数值分析方法的性能PEF-Ohmic供暖系统微生物失活的固体食物gydF4y2Ba

介绍gydF4y2Ba

数值模拟是一个有用的和补充的方法解决物理过程由微分方程描述的。这是一个有用的工具来评估场景,有时是困难的或不可能进行实验(gydF4y2BaWolken et al ., 2017gydF4y2Ba),比如微生物失活的评价热处理固体食物产品,如巴氏灭菌过程。在这种情况下,产品的所有部件必须接受至少最低标准过程(结合时间和温度)来保证一定程度的失活目标微生物的致病性实现(例如5 loggydF4y2Ba_10gydF4y2Ba减少对巴氏灭菌的液体食品),尽量减少对质量的影响gydF4y2Ba胡瓜鱼& Brul, 2014gydF4y2Ba)。当使用传统的加热系统、热转移慢慢从外到内固体产品使用对流和/或传导过程。在这个过程中,热量会影响固体食物的营养和知觉的质量的产品,其表面可以诊断。gydF4y2Ba

由于食品质量的可能损失,新颖的热处理技术的兴趣(欧姆加热,介质加热、微波和射频和感应加热)作为替代传统的热治疗的应用在食品增加了。这些技术有优势,从内部产生的热量是外面的食物,减少产品的表面的过热(gydF4y2BaSastry et al ., 2014gydF4y2Ba;gydF4y2BaAlkanan et al ., 2021gydF4y2Ba)。然而,在这些技术中,加热均匀性是依赖于产品的成分,和相同的加热率并不总是观察到的所有部分的产品,随机发生在某些情况下(gydF4y2BaRavishankar et al ., 2002gydF4y2Ba;gydF4y2BaYildiz-Turp et al ., 2013gydF4y2Ba;gydF4y2BaAstrain-Redin et al ., 2022gydF4y2Ba)。此外,实验监测温度演化快要失去希望的时候在一个冷的产品可以是一个挑战。在这些情况下,数值模拟可以非常有用的预测温度演化的整个产品。这些计算模型可以让我们确定最冷的点和评估不同参数的影响限制过热治疗(gydF4y2Ba2005年6月,SastrygydF4y2Ba;gydF4y2Ba2007年6月,SastrygydF4y2Ba;gydF4y2BaSalengke Sastry, 2007gydF4y2Ba;gydF4y2Ba马拉et al ., 2009gydF4y2Ba)。此外,失活水平也可以预测在整个产品的体积。此外,这种技术会导致一个优势,因为有时实验测量设备本身扰乱过程正在考虑在使用电加热系统,如欧姆加热(gydF4y2Ba垫片et al ., 2010gydF4y2Ba;gydF4y2BaWolken et al ., 2017gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

欧姆加热由应用程序的电动电位0.1 kV /厘米的食物,这是一个电阻加热本身内部(gydF4y2BaDe Alwis和油炸锅,1990年gydF4y2Ba)。产生的热量在这种类型的系统是基于以下描述的焦耳效应方程:gydF4y2Ba

在哪里gydF4y2BaσgydF4y2Ba的导电性介质或产品(S / m)治疗,gydF4y2BaEgydF4y2Ba是电场强度(V / m);和gydF4y2BadtgydF4y2Ba是时候(s)中应用磁场强度(gydF4y2BaSastry和李,1996年gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

根据这个方程,电场强度是一个重要的参数自轻微修改平方能量转移到治疗的产品(gydF4y2Ba情商。gydF4y2Ba)。另一方面,应用电场(-0.5 kV / 0.1厘米)会导致真核细胞膜的渗透(gydF4y2BaFincan Dejmek, 2002gydF4y2Ba;gydF4y2BaLebovka et al ., 2002gydF4y2Ba;Toepfl et al ., 2006),有利于胞内物质的释放(离子化合物),增加食物的导电性在加热过程中。结果是一个更快速、均匀的加热(gydF4y2BaSastry 2005gydF4y2Ba)。这是通过应用温和的描述电场(MEF)强度1 kV /厘米(gydF4y2Ba王,Sastry 2002gydF4y2Ba;gydF4y2BaYoon et al ., 2002gydF4y2Ba),最近由脉冲电场(PEF)作为固体产品(新电阻加热系统gydF4y2BaAriza-Garcia et al ., 2020gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

