電場(chǎng)誘導(dǎo)自由基的滅活方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及滅活技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種電場(chǎng)誘導(dǎo)自由基的滅活方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 微生物幾乎存在于自然界的一切領(lǐng)域，肉眼一般是看不到的，需要使用顯微鏡才 能觀察到。食品在常溫下放置，很快就會(huì)受到微生物污染和侵襲，引起食物腐敗和變質(zhì)。引 起食品腐敗變質(zhì)的微生物有細(xì)菌、酵母菌和霉菌等，它們?cè)谏L和繁殖過程中會(huì)產(chǎn)生各種 酶類物質(zhì)，破壞細(xì)胞壁而進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部，使食品中的營養(yǎng)物質(zhì)分解，食品質(zhì)量降低，進(jìn)而使 食品發(fā)生變質(zhì)和腐爛。食用變質(zhì)和腐爛的食物會(huì)引發(fā)很多疾病。所以，有必要通過對(duì)食物 進(jìn)行滅活處理來延長食物的貯存時(shí)間，防止由微生物引發(fā)疾病事情的發(fā)生。
[0003] 高溫滅活法是最常見的食物中微生物的滅活方法，一般利用蒸汽將食物加熱到 112 °C(0. 15 MPa)，并維持20 - 30分鐘，以達(dá)到完全滅活的效果。該法消耗大量的熱能，需 要壓力滅活容器，而且該法會(huì)引起營養(yǎng)成分的變質(zhì)，也會(huì)改變?cè)惺澄锏奈兜馈?br>[0004] 因此，人們正在嘗試多種無加熱滅活方法。
[0005] 輻射滅活是利用電磁輻射產(chǎn)生的電磁波殺死大多數(shù)物質(zhì)上的微生物的一種有效 方法。用于滅活的電磁波有微波、紫外線（UV)、X射線和γ射線等。它們都能通過特定的 方式控制微生物生長或/殺死微生物。申請(qǐng)?zhí)?00910212077. 4的發(fā)明專利，公開了一種在 生物液體中滅活微生物的方法。該方法用有效輻照劑量的來自一個(gè)或者多個(gè)光源發(fā)出的單 色光或者多色光輻照生物液體來滅活微生物，該方法運(yùn)用了一定量的化學(xué)試劑，造成環(huán)境 污染，對(duì)操作人員存在潛在危險(xiǎn)性，而且操作極其復(fù)雜繁瑣。
[0006] 食品超高壓滅活就是在密閉的超高壓容器內(nèi)，用水作為介質(zhì)對(duì)軟包裝食品等物料 施以400~600MPa的壓力或用高級(jí)液壓油施加以100~1000 MPa的壓力，從而殺死其中 幾乎所有的細(xì)菌、霉菌和酵母菌。超高壓滅活的機(jī)理是通過破壞菌體蛋白中的非共價(jià)鍵，使 蛋白質(zhì)高級(jí)結(jié)構(gòu)破壞，從而導(dǎo)致蛋白質(zhì)凝固及酶失活。超高壓還可造成菌體細(xì)胞膜破裂，使 菌體內(nèi)化學(xué)組分產(chǎn)生外流等多種細(xì)胞損傷，這些因素綜合作用導(dǎo)致了微生物死亡。申請(qǐng)?zhí)?201110148468. 1的發(fā)明專利提供了一種液體食品的超高冷等靜壓連續(xù)滅活方法及裝置，該 方法將經(jīng)過榨汁、過濾、澄清和調(diào)配的液體食品存放在原料儲(chǔ)罐中；通過高壓泵將液體食品 從原料儲(chǔ)罐中連續(xù)泵入高壓容器中，達(dá)到滅活要求的壓力和保壓時(shí)間后，液體卸壓并被噴 入中間儲(chǔ)罐中。該方法實(shí)現(xiàn)了超高冷等靜壓滅活的連續(xù)工作，降低設(shè)備價(jià)格的同時(shí)提高了 設(shè)備的生產(chǎn)能力，但是高電壓給生產(chǎn)留下了很大的安全隱患。
[0007] 脈沖電場(chǎng)（Pulsed Electric Fields, PEF)處理是一種新型的非熱食品殺菌技 術(shù)，它是以較高的電場(chǎng)強(qiáng)度（10-50kV/cm)、較短的脈沖寬度（0-100 μ s)和較高的脈沖頻率 (0-2000ΗΖ)對(duì)液體、半固體食品進(jìn)行處理，并且可以組成連續(xù)殺菌和無菌灌裝的生產(chǎn)線。目 前PEF對(duì)微生物的作用機(jī)理尚不完全清楚，多數(shù)學(xué)者認(rèn)為PEF是通過外部電場(chǎng)與微生物細(xì) 胞膜直接作用，從而破壞細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)，形成"電穿孔"而導(dǎo)致微生物滅活。微生物細(xì)胞和 外環(huán)境之間進(jìn)行著活躍的物質(zhì)交換，細(xì)胞膜的完整性對(duì)保證細(xì)胞生命活動(dòng)的正常進(jìn)行有著 極其重要的作用。