1、食品的非热杀菌与除菌,食品的非热杀菌技术：是指采用非加热的方法杀灭食品中的致病菌和腐败菌，使产品达到无菌程度要求的杀菌技术。 食品的非热杀菌 空气净化除菌 食品生产用水的净化除菌,第一节食品的非热杀菌定义及种类,非热杀菌 杀菌过程中食品温度并不升高或升高很低，既有利于保持食品中功能成分的生理活性，又有利于保持色、香、味及营养成分。 优点： 热效应小，温度低； 高温引起的品质降低小； 维生素、风味及必需的营养素变化小； 能量消耗少。,食品非热杀菌技术种类 化学杀菌（杀菌剂、抑菌剂和防腐剂等） 物理杀菌（辐照、紫外线、脉冲电场、振荡磁场、超声波、脉冲光、脉冲x射线等）,新型的食品非热杀菌技术 超高
2、静压（Ultra High Hydrostatic Pressure,UHHP,HHP) 脉冲电场（Pulsed Electric Field,PEF) 振荡磁场（Oscillating Magnetic Fields, OFM),二、食品非热杀菌技术,（一）超高静压杀菌 食品的超高静压（UHP或HHP）处理技术是指将密封于弹性容器内的食品置于水或其它液体作为传压介质的压力系统中，经100MPa以上的压力处理，以达到杀菌、灭酶和改善食品的功能特性等作用。 超高压处理通常在室温或较低的温度下进行，在一定高压下食品蛋白质变性、淀粉糊化、酶失活，生命停止活动，细菌等微生物被杀死。,起源于19世纪末，
3、Tameman 开启超高静压处理技术之门； 18991929年，Hite发现HHP抑制微生物生长； 1974年方法，Wison提出（压力温度）保藏食品； 1986，日本市场出现HHP处理的食品； 1992欧盟实施HPP技术应用投资计划，相关产品上市； 19992000 美国市场也出现HPP巴氏杀菌食品 20世纪90年代，国内开展HPP技术研究，目前处于开发应用阶段，,超高静压(HHP)发展,超高静压杀菌对微生物的作用机理,改变微生物的细胞形态结构,超高静压杀菌对微生物的作用机理,破坏微生物细胞膜,超高静压杀菌对微生物的作用机理,钝化酶的活性,超高静压杀菌对微生物的作用机理,抑制生化反应影响DN
4、A的复制,HPP对微生物的作用,蛋白质聚集,细胞膜的完整性发生变化,DNA发生变化,膜的发生变化通透性,超高静压的杀菌效果,在高压下，会使蛋白质和酶发生变性，微生物细胞核膜被压成许多小碎片和原生质等一起变成糊状，这种不可逆的变化即可造成微生物死亡。 细菌 酵母和霉菌 病毒 寄生虫,影响微生物对压力抵抗能力的其它因素,1、 微生物种类 2、 细胞形态 3、 食品介质种类和性状 4、 加压温度 5、 加压时间 6、 压力大小 7、 加压模式 8、 压力与其他杀菌技术的协同作用 高压下微生物灭活的动力学微生物的死亡遵循一级反应动力学,G(+)营养体对HHP的抵抗力强于G（);细菌芽孢与热协同处理可降
5、低杀灭芽孢所需的压力和加热温度；一般而言，为杀灭有害菌而选择的压力条件基本能满足大多数人类病毒的要求；寄生虫对压力的敏感性要高于细菌的芽孢和细胞。,超高静压杀菌效果,（1）微生物的种类和生长期条件； （2）压力大小和加压时间； （3）施压方式：对于芽孢，间歇式加压好于连续式加压 （4）温度 （5）pH值 （6）物料组成成分 （7）水分活度 ：低aw产生的细胞收缩作用和对生长的抑制作用使细胞对压力产生抗性,影响超高静压(HHP)杀菌效果的因素,超高静压的产生,直接加压产生,超高静压的产生,间接加压产生,超高静压杀菌的特点,用超高压技术处理食品，可达到高效杀菌的目的，且对食品中的维生素、色素和风味