Ariza-Garcia et al。(2020)gydF4y2Ba表明,PEF应用在1 kV /厘米,这可能是一种新的方式来应用欧姆加热使用技术在固体琼脂气缸。然而,尽管这种类型的加热被认为是均匀和体积的过程,发现冷点被描述在传统电阻系统之间的接触区电极和产品(gydF4y2BaDe Alwis和油炸锅,1990年gydF4y2Ba;gydF4y2BaIto et al ., 2014gydF4y2Ba;gydF4y2Ba马拉,2014gydF4y2Ba)。这代表了一个限制的技术应用热处理时保证食品的安全自冷点不能获得所需的最低治疗达到一定程度的微生物失活的影响食品安全。另一方面,相反,为寒冷地区充分治疗,其他部分会极其诊断,影响食物的质量。因此,任何评价或策略,降低了区域之间的这种差异将感兴趣的固体产品的改善加热均匀性。因此,在本文中,所涉及的主要脉动电场参数的灵敏度分析的欧姆加热过程琼脂产品(电场强度、频率、脉冲数和初始温度)进行了。这种分析使我们能够获得最优参数组合,减少冷的幽灵分产品和电极之间的接触区。因为几个参数是参与这个过程,有限元模拟应用不仅要提供详细的知识产品的时间和空间分布的磁场强度和温度(gydF4y2BaGerlach et al ., 2008gydF4y2Ba;gydF4y2Ba施罗德et al ., 2009gydF4y2Ba;gydF4y2BaPataro et al ., 2011gydF4y2Ba;gydF4y2Ba麦克拉伦et al ., 2019gydF4y2Ba),而且估计微生物失活在一个不均匀的程度或均匀PEF过程,迄今为止几乎没有被调查。gydF4y2Ba

在实验室规模脉动电场的有限元模型gydF4y2Ba

欧姆加热模型,初始和边界条件gydF4y2Ba

在欧姆加热,一个耦合thermo-electrical问题:拉普拉斯方程解决电场的强度应用领域,和焦耳的方程确定内部电场产生的能量(gydF4y2BaAriza-Garcia et al ., 2020gydF4y2Ba)。根据焦耳的方程,所产生的热量gydF4y2Ba问gydF4y2Ba(J)在欧姆加热成正比的平方流过样品的电流,电阻,这样的时间电流流动。传热的控制方程所示gydF4y2Ba情商。gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

在哪里gydF4y2BaCgydF4y2Ba_pgydF4y2Ba(gydF4y2BaTgydF4y2Ba)(J·公斤gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}·KgydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba})代表比热和gydF4y2Bak (T)gydF4y2Ba(W·米gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}·KgydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba})是热导率。gydF4y2Ba

这个词gydF4y2Ba问gydF4y2Ba电能转换成热能,引起的焦耳加热(gydF4y2Ba情商。gydF4y2Ba):gydF4y2Ba

在哪里gydF4y2Baσ(T)gydF4y2Ba(女士/厘米)代表导电性,gydF4y2BaEgydF4y2Ba是电场强度(kV /厘米)。这个变量可以写成一个函数的电势,gydF4y2BaVgydF4y2Ba(V) (gydF4y2BaEq。4gydF4y2Ba),并基于电荷守恒,电势的控制方程可以写成所示gydF4y2Ba方程式4gydF4y2Ba,gydF4y2Ba5gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

在哪里gydF4y2BaJgydF4y2Ba(一)代表了电流密度。gydF4y2Ba

由于thermo-electrical字符的问题,介绍了两种不同类型的边界条件的模型:电气和热。在第一种方法,电极间的电势定义为3的平方电脉冲µs持续时间和加载幅度2.5 kV /厘米。建立了脉冲的频率在50 Hz。一个电极被设置为高电压电极(红线gydF4y2Ba图1gydF4y2Ba),另一个作为地线(黑线gydF4y2Ba图1gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

自然对流是在聚四氟乙烯繁殖的边界处理室之间的传热和周围媒体根据gydF4y2Ba情商。gydF4y2Ba:gydF4y2Ba

在哪里gydF4y2BakgydF4y2Ba_{聚四氟乙烯gydF4y2Ba}(W·米gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}·KgydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba})是绝缘材料的热导率;gydF4y2BaTgydF4y2Ba_ambgydF4y2Ba是初始室温条件下,在20°C;和gydF4y2BahgydF4y2Ba是空气的传热系数,设定在5 W mgydF4y2Ba^{−2gydF4y2Ba}·KgydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}。gydF4y2Ba

