、偏振、傳播方向相同）的光子。如果外界激勵能量足夠強，就可以使處于高能級（亞穩(wěn)態(tài)能級）上的粒子數(shù)目大于處于低能級的粒子數(shù)目，粒子的這種分布狀態(tài)與前面所說的正常分布相反而稱為粒子數(shù)反轉(zhuǎn)或反分布。自發(fā)輻射是的重要特征是具有隨機性，發(fā)射出的光子的頻率大小，傳播方向和步調(diào)都不一樣，毫無規(guī)律，故自發(fā)輻射的光是各種波長光子的無序組合，是方向性、單色性差的非相干光，例如普通電燈、日光燈、高壓水銀燈等發(fā)射出來的光。[1] 兩個能級距離相差越大，頻率就越高，波長就越短。當(dāng)粒子受到外界的激勵（如光、電、熱、化學(xué)等） ，吸收了外來的能量，就會由低能級躍遷到高能級，粒子在激發(fā)能級的平均停留時間（稱為壽命）是很短的，總是力圖躍遷到較低的能級上（例如躍遷到 E2 能級上） ，在此過程中將多余的能量以光子的形式（也有熱或其它形式的）自發(fā)的釋放出來。在通常條件下，絕大多數(shù)粒子是處在能量最低的能級 E1 上（稱為基能級） ，處于比基能級高的能級（稱為激發(fā)能級）的粒子也比較少的。激光的問世，標(biāo)志著人類掌握和利用光現(xiàn)象已進入了一個新階段，是繼量子物理學(xué)、無線電技術(shù)、原子能技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)、電子計算機技術(shù)之后的又一重大科學(xué)技術(shù)新成就。1960 年美國 界上第一臺紅寶石激光器，向全世界宣告了激光的誕生。英文名稱是 Laser，中文意思是受激輻射產(chǎn)生的光放大。 主要內(nèi)容有： 光電聲磁的物理特性及與物質(zhì)的相互作用效應(yīng)（尤其是生物效應(yīng)）與機理。 實踐證明，在這方面的成功應(yīng)用，可開發(fā)出一系列高層次的新技術(shù)、新工藝、新產(chǎn)品、新設(shè)備，帶來十分巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。激光、靜電在食品與發(fā)酵工業(yè)中的應(yīng)用激光、靜電在食品與發(fā)酵工業(yè)中的應(yīng)用畢業(yè)設(shè)計目 錄1 緒論 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