6、物质等低分子化合物的共价键无明显影响，从而使食品能较好地保持原有的色、香、味、营养和保健功能，这是超高压技术的突出优点，也是超高压技术与其它常规食品杀菌技术的主要不同之处。,酸性食品（pH4.6），HPP可以作为巴氏杀菌辅助手段 对芽孢菌，需结合其他处理方法,超高静压杀菌特点,超高静压杀菌的特点,技术优势: 1、 能在常温或较低温度下达到杀菌，灭酶的作用，与传统的热处理相比，减少了由于高热处理引起的食品营养成分和色、香、味的损失或劣化 2、 由于传压速度快，均匀，不存在压力梯度，超高压处理不受食品的大小和形状的影响，使得超高压处理过程较为简单 3、 耗能较少，处理过程中只需要在升压阶段以液压式
7、高压泵加压，而恒压和降压阶段则不需要输入能量,存在问题,1.由于超高压是基于对食品主成分水的压缩效果，它是利用了帕斯卡定律，因此对于不适合这一定律的干燥食品、粉状或粒状食品，不能采用超高压处理技术；2.由于高压下食物的体积会缩小，故只能用软材料包装； 3.一些产芽孢的细菌，特别是低酸性食品中的肉毒梭茵，需在70以上加压到600MPa或加压到1000MMPa以上才能杀死； 4.酶因其分子量和分子结构不同，超高压下活性变化也不一样，故需加压到所有酶失活为止。若允许残存酶时为防止流通中质量下降需采用低温流通的方法 5.超高压装置必须采用耐高压的金属材料和结构，故装置笨重，且基本建设费用高； 6.因反
8、复加减压，高压密封体易损坏，加压容器易发生损伤，故实用的超高压装置目前压力在500MPa左右； 7.虽然已经进行了蛋白质、淀粉等天然高分子物质及微生物的基础研究，但实际应用时仍需根据加工的食品设定处理条件,加压系统、处理室、 密封系统和控制系统。,超高静压(HHP)处理系统,工艺特点,（一） 优点 1、 处理过程中不加热，食物保持新鲜 2、 处理过程能应用在最终包装的产品 3、 对液体食品过程能作为无菌过程的一部分被应用 4、 酶活力可以停止 （二） 缺点 1、 高压导致蛋白质凝胶化，由于细胞壁破裂，酶活力可能增加 2、 可引起蛋白质凝胶、注释及膨胀 3、 引起食物组织内变化 4、 设备的初装
9、费高 5、 细菌的孢子、霉菌和酵母可能要求不同高压须消灭时间长,操作控制,1、超高压处理要求非常特殊的设备，如桔子汁可能在压力室内批处理，然后无菌灌装预先消毒的包装内。 2、超高压加工必须考虑微生物的种类、产品特性、理想的过程（巴氏杀菌或商业消毒）和产品销售方式。 3、超高压处理对生长的细菌、酵母和霉菌是非常有效，但芽胞对高压不会失活，而要另外加热或其他一些作用以达杀死的高水平。,超高静压处理设备,超高压杀菌机的杀菌原理是利用超高压破坏霉菌、细菌的组织从而保持食品鲜度。完全没有加热、添加防腐剂等传统的杀菌方法引起食品营养降低、香味丧失的缺点。 本装置为批量式、加压槽采用连续方式，是一种高效率的
10、大品量生产方式。,应用,1.黑莓、草莓、蓝莓、荔枝、猕猴桃、芒果、柑橘、西瓜、哈蜜瓜、胡萝卜等各种果蔬汁饮料。2.牛奶、羊奶、杏仁奶、花生奶、核桃奶、豆奶等动植物奶类制品。3.牛肉、羊肉、鸽肉、兔肉、鹅肉等畜禽肉类制品。4.蛋制品。5.鱼、虾、贝等水产品。6.白酒、葡萄酒、黄酒、啤酒等酒类产品。7.酱油、醋等调味品。8.保健品。,（二）脉冲电场杀菌技术,脉冲电场灭菌（High Intensity Pulsed Electric Field， 简称HIPEF或PEF）是在特殊的处理室里对液态食品施加瞬时高强度的脉冲电场，将其中的微生物杀死的一种方法。一般电场强度为1050kV/cm，脉冲宽度在1