关于初始条件,两个场景被认为是研究。因此,这取决于每个试验的工作条件是:案件的初始室温条件(20°C)被设置在琼脂和电极或电极情况下,以前的初始温度是集。一节中提到的热物理性质是在数值模型中实现。gydF4y2Ba

有限元模型gydF4y2Ba

在这项研究中,一个平行的电极处理室是用于模拟基于描述的一个gydF4y2BaAriza-Garcia et al。(2020)gydF4y2Ba已经验证的研究(gydF4y2Ba图2gydF4y2Ba)。室由两个不锈钢的平行电极室由气缸直径20毫米的空间之间的20毫米(gap)的样本(琼脂20毫米长度的圆柱体)将被放置。示例,介绍了电极聚四氟乙烯制成的空心圆柱体(聚四氟乙烯绝缘材料)与内部直径20毫米。gydF4y2Ba

计算轴对称模型开发了繁殖的欧姆加热圆柱琼脂当应用在商业软件COMSOL PEF治疗多重物理量5.3,假设所示的处理室gydF4y2Ba图2gydF4y2Ba提出了一个完美对称的革命。gydF4y2Ba

使用二阶近似几何网状与四边形元素。一套网格敏感性分析进行了最优网格的大小。运行一组案例研究与不同网格大小。最后的一个结果聚合和细化没有改善的结果被选中。自由度和元素的总数是6050和720年,分别(聚四氟乙烯涂层的120个元素,200年对于每一个电极,琼脂和200个元素)。gydF4y2Ba

评估的准确性预测的模型,这是所描述的价格相比gydF4y2BaAriza-Garcia et al。(2020)gydF4y2Ba。温度的结果是相同的在这两个模型相同的操作条件。gydF4y2Ba

在第二个步骤中,灵敏度分析的数值响应主要参数的定标欧姆加热(电场强度、脉冲频率和初始温度电极)进行。基于这些条件,进行了有限元分析来评估的一致性PEF加热琼脂缸。基于琼脂的温度分布,纵向和径向温差对点进行评估时应用脉动电场的有限元模型。纵向温差评估从内部加热的外圆柱脉动电场引起的治疗,而在径向检查汽缸温差由于邻近的表面涂层。gydF4y2Ba

避免经济过热的产品,这将产生质量下降,模拟时停止琼脂上的任何点达到80°C(中央点总是第一个到达温度)。总的仿真时间被划分为不同的步骤来考虑外加电压给定的频率。gydF4y2Ba

最后,理论失活gydF4y2Ba沙门氏菌gydF4y2Ba沙门氏菌感染878年琼脂皮江法缸为例,温度分布更加均匀,和情况下显示不均匀性。gydF4y2Ba

材料特性gydF4y2Ba

三个不同的材料被认为是在有限元模型的基础上,描述了处理室:样本(技术琼脂),电极(不锈钢),绝缘材料(铁氟龙)。技术琼脂0.24%的氯化钠来提高电流的传输。电气(导电性,gydF4y2Baσ(T)gydF4y2Ba表达/ cm,女士gydF4y2BaEq。(7)gydF4y2Ba)和热性能(热导率,gydF4y2Bak (T)gydF4y2Ba(W /可),gydF4y2Ba情商。gydF4y2Ba;和比热,gydF4y2BaCp (T)gydF4y2Ba(J / kgK),gydF4y2BaEq。9gydF4y2Ba),这种材料测定实验在一个先前的研究(gydF4y2BaAriza-Garcia et al ., 2020gydF4y2Ba)。对于其余的组件,gydF4y2Ba表1gydF4y2Ba显示了电极的材料特性,不锈钢、电极和绝缘材料,分离(聚四氟乙烯)。gydF4y2Ba

敏感性分析gydF4y2Ba

管理的三个主要参数的灵敏度分析数值反应电阻加热的解决。两个不同的值或水平被认为是为每一个研究的影响。参数:应用脉冲的频率(100和200赫兹),电场强度的脉冲(2.5和3.75 kV /厘米)的初始温度和电极(40 - 50°C)。的温度在某些点琼脂体积PEF治疗后中央点达到80°C (gydF4y2Ba图2gydF4y2Ba)被用来确定径向和纵向温度差异。纵向的从温差获得点# 4和# 5点之间或# 6和# 5。径向人获得点# 1和# 4点之间或# 3和# 6。gydF4y2Ba

