【正文】 技術 ................................................................47 靜電技術 ..............................................................47 靜電生物效應 ..........................................................49 電離效應 ..........................................................49 電生物效應失調 ....................................................49 靜電場影響酶活性 ..................................................49 高壓靜電場對酶活性的影響 ..........................................50 靜電技術的應用 ........................................................50 高壓靜電場的保鮮技術 ..............................................50 靜電干燥 ..........................................................54 高壓電場對液體類物料的濃縮 ........................................55 高壓靜電場輔助提取 ................................................56 高壓靜電場催陳 ....................................................56 高壓靜電場凍結與解凍 ..............................................63 靜電技術用于釀酒酵母菌的誘變 ......................................64 靜電殺菌(Electrostatic for sterilization) .........................657 結論與展望 ..............................................................69 小結 ..................................................................69 不足之處與未來的展望 ..................................................69致謝 .......................................................................70參考文獻： .................................................................71 1 緒論 光（激光） 、電（脈沖放電） 、聲（超聲波） 、磁（磁場處理）在食品和發(fā)酵工業(yè)中的應用是一個新的課題。 對超聲殺菌還要考慮：實踐證明，以上三方面是一個有機的統(tǒng)一體。被處理物料的特性，如電導率，電阻率，濃度及均勻（均質）狀態(tài)，汽（氣）泡的含量，固體物的大小及含量，所含的菌種、狀態(tài)及數(shù)量，處理時的溫度及 pH 值等。 脈沖磁場殺菌，要確定磁場的產(chǎn)生方法和電源種類的選擇，殺菌用工作線圈的幾何形狀及物理特性及尺寸的決定磁場強度及頻率的確定等。 脈沖電場殺菌時，要決定脈沖電源的種類，特別是輸出的波形（方波還是其它形式的波形） ，放電方式（自發(fā)脈沖放電，還是強制脈沖放電）及控制方式與元件和設備，電場強度的大小及單位容積殺菌能量值的決定等。就能取得極好的殺菌效果和極高的殺菌生產(chǎn)率。 這些往往是影響殺菌效果的重要因素，國內外的一些專利，主要“?！痹谶@些方面。當采用組合方式殺菌時，幾種能量是同時作用（并行）還是連續(xù)—半行作用。3 影響殺菌效果的因素 用光、電、聲、磁的生物效應殺菌時，影響殺菌效果的因素主要有以下幾方面。當細胞處于脈沖磁場時，由于磁場的瞬間出現(xiàn)和消失，必然在細胞內產(chǎn)生瞬變的磁通量。這個電流的大小、方向和形式是對細胞產(chǎn)生生物效應的主要原因。 