本文从高压脉冲电场(Pulsed Electric Field)对瓶装饮用水中常见微生物的杀灭效果入手,在电场强度和处理时间与微生物存活率的一级动力学基础上,引入热力学致死时间F值理论,通过建立高压脉冲电场的F值理论,获得各种微生物的对数减菌时间D值、耐场强常数Z值以及PEF致死时间F值,以期作为一种衡量PEF对瓶装饮用水杀菌效果的指标,进而指导PEF在瓶装水中的应用。同时,为了解决瓶装水中的溴酸盐问题,展开了臭氧技术与PEF技术在溴酸盐产生方面的比较。所开展的研究简要概括如下:1.本文所使用的高压脉冲电场的主要参数是:电压0~17 kV;脉冲宽度4μs;流速4.85~15.15 mL/s;频率0.1~3.1 kHz;双极方波。在频率为3 kHz,脉宽为4μs,脉冲个数为24个,电场强度为22.58 kV/cm,分别比较3 mm和3 mm(一片金属导体)、7 mm和7 mm(两片金属导体)电极内径对微生物的作用效果,结果发现有金属导体的电极对各种菌的杀菌效果比同口径的无金属导体的电极好,内径越大杀菌效果越差,而有金属导体的7 mm与无导体的3 mm电极的杀菌效果很相近。2.室温下,使用内径为7mm的处理室(两片金属导体),液体流速为15.15 mL/s,频率为3 kHz,脉宽为4μs,脉冲个数为24个,电场强度分别为22.58 kV/cm、29.03 kV/cm、35.48 kV/cm、41.94 kV/cm、48.39 kV/cm,此条件下探讨PEF处理瓶装水中大肠杆菌、啤酒酵母、青霉、金黄色葡萄球菌和沙门氏菌的杀灭效果。结果表明,PEF可以有效地杀灭瓶装水中常见微生物,其中大肠杆菌、啤酒酵母和青霉菌经48.39 kV/cm场强的PEF处理不等时间之后均未有活菌检出,金黄色葡萄球菌和沙门氏菌在此场强下处理295μs之后,活菌数分别减少了6.6和5.5个对数。另外在电场强度为48.39 kV/cm、其他条件一致的情况下,处理时间分别为94μs、114μs、155μs、203μs、295μs,探讨不同处理时间对不同微生物的杀灭效果。结果表明,随着处理时间的延长,PEF的杀菌效果也有明显增强的现象。以大肠杆菌为例,通过方差分析可知处理时间和电场强度对杀菌效果的影响都是极显著的,其中场强较之更显著,是起主导作用的因素。3.本研究参考热力杀菌致死时间F值的概念,提出PEF致死时间F值,在电场强度和处理时间与微生物致死时间之间建立一个关系模型,作为一种衡量高压脉冲电场对瓶装水的杀菌效果的指标。从各种微生物的存活曲线上得到不同的对数减菌时间D值,从耐场强的曲线上得到不同的耐场强常数Z值,Z值结合D值则可以比较确切地表明不同微生物对场强的耐受能力(同热力学)的强弱。在本文章中提出,能使一种菌降低5个活菌对数的电场强度作为该种菌的参考场强,引入致死率公式LR=10(E-Er)/Z估算出任一场强下一种菌的致死率,并同样参考热力学中致死率曲线下面积即致死性的应用LR*F=1*Fr,最终得到的是任一场强下预期的致死时间F值,以期指导高压脉冲电场在瓶装水生产中的应用。对国内外相关研究的分析与本试验结果共同表明,由F值理论推导计算的各种菌的致死时间F值与试验值或者参考值相近,对PEF在瓶装水中的应用具有一定的指导意义。4.目前饮用瓶装水多是用臭氧杀菌,这使得水中的溴化物氧化生成溴酸盐,它被国际癌症研究机构定为2b级的潜在致癌物。这就对瓶装水企业提出了更高的要求,要降低溴酸盐含量,需要寻找能够替代臭氧杀菌的新技术。本研究采用的高压脉冲电场是近年来新兴的非热力物理杀菌新技术,它是利用瞬间高压电场作用于液体食品,达到杀灭微生物的目的。不仅杀菌效果较好,而且处理后不会产生溴酸盐。试验结果表明,PEF对水中常见微生物至少达到了5.5个对数降低的杀灭效果;采用臭氧处理瓶装水时,当溴离子浓度一定时,溴酸盐的产量随着投加的臭氧浓度的提高而增大;而采用PEF处理的水中没有任何溴酸盐的产生,无论是0.54 mg/L正常溴离子浓度的水,还是70.74 mg/L高浓度的溴离子水(因为溴离子浓度越高,产生溴酸盐的可能性越大),抑或是30 kV/cm和50 kV/cm场强的PEF,PEF处理过的水仍然没有溴酸盐的产生。因此,高压脉冲电场是可以成功地控制瓶装水中溴酸盐的产生,加上处理室口径的扩大和杀菌效果的提高,相信在不久的将来PEF可以应用于瓶装水的生产。