第一篇:新型杀菌技术
新型食品杀菌技术研究进展
沈子明 20110806144
(徐州工程学院 食品(生物)工程学院,江苏 徐州221000)
摘要:随着人们生活和消费水平的提高,对各种食品的总体质量要求越来越高,要求食品不破坏或少破坏营养成分,保持原有的风味。这就对食品的杀菌工艺及设备提出了新的要求。传统的杀菌技术存在着种种弊端,随着科学技术的发展,一些用于杀菌工艺的高新技术应运而生。本文主要介绍了一些新的杀菌技术的原理及其在食品工业中的应用。
关键词:食品杀菌;新技术;发展应用
Research Progress of the New Food Sterilization Technology
SHEN Zi-ming20110806144
(College of Food(Biology)Engineering, Xuzhou Institute Of Technology, Xuzhou221000, China)
Abstract: With the improvement of people's living and consumption level, people's demond on all kinds of food is more and more high, who require that food is not damaged or less destruction of nutrients and keep the original flavor.This puts forward new requirements on the sterilization process and equipment for food.The traditional sterilization technology has many shortcomings, with the development of science and technology, some to emerge as the times require high-tech sterilization process.This paper mainly introduces the application of the principle of some new sterilizing technology and their applications in food industry.Key words:Food sterilization;New technology;Development and application
中图文分类号:TS201.6文献标志码:A文章编号:
食品是人类赖以生存和发展的最基本物质条件,食品安全直接关系到国民的身体健康和生命安全。食品腐败变质的主要原因是某些微生物的存在致使食品品质改变,因此,食品杀菌就成为食品加工中的重要操作单元,即通过杀灭腐败菌和致病菌来延长产品的贮藏期,保证产品的安全[1]。传统的杀菌都是采用高温干燥、烫漂、巴氏杀菌、冷冻及防腐剂等常规技术,但这些技术大都处理时间长,杀菌不彻底或不易实验自动化生产,同时影响食品原有的风味和营养成份[2]。为了更大限度的保持食品天然的色、香、味和一些生理活性成分,满足现代人生活要求,近年来,国际食品领域涌现出一些高效、安全、能保持食品原有风味和营养的杀菌新技术。
各种杀菌技术发展的历史长短不一,有着各自的特点和适用范围。现将现代食品工程中应用的各种新杀菌方法的特点、研究现状及其应用领域作以介绍。
1热力杀菌技术
1.1超高温瞬时杀菌技术
超高温杀菌于1949年随着斯托克(Stork)装置的出现而问世,其后国际上出现了多种类型的超高温杀菌装置。超高温处理可分为间接加热和直接加热两大类型。它是使料液迅速升温至130 ℃以上,然后保持几秒钟,再迅速冷却到30~40 ℃从而实现对料液瞬间的杀菌。超高温瞬时杀菌技术的杀菌效果特别好,几乎可达到或接近灭菌的要求,而且杀菌时间短,物料中营养物质破坏少,营养成分保存率达92%以上,大大优越于传统的热力杀菌法。配合食品无菌包装技术的超高温式杀菌装置在国内外发展很快,目前这种杀菌技术已广泛用于杀菌乳、果汁及各种饮料、豆乳、酒等产品的生产中[3]。
1.2欧姆杀菌技术
电阻加热杀菌也叫欧姆杀菌,是一种新型热杀菌方法,它借通入的电流使食品内部产生热量而达到杀菌的目的,是酸性和低酸性食品和带颗粒(粒径小于25 mm)食品进行连续杀菌的一种新技术。电阻加热杀菌使用交流电的频率为50-60 Hz, 它利用电极将电流直接导入食品,由食品自身的介电性质产生热量,以达到杀菌的目的。电阻加热的适用性由食品物料的电导率来决定,大多数能用泵输送的、溶解有盐类离子且含水量在30%以上的食品都可用电阻加热来杀菌,且效果很好,而一些脂肪、糖、油、未添加盐的处理水等非离子化的食品则不适用该技术。英国APV食品加工中心的试验表明,电阻加热已成功地用于各种包含大颗粒的食品和片状食品的杀菌,如马铃薯、胡萝卜、蘑菇、牛肉、鸡肉、片状苹果、菠萝、桃等[4]。在国内这一技术已试用于大豆食品的加工,且得到良好的效果。
1.3高压低温杀菌技术
高压低温杀菌是将食品在60 ℃条件下,使用608 MPa压对食品进行杀菌处理,可将霉菌和芽孢菌的数量减少到原先的十万分之一。在25 ℃的条件下,使用608 MPa,处理20 min,可将土豆色拉、猪肉等食品的芽孢菌全部杀死。美国用高压低温对天然果汁进行杀菌处理,也取得满意的结果[5]。该技术对肉食、果蔬或果汁,可在不破坏食品原有的成分结构和风味的情况下达到杀菌效果。
1.4微波杀菌技术
微波杀菌是指波长在1 mm~1 m(频率为300~3×105 MHz)之间的电磁波以光速向前直进,遇到食品类介质损失较大的物质则吸收,吸收后产生分子间的磨擦,从而把电波能转为热能。由于食品中的微生物吸收电能而使温度升高,破坏菌体中的蛋白质,从而起到杀死微生物服务体作用。微波加热杀菌,具有穿透能力强,节约能源,加热效率高等特点[6]。目前可用于肉、鱼、豆制品、牛乳、水果及啤酒等的杀菌。钱建亚[7]啤酒采用中高功率杀菌后,菌落总数小于14 cfu/mL,大肠菌群未检出,都符合国标GB4927-1985。
2冷杀菌技术
2.1超高压杀菌技术
所谓高压杀菌是指将食品放人液体介质中,加100 MPa-1000 MPa的压力作用一段时间后,如同加热一样,杀灭食品中的微生物的过程。高压杀菌对微生物的致死作用主要是通过破坏其细胞膜和细胞壁,使蛋白质凝固(蛋白质高级结构改变),抑制酶的活性和遗传物质的复制等实现的。高压的杀菌效果,一般而言,压力越高,效果越好。在相同压力下延长受压时间并不一定能提高灭菌效果。高压杀菌避免了热处理而出现的影响食品品质的各种弊端,保持了食品的原有风味、色泽和营养价值。由于是液体介质的瞬间压缩过程,灭菌均匀,无污染,操作安全,且较加热法耗能低,减少环境污染。经研究高压处理后的果汁和蔬菜汁达到了杀菌效果,而且Vc损失很少,残存酶活性只有4%,色香味等感官指标不变,其综合效果优于热力杀。同时超高压杀菌还可能因其机械压力引起果蔬在极限压力下变形或状态明显改变,因此它主要运用于没有固定形状的果蔬制品中[8],产生不可逆变化。黄亚东等
