脉冲电场食品处理技术

介绍了脉冲电场食品非热处理技术的概念与方法 ,结合国外目前的研究状况 ,给出脉冲电场系统及其参数 ,分析了食品的电特性及细胞电击穿的机理。结合验证实验提出了该技术的可行性和广阔的发展前景     

间歇式HPEF的高压脉冲电源及其杀菌实验

高压脉冲电场非热处理应用到食品杀菌可代替传统的热处理方法灭活液体中的病菌,高强度电脉冲能迅速杀死细胞但并不破坏食品的自然风味如色泽和营养,为此研制了高功率脉冲电源,其输出最高电压15 kV,最大电流40 A。在详细介绍了高功率电力电子器件IGBT使用过程中的过流和过压保护等问题和在输出端串联无感小电阻来修正波形实现了输出波形更陡峭的良好效果后,进行了两种相对难杀的典型微生物(枯草芽孢杆菌和黑曲霉菌)在间歇式处理室中的杀菌实验。结果表明,脉冲电场强度为13 kV/cm、脉冲宽度为15μs时,连续作用200个脉冲后,黑曲霉菌灭菌率能达99.64%,1000个脉冲后,所有的黑曲霉菌都被杀死;枯草芽孢杆菌相对难灭,在13kV/cm、15μs作用下灭菌率仅达87.08%;应在提高电场强度的同时避免放电,这对下一步的连续式杀菌实验有技术指导作用。     

均匀电场重频脉冲作用下的水中气泡击穿

均匀电场重频脉冲作用下处理室放电问题是高压脉冲电场(pulsed electric field,PEF)技术遇到的难题.目前现有水中空气泡的击穿研究无法说明这种平均电场强度较低(＜70kV/cm)的情况下的击穿现象.为了解决这一问题,设计了金属平板电极与水溶液电极间的气体击穿实验,利用等效实验研究了有水溶液电极的大气压...     

基于IGBT的高压脉冲电源研制

高压脉冲电场灭菌技术是近年发展起来的极有潜力的非热灭菌技术,其中高压脉冲电源是系统的核心组成部分.提出了一种基于IGBT的高压脉冲电源,系统由能源系统和脉冲产生回路构成,由单片机来控制IGBT的触发,其设计输出为方波,电压幅值在50～100 kv可调,脉冲宽度在1～10μs可调,频率在1～100Hz可调.所研制的高压脉冲电源可用于间距在2～10 cm之间平行可调的平板电场,满足食品在各种高压脉冲电场强度下非热力灭菌的需要.     

工业用高压脉冲电场灭菌电源研制

针对高压脉冲电场灭菌设备工业化对脉冲电源的特殊要求,提出一种采用固态开关的新型高压脉冲电源。此电源通过对传统Marx高压脉冲发生器的结构进行改进,使新型电源具有良好的电压钳位功能,解决固态开关串联对于开关开断不一致性而导致固态开关串连锁击穿的问题。此电源由8个结构相同的标准级单元组成,使用现场可编辑逻辑门阵列(FPGA)作为控制源,为8个级标准单元提供相对独立的控制信号。使用光纤隔离方式,使隔离电压不受影响,并且为每个级标准单元的绝缘栅双极型晶体管(IGBT)驱动板设计独立的供电电源。实验结果证明,此电源性能良好,能够满足工业用高压脉冲电场灭菌的需求。     

高压脉冲电源设计及其在除尘中的应用研究

与直流高压除尘相比,高压脉冲除尘具有更强的荷电能力且能降低能耗。设计了高压脉冲电源的拓扑电路,并据此实现了一套基于半导体开关的高压脉冲电源,该脉冲电源波形完整且幅值、频率、脉宽均可调节。但该高压脉冲电源脉宽调节困难,据此提出了一种改进的调节脉冲电源脉宽的方案,该方案经测试简单易行。将其应用于高压脉冲除尘系统,基于此开展了幅值、频率对气体颗粒物去除率影响的研究。研究结果表明:相同频率下,脉冲电压峰值越高,PM10和PM2.5去除率越明显。相同脉冲电压峰值时,在20～100 Hz范围内,脉冲频率越高,PM10和PM2.5去除率越明显。当脉冲电压峰值为12 kV,频率为120 Hz时,去除率超过96%。     

用于产生非平衡等离子体的纳秒级脉冲电源研制

为了给非平衡等离子体相关实验提供ns级高压脉冲,研制了一台基于传输线变压器(transmission linetransformer,TLT)原理的高压重频ns脉冲电源,通过在传输线外套加磁环增加二次阻抗,提高TLT的输出电压和能量传输效率。同时设计了一种电容-开关-传输线的紧凑化同轴结构。实验表明,在连接匹配负载条件下,电源输出脉冲电压峰值可以达到26kV,脉宽100ns,上升时间25ns,可在500Hz频率下稳定运行。同时成功地将其应用于大气压氩气等离子射流实验,发现与正弦电压相比,相同电压峰值下,脉冲电源作用下的等离子体射流长度更长,但2种电源作用下的射流长度均出现饱和现象,同时电源频率对射流长度无明显影响。     

