静电技术在食品与发酵工业中的应用.docx
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静电技术在食品与发酵工业中的应用
静电技术在食品与发酵工业中的应用
江南大学太湖学院
期末考试(论文)
题目:
静电技术在食品与发酵工业中的应用
机电系数控专业
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年月日
一高压静电场在杀菌方面的应用
二高压静电场在干燥脱水方面的应用
三高压静电场在保鲜方面的应用
四 高压静电场在发酵食品老熟中的应用
五高压静电场在食品解冻方面的应用
六高压静电场在钝化酶活性方面的应用
七 高压静电场在面包加工中的应用
八展望
静电技术在食品与发酵工业中的应用
摘要:
综述了利用静电技术的静电杀菌,静电干燥、静电保鲜、静电催熟,静电解冻等,同时对现代物理技术应用于发酵食品生产的综述。
实践证明现代物理技术是一种"绿色人工"的方法,它对于食品与发酵食品工业生产有着广泛的应用前景。
关键词:
杀菌,干燥,保鲜,催熟,解冻等
近年来利用静电场处理对食品进行加工处理的研究和开发取得了很大的发展。
静电场处理随着高电压下离子化技术的发展得到了广泛的应用。
高压静电场对食品的加工可分为静电分离、静电熏制、静电干燥、静电保鲜、静电解冻等,它们的原理都是使离子化的气体在电场内移动,传递物质的散体微粒(尘埃、熏烟等)。
这样的带电粒子再受电场作用,从一极向另一极进行定向移动,从而达到加工所需目的。
下文中将就静电技术对食品与发酵行业中的应用现状进行综述。
一高压静电场在杀菌方面的应用
在强电场的作用下,空气中存在的少量带电粒子与中性分子或原子不断发生碰撞。
电子与氧分子碰撞可产生臭氧,静电灭菌的主要原因就是臭氧的杀菌作用和活性氧的杀菌作用。
高压静电场处理,对于处理对象来说,能量利用效率高,杀菌作用和电场强度相关,采用高电压而消耗的能量不高,操作过程中消耗的能量少。
张佰清等利用自制直流高压静电场装置对啤酒酵母进行杀菌实验研究。
研究表明,在极板间距3cm,电压3kV,处理时间为3min的条件下,啤酒酵母的致死率达到9911%。
并使用显微照相技术和电镜技术,初步分析了高压静电场下啤酒酵母的杀菌机理。
蒋耀庭等用高压静电场对生酱油进行人工处理,可以有效地杀灭酱油中的细菌。
电源的场强分别为:
E1(270kV/m)和E2(420kV/m)。
生酱油再分为10小组,在同一种电场的条件下,处理时间分别为6、12、24、48和96min。
加热灭菌处理组是在80℃的温度下,对生酱油加热15min。
实验结果表明,高压静电场对生酱油进行人工处理,既可以达到酱油灭菌的卫生指标、保持酱油的营养成分,又可以增加酱油的香气,该方法优于加热处理法。
表1为不同灭菌处理方式下酱油有关理化指标。
表中“/”左右数据分别为E1、E2电场处理结果。
表1 酱油的理化指标对照
处理方式
静电处理组E1/E2
加热灭菌处理组
θ,80℃
作用时间t/min
0
6
12
24
48
96
15
全氮/g.(100mL)-1
1.40
1.38/1.36
1.38/1.34
1.32/1.31
1.30/1.28
1.27/1.28
1.09
氨基酸态氮/g.(100mL)-1
0.85
0.84/0.82
0.80/0.80
0.79/0.76
0.77/0.73
0.75/0.73
0.71
细菌总数/1×103(mL)-1
90
87/85
4.5/4.45
3.4/2.0
2.0/1.8
1.9/1.7
500
总酸/g.(100mL)-1
1.29
1.29/1.34
1.31/1.36
1.40/1.47
1.52/1.53
1.54/1.54
1.10
总酯/%
1.70
1.70/1.70
1.75/1.79
1.75/1.81
1.80/1.81
1.82/1.83
1.54