[9]利用超高压处理技术对纯天然、热敏性的胡萝卜-花生奶茶进行杀菌处理,能使蛋白质变性、微生物失去活性。还可达到保持营养、改善风味、提高品质、延长货架期等目的。
2.2辐射杀菌技术
自从原子能和平利用以来,经过40多年的研究开发,人们成功地利用原子辐射技术进行食品杀菌保鲜。辐照就是利用X射线、C射线或加速电子射线(最为常见的是60Co和137Cs的C射线)对食品的穿透力以达到杀死食品中微生物和虫害的一种冷灭菌消毒方法。受辐照的食品或生物体会形成离子、激发态分子或分子碎片,进而这些产物间又相互作用,生成与原始物质不同的化合物,在化学效应的基础上,受辐照物料或生物体还会发生一系列生物学效应,从而导致害虫、虫卵、微生物体内的蛋白质、核酸及促进生化反应的酶受到破坏、失去活力,进而终止农产品、食品被侵蚀和生长老化的过程, 维持品质稳定[10]。辐照杀菌几乎不产生热量,可保持食品在感官和品质方面特性,并适合对冷冻状态食品进行杀菌处理[11]。1980年联合国粮农组织(FAO)、国际原子能机构(IAEA)和世界卫生组织
(WHO)联合专家委员会,提出了“用10 KGY 以下剂量辐照的任何食品,都没有毒理学方面问题, 没有必要进行毒理学试验”的建议,从而在世界范围内推进了辐照在食品生产中的商业化应用[12]。
3其他杀菌技术
3.1脉冲电场杀菌技术
高压电场脉冲杀菌是将食品置于两个电极间产生的瞬间高压电场中,由于高压电脉冲(HEEP)能破坏细菌的细胞膜,改变其通透性,从而杀死细胞。高压脉冲电场的获得有2种方法。一种是利用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。由于LC 电路放电极快,在几十至几百个微秒内即可以将电场能量释放完毕,利用自动控制装置,对LC振荡器电路进行连续的充电与放电,可以在几十毫秒内完成杀菌过程。另一种是利用特定的高频高压变压器来得到持续的高压脉冲电场[13-15]。杀菌用的高压脉冲电场强度一般为15~100 kV/ cm,脉冲频率为1~100 kHz,放电频率为1~20 kHz[16]。高压电场脉冲杀菌一般在常温下进行,处理时间为几十毫秒,这种方法有2个特点:一是由于杀菌时间短,处理过程中的能量消耗远小于热处理法。二是由于在常温、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。而且杀菌效果明显(N/No<10-9),可达到商业无菌的要求,特别适用于热敏性食品,具有广阔的应用前景。
3.2脉冲强光杀菌
脉冲强光杀菌技术是采用强烈白光闪照的方法进行灭菌,它由一个动力单元和一个惰性气体灯单元组成。动力单元是一个能提供高电压高电流脉冲的部件,它为惰性气体灯提供能量,惰性气体灯能发出由紫外线至近红外区域的光线,其光谱与太阳光十分相近,但强度却强数千倍至数万倍,光脉冲宽度小于800 Ls。该技术由于只处理食品的表面,从而对食品的风味和营养成分影响很小,可用于延长以透明材料包装的食品及新鲜食品的货架期。周万龙等[17]研究表明,脉冲强光对枯草芽孢杆菌、酵母菌都有较强的致死效果,30余次闪照后,可使这些菌由105个减少到0个;脉冲强光起杀菌作用的波段可能为紫外线,但其他波段可能有协同作用。
3.3急速冷冻杀菌技术
英国科学家最近发现,使用干冰丸可以冻死有毒细菌。与其他广泛使用的化学消毒剂不同,干冰丸可迅速挥发,而没有残留物质。目前,英国一研究小组希望将该技术转化应用于饭店和食品加工厂里的设备表面净化。喷枪是由俄亥俄州拉夫兰的冷风机公司制造的。它每分钟喷出10 m3的压缩气体,其中混有谷粒大小的固体二氧化碳[18]。因为二氧化碳的温度是-78.4 ℃,与细菌接触后立即将细菌冷冻。
3.4高压静电场杀菌技术
高压静电场具有较好的杀菌作用,而且随着电场强度的增大和处理时间的延长,杀菌效果更好。但它也受包装的影响。蒋耀庭等[19]研究了高压静电场在生酱油灭菌处理的研究。黄炜等[20]利用高压静电场对水、果汁、牛奶等6种食品进行处理,结果显示,静电场能杀灭这些食品中的细菌,而且对食品的色、香、味不会产生影响。虽然高压静电场对食品有较好杀菌作用,但也会产生一定的负面影响,要广泛用于目前的食品工业,还存在一定的距离。
4展望
除上述杀菌新技术外,食品杀菌还有臭氧杀菌技术、CO2杀菌技术、远红外杀菌技术等传统杀菌技术,它们都在食品工业的不同领域显示出较好的应用价值。在我国食品工业中,由于生产技术的落后,大多数产品是利用传统的热力杀菌,致使一些产品的质量、档次不高。
今后在发展杀菌技术方面,应提高科技含量,拓宽杀菌技术的研究与应用,生产高附加值的食品,从而提高产品的档次及在国际市场的竞争力;其次积极引进国外现有的先进设备,在吸收消化的基础上加以改进,加快在食品工业中的应用工艺研究,从而与国际市场接轨。
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第二篇:杀菌新技术
交流电杀菌技术
交流电杀菌一般指在果蔬汁之类的液体物料类通以数百赫以下的低频率交流电(一般用50Hz或60Hz)以杀死其中微生物的方法。交流电杀菌一般指在果蔬汁之类的液体物料类通以数百赫以下的低频率交流电(一般用50Hz或60Hz)以杀死其中微生物的方法。可分为冷杀菌和热杀菌两类。
交流电冷杀菌技术是通以交流电,一方面影响生物的高分子排列,另一方面在阴极对氧作用产生过氧化氢而能杀灭细菌,同时把菌体内的核酸关联物质及蛋白质关联物质排出菌体以外的作用,从而使菌体细胞膜的机能产生变化。可在自然通气和强制通气两种状态下交流电杀菌。
交流电热杀菌技术是借助连续通入电流,使食品内部产生热量而达到杀菌的目的,即利用电流的热效应杀菌。是酸性和低酸性及带颗粒(粒径小于25mm)食品进行连续杀菌的一种新技术。
交流电冷杀菌技术应用较少,热杀菌技术在一些领域得到了很好的应用。通过介绍牛奶的杀菌实验,很好的证明交流电热杀菌技术在牛奶杀菌方面的优势。该技术在杀菌方面方便,简单而有效。
第三篇:典型食品分类杀菌温度时间技术
食品杀菌技术
巴氏杀菌
巴氏杀菌(Pasteurization)即低温保持式杀菌法。亦称低温长时间杀菌法。是利用低于100摄氏度的热力杀灭微生物的消毒方法,由德国微生物学家巴斯德于1863年发明,至今国内外仍广泛应用于牛奶、人乳及婴儿合成食物的消毒。
新鲜原奶中的生物活性物质十分怕热,如果用摄氏100度的消毒方法,则原奶中的生物活性物质将被破坏,而且原奶中的维生素、蛋白质等也有损失。
巴斯德通过大量科学实验证明,如果原奶加工时温度超过85℃,则其中的营养物质和生物活性物质会被大量破坏,但如果低于85℃时,则其营养物质和生物活性物质被保留,并且有害菌大部分被杀灭,有些有益菌却被存留。所以,将低于85℃的消毒法称作巴氏消毒法,可以说,这是新鲜牛奶最科学、最好的加工工艺。采用巴氏灭菌法生产的鲜奶,其营养价值和保健功能与新鲜原奶基本相同。
