脉冲(紫外)强光杀菌技术探讨
脉冲强光杀菌技术是一种冷杀菌技术。其产生的脉冲强光能在极短时间(10—100us)内,以光辐射形式释放高能量,产生极高峰值功率(可达兆瓦级),进行闪照杀菌。
01
脉冲强光原理
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由一个动力单元和惰性气体灯(氙灯)单元组成。动力单元可提供高压高电流,为氙灯提供脉冲能量,使氙灯发出从紫外线至近红外线区域的光线(200-1100nm),其广谱与太阳光接近,强度比太阳光强数千倍至数万倍。
02
脉冲强光杀菌原理
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脉冲氙灯发出的光谱范围广,可以覆盖 200~1100nm 的光谱;研究表明,其同时在 200~275nm(UV-C)和275~320nm(UV-B)的紫外波段有很高的峰值,此外,在可见光部分(400~760nm)和红外线部分(760~1000nm,对微生物有热效应)均出现了仅次于紫外部分的峰值。
脉冲强光杀菌机理主要有以下三个方面:
(1)光化学反应:脉冲强光光谱中的紫外光部分(有研究表明,脉冲光瞬间有效杀菌能量可达紫外线灯能量的10万倍)通过形成胸腺嘧啶二聚体,导致细胞死亡。
(2)热效应:脉冲强光光谱中的的可见和红外部分对微生物的热效应,可导致酶和其他细胞成分的钝化、失活。
(3)脉冲效应:脉冲强光的穿透性和瞬时冲击可破坏细胞壁和其他细胞成分,导致细菌死亡。
注意:
早期学者认为脉冲强光对微生物的致死作用主要可能是通过UVC来完成,其他波段的光具有一定的协同作用,因此有人认为脉冲强光等同脉冲紫外强光,但是脉冲强光光广谱范围更宽、且具有高能量和高强度等特点,对细胞的破坏作用比单独某一波段的光更强,更全面,与普通紫外线杀菌有明显的区别,不宜等同理解。
03
脉冲强光杀菌特点
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(1)杀菌能力强
从杀菌原理上看,脉冲强光宽谱的光可对菌体细胞的细胞壁、细胞膜、核酸结构以及其它大分子和蛋白质产生更全面的、不可逆的破坏作用(对繁殖型细菌可有效杀灭,而同样基于光辐射杀菌机理的紫外照射法则有光致复合作用存在)。
(2)杀菌效率高
耗时短,研究表明对实验物品表面闪照数次,耗时数十秒或数分钟可达较高细菌杀灭率。
(3)安全性较高
目前常用的紫外杀菌灯为低压汞灯,脉冲氙灯管中的填充气体为惰性气体氙气,不存在汞泄露的问题。脉冲氙灯灯管材料可以滤过真空紫外线,不会产生臭氧,可避免臭氧超标的危险。
04
局限性
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(1)成本高
普通紫外线杀菌灯,成本大概在几十到几百元不等,脉冲强光杀菌一套装备造价大概在几千到几万元不等。
(2)体积大
普通紫外线杀菌灯仅需安装一直灯管,使用220v家用交流电即可。脉冲强光杀菌装备核心部件包括灯管、升压电源、降温装置等,体积较大。
(3)灯管寿命
高压脉冲电流对氙气灯管冲击严重影响灯管寿命。GB 19258中要求紫外线杀菌灯的平均寿命不低于5000h,远超氙气灯管。
05
注意事项
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脉冲(紫外)强光是一项相比传统物理、化学杀菌手段有着巨大优势的技术,但是目前国内研究仍较少,综合性效果评估实验和数据相对缺乏,仍需更多的针对各类细菌、病毒杀灭效果评估的大数据试验来验证,应用、推广应谨慎。
参考资料:
《脉冲强光对大肠杆菌细胞膜损伤及胞内酶活性的影响》
《脉冲疝灯空气杀菌效果的实验研究》
《脉冲紫外强光杀菌技术的作用机理及应用前景》
《脉冲强光对典型微生物灭活效能与机理研究》
《GB19258 紫外线杀菌灯》
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END
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编辑:付晗
审核:王欣
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