11、00s以内，脉冲频率在几千Hz以内。其高场强可直接将微生物杀死，其窄脉冲和低频率保证了食品升温很小和极少的电化学反应，从而最大限度地保证了食品的天然风味和营养成分。,（二）脉冲电场杀菌技术,也就是说，脉冲电场杀菌是将食品置于两个电极间产生的瞬间高压（15-100kv/cm）电场中，由于高压电脉冲能破坏细菌的细胞膜，改变其通透性，从而杀死细胞。 主要应用于液态食品物料的巴氏杀菌。,将液态食品作为电介质置于高强度脉冲电场中，食品中微生物的细胞膜在强电场的作用下被击穿，产生不可修复的破裂或穿孔，使细胞组织受损，导致微生物失活.,电场灭菌的原理,在强电场作用下，细胞膜两表面堆积的异号电荷相互吸引，引起
12、膜的挤压.,+,-,高电压,当挤压力大于膜的弹性力时，产生穿孔.,PEF灭菌技术研究进展,1960年 ，Gossling首次提出使用高强脉冲（high intensity electric field pulses）来杀死微生物 。1967年，英国的Sale和Hamilton报导25kV/cm的直流脉冲能有效致死营养细菌和酵母菌，并认为电场强度和作用时间是影响灭菌效果的两个主要因素 。1981年，Hulsher发现关于PEF处理下细菌存活率的数学模型。杀菌率与电场强度和作用时间的对数是成正比的。1981年后，Hulsheger、Zimmermann等学者对电脉冲灭菌机理做了进一步探讨，并开始了
13、用于工业生产设备的研究。1990年后，以美国的Barbosa-Cnovas G. V.，Zhang Q.H.和德国的Knorr D为代表的研究者关于PEF进行灭菌的研究的报导也越来越多，并设计了商业化的小型PEF设备体系，由此产生了许多专利成果。,国外,1995年 ，大连医科大学张毅等使用PEF对液体中的细菌进行了灭菌实验，结果表明电场可全部杀死液体中的细菌，不破坏营养成分。 1995年至今，吉林工业大学殷涌光等使用PEF对细菌孢子进行了灭活实验。之后还运用PEF对原料乳、桃汁、蔬菜饮料等进行了灭菌研究。 1997年至今，华南理工大学曾新安使用连续的PEF处理系统对橙汁、桑果汁、牛乳进行了灭菌
14、研究。 2002年至今，清华大学史梓男等设计了脉冲电源，并与 中国农业大学廖小军等合作，研究了PEF处理对西瓜汁、橙汁、苹果汁的灭菌效果及对食品品质的影响。并对前人的灭菌模型进行了比较 2002年，大连理工大学但果等设计了高精度脉冲电源，对PEF非热处理理论进行了实验性研究 20052006年 ，江南大学的李迎秋、王茉、周媛等研究了PEF对微生物、绿茶饮料、液态蛋的灭菌研究,PEF非热灭菌技术优点,电场传递迅速，处理时间短 ； 灭菌效果理想，且灭菌后温度升高很小 ； 处理后几乎无副产物，保持了食品的原有风味 ； 耗能低，操作费用和维护费用低 ； 设备体积小，占地面积不大，对环境无污染,脉冲发生
15、器控制单元,RCL,E 10 kV/cm,+,-,高电压,强电场,脉冲宽度频率,高压 电源,Food,电场灭菌装置,高压脉冲发生器产生的高压脉冲, 被加到杀菌容器的两极板上形成10 kV/cm以上的电场.,脉冲电场的产生方法,1、利用LC振荡电路原理 先用高压电源对一组电容器进行充电，将电容器与一个电感线圈及处理室的电极相连，电容器放电时产生的高频指数脉冲衰减波即加在两个电极上形成高压脉冲电场。 2、 利用特定的高频高压变压器，得到持续的高压脉冲电场。,Co-axial cylinders,Bushnell et al. 1991 US Patent 5,048,404,几种灭菌容器的电场设计
16、,食品入口,食品出口,电极,电极,Co-axial cones,食品入口,食品出口,电极,电极,几种灭菌容器的电场设计,脉冲电场的处理系统,PEF 连续处理系统,工艺特点,（一） 优点 1、 消灭大量致病菌和腐败有机体 2、 产品中只有轻微的温度升高 3、 与热处理比较价格较低 4、 产品没有变化，维生素和酶无损失 （二） 缺点 1、 对孢子需要高剂量和长时间 2、 只能用于液体或灌制食品 3、 只能用于货架稳定酸性食品和冰箱食品 4、 必须对每一种具体的产品设计过程,几乎所有具有流动性能的流体和半流体的非热杀菌.,适用对象, 果汁蔬菜汁蛋液的非热杀菌 果酱色拉调料和其它酱类制品 乳制品 乳膏
