高压电场处理系统中处理腔的研究与设计综述.docx
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1、高压电场处理系统中处理腔的研究与设计综述摘要:高压电场处理系统包括高压脉冲电场(PEF)和低温等离子体(NTP)技术。作为一种低温杀菌处理工艺,高压电场处理系统具有高效、快速、无二次污染、能耗低等优势,获得了广泛的关注。处理腔是PEF和NTP杀菌处理系统中的关键组成部分,主要作用是装载电极、为食品施加高压脉冲电场、或产生低温等离子体进而杀菌钝酶。本文将针对目前高压电场处理系统中处理腔的研究与设计,阐述处理腔的发展概况,总结国内外研究现状,分析处理腔设计的关键技术,以及对处理腔设计的发展趋势和前景进行展望。关键词:高压脉冲电场;低温等离子体:处理腔;电场分析;流体动力学分析目录高压电场处理系统中
2、处理腔的研究与设计综述1目录1弓【言2LPEF杀菌技术及其处理腔研究21.1 FEF处理腔分类与比较21.2 PEF国外研究41.3 PEF国内研究72 .NTP杀菌处理胜国内外研究92.1 NTP国外研窕92.2 NTP国内研究113 .处理腔多物理场仿真分析124 .发展趋势和应用前景134.1 合理的电场分布134.2 良好的流体特性134.3 温度的可控性134.4 广泛的适用性144.5 更低的能耗144.6 安全无污染144.7 数值模拟分析技术145 .问题和讨论146 结147 考文献15引言随着人民生活水平的提高,人们对食品品质的要求越来越高,为了更好地迎合消费者的需求,杀菌
3、处理成为食品加工工艺中的一道重要工序。通过对食品杀菌处理可以使其中的酶钝化,并且使其中的一些有害微生物(如致病菌、腐败菌和产毒菌等)失去活性,从而保证食品的安全性,延长产品的货架期。依据杀菌过程中食品是否被加热,将食品杀菌技术分为热力杀菌和非热力杀菌技术川。热力杀菌技术已被广泛地应用于液态、半液态食品的杀菌过程之中。但是热力杀菌存在的突出问题是:一方面,若加热杀菌的温度较低,则会因杀菌不足而导致产品的腐败变质;另一方面,若杀菌过程中温度过高,则会导致被加工食品中的营养成分受到破坏,影响食品质量。目前,研究较多的热杀菌技术主要有巴氏消毒法、高温短时杀菌、微波杀菌、欧姆加热杀菌等。非热力杀菌技术可
4、以最大限度的保留食品原有的生鲜风味和营养,因此成为当前食品加工新技术研究与开发的热点。目前非热力杀菌技术主要有高压电场杀菌、振荡磁场杀菌、紫外线杀菌、远红外线杀菌、生物防腐剂杀菌等倒41何叫其中,国际上最先进的高压电场处理技术,在食品杀菌方面的应用可分为高压脉冲电场技术(High-PUISedElectricField,PEF)和高压低温等离子体技术(NOn-ThermaIPlasma,NTP),因为具有高效、快速、无二次污染、低能耗等优势,成为具有广泛应用前景的食品非热力杀菌技术。PEF技术应用研究取得成功的关键是需要完善的PEF杀菌系统,国外相关的PEF杀菌系统已进入中试甚至商业化阶段,但
5、绝大多数研究机构还处于实验室研究阶段,仅部分国家开始了小规模商业应用18U同样的,NTP技术应用于食品杀菌仍然处于探索阶段。处理腔是一个完整的高压电场处理系统的重要组成部分,它最基本的功能就是放置待处理的物料和安放电极,处理腔内的电场强度分布、温度分布及流料特性是影响高压电场处理系统杀菌效果以及食品质量的关键因素。因此在高压电场处理技术的研究之中,处理腔的设计是一项关键性技术。本课题将在实验室前期工作的基础上,对不同规模的PEF处理腔进行深入研究,该杀菌处理腔的研制可为PEF的商用打下相应的基础,并且对NTP处理腔进行探索性研究,所研制的新型处理腔能供杀菌处理研究,以促进高压电场处理技术在果蔬
6、加工、食品保藏、废水处理等领域获得更好的发展前景。1.PEF杀菌技术及其处理腔研究高压脉冲电场杀菌技术(High-PIIISedElectricField,简称PEF)是将待处理食品置于产生瞬间高压脉冲电场的两个电极之间,微生物在极短时间内受强电场力作用后,细胞结构破坏,菌体死亡的过程1期。一个完整的PEF杀菌处理系统主要由四部分组成:高压脉冲发生器、杀菌处理腔、流体处理系统以及监测辅助系统I其中,杀菌处理腔与高压脉冲发生器是PEF杀菌系统的两大核心部分。因此,PEF杀菌系统的研究主要是针对杀菌处理腔和高压脉冲发生器展开的I。1.1 FEF处理腔分类与比较处理腔是PEF杀菌设备的核心部分之一,
7、是电路中的负载部分,主要用来安置电极以及向待处理物料施加脉冲高压。通常处理腔由两个相对固定的电极和中间用来装载物料的空腔组成。处理腔的结构影响电场强度分布,造成处理腔出现处理不均匀、温升过高、杀菌效果不佳等问题。根据被处理物料的流动性,处理腔可分为静态处理腔和连续式处理腔;根据杀菌处理腔电极的放置形式可分为平板式、同轴式和共场式三种山,如图1、图2所示。1 卜. 1T(b)同轴式(c)共场式图1 PEF杀菌处理腔三种不同类型结构的原理图(a)平板式(b)同轴式(C)共场式图2实脸室前期研发的三种不同类型的杀菌处理般实物图Producltow(a)平板式a)平板式处理腔平板式处理腔由两个电极平行
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- 高压 电场 处理 系统 研究 设计 综述