研究参数的影响是由一个2的手段gydF4y2Ba^kgydF4y2Ba全因子设计(gydF4y2Ba蒙哥马利,2017gydF4y2Ba),gydF4y2BakgydF4y2Ba被选中的参数的数量在两个不同的层次(高低)。分析的输出变量考虑径向温差和纵向温差。因此,所选的全部因素分析三个参数(频率、gydF4y2BafrgydF4y2Ba;磁场强度,gydF4y2BaE;gydF4y2Ba和初始温度的电极,gydF4y2BaTgydF4y2Ba)在两个不同的水平意味着8模拟。gydF4y2Ba

完成模拟之后,每个参数的主效应和交互被多元回归分析。结果符合一般直系模型,占个人因素的影响及其相互作用。向后回归过程,系统地消除的影响没有显著相关(gydF4y2BapgydF4y2Ba> 0.05)与反应,直到模型只有取得了显著的效果。gydF4y2Ba

敏感分析包括响应适合分析、回归系数估计,与一款统计软件和模型进行重要性评估19软件(Minitab Inc .)通过数值结果Comsol多重物理量5.3。gydF4y2Ba

模拟微生物失活gydF4y2Ba

的gydF4y2BaDgydF4y2Ba_tgydF4y2Ba值意味着时间灭活微生物种群的90%,和gydF4y2BazgydF4y2Ba值降低的温度升高gydF4y2BaDgydF4y2Ba_tgydF4y2Ba值90%。估算的失活gydF4y2Ba沙门氏菌gydF4y2Ba沙门氏菌感染878年的不同区域琼脂缸应用PEF热处理时,热敏电阻的值(gydF4y2BaDgydF4y2Ba_{60ºCgydF4y2Ba}= 0.39±0.04分钟gydF4y2BazgydF4y2Ba值= 5.0±0.1°C)所描述的gydF4y2BaAriza-Garcia et al。(2020)gydF4y2Ba在等温条件下获得恩缓冲区的pH值6.8。致命的效果(gydF4y2BalgydF4y2Ba、日志gydF4y2Ba_10gydF4y2Ba周期的失活的微生物种群)治疗的不同区域琼脂计算由以下方程:gydF4y2Ba

在哪里gydF4y2BatgydF4y2Ba是PEF加热时间(s),gydF4y2BaDgydF4y2Ba_{不可食用的gydF4y2Ba}是gydF4y2BaDgydF4y2Ba_tgydF4y2Ba值在一个参考温度(gydF4y2BaTgydF4y2Ba_{裁判gydF4y2Ba}),在这项研究中60°C,在等温条件下获得的gydF4y2BaTgydF4y2Ba(°C)琼脂确定点的温度。gydF4y2Ba

利用所采取的措施的仿真总时间,这个方程是在有限元模型中实现。因为每个模拟被认为是1 s,该模型编程计算积分在每一个时间步的基础上计算温度。这样,每秒钟的致死效果的模拟计算和添加在每一秒的时间。总模拟时间停止当琼脂的中心点达到80°C。gydF4y2Ba

结果与讨论gydF4y2Ba

敏感分析PEF-Ohmic供暖gydF4y2Ba

表2gydF4y2Ba显示了不同的测试组合的有限元模拟和由此产生的温差为径向和纵向方向的三个工艺条件评估(电场强度、脉冲频率和初始温度电极)。每个有限元模拟大约持续12 h。基于这些结果,下列方程是通过多元回归(gydF4y2BaRgydF4y2Ba^2gydF4y2Ba描述纵向(ΔT = 0.99)gydF4y2Ba_{纵向gydF4y2Ba})和径向(ΔTgydF4y2Ba_{径向gydF4y2Ba})温度变化的琼脂中三个可变灵敏度分析:gydF4y2Ba