17、类化妆品 功能性食品和医药制品,杀菌作用的基本原理,1.场的作用 脉冲电场产生磁场，这种脉冲电场和脉冲磁场交替作用，使细胞膜透性增加，振荡加剧，膜强度减弱，因而膜被破坏，膜内物质容易流出，膜外物质容易渗入，细胞膜的保护作用减弱甚至消失。 2、电离作用 电极附近物质电离产生的阴、阳离子与膜内生命物质作用，因而阻断了膜内正常生化反应和新陈代谢过程等的进行；同时，液体介质电离产生O3的强烈氧化作用，能与细胞内物质发生一系列反应。通过以上2种作用的联合进行，杀死菌体。,PEF 杀菌机理,细胞膜的电崩溃（electric breakdown) 电场使膜内外电位差增大膜的挤压膜通透性剧增膜出现小孔（可逆）
18、 电场进一步加大导致膜的不可逆穿孔细胞组织破裂、崩溃细胞膜的电穿孔 (electricporation) 电场使细胞膜脂质双分子层不稳定 出现小孔细胞内渗透压高于细胞外 细胞吸水膨胀 细胞膜破损,（a）完整细胞膜（如同一个并联的电容和电阻），膜两侧有电位Vm （b）放在两电极之间的充电电位Vm Vm （c）细胞膜极化达到破损电位VR,这时膜的破裂是可逆的 （d）膜的极化加剧导致不可逆的破裂。,电介质击穿示意图,细胞膜不可逆的电穿孔过程示意图,脉冲电场对微生物的作用,细胞膜被破坏，细胞质泄漏。,不同电场强度下显微镜观察到的酿酒酵母细胞（400倍),2kv/cm（400）,10kv/cm（400）
19、,5kv/cm（400）,20kv/cm（400）,15kv/cm（400）,参照（400）,不同电场强度下显微镜观察到的酿酒酵母细胞（1000倍),参照（1000）,20kv/cm（1000）,25kV/cm处理大肠杆菌细胞膜表面的二维和三维图，扫描范围11m2,未处理大肠杆菌细胞膜表面的二维和三维图，扫描范围11m2,原子力显微镜下观察到的PEF处理前后的E.coli细胞,脉冲电场作用的剂量及效果,电场灭菌效果,场强40 kV/cm,脉冲宽度2 us，50个脉冲后，99%大肠杆菌失活,影响脉冲电场杀菌效果的因素,电场强度,影响脉冲电场杀菌效果的因素,处理时间热处理时间越长，对微生物的杀灭作
20、用越大。 脉冲波的波形矩形波的能量效率和杀菌效率要高于指数衰减波，振荡脉冲的杀菌效率最低。 温度处理温度在适当温度（50-60）时对脉冲电场杀菌有增效作用，在电场强度维持恒定时，温度升高可以提高脉冲电场的杀菌效率。,影响脉冲电场杀菌效果的因素,微生物特性 G（）抵抗力大于G（）； 微生物浓度：浓度高降低杀菌效果 生长阶段：对数生长期较敏感 对数生长期的微生物对电场更敏感 介质的温度 介质的离子强度,溶液pH值对灭菌效果的影响,多数微生物的最佳生长环境的pH值位于6.67.5之间，加入HCL或NaOH等可调节溶液的pH值，使其偏离最佳生长区.,微生物的细胞膜穿孔形成后，细胞周围的介质渗入细胞，使
21、其体内酸碱度平衡受到破坏，促使其失活，提高灭菌效果.,溶液pH值对大肠杆菌灭菌效果的影响,8个脉冲后，pH5.7的溶液中大肠杆菌的存活率为pH6.8溶液的十分之一.,PEF处理效果影响因素,物料性质 导电性：电导率高的液态食品不适于进行PEF杀菌； 含空气或蒸汽的液体进行PEF处理时会出现介电破坏。,技术特点,1、 杀菌时间短，处理过程中的能量消耗远小于热处理法 2、 由于在常温、常压下进行，处理后的食品与新鲜食品相比在物理性质、化学性质、营养成分上改变很小，风味、滋味无感觉出来的差异。 3、 杀菌效果明显(N/No10-9)，可达到商业无菌的要求 4、 杀菌时间非常短,不足1,通常是几十微秒