现用的巴氏杀菌方法一般有两种:一是加热到61.1~65.6摄氏度之间,30分钟;二是加热到71.7摄氏度,至少保持15秒钟。
由于巴氏消毒法所达到的温度低,故达不到灭菌的程度。但是它可使布氏杆菌、结核杆菌、痢疾杆菌、伤寒杆菌等致病微生物死亡,可以使细菌总数减少90%-95%,故能起到减少疾病传播,延长物品的使用时间的作用。另外,这种消毒法不会破坏消毒食品的有效成份,且方法简单。
食品杀菌技术主要有热杀菌和非热杀菌,其中热杀菌主要有:湿热杀菌、干热杀菌、微波杀菌、电热杀菌和电场杀菌等;非热杀菌主要有:化学与生物杀菌、辐照杀菌、紫外线杀菌、脉冲杀菌、超高静压杀菌、脉冲电场(PEF)杀菌以及振动磁场杀菌等。下面就针对这些杀菌技术作一下详细的介绍:
湿热杀菌:
热杀菌是以杀灭微生物为主要目的的热处理形式,而湿热杀菌是其中最主要的方式之一。它是以蒸气、热水为热介质,或直接用蒸汽喷射式加热的杀菌法。
利用热能转换器(如锅炉)将燃烧的热能转变为热水或蒸汽作为加热介质,再以换热器将热水或蒸汽的热能传给食品,或将蒸汽直接喷入待加热的食品。食品热处理中常用的加热介质及其特点
加热剂种类
加热剂特点
蒸汽
易于用管道输送,加热均匀,温度易控制,凝结潜热大,但温度不能太高
热水
易于用管道输送,加热均匀,加热温度不高
空气
加热温度可达很高,但其密度小、传热系数低
烟道气
加热温度可达很高,但其密度小、传热系数低,可能污染食品
煤气
加热温度可达很高,成本较低,但可能污染食品
电
加热温度可达很高,温度易于控制,但成本高
一、加热对微生物的影响
(一)微生物和食品的腐败变质
食品中的微生物是导致食品不耐贮藏的主要原因。细菌、霉菌和酵母都可能引起食品的变质。细菌、霉菌和酵母
食品中的微生物是导致食品不耐贮藏的主要原因。一般说来,食品原料都带有微生物。在食品的采收、运输、加工和保藏过程中,食品也有可能污染微生物。在一定的条件下,这些微生物会在食品中生长、繁殖,使食品失去原有的或应有的营养价值和感官品质,甚至产生有害和有毒的物质。
细菌、霉菌和酵母图谱
细菌、霉菌和酵母都可能引起食品的变质,其中细菌是引起食品腐败变质的主要微生物。细菌中非芽孢细菌在自然界存在的种类最多,污染食品的可能性也最大,但这些菌的耐热性并不强,巴氏杀菌即可将其杀死。细菌中耐热性强的是芽孢菌。芽孢菌中还分需氧性、厌氧性的和兼性厌氧的。需氧和兼性厌氧的芽孢菌是导致罐头食品发生平盖酸败的原因菌,厌氧芽孢菌中的肉毒梭状芽孢杆菌常作为罐头杀菌的对象菌。酵母菌和霉菌引起的变质多发生在酸性较高的食品中,一些酵母菌和霉菌对渗透压的耐性也较高。
(二)微生物的生长温度
不同微生物的最适生长温度不同,当温度高于微生物的最适生长温度时,微生物的生长就会受到抑制,而当温度高到足以使微生物体内的蛋白质发生变性时,微生物即会出现死亡现象。
最低生长温度 最适生长温度 最高生长温度
嗜热菌
30~45 50~70 70~90 嗜温菌
5~15 30~45 45~55 低温菌
-5~5 25~30 30~55 嗜冷菌
-10~-5 12~15 15~25
微生物的最适生长温度与热致死温度(℃)
(三)湿热条件下腐败菌的耐热性 一般认为,微生物细胞内蛋白质受热凝固而失去新陈代谢的能力是加热导致微生物死亡的原因。因此,细胞内蛋白质受热凝固的难易程度直接关系到微生物的耐热性。蛋白质的热凝固条件受其它一些条件,如:酸、碱、盐和水分等的影响。
(四)影响腐败菌耐热性的因素
1、加热前--腐败菌的培育和经历对其耐热性的影响
影响因素主要包括:细胞本身的遗传性、组成、形态,培养基的成分,培育时的环境因子,发育时的温度以及代谢产物等。
成熟细胞要比未成熟的细胞耐热。培养温度愈高,孢子的耐热性愈强,而且在最适温度下培育的细菌孢子具有最强的耐热性。营养丰富的培养基中发育的孢子耐热性强,营养缺乏时则弱。
2、加热时--加热温度、加热致死时间、细胞浓度、细胞团块存在与否、介质性状和pH值等方面的因素对腐败菌耐热性的影响。
(1)加热条件:在一定热致死温度下,细菌(芽孢)随时间变化呈对数性规律死亡;温度愈高,杀灭它所需的时间愈短。
(2)细菌状态:在一定热致死温度下,菌数愈多,杀灭它所需时间愈长。细胞团块的存在降低热杀菌的效果
(3)介质性状:包括水分(水分活度)、pH值、碳水化合物、脂质、蛋白质、无机盐等,是影响杀菌效果的最重要的因素。
(4)各种添加物、防腐剂和杀菌剂的影响
3、加热后--热死效果的检验
腐败菌受热损伤后有如下表现:发育时的诱导期延长,营养需求增加;发育时最适pH范围缩小;增殖时最适温度范围缩小;对抑制剂的敏感性增强;细胞内的物质产生泄漏;对放射线的敏感性增加;细胞中酶的活力降低;核酸体的RNA分解等。
判断腐败菌是否被杀灭,需测定其热死效果,常通过对经过热处理后的细菌芽孢进行再培养,以检查是否仍有存活。选择适当的培养基,如果腐败菌没有再生长,说明杀菌工艺适用。
(一)热破坏反应的反应速率
食品中各成分的热破坏反应一般均遵循一级反应动力学,也就是说各成分的热破坏反应速率与反应物的浓度呈正比关系。这一关系通常被称为“热灭活或热破坏的对数规律(logarithmic order of inactivation or destruction)”。这一关系意味着,在某一热处理温度(足以达到热灭活或热破坏的温度)下,单位时间内,食品成分被灭活或被破坏的比例是恒定的。
DT值
即指数递减时间(Decimal reduction time),是热力致死速率曲线斜率的负倒数,可以认为是在某一温度下,每减少90%活菌(或芽孢)所需的时间,通常以分钟为单位。
由于上述致死速率曲线是在一定的热处理(致死)温度下得出的,为了区分不同温度下微生物的D值,一般热处理的温度T作为下标,标注在D值上,即为DT。很显然,D值的大小可以反映微生物的耐热性。在同一温度下比较不同微生物的D值时,D值愈大,表示在该温度下杀死90%微生物所需的时间愈长,即该微生物愈耐热。
必须指出,DT值是不受原始菌数影响的,但随热处理温度不同而变化,温度愈高,微生物的死亡速率愈大,DT值则愈小。
TDT值
即热力致死时间(Thermal death time)。在一定时间内(通常指1~10分钟)对细菌进行热处理时,从细菌死亡的最低热处理温度开始的各个加热期的温度称为热力致死温度。
在某一恒定温度(热力致死温度)条件下,将食品中的一定浓度的某种微生物活菌(细菌和芽孢)全部杀死所需要的时间(min),一般用TDT值表示,同样在右下角标上杀菌温度。
F值
F值又称杀菌值,是指在一定的致死温度下将一定数量的某种微生物全部杀死所需的时间(min)。由于微生物的种类和温度均为特指,通常F值要采用上下标标注,以便于区分,即。一般将标准杀菌条件下的记为F0在121.1℃热力致死温度下的腐败菌的热力致死时间,通常用F值表示。F值可用于比较相同Z值时腐败菌的耐热性,它与菌的热死试验时的原始菌数有关,随所指定的温度、菌种、菌株及所处环境不同而变化。
