抑制脉冲电场食品处理中发生电极腐蚀的系统及使用方法技术方案

本发明专利技术公开抑制脉冲电场食品处理中发生电极腐蚀的系统及使用方法，系统包括高压直流电源V、控制芯片、空芯大电感L、光电转换电路、n级模块化Marx发生器、可调电阻R

【技术实现步骤摘要】
抑制脉冲电场食品处理中发生电极腐蚀的系统及使用方法


[0001]本专利技术涉及脉冲发生领域，具体是抑制脉冲电场食品处理中发生电极腐蚀的系统及使用方法。

技术介绍

[0002]脉冲电场(pulse electric fields,PEF)食品处理技术，是一项非热食品加工技术，与传统的热巴氏灭菌相比，使用PEF加工的优势包括新鲜的味道，高营养价值，保留热敏酶，降低加工能量并减少加工设备中的污染。作为一项高效节能的技术，PEF食品处理技术在国内外被广泛应用。在处理过程中。PEF处理系统由高压脉冲电源(简称脉冲源)、处理室、给液模块和测量保护模块构成，其中处理室是最重要的模块之一。处理室是接受脉冲高压并在处理腔内形成高强度电场的部件，一般由两个金属电极和一块具有特殊结构的绝缘体构成，可使处理室在产生高压脉冲电场的同时允许液体物料顺畅地通过处理腔。由于金属电极直接与食品物料相接触，在高电流密度下金属电极极易与食品物料发生电化学反应。电化学反应发生时，金属电极将被氧化腐蚀并产生气泡，其中，电极腐蚀会导致金属离子进入食物，可能影响食物的口感，甚至引发食品安全问题。这对PEF技术的发展极为不利。因此，解决PEF食品处理中电极腐蚀的问题有重要的实际意义。
[0003]目前，有关电极腐蚀的研究主要集中在探究脉冲参数对腐蚀程度的影响，减小频率、脉宽和场强可以降低腐蚀的程度。此外，也有利用在处理室两端并联大电感以产生反向过冲电压的方法减小电极腐蚀的方法。虽然减小脉宽和频率可以一定程度上抑制电极腐蚀，但是，在实际PEF食品杀菌过程中，短脉宽脉冲(2～5μs)还未来得及在细菌上形成跨膜电位就撤去了电场，使得杀灭效果大打折扣；而降低脉冲频率则意味着降低处理的效率。因此，调节脉冲参数来抑制电极腐蚀的方法不利于PEF技术的大规模生产。另一方面，由于电感磁芯存在饱和等问题，实际操作起来有一定难度。更重要的是，由于不同高压脉冲源的拓扑结构可能完全不同，给处理室并联上脉冲变压器或电感后不一定能产生理想的反向脉冲。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供抑制脉冲电场食品处理中发生电极腐蚀的系统，包括高压直流电源V、控制芯片、空芯大电感L、光电转换电路、n级模块化Marx发生器、可调电阻R
Q
、食品处理室、平行电极对和过流保护模块。
[0005]所述高压直流电源V通过空芯大电感L为n级模块化Marx发生器供电。
[0006]所述空芯大电感L的电感值≥0.2H。
[0007]控制芯片产生开关控制电信号，并通过光电转换电路向n级模块化Marx发生器周期性发送开关控制电信号，从而控制n级模块化 Marx发生器中开关集S＝{S1，S2，
…
，S
n
}的通断。
[0008]所述光电转换电路包括光纤接收器和光纤发射器。
[0009]所述光纤发射器接收由控制芯片产生的开关控制电信号，并转化为开关控制光信号。所述光纤发射器将开关控制光信号发送至光纤接收器。
[0010]所述光纤接收器将接收到的开关控制光信号还原为开关控制电信号，并发送至n级模块化Marx发生器，控制开关集S的通断。
[0011]所述n级模块化Marx发生器包括n个并联的Marx发生器。其中，第i个Marx发生器包括二极管D
2i
‑1、二极管D
2i
、储能电容C
i
和开关S
i
。i＝1,2，
…
，n。
[0012]n级模块化Marx发生器输出负极性脉冲方波。
[0013]n级模块化Marx发生器中每个开关上均贴置有散热片。
[0014]所述食品处理室的侧壁分别开设有进料口和出料口。
[0015]液态食品通过进料口进入食品处理室内腔，再经过出料口流出。
[0016]所述平行电极对位于食品处理室内。所述平行电极包括高压脉冲负电极和高压脉冲正电极。
[0017]抑制脉冲电场食品处理中发生电极腐蚀的系统对食品进行处理的过程如下：
[0018]开关集S导通，二极管D2、二极管D3、
…
二极管D
n
受到反向电压被迫截止，储能电容集C向平行电极对放电，从而在平行电极对之间的空间中形成脉冲电场，令脉冲电场内的电荷正方向移动，从而对脉冲电场内的液体食品进行脉冲刺激。开关集S导通持续时间为τ。τ为脉冲宽度。
[0019]开关集S断开，高压直流电源V对储能电容集C＝{C1，C2，
…
， C
n