22、便可以完成,最佳的灭菌效果的综合考虑：, 对象菌的种类 场强的大小 电场形状设计 灭菌时间长短 食品的酸碱度调节等,PEF在食品杀菌中的应用,液态果汁 牛乳,对食品感观质量影响小, 美国基于该技术的一无菌罐装生产线，处理能力 2 000 l/h.,该技术很可能取代传统的灭菌方法，给食品的灭菌工艺带来一场变革.,其他新型非热杀菌技术,振荡磁场杀菌技术 脉冲光杀菌技术 超声波杀菌,振荡磁场杀菌技术,静止的强磁场（Static Magnetic Field SMF）和振荡磁场（Oscillating Magnetic Field， OMF）能够杀死微生物。静止的磁场的强度不随时间发生变化，磁场各方向
23、的强度相同。振荡磁场以脉冲的形式作用，每个脉冲均改变方向，磁场强度随时间衰变到初始的10。关于磁场杀灭微生物的机理一般认为是磁场产生的强电流，一方面干扰微生物细胞膜的电荷分布，进而影响物质出入细胞，另一方面又使细胞内物质及水电离产生过氧化物，从而使蛋白质及酶类变性，最终破坏细胞结构。用振荡磁场杀灭微生物的磁通密度为550T，脉冲持续时间为10s到几个毫秒之间。频率最大不超过500MHz,因为超过这个值升温开始变得显著。,食品营养成分和感观品质的改变很小；降低了能源消耗；使用的塑料袋包装食品能避免加工后的污染。目前仍然不清楚磁场抑制微生物生长的机理和必要条件 ；磁场灭菌仅可降低微生物两个数量级，
24、如果要使磁场技术商业化，还要大幅度提高灭菌的有效性和均匀性,振荡磁场杀菌技术特点,脉冲光（Pulsed Light）杀菌技术,是用连续的宽带光谱短而强的脉冲，抑制食品和包装材料表面、透明饮料、固体表面和气体中的微生物。 采用的光波波长在紫外光到近红外光的宽谱区域光脉冲可诱发光化学反应或者光热反应光化学反应是微生物致死的主要原因。处理后的温度上升不超过1,杀菌时间短，不到1s。,超声波杀菌,1 超声波及其特性 频率在920千赫秒以上的超声波，对微生物有破坏作用。它能使微生物细胞内容物受到强烈的震荡而使细胞破坏。一般认为在水溶液内，由于超声波作用，能产生过氧化氢，具有杀菌能力。也有人认为微生物细胞
25、液受高频声波作用时，其中溶解的气体变为小气泡，小气泡的冲击可使细胞破裂，因此，超声波对微生物有一定的杀灭效应。,杀菌原理,（一）热效应机制 超声波在介质中传播时往往会使介质的温度升高，如果此时超声波还对介质产生某种效应，而且如果采用其它加热方法也可获得同样的温升和效应时，那么就可以说该超声波效应的原因是热学机理。 超声波形成热的主要原因有： 1超声振动能量在通过介质中不断地被介质吸收，部分振动能被转变为热能。 2由于超声波的振动，使介质质点产生强烈的高频振荡，介质间相互摩擦而发热。 3在不同组织的分界部分由于组织分层介质声阻抗不同，将产生反射，形成驻波引起分子间相对运动，产生摩擦而形成热，此时
26、在与驻波引起分子间相对运动，产生摩擦而形成热。,杀菌原理,（二）机械效应 当超声波在介质中传播时，将引起传播空间内介质质点的振动，使它们具有交变的速度、加速度、位移、声压、压力、张力、切应力（弹性的或粘滞的）、膨胀、压缩等。如果超声波对介质作用所引起的效应与上述一个或几个力学量有关，便可把产生效应的机理归纳为机械（力学）效应。,杀菌原理,（三）空化效应 当超声波在液体中传播时，会产生一种特殊现象空化。广义地说，超声空化是指激活气泡或空穴的各种动力学表现。也就是说，当超声波在液体中传播时，液体中的微小气泡（或空穴），在声场的作用下被激活，它表现为这些气泡（空化核）的振荡、生长、收缩及崩溃等一系列
