激光、静电在食品与发酵

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1、编编 号号江南大学太湖学院毕毕业业设设计计（论论文文）题目：题目： 激光、静电在食品与发酵激光、静电在食品与发酵 工业中的应用工业中的应用 机电 系系 机械工程及其自动化 专专业业学 号： 0723033 学生姓名： 王 晓 指导教师： 李儒荀 （职称：教 授）（职称： ）2011 年 5 月 22 日 江南大学太湖学院本科毕业设计（论文）江南大学太湖学院本科毕业设计（论文） 诚诚 信信 承承 诺诺 书书本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文） 激光、静电在食品与发酵工业中的应用 是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果，除了在毕业设计（论文）中特别加以标注引用、表示致谢的内容外，本毕业设计

2、（论文）不包含任何其他个人、集体已发表或撰写的成果作品。班 级： 机械 71 学 号： 0723033 作者姓名： 2011 年 5 月 20 日江江南南大大学学太太湖湖学学院院机机 电电 系系 机机械械工工程程及及其其自自动动化化 专专业业毕毕 业业 设设 计计论论 文文 任任 务务 书书一、题目及专题：一、题目及专题：1、题目 激光、静电在食品与发酵工业中的应用 、专题 二、课题来源及选题依据二、课题来源及选题依据（1）激光、静电技术作用于食品和农产品上，对某些加工工艺进行调控，以达到与传统加工方法一样的效果，让人们更有益。 （2）激光、静电技术在食品与发酵工业研究状况及其发展前景。 激光

3、、静电技术是在食品和发酵工业中很有应用前景的一项先进技术，但需进一步工业化必须解决一系列的问题： 激光、静电的作用机理、效应及应用规律，包括对被处理物料的理化，生物指标的影响，食品色、香、味的影响，毒理的检测与分析，还要进一步研究。 激光、静电技术在食品和发酵工业中的应用于开发，无疑也是一项非常热门的技术。 因为它在安全性，可靠性，使用性，经济性等各个方面都优越于其它技术。 进一步开发和扩大激光、静电技术的应用领域。 三、本设计（论文或其他）应达到的要求：三、本设计（论文或其他）应达到的要求：1熟悉激光、静电技术的发展历程， 2熟练掌握激光，静电杀菌的原理和方法 3熟练掌握静激光杀菌，静电杀菌

4、技术等原理及性质 4熟练掌握一些激光、静电技术在食品杀菌中的应用及其杀菌的原理 四、接受任务学生：四、接受任务学生：机械 71 班班 姓名姓名 王 晓 五、开始及完成日期：五、开始及完成日期：自自 2010 年年 10 月月 25 日日 至至 2011 年年 5 月月 22 日日六、设计（论文）指导（或顾问）：六、设计（论文）指导（或顾问）：指导教师指导教师 签名签名签名签名签名签名教教研研室室主主任任学科组组长研究所所长学科组组长研究所所长 签名签名系主任系主任 签名签名2010 年年 10 月月 25 日日摘摘 要要大家都知道，食品和药品的杀菌工艺是其制造过程中不可缺少的重要环节，它对保证

5、食品的安全性，可靠性，对延长货架期，保质期，相对提高产量都有决定性的影响。目前，国内外常用的杀菌方法很多，主要有：1、高压釜热杀菌技术2、超高温热杀菌技术3、微波杀菌技术4、高压杀菌技术5、臭氧杀菌技术6、生物抗菌剂杀菌技术7、紫外线及远红外线杀菌技术8、辐照杀菌技术9、膜过滤杀菌技术10、以及目前最为活跃和先进的利用光、电、声、磁的生物效应杀菌的技术。所有这些技术可以分为二大类：一类是对食品进行热处理，利用热能的效应来杀菌，故称为“热杀菌” 。虽然有时的杀菌效果满足要求，但它有一个致命的弱点：就是热处理往往会改变食品的色香味及其组分，对产品的质量、风味、滋味、色相及营养价值都产生很大的负面影

