[实用新型]一种复合高压脉冲电场、电场灭菌装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及电脉冲产生领域、生物医学和食品加工领域，特别是一种复合高压脉冲电场、电场灭菌装置。

背景技术

在食品加工和医疗领域，灭菌处理是至关重要的一项工作。目前，工业应用的杀菌方法有加热杀菌、化学药剂杀菌、强光灭菌等，这些灭菌方法虽然能够杀灭细菌，但由于这些灭菌方法存在可能引起被处理物成分改变或化学物质残留等问题，使其应用存在一定的局限性。例如，加热杀菌常会使被处理物(例如食品)发生物理或化学性质的变化，造成其色、香、味、组织结构的改变及营养价值的下降，严重影响食品的质量。化学药剂杀菌会使得被处理物中存在化学药剂残留。强光灭菌则由于光的穿透能力的限制使其限于表面处理。脉冲电场灭菌是近年来新兴的灭菌技术，美国、德国、日本等国发表了大量关于电场灭菌的研究报告。Elzakhem报道了使用电场处理生长初期的啤酒酵母，证实电场处理能够达到良好的灭菌效果。Malicki等人研究了高压脉冲电场对液态蛋白中大肠杆菌致死率的影响，结果表明脉冲电场处理后大肠杆菌下降了4个对数级，同时营养成分几乎没有损失。2001年美国俄亥俄州立大学(OSU)建成了第一台用于电场灭菌的固态高压脉冲发生器。该大学与DTI公司合作制造了世界上第一台具有商业化规模的脉冲电场处理系统，每小时可以处理1000L-5000L的液体食品。我国脉冲电场杀菌技术虽然起步较晚，但发展迅速。中国农业大学、吉林大学、清华大学、浙江大学、西安交通大学、江南大学、华南理工大学、福建农林大学、重庆大学等均开展了相关研究工作，并在电场灭菌机理等方面取得了一些认识。但是目前此类装置基本上都是采用宽度大于数微秒的高压脉冲电场进行灭菌处理，单纯采用这种电场灭菌方法，由于含菌液体(例如新鲜牛奶或鲜榨果汁)的击穿场强与电场持续作用时间t相关(基本上与t^-1/3(负三分之一次方)呈线性关系)，脉冲宽度越大，击穿场强越低，允许加载的脉冲电场强度也越低，因此，难以实现高场强高效率灭菌，且对含菌液体中的芽孢或者病毒几乎没有作用，不具有广谱性。

实用新型内容

本实用新型的发明目的在于：针对现有技术存在的问题，提供一种复合高压脉冲电场、电场灭菌装置。在脉冲产生领域，通过现有的触发控制电路触发复合微秒高压脉冲形成电路、纳秒高压脉冲形成电路，以产生微秒、纳秒高压脉冲信号，通过控制微秒高压脉冲形成电路、纳秒高压脉冲形成电路放电时间间隔和顺序，产生复合高压脉冲电场信号；在生物医学和食品加工领域，通过上述复合高压脉冲电场产生方法或装置产生的复合高压脉冲电场信号给处理室中的含菌液体施加电脉冲P1，在含菌液体中建立作用时间为数百纳秒至数十微秒的宽脉冲电场；在P1作用同时、起始之前或结束后较短时间内，对被处理含菌液体施加脉冲宽度为数纳秒至数十纳秒的电脉冲P2，在含菌液体中建立作用时间为数纳秒至数十纳秒的窄脉冲电场，最终建立宽窄复合脉冲电场对含菌液体进行灭菌处理。

本实用新型采用的技术方案是这样的：

一种复合高压脉冲电场产生装置包括：

直流高压电源，用于将市电经整流升压得到直流高电压信号；并同时给微秒高压脉冲形成电路以及纳秒高压脉冲形成电路供电；

触发控制电路，用于控制直流高压电源、微秒高压脉冲形成电路及纳秒高压脉冲形成电路，并根据微秒高压脉冲形成电路的储能电容器充电情况、纳秒高压脉冲形成电路储能电容器的充电情况、以及根据实验目的设定的微秒脉冲和纳秒脉冲时序、重复频率、脉冲宽度分别对微秒高压脉冲形成电路及纳秒高压脉冲形成电路发送对应触发信号；触发控制电路检测微秒高压脉冲形成电路的储能电容器充电情况、纳秒高压脉冲形成电路储能电容器的充电情况，并根据检测数据调整直流高压电源对微秒、纳秒脉冲形成电路储能电容器的充电速率，使微秒、纳秒脉冲形成电路储能电容器的电压满足系统脉冲幅值、时序、重复频率和脉冲宽度的要求；

微秒高压脉冲形成电路，用于通过直流高压电源进行充电，并根据触发控制电路发送的触发信号产生微秒高压脉冲信号；

纳秒高压脉冲形成电路，用于通过直流高压电源进行充电，并根据触发控制电路发送的触发信号产生纳秒高压脉冲信号；

微秒高压脉冲形成电路产生的微秒高压脉冲信号以及纳秒高压脉冲形成电路产生的纳秒高压脉冲信号共同加载到负载空间形成复合高压脉冲电场；