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本文在查阅大量国内外相关文献的基础上,对高压脉冲电场杀菌机理及微生物失活模型进行了综述,自行研制了一套高压脉冲电场试验系统,以荧光假单胞菌为试验对象,利用该系统完成了杀菌机理的验证性试验;以牛乳为试验材料,以菌落总数为研究目标,完成了高压脉冲电场对牛乳杀菌效果及理化性质影响的试验分析。
论文主要研究内容如下:(1)自行研制了高电压脉冲发生器,脉冲波型为指数衰减波,峰值电压30kV连续可调,脉冲频率为0.5-50Hz连续可调,脉冲前沿陡(ns级),符合试验设计要求。在高电压脉冲发生器的研制过程中,经过充分比较选用通流能力大、工作可靠、调节及检修方便、较少的受环境温度影响的火花开关作为脉冲放电高压控制开关,同时为实现高压脉冲放电可控、调频的需要,在火花开关的基础上引入点火控制电极,构成三电极点火开关,采用简单适用的电触发方式控制点火脉冲,使高压脉冲电源工作可靠、成本降低。
(2)完成了平行板电极静态处理室及连续循环用长方体平板电极动态处理室的设计,电极材料为不锈钢板,电极厚度为1mm。
(3)利用自行研制的高压脉冲电场杀菌系统,完成了对荧光假单胞菌的试验,通过透射电子显微镜(TEM)观察经PEF处理前后的荧光假单胞菌的形态,可以看出经脉冲电场处理后,菌体的细胞壁发生破坏,细胞膜上形成不可修复的电穿孔,说明脉冲电场对微生物有机体有致命性的破坏作用,与电介质击穿理论及细胞膜穿孔效应相吻合。
(4)利用自行研制的高压脉冲电场系统,完成了静止和动态循环两种方式的牛乳杀菌效果的试验研究,通过二次旋转正交组合试验建立了菌落总数杀菌率同电场强度和脉冲个数的二次回归方程,并进一步对方程进行显著性检验,分析了影响杀菌效果的关键控制参数及其最优化。场强为100.00kV/cm,脉冲数为786.31时,杀菌率有极大值为63.43%。
(5)在静止式杀菌与循环式杀菌两种处理条件下,设计双向分组随机区组试验,测量牛乳中pH值、电导率、乳糖含量、蛋白质含量四个理化指标,通过方差分析及对比试验表明,牛乳上述理化指标在高压脉冲电场杀菌过程中没有产生显著变化。
综上所述,本论文对高压脉冲电场系统设计及牛乳杀菌应用方面进行了较为深入的研究,获取得了大量的基础试验数据,分析了影响杀菌效果的关键控制参数及其最优化模型,为该项技术实现产业化应用奠定了基础。