[科普中国]-常温杀菌

简介

目前,果蔬汁液饮料发展成了人们重要的大批生产的食品,因此,提高果蔬汁液饮料的质量,降低成本是一个非常重要课题。当前决定果蔬汁液饮料质量主要因素是杀菌工艺。杀菌方法:高温、薄膜过滤、紫外光、超声波、微波等方法杀菌、滤菌“一,由于产量、成本等因素影响,通常都采用高温杀菌。为了把高温杀菌对果蔬汁液质量影响降低到最低程度,从常规间接加热杀菌工艺发展到直接高温杀菌和直接巴氏杀菌新工艺。果蔬汁饮料的温度变化速度从3k/s提高到150k/s,只需0.2秒的加热时间,便可以使果蔬浓缩汁液跃变到100℃以上。尽管如此,热量也会引起质量下降,只不过把其影响减少到最低程度。高温导致果蔬汁饮料质量:芳香成分、维生素和色素下降。引起味道变坏,失去原有色泽,破坏维生素C等。

人们在寻求一种常温液体杀菌新技术,美国、苏联学者用超声波杀菌系统,日本学者水野彰等用极短高压脉冲20kv杀死纯水(无离子)中的酵母菌。真实的果蔬汁液是含有大量离子及果酸,电阻率是远远低于纯水,杀菌效率也随着电阻率下降而明显下降,因而低电阻率的果蔬汁液常温杀菌是十分困难的,人们一直在寻找可行杀菌新技术。1

作用机理当高压脉冲生器输出脉宽为1us的高压脉冲5一80kv输入杀菌装置的放电隔离间隔时,其幅值达到隔离间隙击穿电压UGk时,隔离间隙击穿,它成为高压电路通路,脉冲全部能量加在主间隙Z上,隔离间隙控制了杀菌瞬时爆炸式能量。当主间隙Z的电场强度等于其临界击穿电场强度时,主间隙发生激烈的脉冲高压放电,主间隙击穿。这一过程发生在10-6s的瞬间。

当水介质在力的作用下发生弹性形变时,随半径增大而减少,水介质中传播的冲击波是球面纵波,其振幅由于两次放电时间间隔大于放电时间,故每次放电产生的冲击波是减幅振动冲击波。由于主放电间隙小,可视其为点振源产生的球面纵波。冲击波是沿着半径方向传播,在水介质中传播存在着摩擦阻尼,球面纵波的能量密度通量与被测点半径r的平方成反比;与介质的阻尼系数有关。主间隙击穿形成等离子“气套”,它通过高压绝热膨胀,将“气套”内分子所有动量通过“气套”边界转变为冲量,形成向外传递的压力冲击波,由于水的阻尼作用,冲击波强度减弱,成为减幅振动。

主间隙放电时电流密度为104A/mm2,产生上百万安培脉冲电流,它将使液体气化成温度高达数万度以上的等离子体,形成高压通路。或多或少产生出的一些气体,形成极薄“气套”包围着火花。压力由薄薄的“气套”传给果蔬汁液,果蔬汁液可以认为不可压缩的介质(果蔬汁液压缩系数为0.000048),由于高速绝热膨胀形成超声液压冲击波。冲击波压力瞬时值可达105一108aP。放电终了瞬间,“气套”处形成空穴,由于压力突然减小,使果蔬汁液又以超声速回填空穴,形成第二个超声回填空穴的冲击波。由于果蔬汁液不可压缩,瞬时冲击波力压强达105p以上,高脉冲能量直接转换成爆炸式的冲压机械能,产生104一5x104m/s的强大冲击波,并以103kg/cm2的压强作用到细菌体上,细胞膜破裂、压碎,细胞内部强迫振动等作用使细菌致死。在有限能量的条件下如尽量获得最大的工程效率、瞬时功率和冲击波力等,以便有效地应用到果蔬汁液杀菌中去。

在液体中脉冲放电产生巨大机械能,杀菌率可达100%,耗能很低,杀菌效率高。在常温条件下就可以杀死细菌,使果蔬汁、饮料的味道、色泽、维生素、成分等没有变化。人们可以饮到具有原味道、原色泽的野生果、水果及蔬菜汁液饮料,维生素不被破坏`没有填加剂。应用范围广,不但能用于果蔬汁液、饮料、调料,还可用于污水处理等;但噪声大,经防噪声处理后,可以降到80db以下。