}充电。τ为脉冲宽度。开关集S断开的持续时间为T。此时，充电电流I
dc
按平行电极对等效电阻值R
L
和可调电阻R
Q
阻值之间的比例分别流入平行电极对和可调电阻R
Q
，令脉冲电场内的电荷反方向移动。开关集S断开时脉冲电场内反方向移动电荷量与开关集S导通时正方向移动电荷量相同。
[0020]抑制脉冲电场食品处理中发生电极腐蚀的系统电路结构如下所示：
[0021]记高压直流电源V正极所在一端为A，负极所在一端为B。
[0022]B端接地。
[0023]A端串联空芯大电感L后连接二极管D1的正极。
[0024]n个Marx发生器并联，其中，第i个Marx发生器的电路如下：
[0025]二极管D
i
的阳极串联第i
‑
1个Marx发生器中二极管D
i
‑2的阴极。 i＝1,2，
…
,n。
[0026]二极管D
i
的阴极依次串联储能电容C
i
和二极管D
i+1
的阳极。
[0027]二极管D
i
的阴极串联开关S
i
后连接第i+1个Marx发生器中二极管D
i+2
的阴极。
[0028]二极管D
i+1
的阴极串联二极管D
i+2
的阴极。
[0029]电容C1串联平行电极对后接地。
[0030]开关S
n
串联可调电阻R
Q
后接地。
[0031]二极管D
n
的阴极串联可调电阻R
Q
后接地。
[0032]所述过流保护模块存储有电流阈值。
[0033]当n级模块化Marx发生器输出电流值大于电流阈值时，过流保护模块控制n级模块化Marx发生器的开关集S断开。
[0034]可调电阻R
Q
阻值满足下式：
[0035][0036]式中，V
OUT
为高压脉冲输出，τ为脉宽，T为周期，I
DC
为高压直流电源V的输出电流。
[0037]抑制脉冲电场食品处理中发生电极腐蚀的系统通过调节可调电阻R
Q
的阻值来本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.抑制脉冲电场食品处理中发生电极腐蚀的系统，其特征在于：包括高压直流电源V、所述控制芯片、空芯大电感L、光电转换电路、n级模块化Marx发生器、可调电阻R
Q
、食品处理室(4)和平行电极对。所述高压直流电源V通过空芯大电感L为n级模块化Marx发生器供电；控制芯片产生开关控制电信号，并通过光电转换电路向n级模块化Marx发生器周期性发送开关控制电信号，从而控制n级模块化Marx发生器中开关集S＝{S1，S2，
…
，S
n
}的通断；所述n级模块化Marx发生器包括n个并联的Marx发生器；其中，第i个Marx发生器包括二极管D
2i
‑1、二极管D
2i
、储能电容C
i
和开关S
i
；i＝1,2，
…
，n；所述食品处理室(4)的侧壁分别开设有进料口和出料口；液态食品通过进料口进入食品处理室(4)内腔，再经过出料口流出。所述平行电极对位于食品处理室(4)内；所述平行电极包括高压脉冲负电极(1)和高压脉冲正电极(2)；抑制脉冲电场食品处理中发生电极腐蚀的系统对食品进行处理的过程如下：开关集S导通，二极管D2、二极管D3、
…
二极管D
n
受到反向电压被迫截止，储能电容集C向平行电极对放电，从而在平行电极对之间的空间中形成脉冲电场，令脉冲电场内的电荷正方向移动，从而对脉冲电场内的液态食品(3)进行脉冲刺激；开关集S导通持续时间为τ；τ为脉冲宽度；开关集S断开，高压直流电源V对储能电容集C＝{C1，C2，
…
，C
n
}充电；τ为脉冲宽度；开关集S断开的持续时间为T；此时，充电电流I
dc
按平行电极对等效电阻值R
L
和可调电阻R
Q
阻值之间的比例分别流入平行电极对和可调电阻R
Q
，令脉冲电场内的电荷反方向移动；开关集S断开时脉冲电场内反方向移动电荷量与开关集S导通时正方向移动电荷量相同。2.根据权利要求1所述的抑制脉冲电场食品处理中发生电极腐蚀的系统，其特征在于，抑制脉冲电场食品处理中发生电极腐蚀的系统电路结构如下所示：记高压直流电源V正极所在一端为A，负极所在一端为B；B端接地；A端串联空芯大电感L后连接二极管D1的正极；n个Marx发生器并联，其中，第i个Marx发生器的电路如下：二极管D
i
的阳极串联第i
‑
1个Marx发生器中二极管D
i
‑2的阴极；i＝1,2，
…
,n；二极管D
i
的阴极依次串联储能电容C
i
和二极管D
i+1
的阳极；二极管D
i
的阴极串联开关S
i
后连接第i+1个Marx发生器中二极管D
i+2
的阴极；二极管D
i+1
的阴极串联二极管...

【专利技术属性】
技术研发人员：董守龙，姚陈果，余亮，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：