Z值
当热力致死时间减少1/10或增加10倍时所需提高或降低的温度值,一般用Z值表示。Z值是衡量温度变化时微生物死灭速率变化的一个尺度。
TRT值
即热力指数递减时间。在某特定的热死温度下,将细菌或芽孢数减少到10-n时所需的热处理时间。它是指在一定的致死温度下将微生物的活菌数减少到某一程度如10-n或1/10n(即原来活菌数的1/10n)所需的时间(min),记为TRTn,单位为分钟,n就是递减指数。
很显然:。可以看出,TRT值不受原始微生物活菌数影响,可以将它用作确定杀菌工艺条件的依据,这比用前述的受原始微生物活菌数影响的TDT值要更方便有利。TRTn值象D值一样将随温度而异,当n=1,TRT1=D。若以D的对数值为纵坐标,加热温度T为横坐标,根据D和T的关系可以得到一与拟热力致死时间曲线相同的曲线,也称为TRT1曲线。
低温长时杀菌法
(一)概念
低温长时杀菌法也称为巴氏杀菌。相对于商业杀菌而言,巴氏杀菌是一种较温和的热杀菌形式,巴氏杀菌的处理温度通常在100℃以下,典型的巴氏杀菌的条件是62.8℃/30min,达到同样的巴氏杀菌效果,可以有不同的温度、时间组合。巴氏杀菌可使食品中的酶失活,并破坏食品中热敏性的微生物和致病菌。巴氏杀菌的目的及其产品的贮藏期主要取决于杀菌条件、食品成分(如pH值)和包装情况。对低酸性食品(pH>4.6),其主要目的是杀灭致病菌,而对于酸性食品,还包括杀灭腐败菌和钝化酶。
(二)特点
①简单、方便,杀菌效果达99%,致病菌完全被杀死;
②不能杀死嗜热、耐热性细菌、孢子,以及一些残存的酶类; ③设备较庞大,杀菌时间较长; 高温短时杀菌法
(一)概念
高温短时杀菌法主要是指食品经100℃以上,130℃以下的杀菌处理。主要应用于pH>4.5的低酸性食品的杀菌。
(二)特点
①占地少,紧凑(仅为单缸法的占地面积的20%)②处理量大,连续化生产,节省热源,成本低; ③可于密闭条件下进行操作,减少污染的机会。但杀菌后的细菌残存数会比低温长时杀菌法高;
④加热时间短,营养成分损失少,乳质量高,无焖煮味;
⑤可与CIP(原地无拆卸循环清洗系统)清洗配套,省劳力,提高效率; ⑥温度控制检测系统要求严格(仪表要准确)
(三)设备适用范围
需要快速有效的热传导,通常采用刮板式或管式热交换器。这种方式适用于液体或小颗粒混合体。但如果是很粘稠的液体或颗粒直径大于3cm时,加热就会受到热传导的控制,此时产品就需要受热数分钟才能达到杀菌要求,这样产品的质量、营养成分和口感会受到影响。
通常采用热水或蒸汽加热的管式或刮板式热交换器。超高温瞬时杀菌 特点
①温度控制准确,设备精密;
②温度高,杀菌时间极短,杀菌效果显著,引起的化学变化少; ③适于连续自动化生产;
④蒸汽和冷源的消耗比高温短时杀菌法HTST高。
蒸汽喷射式加热灭菌法
(一)概念 是指采用蒸汽喷射的UHT灭菌法,通常叫做直接蒸汽喷射或DSI。在最后的灭菌阶段将产品与蒸汽在一定的压力下混合,蒸汽释放出潜热将产品快速加热至灭菌温度。这种直接加热系统加热产品的速度比其它任何间接系统都要快。
(二)特点
1、加热和冷却速度较快,UHT瞬时加热更容易通过直接加热系统来实现。
2、能加工粘度高的产品,尤其对那些不能通过板式热交换器进行良好加工的产品来说,它不容易形成结垢。但蒸汽压力将限制设备长时间运转。
3、产品灭菌后需要进行无菌均质,由此设备本身的成本和运转成本大大增加。
4、结构复杂,装置大多是非标准型,系统成本是同等处理能力的板式或管式加热系统的两倍。
5、运转成本高,能量回收的限制性使加热成本增加。但从某种程度上说,该系统连续运转较长时间可适当弥补其高成本的缺陷。尤其对于牛乳来说,间接系统会产生严重的结垢现象,直接加热体系更符合产品的特性和质量要求。
二次灭菌法
(一)概念 二次灭菌法按设备运行方式可分为间歇式和连续式。间歇式是指产品第一次灭菌采用管式超高温灭菌机,然后经灌装、封盖后放入间歇式灭菌器内进行第二次灭菌。连续式是指产品第一次灭菌采用管式或板式超高温灭菌机,第二次灭菌采用连续式灭菌机。该法灭菌处理的产品保存期长,有利于长途储运。
(二)特点
1、间歇式二次灭菌法设备简单,投资较低,但产品质量不稳定。
2、连续式二次灭菌线的特点是投资大,产量高,产品质量稳定。
3、二次灭菌机是二次灭菌生产线的核心设备,要求其升温、降温快,传热均匀,尽量减小热冲击和热惯性,性能良好,严格执行灭菌规程。
杀菌方法的选择
选择热杀菌方法和条件时应遵循下列基本原则:
(一)应达到相应的热处理目的
1、以加工为主:
热处理后食品应满足热加工的要求。
2、以保藏为主要目的:
热处理后的食品应达到相应的杀菌、钝化酶等目的。
(二)应尽量减少热处理造成的食品营养成分的破坏和损失 热处理过程要重视热能在食品中的传递特征与实际效果,满足食品卫生的要求,不应产生有害物质。应根据产品热处理的目的选择优化方法。
热处理的一些优化方法
热处理的种类 优化方法
热 烫
考虑非热损失所造成的营养成分的损失(如沥滤、氧化降解等)。巴氏杀菌 若食品中无耐热性的酶存在时,尽量采用高温短时工艺。
商业杀菌
对对流传热和无菌包装的产品,在耐热性酶不成为影响工艺的主要因素时,尽量采用高温短时工艺。对传导传热的产品,一般难于采用高温短时工艺。
热能在食品中的传递
在计算热处理的效果时必需知道两方面的信息,一是微生物等食品成分的耐热性参数,另一是食品在热处理中的温度变化过程。
(一)罐头容器内食品的传热
影响容器内食品传热的因素包括:表面传热系数;食品和容器的物理性质;加热介质(蒸汽)的温度和食品初始温度之间的温度差;容器的大小。要能准确地评价罐头食品在热处理中的受热程度,必须找出能代表罐头容器内食品温度变化的温度点,通常人们选罐内温度变化最慢的冷点(Cold point)温度,加热时该点的温度最低(此时又称最低加热温度点,Slowest heating point),冷却时该点的温度最高。热处理时,若处于冷点的食品达到热处理的要求,则罐内其它各处的食品也肯定达到或超过要求的热处理程度。
罐头冷点的位置与罐内食品的传热情况有关。
1、传导传热方式的罐头: 由于传热的过程是从罐壁传向罐头的中心处,罐头的冷点在罐内的几何中心。
2、对流传热的罐头: 由于罐内食品发生对流,热的食品上升,冷的食品下降,罐头的冷点将向下移,通常在罐内的中心轴上罐头几何中心之下的某一位置。
3、传导和对流混合传热的罐头: 其冷点在上述两者之间。
(二)评价热穿透的数据
测定热处理时传热的情况,应以冷点的温度变化为依据,通常测温仪是用铜?康铜为热电偶利用其两点上出现温度差时测定其电位差,再换算成温度的原理。
在评价热处理的效果(如采用一般法计算杀菌强度F值)时,需要应用热穿透的有关数据,这时应首先画出罐头内部的传热曲线,求出其有关的特性值。
传热曲线