新型高压脉冲电场灭菌电源的研制

为了满足高压脉冲电场灭菌的要求,提出一种采用固态开关与半桥式Marx发生器结合的新型高压脉冲电场灭菌电源。此电源通过对经典Marx电路结构进行改进,解决了经典Marx电路直流充电电源与高压端的隔离问题,而且具有良好的电压钳位功能和负载适应能力。分析了半桥式Marx电路在阻性、容性、感性负载下的工作过程以及放电过程中固态开关未正常工作时电压钳位效果,此电源由可调直流电源、5级半桥式Marx发生器和控制保护电路三部分组成,使用现场可编程门阵列(FPGA)作为控制器产生控制信号,使用光纤隔离的方式为主回路提供控制信号。电源可输出电压幅值10 kV,每秒最大脉冲数1 000,脉冲上升时间300 ns,最大脉宽20μs的高压方波脉冲,并且重复电压幅值、频率,脉宽可调,能够满足高压脉冲灭菌实验的需求。     

基于玉米幼苗电位波动的脉冲电场生物学效应

为了获取显著的电场生物学效应,通过小波降噪和功率谱分析研究了玉米幼苗本征电位波动的基本特征。研究发现,玉米幼苗本征电位波动的功率谱主要分布在1Hz以内,重心频率为0.2Hz。采用电场强度为100kV/m、频率为0.2Hz的极低频脉冲电场处理萌发玉米种子,在萌发第5d时玉米种子的质量、芽长和根长分别比对照组增加17.55%、60.13%和28.50%。分析萌发种子超弱发光的变化时发现,在萌发第5d时,处理组玉米种子的自发发光和延迟发光积分强度分别比对照组增加了68.84%和33.93%,表明0.2Hz脉冲电场加速了玉米萌发过程中DNA合成反应和细胞代谢。脉冲电场与植物电位的耦合共振可能是极低频脉冲电场具有显著生物学效应的原因。     

高压脉冲电场处理过程中样品特性对处理室电气击穿规律的影响

为研究高压脉冲电场(PEF)食品非热处理过程中处理室内部电气击穿问题,用蒸馏水和Na Cl水溶液为样品,重点研究了在平板、同场2种不同类型的处理室电气击穿过程中,当样品电导率分别为97、211、299μS/cm以及溶氧密度分别为7.19、8.84、9.80 mg/L时处理室内部的放电情况。研究结果表明:处理室内产生气泡的面积和数量决定了处理室放电情况;随着液体电导率增加和空气含量(溶氧密度)增大,处理室内部发生电气击穿的几率均有所提高。为减少PEF长期工作时的放电活动,建议保持处理室平均电场强度40 kV/cm,同时在PEF处理单元前加入脱气装置。     

ns脉冲电场发生器的研制及应用

为了研究ns脉冲电场诱导肿瘤细胞的凋亡效应,结合开关电源技术和脉冲功率技术,研制了一套多参数大范围独立可调的ns脉冲电场发生器。该发生器由高压直流电源、脉冲形成电路和辅助电路3部分组成,输出的脉冲幅值0～1.2kV内连续可调,重复频率1Hz～10kHz内连续可调,脉冲宽度分100、200、600和1000ns4级可调,脉冲个数可以任意预置,上升时间<30ns,并具有显示和保护功能。实验室调试和医学细胞实验结果表明,该发生器调节方便、性能稳定,能够有效诱导人肝癌细胞凋亡,为ns脉冲电场诱导肿瘤细胞凋亡的机理和阈值参数选择规律的深入研究奠定了基础。     

PEF对乳杆菌和青霉菌的灭活效果研究

近年来新兴的非热食品加工技术高压脉冲电场(PEF)处理温度低、节能、货架期长且能较好保持果蔬汁中的营养成分,而人们对食品品质的要求逐渐提高。为此,采用一套自行研发的高压脉冲食品非热处理系统,研究了PEF对植物乳杆菌和扩展青霉菌残活率的影响。当外加峰值为17 kV、420个脉冲电压时,乳酸杆菌和扩展青霉的对数残活率最大分别降低了约4.135和3.810。在处理室出口处放置热电偶来监测物料温度,测得数据表明,PEF处理会导致菌液温度升高。随电场强度增强和脉冲数增加,不冷却回路处理后比冷却回路处理后菌液温度增加幅度增大,在外加峰值电压分别为8、13和15 kV时前者比后者的菌液温度增加幅度分别在2-8、3-10、3-17°C。在电压峰值为15 kV、420个脉冲时菌液温度最高增加了30°C。试验结果表明,随着外加脉冲电压及脉冲数的增加,两种细菌的残活率都有显著下降,且微生物对PEF的敏感性增强,乳酸杆菌对PEF敏感性强于扩展青霉。     