基于这些方程,肠胃病用药研究的主要影响,得到了两个方向(gydF4y2Ba图3gydF4y2Ba)。观察、电场强度和频率为每个方向遵循不同的趋势:增加磁场强度和频率之间的两个研究水平,3和4°C之间的径向温差减小,而在纵向温差的情况下,它增加了0.25°C。然而,增加电极的初始温度从40到50°C会导致减少3°C的径向和纵向0.7°C。这种不同的行为在径向和纵向轴可以解释的事实增加电场和频率加速升温速率,从而减少了时间产生热量食物传播的中心电极的两端,这就是为什么没有改进观察纵轴。另一方面,当电极在室温下,这种行为在两个方向都是一样的,为这种类型的临界区加热,即电极接触的地方食物,改善(数据没有显示)。食物内的温度梯度的增加,当外加电场增加也被观察到gydF4y2BaSalengke和Sastry (2007)gydF4y2Ba。他们模拟的欧姆加热固体浸在盐水介质(1 mS /厘米)和评估中的应用两个电场(0.8 kV /厘米,1.28 kV /厘米)。观察到纵向梯度是小电场在0.8 kV /厘米即90年代之后温度梯度是34°C在350年代后0.8 kV /厘米梯度14°C。gydF4y2Ba

定义它们的参数或组合最影响评估温差,gydF4y2Ba图4gydF4y2Ba显示了径向和纵向的帕累托图温度差异从阶乘获得回归(gydF4y2Ba方程式11gydF4y2Ba,gydF4y2Ba12gydF4y2Ba)。径向方向,最重要的参数是应用磁场强度,但也紧随其后的初始温度电极。的纵向方向,这个温度是最决定性的减少这种差异时因为在这个方向的冷点位于邻近电极被认为是。这些结果,可以得出结论,回火电极来获取一个初始温度在整个治疗室基本以达到既定的目标应用PEF治疗后的温度均匀性。这种方法为直接接触PEF-ohmic应用系统提出的类似gydF4y2Ba格拉茨et al。(2021)gydF4y2Ba系统在固体浸在液体介质。然而,他们发现从液体介质在90°C没有固体食物改善加热均匀性,表明还需要更多的研究来优化过程。最近,gydF4y2BaAstrain-Redin et al。(2022)gydF4y2Ba证明当回火电极温度均匀性的改善。然而,这些结果只有独特的欧姆加热治疗通过脉动电场条件下测试(2.5 kV /厘米,50赫兹),不允许他们评估的影响其他参数对温度均匀性或微生物杀伤力。gydF4y2Ba

基于结果gydF4y2Ba图4gydF4y2Ba,电极的温度越高,温差越低。此外,电场强度的增加将降低径向温差不影响纵向。另一方面,频率和电场强度的联合效应并不是微不足道的。如果还考虑这些参数确定电脉冲治疗的持续时间,这是保持较高的温度一样重要电极在这个阶段。gydF4y2Ba

根据敏感性分析后的结果,可以选择一个组合的因素导致一个可接受的温度均匀化程度。的最高可能的初始温度电极被选中,是因为它提供了较低的温度差异在两个方向:在这种情况下50°C。最后,对电场和频率,两者之间的妥协是为了保证减少纵向温差不明显增加径向温差:3.75 kV /厘米和200赫兹。gydF4y2Ba

数值模拟微生物失活gydF4y2Ba

微生物失活取决于时间和温度应用在产品中,所以这取决于琼脂的不同部分的接受治疗,同样的失活可能无法实现在整个样本。在此基础上,微生物失活的某些微生物,gydF4y2Ba沙门氏菌gydF4y2Ba沙门氏菌感染878年评估来确定调查的影响参数对微生物失活的琼脂和证据缺乏温度均匀性的影响死亡率的微生物。我们所知,这是第一次微生物失活通过电阻加热治疗PEF模拟固体产品,考虑到研究参数,虽然有研究对传统电阻加热(gydF4y2Ba泽尔et al ., 2009gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

图5gydF4y2Ba显示了温度分布图像(左)和日志gydF4y2Ba_10gydF4y2Ba周期失活(gydF4y2BalgydF4y2Ba)gydF4y2Ba沙门氏菌gydF4y2Ba沙门氏菌感染878图像(右)后不同PEF-ohmic治疗条件。测试条件是那些估计的最佳温度均匀性提供基于前面的敏感性研究(3.75 kV /厘米、200 Hz和初始电极温度50°C,例1);先前所描述的gydF4y2BaAriza-Garcia et al。(2020)gydF4y2Ba,PEF-ohmic条件没有达到一个温度均匀性(2.5 kV /厘米,50赫兹和电极在室温下,例3)。这个数字还包括3.75 kV /厘米的情况下在200赫兹,但是,最初电极温度40°C(例2),分析琼脂温度对微生物的影响杀伤力。的底部gydF4y2Ba图5gydF4y2Ba显示了一个更详细的形象的杀伤力agar-electrode-Teflon区域(# 6点用红色圆圈指示)。模拟时代表最终温度为80°C中心的琼脂。这一次是2、2.7和45时,电极的初始温度是50°C, 40°C,分别和室温。观察到,温度分布更加均匀的初始温度电极是最高的(例1),观察明显的温度变化超过30°C (80°C的中心和边缘50°C)当电极初始温度是一样的房间(例3)。结果是一个伟大的变化在微生物杀伤力(gydF4y2BalgydF4y2Ba最好的场景相比)。然而,在这种情况下,不到5 loggydF4y2Ba_10gydF4y2Ba削减将会实现在最冷的时候,当最后的温度大约是66°C。gydF4y2Ba