传热曲线是将测得罐内冷点温度(Tp)随时间的变化画在半对数坐标上所得的曲线。作图时以冷点温度与杀菌锅内加热温度(Th)或冷却温度(Tc)之差(Th-Tp或Tp-Tc)的对数值为纵坐标,以时间为横坐标,得到相应的加热曲线或冷却曲线。为了避免在坐标轴上用温差表示,可将用于标出传热曲线的坐标纸上下倒转180度,纵坐标标出相应的冷点温度值(Tp)。以加热曲线为例,纵坐标的起点为Th-Tp =1(理论上认为在加热结束时,Tp 可能非常接近Th,但Th-Tp ≠0),相应的Tp 值为Th-1,即纵坐标上最高线标出的温度应比杀菌温度低一度(℃),第一个对数周期坐标的坐标值间隔为1℃,第二个对数周期坐标的坐标值间隔为10℃,这样依次标出其余的温度值。
杀菌条件的计算
食品热杀菌的条件主要是杀菌值和杀菌时间,目前广泛应用的计算方法有三种:改良基本法、公式法和列线图解法。
(一)改良基本法
1920年比奇洛(Bigelow)首先创立了罐头杀菌理论,提出推算杀菌时间的基本法(The general mathod),又称基本推算法。该方法提出了部分杀菌率的概念,它通过计算包括升温和冷却阶段在内的整个热杀菌过程中的不同温度-时间组合时的致死率,累积求得整个热杀菌过程的致死效果。1923年鲍尔(Ball)根据加热杀菌过程中罐头中心所受的加热效果用积分计算杀菌效果的方法,形成了改良基本法(Improved general method)。该法提高了计算的准确性,成为一种广泛使用的方法。
在杀菌过程中,食品的温度会随着杀菌时间的变化而不断发生变化,当温度超过微生物的致死温度时,微生物就会出现死亡。温度不同,微生物死亡的速率不同。在致死温度停留一段时间就有一定的杀菌效果。可以把整个杀菌过程看成是在不同杀菌温度下停留一段时间所取得的杀菌效果的总和。
(二)公式计算法
此法是由鲍尔提出,后经美国制罐公司热工学研究组简化,用来计算简单型和转折型传热曲线上杀菌时间和F值。简化虽然会引入一些误差但影响不大。此法已经列入美国FDA的有关规定中,在美国得到普遍应用。
公式法是根据罐头在杀菌过程中罐内容物温度的变化在半对数坐标纸上所绘出的加热曲线,以及杀菌结束冷却水立即进入杀菌锅进行冷却的曲线才能进行推算并找出答案。它的优点是可以在杀菌温度变更时算出杀菌时间,其缺点是计算繁琐、费时,还容易在计算中发生错误,又要求加热曲线必须呈有规则的简单型加热曲线或转折型加热曲线,才能求得较正确的结果。
近几十年来许多学者对这种方法进行了研究,以达到既正确又简单,且应用方便的目的。随着计算机技术的应用,公式法和改良适用法一样准确,但更为快速、简洁。
(三)列线图法
列线图法是将有关参数制成列线计算图,利用该图计算出杀菌值和杀菌时间。该法适用于Z=10℃,m+g=76.66℃的任何简单型加热曲线,快捷方便,但不能用于转折型加热曲线的计算。当有关数据越出线外时,也不能用此法计算。
杀菌条件的确定
确定食品热杀菌条件时,应考虑影响热杀菌的各种因素。食品的热杀菌以杀菌和抑酶为主要目的,应基于微生物和酶的耐热性,并根据实际热处理时的传热情况,选择食品热杀菌条件,以确定达到杀菌和抑酶的最小热处理程度。热杀菌技术的研究动向集中在热杀菌条件的最优化、新型热杀菌方法和设备开发方面。热杀菌条件的最优化就是协调热杀菌的温度时间条件,使热杀菌达到期望的目标,而尽量减少不需要的作用。热杀菌的方法和工艺与杀菌的设备密切相关,良好的杀菌设备是保证杀菌操作完善的必要条件。目前使用的杀菌设备种类较多,不同的杀菌设备所使用的加热介质和加热的方式、可达到的工艺条件以及自动化的程度不尽相同。杀菌设备除了具有加热、冷却装置外,一般还具有进出料(罐)传动装置、安全装置和自动控制装置等。
相关设备与装置
间歇式
连续式
立式杀菌锅
喷淋连续杀菌机 卧式杀菌锅
静水压式杀菌机 淋水式杀菌锅
水封式连续高压杀菌锅 全水回转式杀菌锅
超高温瞬时杀菌机
罐头食品热杀菌条件的确定
(一)实罐试验
以满足理论计算的杀菌值(F0)为目标,热杀菌可以有各种不同杀菌温度-时间的组合。实罐试验的目的就是根据罐头食品质量,生产能力等综合因素选定杀菌条件,使热杀菌既能达到杀菌安全的要求,又能维持其高质量,在经济上也最合理。
(二)实罐接种的杀菌试验 将常见导致罐头腐败的细菌或芽孢定量接种在罐头内,在所选定的杀菌温度中进行不同时间的杀菌,再保温检查其腐败率。通常采用将耐热性强的腐败菌接种于数量较少的罐头内进行杀菌试验,藉以确证杀菌条件的安全程度。如实罐接种杀菌试验结果与理论计算结果很接近,这对所订杀菌条件的合理性和安全性有了更可靠的保证和高度的信心。
1、试验用微生物
(1)低酸性食品:梭状产芽孢杆菌(Clostridium sporogenses)PA3679芽孢(2)pH3.7以下酸性食品:巴氏固氮梭状芽孢杆菌(Clostridium pasteurianum)
或凝结芽孢杆菌(Bacillus coagulans)芽孢(3)高酸性食品:乳酸菌,酵母
2、实罐接种方法
(1)对流传热的产品 可接种在罐内任何处。(2)传导传热产品 尽可能接种在冷点位置。
4、试验分组
根据杀菌条件的理论计算,按杀菌时间的长短至少分为5组,其中1组为杀菌时间最短,试样腐败率达到100%;1组为杀菌时间最长,预计可达0%的腐败率;其余3组的杀菌时间将出现不同的腐败率,通常杀菌时间在30~100之间,每隔5分钟为1组,比较理想的是根据F值随温度提高时按对数规律递减情况,F值可按0.5、1.0、2.0、4.0、6.0,确定不同加热时间加以分组。每次试验要控制为5组,否则罐数太多,封罐前后停留时间过长,将影响试验结果。因此试验要求在一天内完成,并用同一材料。对照组的罐头也应有3~5组,以便核对自然污染微生物的耐热性,同时用来检查核对二重卷边是否良好,罐内净重、沥干重和顶隙度等。还将用6~12罐供测定冷点温度之用。
5、试验记录
试验时必须对以下内容进行测定并做好记录。
A.接种微生物菌名和编号;
B.接种菌液量、接种菌数和接种方法;
C.各操作时间(如预处理时间、装罐时间、排气、封罐前停留时间等);
D.热烫温度与时间;
E.装罐温度;
F.装罐重量;
G.内容物粘度(如果它为重要因子);
H.顶隙度;
I.盐水或汤汁的浓度;
J.热排气温度与时间;
K.封罐和蒸汽喷射条件;
L.真空度(指真空封罐);
M.封罐时内容物温度;
N.杀菌前罐头初温;
O.杀菌升温时间;
P.杀菌过程中各阶段的温度和时间;
Q.杀菌锅上仪表(压力表、水银温度计、温度纪录仪)指示值;
R.冷却条件。
(三)保温贮藏试验 接种实罐试验后的试样要在恒温下进行保温试验。培养温度依据试验菌的不同而不同: 霉菌:21.1~26.7℃
嗜温菌和酵母:26.7~32.2℃
凝结芽孢杆菌:35.0~43.2℃
嗜热菌:50.0~57.2℃
保温试验样品应每天观察其容器外观有无变化,当罐头胀罐后即取出,并存放在冰箱中。保温试验完成后,将罐头在室温下放置冷却过夜,然后观察其容器外观、罐底盖是否膨胀,是否低真空,然后对全部试验罐进行开罐检验,观察其形态、色泽、pH值和粘稠性等,并一一记录其结果。接种肉毒杆菌试样要做毒性试验,也可能有的罐头产毒而不产气。当发现容器外观和内容物性状与原接种试验菌所应出现的征状有差异时,可能是漏罐污染或自然界污染了耐热性更强的微生物造成,这就要进行腐败原因菌的分离试验。