还原糖/%
4.04
4.03/4.01
3.99/3.96
3.98/3.96
3.95/3.94
3.94/3.91
3.44
色度/%
2.50
2.50/2.50
2.58/2.60
2.63/2.67
2.66/2.67
2.66/2.68
2.81
表2和表3分别为酱油的氨基酸含量和酱油的部分香气成分,其中0为对照组,1为E2处理24 min组;2为80℃15min加热处理组。
所有数据均为分析12次的平均值。
表2 酱油的氨基酸质量浓度 g/100mL
项 目
0
1
2
天门冬氨酸
0.67
0.58
0.49
蛋氨酸
0.17
0.16
0.11
谷氨酸
0.70
0.64
0.58
丙氨酸
0.41
0.36
0.29
苏氨酸
0.33
0.28
0.20
缬氨酸
0.40
0.35
0.27
亮氨酸
0.52
0.44
0.38
酪氨酸
0.14
0.17
0.16
异亮氨酸
0.43
0.43
0.32
羟脯氨酸
0.64
0.58
0.58
胱氨酸
0.10
0.07
0.04
苯丙氨酸
0.44
0.46
0.34
赖氨酸
0.39
0.43
0.21
甘氨酸
0.36
0.33
0.28
丝氨酸
0.61
0.51
0.52
精氨酸
0.23
0.26
0.16
组氨酸
0.050
0.030
0.010
脯氨酸
0.42
0.33
0.30
表3 酱油的香气成分 mg/100mL
项 目
0
1
2
乙醛
0.24
0.136
0.238
乙缩醛
0.185
0.305
0.274
乙酸乙酯+甲醇
3.41
4.35
3.30
乙醇
0.91
0.75
0.67
异丁醇
2.64
2.17
2.56
叔丁醇
1.56
1.43
1.29
异丁醛
0.35
0.17
0.27
糠醛
1.448
1.045
1.565
张伯清等将高压静电处理应用到抑制水果中(如柑橘类水果)青霉病菌的生长中,发现当高压静电强度>62000V/m、作用60min时可以明显的抑制孢子的生长。
高压静电场杀菌对食品的色、香、味、形不会产生不良影响,然而该技术要应用于食品工业,还存在一定的距离,还有许多设备以及处理方式的研究工作需要进行,对食品品质的影响研究也还有待进一步的深入。
二高压静电场在干燥脱水方面的应用
传统的热风方法干燥会导致蔬菜的热伤害,严重影响食品质地、颜色、香气成分及营养价值,而冷冻干燥虽然保证了食品的质构特性,但成本高的问题使其不适合普通食品的干燥生产。
高压电场干燥技术作为一种新型的干燥技术,以它独特的常温干燥特性,对物料的色泽、营养成分、状态等具有良好的保持作用;而其设备造价低廉,运行费用低的优点使其更容易进入工农业生产中,能发挥重大的作用。
高压电场对液体类物料的浓缩实验研究中李里特等研究了高压静电场(针-盘式)对蒸馏水蒸发过程的影响。
实验结果表明:
蒸馏水在施加电场后,蒸发速度是不施加电场的114倍,当针状电极至蒸馏水液面的距离不变时,蒸发速度随施加电压的增高而增高,但不是线性关系;当施加电压保持不变时,蒸发速度随针状电极至液面距离的增加而呈现“M”形变化,即此时存在最佳距离,在此距离下,蒸发速度最大。
施加电场后的蒸发效果是不施加电场时蒸发效果与电场单独作用时蒸发效果的线性叠加。
丁昌江等利用高压电场在常温下进行浓缩液体物料的实验。
将物料置于高压电场中,电场产生两种效果不同的作用力f1,f2.f1为非均匀电场对物料表面层的作用力,
F2为非均匀电场对物体内部水分子牵引力的作用
高压电场干燥同热风干燥相比,干燥速度加快,并可最大限度保留有效成分;若把高压电场干燥与真空冷冻干燥组合使用,可以大大提高物料的浓缩速度,从而节约浓缩成本。
高压电场对农作物种子的干燥实验研究,丁昌江等根据高压电场干燥实验的机理研究发现,高压电场自身不会使种子升温,种子的干燥温度仅仅取决于所复合的热温度。
静电干燥不仅速度快,还有助于保持种子的活性。
因此,高压电场对种子干燥将是一种新型的干燥技术。
