脉冲电场中西瓜汁杀菌钝酶效果分析

利用脉冲高压电源对反应器中的西瓜汁施加脉冲电场处理 ,测定了电场强度为 2 0、30、4 0 k V/cm和不同处理时间情况下西瓜汁的细菌含量和酶的活性 ,试验发现 ,脉冲电压对于西瓜汁的杀菌效果比较明显 ,试验 30 s后平均细菌数下降到 2 .5 %～ 10 % ;同时 ,脉冲电场对酶的活性有一定影响 ,但是不确定效果是正面或者负面     

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。     

脉冲电场灭菌机理分析及细菌失活模型的研究

针对目前有争议的脉冲电场灭菌机理,通过对电穿孔和电崩解过程的分析,认为电崩解机理更能够说明脉冲电场灭菌的原理和过程。通过对两种细菌失活模型Hülsheger&Niemann模型和Peleg模型进行数学分析,认为这两种模型其实质是相同的。在这两种模型中,细菌残活率指数岁电场强度的呈线性变化。通过实验研究,提出了一种不同的细菌失活模型,其细菌残活率指数随场强升高呈指数趋势变化,对这种新模型与目前常用的模型之间的关系进行了分析说明,常用的两种模型是该模型在一个局部的线性化近似表达。     

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。     

高压脉冲电场设备及其在食品非热处理中的应用

为较全面了解高压脉冲电场(PEF)食品非热加工技术,总结了清华大学在PEF上的开发和应用研究,对PEF技术的理论研究和工业化发展现状进行了综述.首先分析了清华大学4代高压脉冲电场系统的电源结构拓扑和性能以及处理室的结构特性,其次对相关系统在液态食品处理领域的应用研究进行了总结介绍.研究结果表明,经过近10 a的努力,清...     

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。     

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。     

脉冲电容器简化模型的电场计算及击穿分析

本文对重复频率运行的脉冲电容器的击穿机理进行了深入的研究，并用有限元法对全膜脉冲电容器模型进行了计算，计算结果显示；放电段，电极边缘附近的膜及油中都出现场强较大的单元，其数值表明，放电时出现的振荡极可能造成油中的局部放电，局部放电的累积效应最终会造成绝缘击穿。此研究为全膜脉冲电容器设计提供了依据。     

脉冲电容器放电时边缘电场计算分析

运用有限元法对脉冲电容器放电时电级边缘电场分布进行数值计算，对缓慢充电、快速放电工作条件下同时考虑介质ε和γ参数的时变电场提出了一种简化计算方法，分析了反峰电压和不均匀介质分界面由于麦克斯韦－瓦格纳极化出现的界面电荷对脉冲电容器边缘电场分布的影响。     

高压方波脉冲电场对微生物的致死作用

研究了高压方波脉冲电场对食品中常见的腐败菌枯草芽孢杆菌 ,灰绿青霉的致死作用 ,比较了几种微生物的灭活效果 ,并以酿酒酵母为材料 ,初步探讨了杀菌机理。研究表明 :微生物的致死率随电场强度、脉宽、脉冲个数的增加而增大 ,同一灭菌条件 ,酵母菌 >大肠杆菌 >枯草芽孢杆菌 >灰绿青霉。电场作用后死亡酵母细胞表面出现凹陷 ,局部有孔洞产生。     

ns脉冲诱导细胞内电处理机理的研究进展

脉宽为ns级、场强≥10 kV/cm的脉冲电场能够对细胞内部结构产生影响而不会导致细胞外膜穿孔,即细胞内电处理效应。尽管细胞内电处理效应的机理目前还不是很清楚,但国内外学者一致认为细胞内电处理的根本原因是ns脉冲电场在细胞内膜上诱导出的跨膜电位超过了穿孔临界值,从而导致内膜穿孔。基于以上研究详细介绍了目前关于细胞内外膜跨膜电位的计算模型、方法及仿真计算结果,探讨了细胞内电处理的机理。宽脉冲电场难以透过外膜进入细胞内部,主要作用在外膜上,导致外膜发生电穿孔。随着脉冲宽度变小,电场对内膜作用增强。当脉宽减小到ns级时,脉冲电场感应出的内膜跨膜电位比外膜大,电场主要作用于膜内细胞器,诱导内膜穿孔,细胞结构和功能改变,即进行细胞内电处理。     

脉冲电场处理电厂冷却水系统微生物的研究

用脉冲电场处理冷却水系统中的微生物是切实可行的。该法不同于向水中添加杀生剂的方法 ,其基本原理是用脉冲电场处理冷却水 ,使水中的微生物在流过冷却设备时暂时失去活动能力 ,不发生沉积。由实验可知 ,对单脉冲电场来说 ,微生物的抑制时间由脉冲持续时间和脉冲电场幅值或能量密度决定。用重复频率的脉冲处理冷却水中的微生物可在较小的电场强度下获得与较大电场强度单脉冲电场相同的效果。在使用时 ,对处理池中的电极施加脉冲电场 ,可通过改变电极间距改变施加的场强值。     

