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      3. 脈沖強光殺菌

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        脈沖強光技術概述

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        脈沖強光技術概述

        發布日期:2016-10-12 作者: 點擊:

        脈沖強光技術是一種利用瞬間放電的脈沖工程技術和特殊的惰性氣體燈管,以脈沖形式激發強烈的白光,光譜分布近似太陽光,光強度相當于到達地球表面太陽光強度的數千乃至數萬倍的一種世界領先的光源技術。它利用瞬時、高強度的脈沖光能量殺滅各類微生物,從而彌補了傳統熱殺菌、化學殺菌的缺點。脈沖強光技術出現 在80年代,發展至今已成為一項強大的工業技術,可應用到水處理、空氣殺菌、食品加工、制藥、農副產品等眾多領域,該技術還可應用于光固化領域以及溫室植 物助長,其固化效果優于傳統紫外線固化,溫室中可增加植物光合作用,促進生長以及具有滅蟲效果。

        一、脈沖強光的原理

           脈沖強光的最基本結構是由一個動力單元和一個惰性氣體燈單元組成。動力單元是向惰性氣體燈單元提供高電壓高電流脈沖的部件,為惰性氣體燈提供 所需的能量;惰性氣體燈是在動力單元提供能量的基礎上,發出由紫外線至近紅外線區域的光線,紫外線波段尤為豐富,其光譜與太陽光光譜十分相近,但強度要超 出數千倍至數萬倍,光譜分布如圖:

           脈沖強光的產生需要兩部分裝置完成,其一是具有功率放大作用的能量貯存器,它能夠在相對較長的時間內(幾分之一秒)積蓄能量,而后在短時間內 (微秒或毫秒級)將該能量釋放出來做功,這樣在每一工作循環內就會產生相當高的功率(而實際消耗平均功率并不高),從而起到功率放大的作用;其二是光電轉 換系統,它將產生的脈沖能量貯存在惰性氣體燈中,由電離作用即可產生高強度的瞬時脈沖強光。

        二、脈沖強光的殺菌原理

        脈沖強光是可見光、紅外線和紫外線協同作用于微生物,能破壞微生物的細胞壁和核酸結構,從而殺死微生物。脈沖強光對霉菌、革蘭氏陽性致病菌、 革蘭氏陰性致病菌、需氧細菌芽孢和真菌分生孢子、金黃色葡萄球菌、枯草桿菌、酵母菌等都有明顯的殺菌效果,殺菌機理主要有以下兩點:

        1.光化作用

        由于細菌的細胞中含有細菌的遺傳信息核酸,當核酸被脈沖強光照射時會大量吸收紫外光,從而在體內形成一部分的間二氮雜苯和間二氮雜苯的異構 體。這種物質會使細菌自身的新陳代謝機能出現障礙,并且會導致細菌的遺傳性出現問題,直至死亡。脈沖強光中的200-280nm部分最易被吸收,光化作用 主要是UVC。

        2.光熱作用

        雖然光化作用主要來自于UVC,但脈沖強光的UVA和UVB部分也起著一定的殺菌作用。當輻射劑量達到一定的水平,UVA和UVB可以使細胞的表面溫度迅速升高至130°C,從而破壞細菌的細胞壁,使細胞液蒸發,徹底破壞細胞結構,導致死亡。

        三、脈沖強光的優點

        1. 低溫

        雖然脈沖強光的殺菌機理包含了光熱作用,但以下的幾個原因使它仍屬于一種冷殺菌技術,低溫特性有助于保持被處理食品的風味,食品的營養成分不會被破壞。

        a.作用時間短,熱量來不及堆積。

        b.兩個脈沖之間有足夠的冷卻時間

        c.脈沖強光不需要像汞燈有足夠高的溫度對汞進行汽化

        d.脈沖強光平均輸出能量少

        2. 即停/開控制

        脈沖強光的即停/開特性在某些環境非常重要,例如:在高速流轉的胰島素膠囊的生產線上,膠囊的兩端需要接受紫外線照射,而中間一段卻要避免紫 外線的照射,這就需要膠囊兩端經過時,脈沖強光開始工作,當中間部分經過時停止工作。脈沖強光的即停/開功能就能滿足要求,而普通的紫外線燈因為需要預熱等過程,就無法在瞬間實現停、開。

        3. 能效高

        脈沖強光以脈沖形式輸出能量,要比連續性紫外線所消耗的能量要少,其光電能轉換率高達45%-50%,其中紫外線的能量占38%左右。

        4. 高適配性

        脈沖強光的特點決定該技術具有較好適配性

        (1)可以根據不同環境生產不同形狀燈泡。

        (2)可以根據不同的環境預設不同的脈沖頻率和光譜輸出范圍等參數。

        5. 安全

        脈沖強光技術之所以安全是因為不含汞,不含高壓氣體,在需要停止工作時能立刻停止,不會有紫外線泄露之患。

        四、脈沖強光技術的應用

        1. 水處理

        脈沖強光技術應用在水處理領域,能有效殺滅水中細菌、病毒等微生物,經脈沖強光處理的飲用水完全達到國家飲用水標準。該技術還可應用在污水處理方面,由于其能效高,彌補了傳統紫外線技術的功率小,能耗大的缺點,該技術在污水處理領域有非常大的發展潛力。

        2. 空氣殺菌

        脈沖強光技術能有效地對空氣中的微生物進行殺滅,空氣中的污染物主要有化學性污染物(如甲醛,苯系物等)和生物性污染物(如細菌,真菌,病 毒),由于空氣是光的良好媒介,脈沖強光就能有效分解空氣的各種化學污染物,并滅殺各種有害微生物。脈沖強光有望代替傳統的紫外線技術,成為空氣殺菌的主 要手段。

        3. 食品飲料殺菌

        脈沖光技術應用在食品飲料加工領域,可有效減少食品表面的微生物數量,能使食品中的酶鈍化。經脈沖光處理的食品中與未處理的相比,化學成分和營 養特性沒有顯著的變化,不影響其口感。脈沖光應用于食品中的益處是延長產品貨架期、降低病原菌的危害、改善食品的品質以及提高產品的經濟效益等。

        4. 物體表面

        脈沖強光對物體表面殺菌顯著,可應用到公共場所的殺菌、家用殺菌、以及醫藥殺菌等等。

        5. 光固化

        脈沖強光的光譜分布中有豐富的紫外線波段,紫外線強度遠大于傳統紫外線燈,且有其他波段協同作用,脈沖強光固化比傳統紫外線固化處理時間快、效果好、可控性高,大大提高了工作效率。

        6. 溫室種植

        脈沖強光是一段廣譜的白色閃光,光譜分布近似太陽光,對溫室植物照射可增加光合作用,促進植物生長,同時有起到殺菌、滅蟲的功效。

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