(四)生产线上实罐试验 接种实罐试验和保温试验结果都正常的罐头加热杀菌条件,就可以进入生产线的实罐试验作最后验证。试样量至少100罐以上,试验时必须对以下内容进行测定并做好记录: A. 热烫温度与时间; B. 装罐温度; C. 装罐量(固形物、汤汁量); D. 粘稠度(咖喱、浓汤类产品); E. 顶隙度; F. 盐水或汤汁的温度; G. 盐水或汤汁的浓度; H. 食品的pH值; .I 食品的水分活性; .J 封罐机蒸汽喷射条件; K. 真空度(指封罐机); L. 封罐时食品的温度; M. 加热杀菌前食品每克(或每毫升)含微生物的平均数及其波动值,取样次数为5~10次。pH3.7以下的高酸性食品检验乳酸菌和酵母; pH3.7~5.0的酸性食品检验嗜温性需氧菌芽孢数(如果可能的话,嗜温性厌氧菌芽孢数也要检验);pH5.0以上的低酸性食品检验嗜温性需氧菌芽孢数、嗜热性需氧菌芽孢数(如果可能的话,嗜温性厌氧菌芽孢数也要检验),这对于保证杀菌条件的最低极限十分必要。N. 杀菌前的罐头初温; O. 杀菌升温时间; P. 杀菌温度和时间; Q. 杀菌锅上压力表、水银温度计、温度记录仪的指示值; R. 杀菌锅内温度分布的均匀性; S. 罐头杀菌时测点温度(冷点温度)的记录及其F值; T. 罐头密封性的检查及其结果。
生产线实罐试样也要经历保温试验,希望保温3~6个月,当保温试样开罐后检验结果显示内容物全部正常,即可将此杀菌条件作为生产上使用,如果发现试样中有腐败菌,则要进行原因菌的分离试验。
典型食品的湿热杀菌条件
4.gif(6.83 KB)
不同食品巴氏杀菌的目的和条件
5.gif(7.63 KB)乳制品常见的热杀菌方法
6.gif(13.39 KB)
我国常见的罐头食品热杀菌的条件1
7.gif(11.94 KB)
我国常见的罐头食品热杀菌的条件2
罐头食品热杀菌条件的确定
(一)实罐试验
以满足理论计算的杀菌值(F0)为目标,热杀菌可以有各种不同杀菌温度-时间的组
合。
??实罐试验的目的就是根据罐头食品质量,生产能力等综合因素选定杀菌条件,使热杀菌既能达到杀菌安全的要求,又能维持其高质量,在经济上也最合理。
(二)实罐接种的杀菌试验
??将常见导致罐头腐败的细菌或芽孢定量接种在罐头内,在所选定的杀菌温度中进行不同时
间的杀菌,再保温检查其腐败率。
??通常采用将耐热性强的腐败菌接种于数量较少的罐头内进行杀菌试验,藉以确证杀菌条件的安全程度。如实罐接种杀菌试验结果与理论计算结果很接近,这对所订杀菌条件的合理性和安全性有了更可靠的保证和高度的信心。
1、试验用微生物
(1)低酸性食品:梭状产芽孢杆菌(Clostridium sporogenses)PA3679芽孢(2)pH3.7以下酸性食品:巴氏固氮梭状芽孢杆菌(Clostridium pasteurianum)
或凝结芽孢杆菌(Bacillus coagulans)芽孢
(3)高酸性食品:乳酸菌,酵母
2、实罐接种方法(1)对流传热的产品 可接种在罐内任何处。(2)传导传热产品 尽可能接种在冷点位置
3、试验罐数
保温试验时必要试样量和可能检出变败率的关系
4、试验分组
根据杀菌条件的理论计算,按杀菌时间的长短至少分为5组,其中1组为杀菌时间最短,试样腐败率达到100%;1组为杀菌时间最长,预计可达0%的腐败率;其余3组的杀菌时间将出现不同的腐败率,通常杀菌时间在30~100之间,每隔5分钟为1组,比较理想的是根据F值随温度提高时按对数规律递减情况,F值可按0.5、1.0、2.0、4.0、6.0,确定不同加热时间加以分组。每次试验要控制为5组,否则罐数太多,封罐前后停留时间过长,将影响试验结果。因此试验要求在一天内完成,并用同一材料。
??对照组的罐头也应有3~5组,以便核对自然污染微生物的耐热性,同时用来检查核对二重卷边是否良好,罐内净重、沥干重和顶隙度等。还将用6~12罐供测定冷点温度之用。
5、试验记录
试验时必须对以下内容进行测定并做好记录。
A.接种微生物菌名和编号;
B.接种菌液量、接种菌数和接种方法;
C.各操作时间(如预处理时间、装罐时间、排气、封罐前停留时间等);
D.热烫温度与时间;
E.装罐温度;
F.装罐重量;
G.内容物粘度(如果它为重要因子);
H.顶隙度;
I.盐水或汤汁的浓度;
J.热排气温度与时间;
K.封罐和蒸汽喷射条件;
L.真空度(指真空封罐);
M.封罐时内容物温度;
N.杀菌前罐头初温;
O.杀菌升温时间;
P.杀菌过程中各阶段的温度和时间;
Q.杀菌锅上仪表(压力表、水银温度计、温度纪录仪)指示值;
R.冷却条件。
5、试验记录
试验时必须对以下内容进行测定并做好记录。
A.接种微生物菌名和编号;
B.接种菌液量、接种菌数和接种方法;
C.各操作时间(如预处理时间、装罐时间、排气、封罐前停留时间等);
D.热烫温度与时间;
E.装罐温度;
F.装罐重量;
G.内容物粘度(如果它为重要因子);
H.顶隙度;
I.盐水或汤汁的浓度;
J.热排气温度与时间;
K.封罐和蒸汽喷射条件;
L.真空度(指真空封罐);
M.封罐时内容物温度;
N.杀菌前罐头初温;
O.杀菌升温时间;
P.杀菌过程中各阶段的温度和时间;
Q.杀菌锅上仪表(压力表、水银温度计、温度纪录仪)指示值;
R.冷却条件。
(四)生产线上实罐试验
??接种实罐试验和保温试验结果都正常的罐头加热杀菌条件,就可以进入生产线的实罐试验作最后验证。试样量至少100罐以上,试验时必须对以下内容进行测定并做好记录:
??A. 热烫温度与时间;
??B. 装罐温度;
??C. 装罐量(固形物、汤汁量); ??D. 粘稠度(咖喱、浓汤类产品);
??E. 顶隙度; ??F. 盐水或汤汁的温度; ??G. 盐水或汤汁的浓度; ??H. 食品的pH值; ??I. 食品的水分活性; ??J. 封罐机蒸汽喷射条件; ??K. 真空度(指封罐机); ??L. 封罐时食品的温度;
??M. 加热杀菌前食品每克(或每毫升)含微生物的平均数及其波动值,取样次数为5~10次。pH3.7以下的高酸性食品检验乳酸菌和酵母; pH3.7~5.0的酸性食品检验嗜温性需氧菌芽孢数(如果可能的话,嗜温性厌氧菌芽孢数也要检验);pH5.0以上的低酸性食品检验嗜温性需氧菌芽孢数、嗜热性需氧菌芽孢数(如果可能的话,嗜温性厌氧菌芽孢数也要检验),这对于保证杀菌条件的最低极限十分必要。
??N. 杀菌前的罐头初温; ??O. 杀菌升温时间;
??P. 杀菌温度和时间;
??Q. 杀菌锅上压力表、水银温度计、温度记录仪的指示值;
??R. 杀菌锅内温度分布的均匀性;
??S. 罐头杀菌时测点温度(冷点温度)的记录及其F值;
??T. 罐头密封性的检查及其结果。??生产线实罐试样也要经历保温试验,希望保温3~6个月,当保温试样开罐后检验结果显示内容物全部正常,即可将此杀菌条件作为生产上使用,如果发现试样中有腐败菌,则要进行原因菌的分离试验。
第四篇:新型传感器技术
前
言