细胞骨架在ns脉冲诱导肿瘤细胞凋亡中的作用

为了研究细胞骨架在ns脉冲诱导肿瘤细胞凋亡中的作用,将脉冲电场参数组合(电场强度10kV/cm,脉宽500ns,脉冲30个,频率1Hz)作用于细胞骨架裂解的Hep-G2细胞。利用Annexin-V和碘化丙碇(propidium i-odide,PI)双染法检测细胞凋亡和坏死情况;采用荧光分光光度计观测线粒体跨膜电位和细胞膜穿孔的变化情况。试验发现:肌动蛋白裂解后脉冲处理组的细胞凋亡和坏死大大降低(与单独脉冲处理组相比检验水平P<0.05),早期细胞凋亡由(16.94±2.87)%下降到(4.77±1.87)%;晚期凋亡和坏死由(20.94±3.09)%下降到(14.38±2.60)%;脉冲处理组和肌动蛋白裂解后脉冲处理组的细胞线粒体跨膜电位都出现下降,但后者的线粒体跨膜电位却明显高于前者(P<0.05);单独脉冲处理组和细胞骨架缺失后脉冲处理组二者在相同时间点时其PI荧光强度无明显差异,且PI荧光随时间而变化的规律亦相似。上述结果表明:细胞骨架的缺失抑制了ns脉冲诱导细胞凋亡的线粒体通路,进而降低细胞凋亡水平,但对细胞膜的穿孔情况无明显影响。     

陡脉冲电场作用下细胞电场力的仿真计算

The basic characteristic of electric field is that the substance in the field is in operation by the stress. Under external electric fields,there is strong distribution of electric fields on the inside and outside surfaces of cell membrane. In virtue of the difference of the permittivity among membrane,cytoplasm and extracellular medium,there must be electric field stress on the surface of the membrane. The goal of the study is to research the irreversible electrical breakdown (IRE) mechanism of the malignant tumor cells under steep pulsed electric field (SPEF) from the views of mechanics. Electric field stress of plasma membrane under steep pulsed electric field is calculated and simulated both on malignant tumor cells and on the normal cells. The calculation results show that,in addition to a compressive stress normal to the membrane plane,transverse traction stresses are generated in the lateral plane of the membrane. The lateral stress will reduce the membrane tension significantly,leading to electroporation and rupture. At the same electric field strength,the transverse traction stress on malignant cell membrane is greatly larger than the one on normal cell membrane. Therefore,compared with the normal cells,the malignant tumor cells are more sensitive under the steep pulsed electric field. Namely,steep pulsed electric field can selectively destroy the malignant tumor cells,which proved the safety of treating malignant tumors by steep pulsed electric field.     

同时测量脉冲磁场和电场的仿真研究

针对脉冲电磁场的时间短、稳定性差,分别测量电场和磁场会造成准确率降低的问题。本文设计了一个同时测量脉冲磁场和电场的方案。首先利用理论知识对电场和磁场的关系进行推导,然后通过CST2020对半波对称天线进行建模,并且对天线的负载效应和尺寸效应做了仿真,来确定天线的外形。最后利用电荷灵敏放大电路对信号进行处理。仿真结果为半波对称天线的长度为15mm,负载电容为1pF和负载电阻为1MΩ,是最佳长度。电荷灵敏放大电路对信号进行处理,脉冲电流信号范围为1uA-10uA,电磁场的测量范围为线性误差在0.822%左右。仿真表明半波对称振子天线的外形参数以及电荷灵敏放大电路测试脉冲电磁场的波形能够满足要求。     

陡脉冲致兔肝组织不可逆性电击穿的量效关系

为优化陡脉冲电场在肿瘤治疗的治疗参数,确定最佳的治疗剂量,实验研究了不同电压峰值、脉宽、频率组合的陡脉冲电场致正常兔肝组织细胞不可逆性电击穿范围(即杀伤面积)的量效关系。结果发现:不同参数组合的陡脉冲对杀伤面积有较大的影响,随着脉冲剂量增大,杀伤面积随之增加,但峰值电压约900V时趋于饱和,脉宽>5μs后杀伤面积增大较前明显。     

脉冲电场上升沿对细胞跨膜电位的影响分析

分析了电场生物效应实验和实用中脉冲电场上升沿的形成并基于经典球形单细胞模型推导出计及上升沿的脉冲电场所诱导的细胞跨膜电位的计算解析式。研究发现:脉冲电场上升沿与细胞跨膜电位峰值、波形密切相关,减少脉冲电场发生电路的电感来增大脉冲电场所诱导跨膜电位的峰值可提高电穿孔的效率。