การออกแบบอิเล็กโตรดแชมเบอร์ขนาดเล็กสำหรับการพาสเจอร์ไรซ์อาหารเหลวด้วยสนามไฟฟ้าแบบพัลส์

Abstract

บทความนี้ นำเสนอการออกแบบและพัฒนาอิเล็กโตรดแชมเบอร์ขนาดเล็กสำหรับใช้ในการพาสเจอร์ไรซ์อาหารเหลวด้วยสนามไหห้าแบบพัลส์ อิเล็กโตรดแชมเบอร์ที่พัฒนาขึ้นเป็นแบบสนามไฟฟ้าร่วม ซึ่งเหมาะสมการกับการพาสเจอร์ไรซ์อาหารเหลวแบบต่อเนื่อง อิเล็กโตรดแชมเบอร์สำหรับสร้างสนามไฟฟ้าบริเวณ PEF Zone ในลักษณะทรงกระบอกรัศมีเท่ากับ 5 mm และมีปริมาตรเท่ากับ 785 mm จากการคำนวณในทางทฤษฎี การสร้างสนามไฟฟ้าแบบพัลส์ที่ระดับแรงดัน V(subscript0) เท่ากับ 30kV และความกว้างของพัลส์เท่ากับ 1.5 (MU)s ต้องใช้กำลังไฟฟ้าเท่ากับ 15 MW/mL หรือคิดเป็นพลังงาน 22.5J/mL เมื่อตัวกลางของเหลวมีความนำไฟฟ้า 0.3S/m การออกแบบและพัฒนาประยุกต์ใช้วิธีไฟไนเอลิเมนต์ช่วยในการวิเคราะห์ความเครียดสนามไฟฟ้าที่เกิดขึ้นภายในอิเล็กโตรดแชมเบอร์บริเวณ PEF Zone เพื่อศึกษาความเครียดสนามไฟฟ้าที่เหมาะสมต่อการกำจัดเชื้อจุลินทรีย์ จากการวิเคราะห์สนามไฟฟ้า พบว่า ความเครียดสนามไฟฟ้าแปรผันโดยตรงกับแรงดัน V(subscript0) ที่จ่ายให้กับอิเล็กโตรด แรงดัน V(subscript0)ที่เพิ่มขึ้นมีผลทำให้ความเครียดสนามไฟฟ้าบริเวณ PEF Zone เพิ่มขึ้นด้วย เมื่อจ่ายแรงดัน V(subscript0) ที่ค่าระหว่าง 10kV จนถึง 100kV ความเครียดสนามไฟฟ้าสูงสุดมีค่าอยู่ระหว่าง 2.36kV/mm ถึง 23.58kV/mm ทั้งนี้ ระดับแรงดัน V(subscript0) ที่เหมาะสมสำหรับการจำกัดเชื้อแบคทีเรียเอสเชอริเชียโคไล (E.Coil), แบคทีเรียสแตปฟิโลคอคคัส ออเรียส (S.CAurerus). แบคที่เรียซูโดโมแนส (P.Fluorescens)และยีสแชคโคโรไมชิส วีรีวิสิอี้ (S.Cerevisiae) มีค่าเท่ากับ 30kV/mm และความเครียดสนามไฟฟ้าบริเวณ PEF Zone มีค่ามากกว่า 1.5kV/mm ซึ่งมากกว่าสนามไฟฟ้าวิกฤติของเยื้อหุ้มเซลล์ของเชื้อแบคทีเรียและยีสต์ดังกล่าว This paper presents the design and development of small electrode chamber for liquid food pasteurization by using pulse electric field. The developed co-field chamber is suitable for continue pasteurization process. Electric field chamber for buildup electric field inside an electrode chamber at PEF Zone has radius and volume equal to 5mm and 785mm[superscript 3] respectively. From theoretical computation, power and energy was used to generate the electric field at PEF Zone about 1.5MW/mLand 22.5J/mL respectively, when the value of V[subscript0] is 30kV. 1.5(mu)s pulse width and conductivity 0.3S/m of liquid medium. The finite element method is used for electric-field strength analysis at PEF Zone - inner electrode chamber. Therefore, the purpose of this paper is to study intensity of electric field, which is suitable for microorganism inactivation. From the analysis results show that, the electric-field strength was directly proportional to voltage v[subscript0] of electrode. When value of applied voltage V[subscript0] is between 10kV and 100kV, the electric field strength was equal to 2.36kV/mm - 23.58kV/mm. In order that, at 30kV of voltage v[subscript0] can be used to inactivate the E.coli, S.Aureus, P.FIuorescens and S.Cerevisiae. Electric field strength at PEF Zone was more than 1.5kV/mm that also was more than critical electric field of those bacteria and yeast membrane.