传感器工作原理的分类:
物理传感器应用的是物理效应
化学传感器包括那些以化学吸附、电化学反应等现象
以其输出信号为标准可将传感器分为:
模拟传感器——将被测量的非电学量转换成模拟电信号。
数字传感器——将被测量的非电学量转换成数字输出信号(包括直接和间接转换)。
开关传感器——当一个被测量的信号达到某个特定的阈值时,传感器相应地输出一个设定的低电平或高电平信号。
应用的材料观点出发可将传感器分成下列几类:
(1)按照其所用材料的类别分 金属 聚合物 陶瓷 混合物
(2)按材料的物理性质分 导体 绝缘体 半导体 磁性材料
(3)按材料的晶体结构分 单晶 多晶 非晶材料
按照其制造工艺,可以将传感器区分为:
集成传感器薄膜传感器厚膜传感器陶瓷传感器
集成传感器是用标准的生产硅基半导体集成电路的工艺技术制造的。通常还将用于初步处理被测信号的部分电路也集成在同一芯片上。
薄膜传感器则是通过沉积在介质衬底(基板)上的,相应敏感材料的薄膜形成的。使用混合工艺时,同样可将部分电路制造在此基板上。
厚膜传感器是利用相应材料的浆料,涂覆在陶瓷基片上制成的,基片通常是Al2O3制成的,然后进行热处理,使厚膜成形。
第1章 传感器敏感材料
1半导体硅材料
1.1 单晶硅:固态传感器的材料,优点:
优良的机械、物理性质,材质纯,内耗低、功耗小。机械品质因数高达106数量级,滞后和蠕变极小,机械稳定性好。
各向异性,具有很好的热导性,应变灵敏系数高。
1.2 多晶硅:是许多单晶的聚合物。晶粒的排列是无序的,不同的晶粒有不同的单晶取向,而每一晶粒内部具有单晶的特征。晶粒与晶粒之间的部位称为晶界,其对压阻效应的影响可通过控制掺杂浓度来降低。晶粒越大,压阻效应越大。
1.3 非晶体硅:在光电器件、传感器中应用。与晶体材料相比,非晶体硅具有:
(1)在可见光范围内具有高的光吸收系数。(2)淀积温度低(200-300ºC),可用多种材料作衬底,感受大面积淀积。(3)材料性能稳定,具有较高的机械强度。(4)具有高的塞贝克系数
(5)纯非晶硅没有压阻效应,利用微晶相与非晶相混合可产生压阻效应,灵敏系数高。(6)非晶硅的弹性模量和多晶硅一样,取决于制备和热处理,一般为(150—170)×103MPa。
可制成多种传感器,如光传感器,成象传感器,高灵敏度温度传感器,微波功率传感器,触觉传感器等。
1.4 硅蓝宝石:是在蓝宝石衬底上应用外延生长技术形成的硅薄膜。衬底是绝缘体,可实现元件之间的分离,且寄生电容小。
蠕变极小,优于单晶硅;耐辐射能力强;化学稳定性好,耐腐蚀性强。具有耐环境性强的优势。
2化合物半导体材料
先进的成象传感器材料。如碲镉汞、锑化铟、砷化镓等。开发长波段的应用。
无源探测的红外光敏技术,广泛应用。如红外夜视、火控、跟踪定位、精确制导
3石英敏感材料
3.1石英晶体 晶态sio2 特点:各向异性,具有压电特性;绝缘体;和单晶硅一样,具有优良的机械物理性质。
工作温度为200℃-250℃
3.2 石英玻璃:非晶态SIO2,物理特性与方向无关。机械物理性能和化学性能极优。在700 ℃-800 ℃以前,弹性模量随温度的增高而增大,以后随温度的升高而下降。
最高使用温度为1100 ℃。适宜制造高精度传感器
4精密陶瓷材料
以化学合成的物质为原料,控制其中的组分比,经过精密的成型烧结,可制成适合传感器需要的多种精密陶瓷材料----功能陶瓷材料。
特点:耐热性,耐腐蚀性,多孔性,光电性,压电性等独特的性能。新开发陶瓷温度、气体、温度、光电、离子、加速度、陀螺等传感器 ZnO薄膜
作为压电体、光导体、光波导和半导体的多用途材料; 六角晶结构,各向异性体,有大的压电常数,大的声光、电光和非线性光学系数。淀积ZnO膜技术最广泛的方法是磁控溅射方法,可获得压电性能、光学性能优良,表面平坦而透明的致密薄膜层。6 铁电聚合物
是指含有铁电晶体组织的特殊高分子聚合物,如聚氯乙烯、聚偏二佛乙烯(PVF2)。
PVF2优良,具有压电、热释电特性。
应用在电-声和机-电传感器,如声频、超声波等。非晶态磁性合金
结构为长程无序,短程有序;
在旋转磁场中的各个方向的相对磁导率较高;
电阻率高,在交变磁场作用下,涡流损耗小,响应快,高频特性好; 磁致伸缩效应大;
机械强度高,高达2000-3500MPa。
根据传感器的具体特性要求确定这类材料的组分和形状。
8形状记忆合金
新的传感器材料,具有热弹性和超弹性;
过程:把某种记忆合金在高温下定形后,若冷却到低温产生形变,只要温度稍微升高就可以使形变迅速消失,并回到高温下所具有的形状。代表性材料有:NiTi ,CuZnAl,CuAlNi。复合材料
原子合成法通过控制材料的特性可以合成理想传感器材料;晶体合成法:多层结构,材料的混合在原子级上进行控制,合成的材料也叫人造晶格或超晶格;超晶格结构具有全新的材料特性;超晶格结构可随意控制物理常数,具有很大的发展前景。
硅材料的质量轻,密度为不锈钢的1/3,而弯曲强度为不锈钢得3.5倍,具有高强度比和高密度比;热导性为不锈钢7倍,而热膨胀系数不到不锈钢的1/7;
第2章 微机械加工技术
分为三类:硅微机械加工技术、超精密机械加工技术和X射线深层光刻电铸成型(LIGA)技术。
2.1硅微机械加工技术 硅微机械加工技术是硅集成电路工艺的扩展技术。主要用于制造以硅材料为基底、层与层之间有很大差别的三维微结构,包括膜片、悬臂梁、探针等微结构与特殊薄膜和高性能的电路相结合,成功制造出固态传感器 1.刻蚀技术
(1)体型结构腐蚀加工
腐蚀加工是形成微型传感器结构的关键技术,分为化学腐蚀(湿法)和离子刻蚀(干法)两种。
(2)表面腐蚀加工---牺牲层技术 利用硅表面微机械加工技术,开发、研制出尺寸小的悬式结构 工艺过程:
通过淀积法(溅射、蒸发)
在Si基片表面上生成SiO2牺牲层(微米级)
根据要求的形状刻蚀一部分SiO2
再剩下的SiO2层上通过淀积生成Si层
用刻蚀法刻蚀淀积的Si层
溶解SiO2牺牲层,获得与Si基片略连接或完全分离的悬臂式结构 2.薄膜技术
多晶硅膜、二氧化硅膜、金属膜等作为微型传感器结构的复合材料。制作方法:物理气相淀积和化学气相淀积。物理气相淀积是利用蒸镀和溅射。
化学气相淀积是让气体与衬底材料在加热的表面进行化学反应,使另一种物质在表面上形成膜。
(1)真空蒸镀:用蒸发铝和金的方法来获得电极的欧姆接触区,可直接制造敏感元件的薄膜。
(2)溅射成膜工艺,最流行工艺,设备较复杂,成膜速度慢,但形成的膜牢固,制出高熔点的金属膜和化合物膜,且化学成分不变。溅射方式有射频溅射、直流溅射和反应溅射等,射频溅射应用广泛。(3)化学气相淀积(CVD):是使含有待淀积物质的化合物升华成气体,与另一种气体化合物在一个反应室中进行反应,生成固态的淀积物质,使之淀积在基底上而生成薄膜。
(4)等离子化学气相淀积(PECVD):在温度350-400 ℃利用等离子体的活性。
过程:在反应过程中,为了产生等离子体,可加上直流或射频高电压,反应室通入一定量气体,使之发光放电,反应室内的气体将被电离而等离子化。3.固相键合工艺