強脈沖電磁場會大大影響生物細胞膜的通透性，改變膜內外帶電離子的分布和電位的突變，交變，形成不可逆的通孔，特別是脈沖電磁場作用產(chǎn)生的振蕩效應，更會使孔加大和擊穿而導致生物細胞膜崩潰，而加速細胞死亡。激光的電磁場效應，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。 高能量的電磁場可大大影響生物體，細菌體內電子的傳遞運動，會產(chǎn)生電子自旋共振，從而影響和破壞與電子傳遞有關的生命活動。 電磁與振蕩效應加劇細菌死亡 光、電、聲、磁都是高頻的電磁波，在它們的作用下除了有高頻電場之外還伴隨有高頻的磁場。所以用不同劑量（功率密度）和波長的激光可以殺死不同的細菌、病毒和各種寄生蟲。 激光的化學效應更加明顯，在激光與物質相互作用時，根據(jù)波長的不同，功率密度的大小及作用時間的長短，可產(chǎn)生四種化學效應：①光致分解（吸收光能能而導致化學分解的過程）②光致氧化（光作用下，反應物失去電子的過程）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)生的化學反應） 這些化學效應有時是非常激烈的，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、分子和自由基等，引起生物組織內產(chǎn)生一系列化學反應，導致酶、氨基酸、核酸、和蛋白質等生物大分子活性降低或失去活性。會引起細胞內 DNA 的致命損傷而導致細菌死亡，會在液體中產(chǎn)生一些活性離子、粒子及分子。 磁場強較大時，洛侖茲力加大，拉默半徑小于細胞的大小，導致細胞內的電子和離子不能正常傳遞，從而影響了細胞正常的生理功能，甚至產(chǎn)生變異和死亡。 在脈沖磁場的作用下，食品中的帶電粒子將產(chǎn)生高速運動，撞擊食品分子，使食品分子分解，產(chǎn)生陰、陽離子，這些陰、陽離子在磁場的作用下極為活躍，可穿過細胞膜，與微生物內的生命物質如蛋白質、RNA 作用，而阻斷細胞內正常生化反應和新陳代謝的進行，導致細胞死亡，進而殺死細菌。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)生強烈的沖擊波，向四周擴散，壓強可達 100kPa 以上，有的高達 1010Pa。這樣高的爆炸壓力，將炸死液體中的某些細菌或使某些病毒喪失其毒力，甚至會使細菌形態(tài)結構破裂和溶解。也就是說當超聲波在液體中傳播時，液體中的微小氣泡（氣泡或空穴） ，在聲場的作用下被激活，它表現(xiàn)為這些氣泡（空化核）的振蕩、生長、收縮及崩潰等一系列動力學過程。 當超聲波在液體中傳播時，會產(chǎn)生一種特殊現(xiàn)象—空化。由于介質質點振動加速度與振動頻率的平方成正比，雖然振動質點的位移和速度不大，由于頻率很高，故振動加速度卻相當大，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）足以造成對介質極大的機械效應，導致其中細胞不可逆的損傷和破壞。 組合殺菌技術光電聲磁技術的殺菌機理 利用光、電、聲、磁的生物效應來殺菌，其作用機理歸納起來只要有以下幾方面； 機械—力學效應 無論是激光，還是脈沖電場，超聲波或者脈沖磁場，它們都有兩重性，即是高能的電磁波，又是高能的粒子流，而且有很高振蕩頻率。 的脈沖磁場作用一次，測得霉菌孢子只剩 1 單位/ml，而兩種面包的口味毫無變化。再請有經(jīng)驗的專家品嘗，分不出兩袋的差別。把接種酵母菌的那一袋放入螺旋管的磁場中，經(jīng)過以 40T6KH2 的脈沖磁場作用一次，再從袋中取出奶樣，測得菌落數(shù)為 970 個/ml，經(jīng)專家品嘗，口味無變化。占地面積小成本低，無污染，不需要熱殺菌不可缺少的鍋爐、管道閥門等附加裝置與龐大的殺菌室，能有條件地取代昂貴的無菌包裝設備。能做到既能殺菌，又能保持食品原有的風味、滋味、色相、品質各組分（維生素、氨基酸）等不變。 磁場殺菌與其它物理—化學殺菌方法比較，最大的特點是可以對任何形態(tài)（氣體、液體、固體）的物料進行殺菌，而且對物料沒有任何的污染。 由于恒定磁場難以取得較大的磁場強度，一般都采用交變（脈沖）磁場殺菌。 在磁場中必有磁力線存在，磁力線具有雙重性，它是一種電磁波，但同時也具有粒子性，它是一種粒子流。 磁場殺菌技術 磁場是一種特殊形態(tài)的物質，它存在于運動電荷，運動的帶電粒子，載流導體，交變電場及磁性物體的周圍。 同樣檸檬汁采用巴斯德殺菌法，其高溫導致口味、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的進行。