6、响，有些热敏感食品根本不能采用热杀菌工艺，这也大大限制了很多新产品、新食品、新饮料的开发。因而，寻求新的杀菌工艺，采用热能以外的能量，例如电能、光能声能、磁能及化学能等来杀菌，靠光、电、声、磁的生物效应而不是热效应来打到杀菌目的。所谓“冷杀菌”工艺就应运而生，受到国内外食品行业的及其关注，成为本世纪食品工业研究和推广的重要高新技术之一。目前，所谓“冷杀菌”还没有统一的定义，我认为“冷杀菌”不等于“常温杀菌” 。主要在杀菌过程中被处理食品的温升不高，不会引起食品的色、香、味及其组分的改变的杀菌方法，就属于“冷杀菌工艺”的范畴。“冷杀菌”工艺有一系列的特点：1、如前所述，它的最大特点就是食品经冷杀

7、菌后，能保持色、香、味及其组分的不变或者变化很小。与新鲜食品在物理性质、化学特征、天然特性、营养成分、风味、滋味，色相上都无感觉出的差异。这对热敏性食品、饮料等的开发、生产开发出了一条新的途径。2、冷杀菌的能耗低，因为冷杀菌主要采用的是电能，它是利用电物理、电化学的生物效应，而不是靠热效应来杀菌。而且杀菌时间又很短，最多不超过几秒钟。所以杀菌过程中的能耗很低，杀死 99%以上的细菌，跟据菌种的不同，每毫升需要的能量为数十到数百焦耳国内外研究表明采用脉冲放电杀菌时，每吨液态食品的灭菌能耗为每小时 0.55kw，是高温蒸汽杀菌能耗的千分之一。3、杀菌效果好。当设备设计合理，杀菌参数、剂量掌握的好，

8、杀菌率可达 99%100%。我们用自来水加大肠杆菌和葡萄球菌为试材，菌浓度为 104105 个/ml，用我们设计的脉冲放电杀菌设备杀菌，经多次检验，均没有活菌存在，即杀菌率达到 99%以上。4、占地面积小。由于冷杀菌工艺主要靠电能供能，它的整套组成都比较简单，基本组成是一个电源箱和相应的不大的杀菌室，有时可合二为一，不需要热杀菌不可缺少的锅炉、管道、阀门等附加装置及庞大的杀菌室。故占地面积小。我们生产的每小时处理 1 吨液态食品脉冲放电杀菌设备，仅一般冰箱大小，占地面积还不到 1m2。5、无污染。冷杀菌设备靠电工作，不但使用、维修、控制方便，而且不会产生废气、废水、噪音或者很小的噪音，也可以采

9、取简单设施加以避免。故不污染环境、不污染被处理食品。故是理想的绿色食品，清洁生产技术。6、杀菌效率高。可在线连续生产，也可间歇生产。被杀菌物料在电场或磁场、声场、化学场内，处理几秒钟就可达到杀菌目的。下面我们介绍几种研究得非常活跃，有的以用于生产实践或可望很快工业化的冷杀菌技术1、激光杀菌技术2、电场杀菌技术3、超声波杀菌技术4、磁场杀菌技术5、组合杀菌技术食品杀菌技术主要有热杀菌和非热和杀菌，其中杀菌技术主要有：湿热杀菌、干热杀菌、微波杀菌、电热杀菌和电场杀菌；非热杀菌主要有：化学与生物杀菌、辐照杀菌、紫外线杀菌、脉冲杀菌、超高静压杀菌、脉冲电场（PEF）杀菌以及脉冲磁场杀菌等。下面就针对这

10、些杀菌技术作一下详细的介绍。 1 1 主要杀菌方法主要杀菌方法1.11.1 高压釜热杀菌技术高压釜热杀菌技术利用加热杀灭食品中有害微生物的方法既是古老的方法，也是现代极其重要的一种杀菌技术。1804 年，法国人阿佩尔（Appert）发明了将食品装瓶放于沸水中煮一段时间，能较长时间保藏食品的方法，19 世纪 50 年代，法国人巴斯德（Pasteur）阐明了食品的微生物腐败机理，为杀菌技术的发展奠定了理论基础。高压釜热杀菌是种充填密封装入包装容器的产品，放入高压釜中进行加热杀菌的一种方法。使用的杀菌介质时热水或热气。食品热力杀菌可分为低温杀菌法（巴氏杀菌） 、高温短时杀菌法和超高温瞬时杀菌法。前两

