[实用新型]一种双极性纳秒脉冲电场加载及电场灭菌装置

说明书

本实用新型属于生物医学领域，具体涉及一种双极性纳秒脉冲电场加载及电场灭菌装置，包括时序与脉冲参数设定及控制模块，用于控制正、负极性高电压纳秒脉冲发生器，按照设定时序和脉冲参数要求输出对应的正极性高电压纳秒脉冲、负极性高电压纳秒脉冲；脉冲合成模块，用于将所述正极性高电压纳秒脉冲、负极性高电压纳秒脉冲进行合成处理后交替输出正、负极性高电压纳秒脉冲，从而提高脉冲电场对细菌等微生物体中极性物质的作用效率，使细菌等微生物死亡或进入程序性凋亡，用于解决灭菌效率和选择性灭菌问题。

技术领域

本发明属于生物医学领域，具体涉及一种双极性纳秒脉冲电场加载、电场灭菌装置，通过对电脉冲波形进行特殊设计提高脉冲电场与细菌中极性物质之间的耦合效率，用于解决灭菌效率和选择性灭菌问题。

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，但均存在一定的局限性。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，使得其应用受到极大的限制。强光灭菌则由于光的穿透能力的限制使其限于表面处理。

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。细菌、芽孢、病毒和生物细胞由蛋白质、磷脂、脱氧核糖核酸等多种有机分子和钠离子、钾离子等多种离子以及水等多种无机物分子组成，其中对维持细菌、芽孢、病毒和生物细胞正常生命活动至关重要的蛋白质、磷脂、脱氧核糖核酸等多种物质均为极性物质。国内外研究结果表明细菌、芽孢、病毒和生物细胞中的极性物质在电场作用下会受到电场力的作用，发生运动甚至分解，使得其结构关系和生物活性发生改变，使细胞死亡或进入程序性凋亡状态。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，目前为止，在灭菌效率和选择性灭菌方面仍存在问题。

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，提供一种双极性纳秒脉冲电场加载装置及双极性纳秒脉冲电场灭菌方法，通过对含菌液体施加双极性纳秒脉宽高压脉冲电场，使其先受到正极性脉冲电场的作用，随后受到负极性脉冲电场的作用，或反之。在一个加载周期内，对含菌液体施加一次正极性脉冲电场作用和一次负极性脉冲电场作用，且脉冲宽度均小于等于100纳秒,正极性脉冲和负极性脉冲之间的时间间隔尽量短，一般情况下要求该时间间隔小于等于100ns。通过以一定的重复频率对含菌液体进行多次高强度电场处理，进一步提高电场灭菌效率。解决脉冲电场灭菌效率问题及选择性灭活问题。

本实用新型采用的技术方案是这样的：

一种双极性纳秒脉冲电场加载装置包括：

时序与脉冲参数设定及控制模块，用于控制正、负极性高电压纳秒脉冲发生器，按照设定时序和脉冲参数要求输出对应的正极性高电压纳秒脉冲、负极性负极性高电压纳秒脉冲；

脉冲合成模块，用于将所述正极性高电压纳秒脉冲、负极性高电压纳秒脉冲进行合成处理后交替输出正、负极性高电压纳秒脉冲。