把两个固态部件直接键合在一起的加工工艺,也就是把微机械部件装配在一起的一种技术。
典型例子就是硅-玻璃或金属-玻璃间的静电键合。
过程:把表面抛光的硅和热膨胀系数相近的玻璃紧密接触,在400℃高温下,接上硅为正、玻璃为负的直流电压(500-1500伏);在静电力作用下,使硅与玻璃在界面处接近到分子级的距离而形成牢固的、永久性的分子键合
2.2 传感器用石英、陶瓷、高分子聚合物和金属材料为基底时,用到超精密机械加工技术,如激光精密加工等。
2.3X射线深层光刻电铸成型技术
是深层同步辐射X射线光刻与电铸工艺相结合的制造技术。与牺牲层技术结合可制造出微型悬式结构。
工艺过程如下:
在硅基片上溅射牺牲层
用紫外光通过掩膜照射牺牲层,制作平面图形
在牺牲层上涂一层钛、镍组成的薄膜作为电铸的金属基底 在金属基底上淀积光致抗蚀剂层,覆盖掩膜
利用深层同步辐射X射线光刻技术对光致抗蚀剂层进行曝光 用化学蚀刻法蚀刻光致抗蚀剂层,制成电铸用的初级模板
在金属基底上,以初级模板为模型进行电铸,形成了与模板形状互为凹凸的三维结构
用化学溶剂溶解掉初级模板、金属基底和牺牲层,获得悬式结构
第3章 传感器的建模
3.1原因和过程
建立传感器的模型,在原理分析、结构设计、样机研制中有重要作用。
建模过程:(1)根据本质特征建立传感器的物理模型;(2)建立传感器的数学模型;(3)求解数学模型。
建模的方法:主要有能量法、概率法、状态法等
3.2受轴向力两端固支梁
建模步骤:1)几何方程;
2)物理方程;
3)弹性势能、弹性方程(对体积);
4)动能;
5)梁上的任一点横截面处的初始应力;
6)由初始应力引起的初始弹性势能;
7)建立总的弹性势能;
8)建立泛函;
9)利用泛函原理;
10)求解微分方程。
3.3改进悬臂梁
改进型悬臂梁的特征是:
在载荷F的作用下,梁的根部区域和端部区域的应力状态是相反的; 梁的根部受力情况优于典型悬臂梁,测力范围增大; 梁上布置测力元件优于典型悬臂梁。
第4章 硅电容式集成传感器
灵敏度高,稳定性好,量程宽
平行板式
C=ε0εA/d 通过改变极板间距d ,极板相对面积A(或长度L)和介电常数ε,可以使电容器的电容发生变化。
基于阻抗测量技术的电容信号检测,其测量线路有:(1)交流电桥式;(2)充放电式;(3)调频式;(4)谐振式。
硅电容式集成压力传感器的接口电路
1.开关-电容接口电路:由差动积分器和循环运行的A/D变换器组成。电路的工作过程:复位、检测、换算和转换。2.电容—频率变换电路
采用电容—频率变换电路,可将电容输出的电压变换为频率 信号输出。可直接接入计算机。
第5章 谐振式传感器
由ERD组成的电—机—电谐振子环节,是谐振式传感器的核心。适当地选择激励和拾振手段,构成一个理想的ERD,对设计谐振式传感器至关重要。由ERDA组成的闭环自激环节,是构成谐振式传感器的条件。
由RDO(C)组成的信号检测、输出环节,是实现检测被测量的手段。
每周平均储存的能量Q每周由阻尼损耗的能量值反映了谐振子振动中阻尼比的大小及消耗能量快慢的程度。同时也反映了幅频特性曲线谐振峰的陡峭的程度,即谐振敏感元件选频能力的强弱。
双激单拾
单激双拾
稳定的自激振荡:
1、幅度平衡条件|AF|=1
2、相位平衡条件φA+φF=(2n+1)π(n=0,1,2,3···)
采用电磁方式作为激励、拾振手段最突出的优点是与壳体无接触,但也有一些不足。如电磁转换效率低,激励信号中需引入较大的直流分量,磁性材料的长期稳定性差,易于产生电磁耦合等。
第6章 声表面波传感器
特点:高精度;与微处理器连接,简单;可批量生产等。纵波是质点的振动方向与传播方向同轴的波
横波 质点的振动方向与波的传播方向垂直
声表面波的衰减
波束偏离和衍射效应引起的. 原因:
材料固有的衰减;
材料表面粗糙引起散射; 向外辐射声波.
叉指换能器
功能是激励瑞利表面波(1)基本特性:
基本结构:叉指电极、叉指周期、换能器孔径。物理过程:压电效应和逆压电效应。
基本性能:频率高、对称性、带宽取决于指对数、互易性、内加权、制造简单,重复性、一致性好。
第7章 薄膜传感器
薄膜与传感器特性的关系: 1)选择性;2)可靠性;3)响应时间;4)分辨率;5)其它特性
厚膜与薄膜:区别不在于膜的厚度,而是制备工艺的不同。薄膜(真空蒸镀,溅射,气相淀积)
第8章 气体传感器
主要参数与特性
响应时间 选择性 稳定性 温度特性 湿度特性
电源电压特性
应变效应:导体或半导体电阻随其机械变形而变化的物理现象。
光纤数值孔径:入射到光纤端面的光并不能全部被光纤所传输,只是在某个角度范围内的入射光才可以。这个角度α的正弦值就称为光纤的数值孔径(NA = sinα)
SAW模式转换:针对瑞利波,其质点作椭圆振动,有横振动又有纵振动,遇到阻抗不连续时,入射波一部分以瑞利波形式反射回来,还有一部分能量在反射时转换为体波
压电效应:某些电介质在沿一定方向上受到外力的作用而变形时,其内部会产生极化现象,同时在它的两个相对表面上出现正负相反的电荷。当外力去掉后,它又会恢复到不带电的状态,这种现象称为正压电效应。
逆压电效应是指对晶体施加交变电场引起晶体机械变形的现象。
单模光纤芯径小(10m m左右),仅允许一个模式传输,色散小,工作在长波长(1310nm和1550nm),与光器件的耦合相对困难
多模光纤芯径大(62.5m m或50m m),允许上百个模式传输,色散大,工作在850nm或1310nm。与光器件的耦合相对容易
压阻效应,是指当半导体受到应力作用时,由于载流子迁移率的变化,使其电阻率发生变化的现象
速度劲化:压电晶体,由于压电效应,在声波传播过程中,将有一个电势随同传播,且使声波速度变快。
与频率无关--非色散波
金属赛贝克效应:在两种不同导电材料构成的闭合回路中,当两个接点温度不同时,回路中产生的电势使热能转变为电能的一种现象。
波束偏离--各向异性固体,波的相速度与群速度不一致;或相位传播方向与能量传播方向不一致.
第五篇:杀菌工岗位职责
杀菌工岗位职责
1、对自己负责的设备做到四懂(懂原理、懂结构、懂用途、懂性能),三会(会使用、会维护保养、会排除简单故障和更换简单零部件);要做到一专多能。
2、生产前仔细检查片式、管式热交换系统、蒸汽及冰水压力、电器控制箱、仪器仪表的完好性。
3、严格对设备进行清洗与消毒,并确保转序正确.
4、生产每一产品前,先确认进料泵和换热器到待装罐之间的管路连接正确,做好消毒工作。
5、严格按工艺要求进行杀菌操作,杀菌温度、冷却温度、均质压力及换热器连续运转的最长使用时间应符合工艺要求。
6、及时采取样品送化验室检测,并及时为灌装工段打奶。
7,在消毒或清洗的过程中,负责监控有关的工艺参数及消毒设备的运转状态并及时做好原始记录。
8、及时报修设备故障及电器故障,发现板片渗漏等紧急情况应及时上报。
9、遵守劳动纪律、工艺纪律及厂纪厂规。准时上班.不擅自离岗串岗,工作时不谈与工作无关的话题。0、负责做好设备和包干区的5S工作,经检查后方可离开。1 l、完成上级主管交代的临时性任务。