更容易的比较结果,失活水平的面积点# 6(红点的底部gydF4y2Ba图5gydF4y2Ba)指出。理论失活值只有高于20日志gydF4y2Ba_10gydF4y2Ba在案例1周期。在例2和3,杀伤力是15和2.5的日志gydF4y2Ba_10gydF4y2Ba周期,分别。gydF4y2Ba

虽然点# 6使比较,观察戏剧性情境之间的接触线绝缘,电极和样品。gydF4y2Ba图6gydF4y2Ba显示温度(6)和日志gydF4y2Ba_10gydF4y2Ba周期的失活gydF4y2Ba沙门氏菌gydF4y2Ba沙门氏菌感染878 b(6)接触线的三个案例之前描述的gydF4y2Ba图5gydF4y2Ba(例1:3.75 kV /厘米,200赫兹,和50°C;案例2:3.75 kV /厘米,200赫兹和40°C;案例3:2.5 kV /厘米,50赫兹和室温)。正如所料,在例2和3,失活是低于5 log的食品安全目标水平gydF4y2Ba_10gydF4y2Ba减少(gydF4y2Ba彭et al ., 2017gydF4y2Ba)。在第一种情况下,中心区域的接触(琼脂和聚四氟乙烯)是略高于这一水平(71.9°C和5.35日志gydF4y2Ba_10gydF4y2Ba周期的失活),但角落区域不会达到所需的标准gydF4y2BalgydF4y2Ba= 5 loggydF4y2Ba_10gydF4y2Ba减少目标微生物。gydF4y2Ba

甚至以确保这些地区在角落里gydF4y2BalgydF4y2Ba将至少5 loggydF4y2Ba_10gydF4y2Ba减少,我们研究了治疗的确切时间在这些条件下(200赫兹和50°C电极温度)会到达gydF4y2BalgydF4y2Ba目标。gydF4y2Ba图7gydF4y2Ba,显示的温度(gydF4y2Ba图7gydF4y2Ba)和日志gydF4y2Ba_10gydF4y2Ba周期的失活gydF4y2Ba沙门氏菌gydF4y2Ba沙门氏菌感染878 (gydF4y2Ba图7 bgydF4y2Ba)在最不利点(琼脂之间的一个对应于角落,聚四氟乙烯,和电极)不断增加为0.1 s。因此,治疗需要2.3秒gydF4y2BalgydF4y2Ba= 5 loggydF4y2Ba_10gydF4y2Ba减少在这一点上最终温度为72.5°C。因此,其他点的琼脂气缸将实现至少这杀伤力。在其他的场景,更长的治疗时间与更大的变化是必要的温度(数据未显示)。gydF4y2Ba

尽管在最冷的时候5 loggydF4y2Ba_10gydF4y2Ba减少将实现(gydF4y2Ba图7 bgydF4y2Ba),中心的琼脂,温度超过80°C (92°C)将达到2.3秒后模拟条件。这可能导致一个可能的热影响质量即使治疗会很短,仅仅持续2.3秒。由于这个,我们评价一个替代的解决方案达到足够的杀伤力水平通过限制的内部加热样品。为此,杀伤力是评估PEF治疗停止后几秒钟。通过脉动电场应用欧姆加热后立即治疗,甚至达到气温最冷的时候是致命的(68°C)。因此,失活发生后仅几秒脉冲的应用。gydF4y2Ba图8gydF4y2Ba显示了先前研究失活在同一个角落gydF4y2Ba图7gydF4y2Ba,包括休息时间的1 s P欧姆加热后通过PEF处理。2-second-PEF后观察,治疗和1 s的休息时间没有应用PEF,温度略有增加,由于加热惯性,然后维护(gydF4y2Ba图8gydF4y2Ba)和失活将超过5 loggydF4y2Ba_10gydF4y2Ba减少的gydF4y2Ba沙门氏菌gydF4y2Ba沙门氏菌感染878 (gydF4y2Ba图8 bgydF4y2Ba)。这将限制温度的增量在琼脂缸的中心到80°C,但实现目标的所有部分的失活水平圆柱的最大温差9°C之间的最热和最冷总处理时间3 s。gydF4y2Ba

