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脉冲强光(pulsed light,PL)又称脉冲紫外光[1]、高强度宽谱脉冲光[2]、脉冲白光[3],是一种新型的非热杀菌技术。PL技术起源于20世纪70年代后期的日本,1984年在美国注册专利,1996年美国食品药品监督管理局(Food and Drug Administration,FDA)允许在食品加工中使用,规定PL处理食品的剂量不能超过12 J/cm2[4]。PL对固体表面、气体和透明液体中的微生物均有较好的杀灭作用[5-8]。PL开始主要应用于医疗器械表面和透明药剂溶液杀菌消毒,随着该杀菌技术和设备的成熟,逐渐过渡应用到食品杀菌保藏中[9]。PL具有耗能低、瞬时、广谱等优点[10],市场前景广阔。
脉冲强光是一种非热物理杀菌新技术,利用氙气灯瞬时高强度、广谱的脉冲光来杀灭固体表面、气体和透明液体中营养细菌及芽孢、真菌和真菌孢子、病毒和原生动物等腐败病原微生物,具有能耗低、杀菌效率高、对产品质量和营养的负面影响较低等优点。
脉冲强光工作原理和设备
PL以交流电为电源,由一个动力单元和一个氙灯单元组成。氙灯接收由动力单元提供的高压电流脉冲能量,能发出由紫外(ultraviolet,UV)至近红外区域的光谱,包括UV光区(180~400 nm)、可见光区(400~700 nm)、近红外光区(700~1 100 nm),与太阳光谱分布相似,但每一次脉冲的光强度约为到达海平面处太阳光强度的2×104倍[11]。输入的市电经设备变压器升压后,对高压直流发生器的电容器进行充电,通过强光发生器(氙灯两端)形成直流高压。经系统触发器产生高压脉冲,升压后电流触发产生瞬时电感使氙气电离导通形成持续时间极短的闪光。电容放电后,高压下降,为下一次闪光积蓄能量[12]。最早的商业化设备为PureBrightTM系统,目前主要是德国的SteriBeam系统和美国的Xenon系统[13]。在我国,周万龙[14]、马凤鸣[15]等自主设计PL杀菌装置以用于研究。
PL系统可设计为固定批次处理或连续流动操作。一个基本的PL对固体样品批次处理系统,将样品置于处理室,通过沿着位于腔室壁上的一个或多个灯发出PL进行处理(图1);连续PL系统,需要固体样品和灯之间相对运动,设置样品通过PL的速率来实现所需处理时间。PL系统用于液体样品根据所需处理时间控制透明管内流量[16](图2)。