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本文以机电设计和强光产生的生物效应理论为基础,根据影响脉冲强光杀菌的各因素如:闪照次数、输入电压、闪光间隔,光源到处理物的距离、触发脉冲宽度等所要求的指标范围,自行设计制造了脉冲强光杀菌装置和检测装置。该杀菌装置在普通电容脉冲发生电路的基础上进行创新研究,利用电容的自然放电时间作为脉冲宽度,设计了双电源脉冲发生电路。利用脉冲强光杀菌装置对选定菌种进行了初步杀菌试验,通过理论研究和初步试验的实际情况,确定了闪照次数、输入电压、菌液厚度、菌液透光率等是影响脉冲强光杀菌效果的主要因素,脉冲强光的杀菌效果十分明显。由于脉冲光源闪照时间很短,大约在几微秒,为了检测光源发出光强的大小,传统利用光强仪器检测光强的办法行不通,必须采取自动控制的方式达到同时同步。在初步了解脉冲强光杀菌机理和装置设计理论的基础上,对装置参数进一步做了优化改进,明确了各杀菌影响因素的参数范围。
1.通过对脉冲强光杀菌多种因素的综合分析,确定了脉冲强光杀菌装置的主要部件和基本参数,完成了脉冲强光杀菌装置的总体设计。脉冲强光杀菌装置采用脉冲氙灯为光源,双电源电容脉冲发生电路,设计专门的处理室以实现聚光、密封光线,利用单片机来自动控制。脉冲强光杀菌充电输入电压为800~3000V可调,聚光率、闪照次数均,可调,处理物到灯光源距离为0~120mm。
2.脉冲发生电路部分使用双电源脉冲发生电路,对常用的电容脉冲发生电路进行了改进创新。触发回路和主回路分别控制,触发回路采用自动控制,使操作简单化,控制更加容易精确。
3.光敏传感器灵敏度和密度计的遮光倍数达到要求,转换和采样速度合乎要求。
4.明确了脉冲强光杀菌的影响因素:闪照次数、输入电压、菌液厚度、菌液透光率。随着电压的提高和闪照次数的增加,对微生物的致死率不断提高。低电压多闪照,高电压少闪照,都可达到杀菌的目的。
5.通过二次回归正交试验,以对选定菌种的杀菌效果为指标,得出各因素的主次顺序为:闪照次数>输入电压>菌液透光率>菌液厚度。
6.闪照间隔时间在30min以内时,闪照间隔和菌液浓度对杀菌效果影响不大。考虑到电容充电、放电所需要的时间,本试验设定闪照间隔时间为7s。
7.杀菌时间短,闪照次数为16次的杀菌试验,用时不到2min。
8.利用脉冲强光杀菌装置所进行的杀菌试验表明,脉冲强光杀菌装置的设计是成功的,基本参数达到设计要求,取得了非常理想的杀菌效果。采用2000V电压时,酵母菌闪照32次致死率达99.93%,而大肠杆菌只需闪照16次就可完全杀死。
本论文研究结果表明,脉冲强光技术具有较高的研究价值和使用价值,脉冲强光杀菌装置可以应用于农产品加工与贮藏保鲜中。