高压静电场干燥是一种。
全新的干燥技术,具有耗能低、杀菌等多种优点。
特别是在浓缩热敏性液体类物料时,具有明显优点。
因此,在液体类物料的干燥领域它将会有更广阔的应用前景。
三高压静电场在保鲜方面的应用
高压静电场保鲜是一种无污染的物理保鲜方法,
其保鲜机理是:
(1)抑制水分蒸发在电场中,空气的一部分氮分子电离而形成氮分子激光,这些分子具有较强的能量,在电场的作用下轰击食物表面水分子时,发生弹性碰撞,使一部分水分子获得较高能量而蒸发到空气中去,剩下较多低能量的水分子在无电场的作用的自然状态下保持相对稳定的惰性状态,从而不易散发到空气当中去。
(2)灭菌在高电场中电离的氮分子可以发出紫外线,对食物表便进行杀菌,形成保护膜,从而抑制霉菌。
(3)保鲜特点高压电场处理食物有明显的保鲜作用,而且耗电少,保持较好的水分,且能对某些食物增添可口的味道;但在夏季,电场保鲜的食物没有像电冰箱那样的凉爽,应此与电冰箱配合使用更好。
下面是研究实例:
丹阳等研究了高压静电处理对采后黄瓜的生理学影响。
他们运用了100kV/m高压静电处理0、015、1、115、2h。
实验表明,在13℃,90%RH冷藏条件下,短时间HVEF处理可以明显的控制原料质量的损失,黄瓜皮传导率提高的现象也得到控制。
HVEF处理对黄瓜的呼吸作用没有显著的影响。
实验指出,短时间HVEF处理不适合于蔬菜水果的贮藏。
Bajgai,T1R等研究了强度为430kV/m的交流电和直流电对富含维生素C的水果处理2h后的影响,并测定了它在敞口袋中质量损失及水分损失等生理变化情况。
在4、20、35℃的敞口与封口的聚乙烯袋贮藏过程中,电场处理对富含维生素C的水果的腐败情况、颜色及维生素C含量的影响均被测定。
结果显示,交流电场可以延长该水果的货架期,并且电场处理后的水果要比未处理水果新鲜,并最大程度保留了营养价值。
王杰等研究了高压静电场对采后草莓质量的影响。
草莓在10℃,90%RH条件下贮藏至7d,并每天用50或100kV/m的高压静电场处理1h。
在贮藏过程中,每天测定样品的呼吸强度、多聚半乳糖醛酸酶及纤维素酶的活性、果肉的硬度及插入破碎力观察电场对样品的影响。
结果显示,电场处理后的草莓在贮藏过程中呼吸作用降低,两种酶的活性及水果的硬度均降低缓慢,在贮藏中的第7d,仅有5%有损坏,而未处理的水果损坏率为15%。
Kondrateva,S等利用离子电极技术对小麦进行保藏实验。
对干、湿小麦的物化性质、生理变化、焙烤性质、发芽能力及微生物菌群进行了测定。
实验发现,经电场处理的小麦,经密封包存可以持续6周(未经处理的在10~12d便出现发霉发芽状况),生理特性也没有恶化,并在一定方面有所改进,酪氨酸含量有所下降,然而发霉数降低了60%,细菌总数降低了35%。
总之,电场处理对谷物品质及焙烤特性具有良好的效果。
四 高压静电场在发酵食品老熟中的应用
在众多方法中,由于高压静电场处理设备在运行的程中耗电少,尽管初次投入成本不低,但一次投入可长使用。
目前,高压静电场对酒类和醋类的老熟,有平行高压静电场、电晕电场、脉动高压静电场。
目前,高压静电场用于催陈新酒和新醋。
高压静电场用于催陈的酒主要有白酒和葡萄酒:
静电催陈白酒的装置如图1所示它由高压发生装置,控制器,放电电晕线及特制的容器组成。
催陈白酒方法:
采用2种电场:
一是在75kV/m~500kV/m的高压静电场处理时间1h;二是在250kV/m处理时间2h~4h,同时改变频率的交变电场。
试验样品是清香型和酱香型白酒,结果表明,高压静电场对清香型的酒处理后,酒明显变得绵甜柔和、闻香好,但后味比较平淡,处理时间越长回味越差。
交变电场对酱香型白酒收到了明显的效果,新酒的辛辣味大为减弱,酒体变得醇甜、纯净、呈酱香。
对放置一年多时间的试验酒样品进行品尝,没有回味现象发生,这充分说明电场催陈可以达到老熟的目的。