尽管欧姆加热的食物比传统加热快,从来没有被证实,固体食物可以在这么短的时间内加热。gydF4y2Ba垫片et al。(2010)gydF4y2Ba模拟电阻加热(214 - 890 V /厘米)的1厘米gydF4y2Ba^3gydF4y2Ba气缸的胡萝卜、肉和土豆沉浸在氯化钠盐溶液,花了230,180,200年代,分别达到80°C。此外,gydF4y2Ba格拉茨et al。(2021 b)gydF4y2Ba调查中的应用高频(12和300 kHz)提高均匀性,减少电阻加热时间(300 - 1000 V) 3厘米gydF4y2Ba^3gydF4y2Ba土豆立方体。他们观察到的改善加热均匀性在应用300 kHz,但是时间达到80°C中心的土豆是130年代。gydF4y2Ba

结论gydF4y2Ba

在这项研究中,一个数值模型,复制PEF处理的固体食物实施,包括第一次模拟thermal-ohmic加热引起的脉动电场的微生物失活。研究从理论上证明了PEF的潜力作为一个系统能够迅速实现微生物失活的固体产品由于更高的传热应用电场时在1 kV /厘米。gydF4y2Ba

根据结果,导致电极的初始温度最重要参数实现最均匀加热的产品包括最冷的时候,它与产品之间的接触区,电极和绝缘。然而,电场强度和频率的影响不应被忽视,确定加热率最高时,加热均匀性增加两个参数。gydF4y2Ba

获得的模拟表明,启动治疗电极在最高温度非致命琼脂(在我们的例子中,50°C)意味着一个更好的温度均匀性,在很短的处理时间(2 - 3 s)实现5 loggydF4y2Ba_10gydF4y2Ba减少一个坚定的目标微生物,在我们的案例中gydF4y2Ba沙门氏菌gydF4y2Ba沙门氏菌感染878在整个测试固体产品。这些结果显示潜在的欧姆加热治疗通过PEF快速加热系统用巴氏法灭菌固体产品在几秒钟内,电极的回火,描述的类似gydF4y2BaSaldana et al。(2010)gydF4y2Ba为液体产品,是一种有效的和相对的简单方法大大提高样品的外围区域的温度均匀性。更多的研究,例如检查PEF室的物理结构,允许验证恒温器过程中,有必要为了实验证实模拟结果。gydF4y2Ba

数据可用性声明gydF4y2Ba

原始数据支持了本文的结论将由作者提供,没有过度的预订。gydF4y2Ba

作者的贡献gydF4y2Ba

JM:方法、软件、调查、原创作品。LA-R:调查、方法论、Writing-Review和编辑。詹:形式分析,可视化。GC:形式分析、项目管理。公元前:软件、数据管理、Writing-Review和编辑、IA:概念化,资源,原创作品草稿,Writing-Review和编辑、监理、项目管理等。gydF4y2Ba

的利益冲突gydF4y2Ba

作者声明,这项研究是在没有进行任何商业或财务关系可能被视为一个潜在的利益冲突。gydF4y2Ba

出版商的注意gydF4y2Ba

本文表达的所有索赔仅代表作者,不一定代表的附属组织,或出版商、编辑和审稿人。任何产品,可以评估在这篇文章中,或声称,可能是由其制造商,不保证或认可的出版商。gydF4y2Ba

确认gydF4y2Ba

作者希望承认金融支持iNOBox(项目编号281106)由挪威研究委员会资助,大学的创新研究和阿拉贡政府(T24-20R和A03-20R)和欧洲社会基金(养)。LA-R和JM感激地承认提供的金融支持Ministerio de Educacion y Formacion专业,西班牙。阿拉贡的JM欣然承认研究的支持政府通过授予IIU / 796/2019。gydF4y2Ba

引用gydF4y2Ba