27、动力学过程。空化泡收缩及崩溃瞬间，泡内可呈现5000以上的高温和几百到上千个大气压的高压，温度变化率高到109K/s，逐渐导致产生自由基及声致发光、次谐波、噪声等现象，并伴随有强大的冲击波（对均相液体介质）或时速达400km的射流（对非均相介质），会产生一系列物理、化学或生物效应。,第二节 空气净化除菌,空气净化除菌的目的及应用 空气过滤除菌 空气的杀菌,一 空气净化的目的及应用 （一）空气中的微生物 空气中的微生物包括常见的细菌，以及酵母、真菌和病毒等。大气中的微生物约66%为球菌，25%为芽孢菌，其他为真菌、放线菌、病毒、蕨类孢子、花粉、微球藻类、原虫及少量厌氧芽孢菌等。,空气中常见杂菌的
28、大小,室内最主要外来污染源是人和物料。,发酵对空气无菌程度的要求,发酵对无菌空气的要求是 ：无菌，无灰尘，无杂质，无水，无油，正压等几项指标；发酵对无菌空气的无菌程度要求是：在工程设计中一般要求1000次使用周期中只允许有一个菌通过.,（二）空气净化的目的及应用,1 创造一个卫生的生产环境 洁净室技术 洁净度,（二）空气净化目的及应用,2 提供大量无菌空气空气净化是好氧发酵过程的一个重要环节。（谷氨酸、柠檬酸、抗菌素等发酵过程。）不同的发酵过程对所用无菌空气的无菌程度也不一样。,二 过滤除菌机理,（一）过滤除菌机理 过滤除菌是利用过滤介质阻截流过空气中的微生物、尘埃颗粒和其他杂质，以达到除尘、
29、除菌等目的。,过滤层捕集微粒作用效应 惯性冲击滞留效应（空气流速大时，效应明显）主要作用 拦截滞留效应（空气流速较低时，效应明显） 扩散效应（空气流速很低时，效应明显）重要作用之一 重力沉降效应（空气流速降得更低时，效应明显） 静电吸附效应（纤维与微粒之间的静电吸引）,二 过滤除菌机理,当微粒随气流以一定的速度垂直向纤维方向运动时，空气受阻即改变运动方向，绕过纤维前进，而微粒由于它的运动惯性较大，未能及时改变运动方向随主导气流前进，于是微粒直冲到纤维的表面，由于磨擦粘附，微粒就滞留在纤维表面上。 当空气流速较大时，这一效应显得尤为重要，它是介质过滤除菌的主要作用。 主要影响因素是空气流速和微粒
30、质量。,1 惯性冲击滞留作用机理,、拦截滞留作用机理,当气流速度下降到一定值时，若微粒随气流慢慢靠近纤维时，受纤维所阻改变方向，绕过纤维前进，并在纤维的周边形成一层边界滞留区，滞留区的气流流速更慢，当与纤维表面接触时就被捕集。,二 过滤除菌机理,3 扩散效应布朗运动：与微粒和纤维直径有关，并与流速成反比。在气流流速较小时，扩散效应是介质过滤除菌的重要作用之一。,、重力沉降作用机理,重力沉降是一个稳定的分离作用，当微粒所受的重力大于气流对它的拖带力时，微粒就容易沉降。,、静电吸附作用机理,悬浮在空气中的微粒大多带有不同电荷，这些带电的微粒会受带异性电荷的物体所吸引而沉降。,二 过滤除菌机理,在过
31、滤除菌中，有时很难分辨上述各种机理各自所作贡献的大小。随着参数的变化，各种作用之间有着复杂的关系，目前还未能作准确的理论计算。一般认为惯性撞击截留、拦截截留和布朗运动截留的作用较大，而重力和静电引力的作用则很小，有时忽略不计。 气流速度小：布朗扩散截留和拦截截留显著 气流速度大：惯性撞击截留作用显著。,当空气流过介质时，上述五种除菌机理同时起作用，不过气流速度不同，起主要作用的机理也就不同。当气流速度较大时，除菌效率随空气流速的增加而增加，此时惯性冲击起主要作用；当气流速度较小时，除菌效率随气流速度的增加而降低，此时扩散起主要作用；当气流速度中等时，可能是截留起主要作用。如果空气流速过大，除菌