PEF的殺菌作用與其對(duì)微生物細(xì)胞膜的影響密切相關(guān)。當(dāng)微生物被置于 高壓脈沖電場(chǎng)中時(shí)，細(xì)胞膜會(huì)被破壞，從而導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)容物外滲，引起細(xì)胞死亡。但是脈沖 電場(chǎng)滅活需要用到高壓電源，生產(chǎn)中容易引發(fā)安全事故，另電場(chǎng)處理室的設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，因 此，目前工業(yè)應(yīng)用受到一定限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 針對(duì)上述滅活方法及其存在的問題，本發(fā)明提供一種電場(chǎng)誘導(dǎo)自由基的滅活方 法。該方法不需要加壓和加熱，也不需要高壓電源，能源消耗少，安全無污染。
[0009] -種電場(chǎng)誘導(dǎo)自由基的滅活方法，該方法以自由基滅活反應(yīng)器為設(shè)備，利用電場(chǎng) 誘導(dǎo)作用，使含水物質(zhì)中的部分水分子解離生成自由基。產(chǎn)生的自由基與含水物質(zhì)中的微 生物機(jī)體接觸反應(yīng)，使微生物失去正常的生理功能，繼而死亡，達(dá)到滅活效果。
[0010] 以上所述電場(chǎng)誘導(dǎo)自由基的滅活方法，所述含水物質(zhì)可為含水的液體、半固體；優(yōu) 選為含水液體，如：含水的液體食物、含水的藥液、牛奶原液、果汁原液等。如需要滅活的物 質(zhì)為不含水的物質(zhì)，如固體，可將該物質(zhì)溶解在含有適量水中或含有水的溶劑中。
[0011] 以上所述電場(chǎng)誘導(dǎo)自由基的滅活方法，所述自由基滅活反應(yīng)器包括包括陰極室和 陽極室；所述陰極室由導(dǎo)電金屬容器構(gòu)成，導(dǎo)電金屬容器連接電源負(fù)極，充當(dāng)陰極板；陽極 室安插在陰極室之中，陽極室內(nèi)安裝有陽極板；陽極室和陰極室之間用隔膜隔離。
[0012] 以上所述電場(chǎng)誘導(dǎo)自由基的滅活方法，所述自由基滅活反應(yīng)器的工作電壓優(yōu)選為 3. 0-10.0 V0
[0013] 所述陽極板可為金屬鈦電極、石墨電極或金屬氧化物電極等，優(yōu)選為金屬鈦電極。
[0014] 所述隔膜可為微濾膜、納濾膜或陽離子交換膜等，優(yōu)選為陽離子交換膜。所述陽 離子交換膜具有以下功能：首先，它能夠阻攔水(如自來水）或含水物質(zhì)中的氯離子與陽極 板接觸，防止氯氣生成；從而避含水物質(zhì)中的有機(jī)物與氯氣反應(yīng)，產(chǎn)生具有毒性的有機(jī)氯化 物。其次，作為擋板將電極兩端分別產(chǎn)生的氧氣和氫氣分離，以保證產(chǎn)生的氫氣的安全燃燒 處理。另外，安裝陽離子交換膜能夠提高電解電場(chǎng)的電阻，減少電能消耗。
[0015] 所述導(dǎo)電金屬容器的殼體充當(dāng)陰極室的陰極板，所述導(dǎo)電金屬可為銀、銅、金、鋁、 鎳、鋼或合金等，優(yōu)選為不銹鋼。
[0016] 所述陽極室還包括塑料管和橡膠塞，所述橡膠塞塞于塑料管的底部使其密封。 [0017] 本發(fā)明的滅活原理為：在電場(chǎng)誘導(dǎo)作用下，含水物質(zhì)中的一部分水分子解離成氫 自由基和羥基自由基。氫自由基和羥基自由基都是非常活潑，可以與很多種有機(jī)成分反 應(yīng)，從而改變它們的性質(zhì)。很多的細(xì)菌或真菌等是以單細(xì)胞的形式存在，在細(xì)胞外殼包覆有 一層磷脂膜或者聚合蛋白殼，這些磷脂膜或者聚合蛋白殼作為保護(hù)層維持細(xì)胞內(nèi)的營養(yǎng)， 同時(shí)磷脂膜具有物質(zhì)和能量的交換通道。當(dāng)細(xì)菌或真菌等存在于具有自由基產(chǎn)生的含水物 質(zhì)時(shí)，細(xì)菌的磷脂膜或者聚合蛋白殼與自由基反應(yīng)，這些反應(yīng)破壞細(xì)胞膜的功能，從而使涉 及的細(xì)菌或真菌等死亡。經(jīng)過檢測(cè)，在5. OV直流電場(chǎng)的作用下，氫自由基的產(chǎn)率為0. 245 mm〇V(L.h)，同時(shí)有同樣的羥基自由基產(chǎn)生。于是，在15分鐘時(shí)間里，每1毫升水共產(chǎn)生 7. 0 X IO16自由基，這樣的大量的自由基足以讓置身其中的細(xì)菌或真菌等死亡。
[0018] 本發(fā)明的有益效果是： 1.與需要高溫、高壓的滅活方法相比，本發(fā)明不需要耐高溫或/和高壓的設(shè)備，也不需 要加熱，降低了生產(chǎn)成本和能源的消耗，每完成1.0 m3的液體食物的滅活處