經(jīng)超聲波處理的醬油其色澤變得清亮，黏稠度下降，鮮味較為突出。 朱少華用超聲波對醬油進行殺菌對比實驗，發(fā)現(xiàn)用超聲波處理醬油 5min，殺菌率為%，處理 10min，殺菌率為 75%，略低于巴氏殺菌 72℃時的殺菌率 %。 王蕊等人將超聲波應用于原料乳保鮮，研究結果表明，在 60℃條件下，經(jīng) 50KHz 超聲波處理原料乳 60S，殺菌率達到 87%，對營養(yǎng)物質無任何破壞，且在 15℃條件下保鮮45h，仍有優(yōu)良的感官性能。 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。 現(xiàn)在工業(yè)主要采用兩種換能器：壓電式換能器和磁致伸縮換能器。 被超聲波所充滿的空間稱為超聲場。 超聲波殺菌技術 聲波是機械振動能量的一種傳播形式。對不同的物料和在不同的電場強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。經(jīng)研究表明，這種看法是片面的，這樣高的電場強度給脈沖放電裝置的設計和使用都帶來了極大的困難和危險。他們認為脈沖放電殺菌時存在一個電場強度閾值，只有達到這個閾值以上才有殺菌效果。 由于脈沖電場殺菌過程溫升小，所以耗能低，操作費用也低，國內外研究人員使用高壓脈沖電場對培養(yǎng)液中的酵母、各類革蘭氏陰性菌、各類革蘭氏陽性菌，細菌孢子在蘋果汁、香蕉汁、牛奶、蛋清液等進行了大量的實驗研究結果表明：抑菌效果可以達到 46個對數(shù)周期，其處理時間一般在幾個微妙到幾個 ms，處理后保鮮期提高 46 周，并保持食品原來的色香味及其營養(yǎng)成份不變。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。脈沖放電殺菌時，是把液態(tài)物料作為電解質置于殺菌室兩電極間隙內或連續(xù)流過殺菌室的兩電極間隙或用兩電極做成的套筒式容器，當兩電極上加上一定強度和頻率的脈沖電場時，在液態(tài)物料中產(chǎn)生、極強烈的生物效應從而殺死其中的細菌。 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。結果表明，高壓靜電場既可以改善醬油色、香、味，亦可以殺滅醬油中的有害細菌。 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。 靜電場殺菌技術 靜電場殺菌是把待殺菌物料置于或 50~300V/m 的直流高壓靜電場，或交流高壓靜電場和變頻的高壓靜電場內。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(shù)由，90200 個/ml 減少為 0，殺菌率為 100%，溫升只有 2℃。例如 450~500nm 的激光照射，可殺死螨蟲和蚊蟲。盡管已經(jīng)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。 美國皮茨堡的哈 杰 海因茨公司，已為新發(fā)明了一種馬鈴薯激光剝皮機并申請了專利，這種激光土豆削皮機，由 3 個 25 千瓦的 CO2 激光器組成，它的削皮速度相當高，不到 1秒鐘就能削好一個土豆的皮，而且損耗率只有 4%~5%，它采用電腦控制，還能控制削皮的厚皮，而且能消滅土豆的細菌和寄生蟲 激光輻射對花卉、果品和蔬菜上的細菌有明顯的抑制和滅殺作用，具有明顯的保鮮效果，保鮮期平均可延長 15 倍，例如：青豌豆莢保險 22 天以上，比未處理的保鮮期延長100%；青（黃）豆粒保鮮 19 天以上，比未處理的保鮮延長 170%；食用菌（蘑菇等）保鮮一星期以上；野生香菇保鮮 5 天以上；鮮月季花保鮮期可達到 10 天以上。 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。 激光殺菌技術 激光是某些激光工作物質（例如紅寶石、釔鋁石榴石、氦氣及 CO2 氣體等）受到外界能量（光能、電能、熱能、及化學能等）的激勵，產(chǎn)生受激輻射而產(chǎn)生的光，它具有方向性好（即發(fā)散角?。?，單色性好（光譜純） ，相干性強，亮度高（能量密度大）等其它光所沒有的特性，故在各個領域都有廣泛的用途。 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。 通常膜的孔徑為 ，而物料中微生物離子大小一般在 ，若選用孔徑小于微生物的膜，使料液通過膜過濾