高压脉冲电场共场杀菌处理室性能仿真与试验.pdf

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1、第28卷第19期农业工程学报v01．28No．192012年10月TraIlsactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineeringOct．201239高压脉冲电场共场杀菌处理室性能仿真与试验金伟1，平雪良1※，吉祥1，杨瑞金2，赵伟2(1．江南大学机械工程学院，无锡214122；2．食品科学与技术国家重点实验室，无锡214122)摘要：为获得最优的共场杀菌处理室结构和性能，该文以不同结构共场杀菌处理室为研究对象，利用COMsoLMultiphysics软件对共场杀菌处理室内的电场强度分布、流料特性以及温度分布情况进行了仿真，得到了不同

2、结构共场杀菌处理室的耦合场特性。试验结果表明，在40kv／cm电场强度下，椭圆形内嵌共场杀菌处理室所接种梨汁中的大肠杆菌菌体浓度下降6．5个数量级，优于其他结构的共场杀菌处理室；椭圆形内嵌共场杀菌处理室处理的接种大肠杆菌梨汁的温升仅为6．7℃，小于其他结构的共场杀菌处理室。因此椭圆形内嵌共场杀菌处理室优秀的耦合场特性更适用于性能要求更高的中试规模及工业化PEF杀菌系统。关键词：高压脉冲电场，杀菌，试验，共场杀菌处理室，电场强度，温度分布doi：10．3969，j．issn．1002—6819．2012．19．006中图分类号：Ts203文献标志码：A文章编号：1002—6819(20

3、12)一19一0039—09金伟，平雪良，吉祥，等．高压脉冲电场共场杀菌处理室性能仿真与试验[J]．农业工程学报，2012，28(19)：39—47．JinWei，PingXueliallg，JiXiang，eta1．Perf011naIlcesimulationaIldeXperimentofpulsedelec仃icfieldco-fieldsterilizationtreatIllentchambers[J】．TransactionsoftheChineseSoci啊ofA面cultIlralEngineedng(nansactionsoftheCSAE)，2012，28(19

4、)：39—47．(inChinesewimEnglishabs仃act)O引言高压脉冲电场(Dulsedelectricfield，简称PEF)杀菌技术是将待灭菌液态物料采用泵送等方式流经设置有高强脉冲电场的处理器，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¨J。高压脉冲电场杀菌技术具有杀菌效果好，一般能减小6个数量级，杀菌时间短，杀菌温度低，对食品的化学成分、外观及风味等基本无影响，耗能小，对环境无污染，无二次污染及三废问题等优点，是最具工业发展前景的非热杀菌技术之一12‘5J。由于PEF杀菌过程中温度几乎没有升高，可以很好地保持食品的色泽、风味及营养成分，特别适合

5、于热敏性食品的杀刮61。PEF技术不仅在食品杀菌p。91、钝酶m12】领域具有广阔的前景，有关学者还将其应用于酒类催陈【13】、种子萌发[14】、农药残留降解【15】等领域。处理室是PEF杀菌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，根据电极形式可分为平板、同轴和共场杀菌处理室【5J。收稿日期：2012．Ol—16修订日期：2012．08．20基金项目：江苏省科技创新计划(BY201020)作者简介：金伟(1988一)，男，江苏张家港人，研究方向为PEF杀菌系统研究。无锡江南大学机械工程学院，214122。Email：1298078009@qq．com※通信作

6、者：平雪良(1962一)，男，江苏常熟人，教授，博士，主要从事机电一体化技术和PEF杀菌系统研究。无锡江南大学机械工程学院，214122。Email：ping@ji锄鲫柚．edu．cn处理室内的电场强度分布、温度分布及流料特性是影响PEF系统杀菌效果以及食品质量的关键因素。电场强度是影响PEF杀菌效果的最重要的因素，当电场强度增加时，杀菌效果也逐渐增强【l6

7、。为了确保良好的处理效果，电场强度应控制在20～80kV／cm范围内mj。一方面，在恒定的电场强度下，杀菌效果会随着温度的升高而升副18J；另一方面，食品的高温度点附近有发生电弧放电的可能【19J，均匀的温度分布反映了良好的PE

8、F处理效果。因此，温度因素被视为PEF杀菌处理第二重要的影响因素。流体特性是PEF系统处理过程中的一个重要因素，它决定了物料在处理室内的处理时间【20

9、，同时影响了处理室的温度分布，物料的温升会随着处理时间改变而改变，因此不均匀的流场分布会导致部分物料过处理，部分物料处理不充分，进而影响杀菌效果。早期，学者对共场杀菌处理室的仿真研究仅局限于电场强度的分布，并未考虑流料的因烈21。221。近年来，很多学者针对实验室规模的共场杀菌处理室进行了电场，流场及产生的