高强脉冲电场处理对木瓜蛋白酶的影响

用高强脉冲电场处理木瓜蛋白酶,研究了电场强度、脉冲数目、温度、剪切效应等因素对酶活性的影响。结果表明:高强脉冲电场可致木瓜蛋白酶失活,且失活率与电场强度和脉冲数目呈正比。还原剂、温度和不同流速产生的剪切效应对酶活的影响很小。由此推论酶的失活并非活性部位半胱氨酸的氧化、电化学反应等外部因素引起而是酶的结构或活性部位的构象等内部因素在脉冲电场作用下变化的结果。     

直读光谱仪及其在电力系统中的应用

通过阐明直读光谱仪的工作原理及在光谱分析中应注意的事项,指出只有了解分析原理,严格遵照光谱分析要点,才能保证分析数据的准确,并论述了直读光谱仪在电力系统中的应用。     

虚拟现实技术在电力系统中的典型应用

在电力企业中,虚拟现实技术的应用也逐渐成为可能,并将起到重要作用。主要针对虚拟现实技术在电力系统运行维护和工程设计过程中的应用进行探讨,综合论述了虚拟现实技术在变电站、输电线路、电力系统仿真培训和电力系统运行过程中的典型应用。结果表明:该技术可以为公司领导层和管理层提供一种功能强大的决策工具;为公司执行层提供一种准确、及时的指挥工具;为公司操作层提供一个高效智能的作业工具;强化了公司在安全生产管理上的深度、广度、准确度;提升了安全风险的管控能力。     

复杂网络研究及其在电力系统中的应用

为了能够从根本上认清电力系统崩溃机理,运用复杂网络雪崩动力学机理和自组织临界理论,进行了电力系统的自组织临界性、电力系统崩溃和沙堆崩溃的相似性进行了比较,并依据上述理论模拟了电力系统的连锁反应,为防止大停电事故设计出实用的防控策略指出了新的方向,可以作为解决电力系统崩溃问题的一个视角。     

高压脉冲电场冲击波法的液体杀菌实验研究

为研究高压脉冲电场冲击波对液体食品杀菌以实现不破坏食品的营养结构与原有风味的食品杀菌保鲜技术,阐述了在常温条件下产生高压脉冲电场冲击波的方法及其杀菌机理,介绍了以黄酒为试验原料的杀菌实验结果以及脉冲电压幅值、电容容量和放电次数对杀菌效率的影响规律。结果表明,该法在常温条件下注入能量>12 J/mL时,能使菌落总数降低2个数量级,可杀死黄酒中>97%的细菌,而对山渣汁营养成分(维生素和氨基酸等)几乎无破坏作用。     

扩频通信及其在电力系统中的应用

扩频通信以其卓越的抗干扰能力,优越的抗多径衰落性能,误码率极低和发射功率小等优点,得到越来越广泛的应用,为此,对扩频通信的抗干扰原理,扩频通信在电力系统中的应用以及扩频设备的性能作了较详细的介绍,最后提出在同一地点安装多人扩频系统应如何避免相互干扰的办法。     

高强脉冲电场作用下水中溶解氧的变化反应

为研究高强脉冲电场(PEF)食品加工技术,以不同pH值水溶液为处理对象,研究了不同场强脉冲电场处理对其溶解氧、pH值及电导率的影响。实验结果表明:PEF作用下水会轻微电解从而导致溶解氧微量增加。中性环境中φ(O2)增加2.72 mg/L;酸性(pH=4.0)环境中,由于提供了更多的离子H+与氧气发生进一步的反应生成H2O2等活性成分,消耗了一定的氧气,φ(O2)只增加了2.21 mg/L;碱性(pH=10.0)环境中因Cl-与OH-在阳极竞争放电,OH-阳极放电生成氧气不如中性以及酸性环境强烈,φ(O2)增加不多,增幅为1.75 mg/L。pH值以及电导率的变化不大。     

胶黏剂的发展及其在电力系统中的应用

简要介绍了胶黏剂的概况、应用现状及发展趋势,重点阐述了电力系统用胶黏剂的应用现状、电力系统对专用胶黏剂的要求以及改性研究情况,并对电力用胶黏剂的未来发展重点进行了展望。