11、种方法，由于杀菌效果稳定，操作简单，设备投资小，已有悠久的应用历史，现今还广泛用在各类罐藏食品、饮料、酒类、药品、乳品的生产中。后一种方法，由于其独特的优点，已发展为一种高新食品杀菌技术。1.21.2 超高温瞬时杀菌技术（超高温瞬时杀菌技术（UHTUHT）超高温杀菌于 1949 年随着斯托克（Stork）装置的出现而问世，其后国际上出现了多种类型的超高温杀菌装置。超高温处理可分为间接加热和直接加热两大类型。它是使食品液迅速升温至 130-150以上，然后保持几秒钟或几十秒条件后，迅速冷却的一种杀菌方法，从而实现对料液瞬间的杀菌。超高温瞬时杀菌技术的杀菌效果特别好，几乎可达到或接近灭菌的要求，而

12、且杀菌时间短，物料中营养物质破坏少，营养成分保存率可达 92%以上，大大优越于上述两种热力杀菌法。配合食品无菌包装技术的超高温式杀菌装置在国内外发展很快，目前这种杀菌技术已广泛用于杀菌乳、果汁及各种饮料、豆乳、酒等产品的生产中。1.31.3 电阻加热杀菌技术电阻加热杀菌技术 电阻加热杀菌也叫欧姆杀菌，是一种新型热杀菌方法，它借通入的低频交电使食品内部产生焦耳热而达到杀菌的目的，是酸性和低酸性食品和带颗粒（粒径小于 25mm）食品进行连续杀菌的一种新技术。电阻加热杀菌使用交流电的频率为 50-60Hz，它利用电极将电流直接导入食品，由食品自身的介电性质产生热量，以达到杀菌的目的。电阻加热的适用性

13、由食品物料的电导率来决定，大多数能用泵输送的、溶解有盐类离子且含水量在 30%以上的食品都可用电阻加热来杀菌，且效果很好，而一些脂肪、糖、油、未添加盐的处理水等非离子化地食品则不适用该技术。英国 APV 食品加工中心的实验表明，电阻加热已成功地用于各种包括大颗粒的食品和片状食品的杀菌，如马铃薯、胡萝卜、蘑菇、牛肉、鸡肉、片状苹果、菠萝、桃等。1.41.4 臭氧杀菌技术臭氧杀菌技术臭氧在水中极不稳定，时刻发生还原反应，产生具有强烈氧化作用的单原子氧，在其产生瞬时,与细菌细胞壁中的脂蛋白或细胞膜中的磷脂质、蛋白质发生化学反应，从而使细菌的细胞壁和细胞膜受到破坏，细胞膜的通透性增加，细胞内物质外流，

14、使细菌失去活性。同时臭氧能迅速扩散进入细胞内，氧化细胞内的酶或 RNA、DNA，从而致死菌原体。臭氧杀菌具有高效、快速、安全、便宜等优点，自 1785 年发现以来，广泛应用于食品加工、运输与贮存及自来水、纯净水生产等领域。1.51.5 辐照杀菌技术辐照杀菌技术自从原子能和平利用以来，经过 40 多年的研究开发，人们成功地利用原子辐射技术进行食品杀菌保鲜。辐照就是利用 X 射线、射线或加速电子射线（最为常用的 Co60 和Cs137 的射线）对食品的穿透力以达到杀死食品中微生物和虫害的一种冷灭菌消毒方法。经辐照的食品或生物会形成离子、激发态分子或分子碎片，进而这些产物间又相互作用，生成与原始物质不同的化合物，在化学效应的基础上，受辐照物料或生物体还发生一系列生物学反应，从而导致害虫、虫卵、微生物体内的蛋白质、核酸及促进生化反应的酶受到破坏、失去活力，进而终止农产品、食品被侵蚀和生长老化的过程，维持品质稳定。1980 年联合国粮农组织（FAO） 、国际原子能机构（IAEA）和世界卫生组织（WHO）联合专家委员会，提出了“用 10KGY 以下剂量辐照的任何食品，都没有毒理学方面问题，没有必要进行毒理学实验”的建议，从而咋在世界范围内推进了辐照在食品生产中的商业化应用。1.61.6