32、效率又下降，则是由于已被捕集的微粒又被湍动的气流夹带返回到空气中。,除菌效率,三 空气过滤介质与过滤器种类,（一）过滤介质 用于空气过滤的过滤介质要求具有吸附性强、阻力小、空气流通量大、能耐干热等。 常用的过滤介质：棉花、玻璃纤维无纺布、化纤无纺布、聚丙烯超细纤维滤料及泡沫塑料等。,（二）空气过滤器,1分类 2典型的过滤器及其特点 深层纤维介质（棉花、活 性炭、玻璃纤维）过滤器 填充物按下列顺序安装： 孔板铁丝网麻布棉花麻布活性炭麻布棉花麻布铁丝网孔板,纤维纸平板过滤器管式过滤器接迭式低速过滤器,（三）影响空气过滤效率的因素,微粒直径,纤维粗细,过滤速度,填充率,粒径小，扩散效应 扩散效率随粒
33、径增大而逐渐下降； 粒径大，拦截和惯性效应，拦截和惯性效率随粒径的增大逐渐上升。 最易穿透粒径 最大穿透粒径 最低效率直径,纤维直径小，捕集效率高； 纤维端面形状对捕集效率影响不大,随过滤速度增大，扩散效率下降，惯性和惯性效率增大，总效率下降。,填充率大，气流速度大，扩散效率低，惯性和拦截效率增加，总效率提高，但过滤器阻力降增大。 不建议采用增大填充率来提高过滤效率。,1.减少进口空气的含菌数。 加强生产环境的卫生管理，减少环境空气中的含菌量； 提高空气进口位置，减少空气进口含量； 加强压缩前的空气预过滤。 2.设计和安装合理的空气过滤器。 3.降低进入总过滤器空气的相对湿度。 采用无油润滑空
34、压机； 加强空气的冷却，去油水； 提高进入总过滤器的空气温度，降低其相对湿度。,提高过滤效率的措施,四 无菌空气制备的工艺设备流程,传统空气净化系统净化空气量大，适合不同气候条件 采用空气二次冷却与分离工程，确保过滤器在较长时间内有较高过滤效率 高效前置过滤器 利用压缩机抽吸作用，使空气先经中效、高效过滤后，进入空气压缩机，降低主过滤器的负荷； 无菌程度高，但成本较高，且净化空气流量受限制，要求新鲜空气中污染微粒少。 节能的空气净化流程 利用压缩热空气与除水、除油后的冷空气进行热交换的空气净化流程。,两级分离、冷却、加热的空气除菌流程,高效前置过滤除菌流程,冷却空气直接混合式空气除菌流程,粗过
35、滤器 压缩机 贮罐 冷却器 丝网分离器 过滤器,无菌空气制备流程应根据所在地的物理环境、气候环境和设备等条件而考虑； 环境污染严重地方，考虑改变吸风条件，如提高进风口高度； 在温暖潮湿的南方，要加强除水设施； 压缩机耗油严重时，要加强消除油雾的污染或采用无油（少耗油）润滑空气压缩机等技术。,无菌空气制备的工艺设备流程,一、空气预处理设备 1粗过滤器 安装在空气压缩机前的粗过滤器，其主要作用：捕集较大的灰尘颗粒，防止压缩机受损，同时也可减轻总过滤器负荷。粗过滤器一般要求过滤效率高，阻力小，否则会增加空气压缩机的吸入负荷和降低空气压缩机的排气量。常用的粗过滤器有：布袋过滤、填料式过滤、油浴洗涤和水
36、雾除尘等。,过滤除菌设备结构,2.设备结构,除尘器,空气压缩机,分为离心式空气压缩机和往复式空气压缩机两种。空气除菌中除去水雾油雾的原因：否则：（1）导致传热系数降低，给空气冷却带来困难。（2）如果油雾的冷却分离不干净，带入过滤器会堵塞过滤 介质的纤维空隙，增大空气压力损失。（3）黏附在纤维表面，可能成为微生物微粒穿透滤层的途径，降低过滤效率，严重时还会浸润介质而破坏过滤效果。,贮气罐贮气罐的作用： （1）消除脉动维持罐压的稳定。 （2）使部分液滴在罐内沉降。 （3）保温灭菌。,冷却器,油水分离器,加热器,二级冷却器,其结构同一级冷却器相同，由于季节关系或其它原因对压缩空气的冷却效果达不到工艺
37、要求的情况下，可增设二级冷却器，再次冷却。,通过油水分离器净化过的空气，仍含有粒度较小的杂质及油水雾滴，需在除雾器中进一步除去。除雾器结构较简单，为一个中间夹有填料瓷环的容器，油水雾滴遇到填料瓷环便凝聚下来，最后，可通过油水排出口排出。,除雾器,1纤维状或颗粒介质过滤器 孔板铁丝网麻布棉花麻布活性炭麻布棉花麻布铁丝网孔板。,弹簧压紧装置,绝对过滤薄膜管式过滤器彩色图,五 空气的杀菌,紫外线杀菌 静电除菌法 熏蒸消毒,紫外线杀菌,用紫外线照射物质，使物体表面的微生物细胞内核蛋白分子构造发生变化而引起死亡。 有效杀菌波长240280nm，最强杀菌波长为253.7nm。 穿透能力低、适合物体表面杀菌
38、,利用静电引力吸附带电粒子而达到除菌除尘目的。 可除去空气中的水雾、油雾、尘埃及微生物。 电晕层及静电场可使细菌、病毒电解、炭化，直接导致死亡。 静电除尘对很小的微粒效率较低； 耗能少，常用于洁净工作室工作台所需无菌无尘空气的第一次除菌，配合高效过滤器使用。,静电除菌法,熏蒸消毒,利用消毒药物的气体或烟雾，在密闭空气内进行熏蒸而达到消毒目的；室内空气杀菌，食品接触设备、器具表面消毒；常用的熏蒸试剂 乳酸熏蒸 （室内空气消毒） 过氧乙酸熏蒸 （密封房间内污染表面消毒） 甲醛熏蒸 （经营、生产场所的空气及墙壁、机械设备等表面消毒）,第三节 食品生产用水的净化除菌,一 食品工厂用水要求 （一）不同水
39、源及其特征自来水、地表水、地下水等。,（二）食品工厂用水对水质的要求,生产工艺用水要求 除符合饮用水标准外，对硬度、某些元素、微生物指标有更高的要求； 针对不同食品，我国有不同的食品用水指标。 冷却循环水水质要求 冷却水易引起腐蚀、结垢、污泥生成和微生物繁殖等问题； 选择合适水源，添加缓释剂控制腐蚀，用阻垢剂控制结垢，用抗污泥剂控制污泥沉积，用杀菌灭藻剂控制微生物繁殖。锅炉用水水质要求 对硬度指标要求严格,二 水的净化除菌,（一） 水的澄清净化除去水中的悬浮物质、有机物和胶体，主要是10m以下的固体物质颗粒，包括绝大部分的黏土颗粒（粒度上限为4 m ）、大部分细菌（0.2-80 m ）、病毒（
40、10-300nm）和蛋白质（1-50nm）等。,（一） 水的澄清净化,1. 混凝胶体的脱稳：水中黏土、蛋白质、淀粉和胶质等。混凝剂：无机混凝剂和有机混凝剂。 2 沉淀与澄清停留时间与颗粒大小及澄清的目的有关。,（一） 水的澄清净化,3 过滤 利用一些多也过滤介质，从水中截留、筛滤和吸附不溶性固体物质的过程，去除水中各种浮游生物、细菌、滤过性病毒、漂浮油和乳化油等。 过滤介质 过滤方法,（二）水的过滤杀菌,（1）微孔过滤基本原理 尺寸排除与碰撞拦截、黏附和静电吸附。,（2） 膜过滤,（三）水的消毒与杀菌,1 氯消毒 2 紫外线杀菌 3 臭氧杀菌,水的净化除菌技术总结,目的：进一步过滤去除水中悬浮
41、的细小悬浮物和细菌 方法 微孔过滤 膜过滤,目的:除去水中的悬浮物质、有机物和胶体 方法 混凝 沉淀与澄清 过滤,目的：通过物理或化学方法杀死水中各种微生物及病原菌和其它生物。 方法 氯消毒 紫外线杀菌 臭氧杀菌,水的澄清 净化,水的过 滤除菌,水的消毒 与杀菌,微孔过滤原理：微孔滤芯过滤的推动力(及施加于被滤悬浮液的压力)使悬浮液通过膜，其中液体和小的溶质透过膜作为透过液而收集。悬浮的粒子被膜截留并作为浓缩截留物而收集。粒子被截留的机理取决于膜的性能(物理的与化学的)和膜与粒子间相互作用的性质。当膜的孔径小于悬浮粒子的尺寸，粒子以其几何形状被阻挡，不能进入或通过膜，而与透过液分离，这种分离机理称之谓表面过滤或筛滤机理。若膜的孔径较粒子尺寸为大，在这种情况下，粒子能够进入膜孔隙内，当它与孔壁相接触并粘附于其上，它们就从悬浮液中被滤除。由于过滤是在膜的孔深处发生，故这种分离机理称作深度过滤机理。 尺寸排除与碰撞拦截 筛孔颗粒截留和滤饼效应黏附和静电吸附 利用液体中许多小颗粒呈负电荷，能被正电荷的滤膜捕获,