在高压静电场中辅以紫外线对“老龙口”牌和“天津大曲”牌白酒进行人工老熟,对白酒中总酸、总酯、杂醇油、乙酸乙酯、正丙醇、仲丁醇、乙缩醛、异丁醇、丁酸乙酯、异戊醇、乳酸乙酯、电导率进行定量分析,其结果表明,新酒中具有辛辣味的丙烯酸、涩味的异戊酸和刺激性味的杂醇油这3种成分均有不同程度地下降。
此外,白酒香气的主要成分,如:
乙缩醛、乙酸乙酯、总酯均有所增加,分别增加3%、7%和4%;正丙醇、仲丁醇、异丁醇、乳酸乙酯等其他微量成分均有不同程度地变化。
其变化的规律与自然老熟的酒类似。
催陈葡萄酒方法:
对烟台白兰地进行高压静电老熟,静电老熟原白兰地的几项主要指标得到了不同程度地改善。
卫生指标也符合国家的标准,总酯、乙酸乙酯、丁酸乙酯和乳酸乙酯分别增加5.0%;总醛、甲醇、异丁醇、正丁醇、异戊醇和乙醛分别14.7%、14.2%、21.0%、45.4%、28.5%和14.6%。
符合白兰地老熟的规律。
还对其他葡萄酒进行高压静电场的老熟,亦取得良好的效果。
利用高强度电磁场对赤霞珠干红葡萄新酒进行人工老熟,将新干红葡萄酒液按一定的流速、一定的电场强度、一定的频率通过高强度电磁场。
通过检测处理样品的口感变化的结果表明,以3kV/cm的电场强度和以5L/min流速的处理条件,可以使葡萄酒的陈香最明显,刺激性最小,入口也最为柔顺。
频率变化对口感有一定影响,1000Hz频率的电磁场对口感为最好。
此外,还对总酸、挥发酸、总硫、游离硫、酒度和干浸出物含量进行检测。
处理样品与对组相比除干浸出物外其他各指标基本有什么变化,而处理后的干浸出物含量均有所提高。
敏谦等采用激光和磁场联合使用对白酒进行催陈。
将太He-Ne激光谷红粮特曲(清香型酒放在静磁场中接受辐照,发现激光和磁场同时处理过的酒样与单用激光照射过的酒相比,含量没有变化或略有降低,酯类有明显的增加且催陈效率明显提高。
催陈黄酒:
采用波长为337.1nm的氮分子激光作为辐照源,对绍兴加饭酒进行辐射。
处理后的酒,总酸量和SO的含量下降,总酯含量明显增加,显然可以增加黄酒的色香味;游离氨基酸含量普遍增加,特别是人体必需氨基酸增加,这是非常有价值的。
通过检测表明,激光催陈后的黄酒,相当自然老熟1~2年的酒。
高压静电场用于制醋:
蒋耀庭等将新产的高粱醋进行人工老熟,经过静电场处理发现,乙醛、乙醇和异丁醇含量均趋于下降,有利于减少新产食醋的刺激性气味和异味,具有柔和香味的乙醛含量增加,可提高食醋的香气成分;总酸含量升高,有利于提高食醋的等级;总酯含量是食醋的香味物质,静电处理后,含量增加,可增加食醋的香气成分;静电处理后,氨基酸含量下降,这与自然老熟规律相同。
高压静电场对酒类或醋类的另一作用是加速酒或醋在陈酿过程中进行的化学变化主要有:
氧化反应式:
RCH2OH→RCHO+H2O+RCHO→RCOOH
醋化反应公式:
RCOOH+R’OH→RCOOR’+H2O
缩合反应:
2R’OH+RCHO→RCH(OR’)’+H2O
五高压静电场在食品解冻方面的应用
高压静电场对冷冻食品的低温解冻作用越来越受到人们的重视。
此法是将冻品放置于高压静电场中如10kV,电场设于0~-3℃左右的低温环境中,利用高压电场微能源产出的效果,使食品中的极性分子,特别是水分子在电场中高速地反复振荡,分子间不断摩擦,在极短的时间内(5~15min)使食品内外同时升温解冻。
图1 高压静电场发生试验的装置
图2 在200kV/m电场下对冰的解冻试验
经理论分析认为,水是由氢键结合而成的,具有
一定极性的水分子团结构的液体,而这种水分子团
结构实际上是一种准稳态结构,见图3。
最近在前期的研究基础上,建立了静电场解冻试验台,通过对冰,冻豆腐和冻肉的等4项材料的解冻比较试验,初步揭示了高压静电场对食品的解冻加速作用及其规律,发现300ml的冰,当电场强度达到24kv/m时,可节约1/5同温度下的自然解冻时间。
UemuraJ等利用针-盘式电场(采用了5、10、12kV三个电压)处理冻猪肉,以此来缩短解冻时间,同时测定了解冻后肉的品质。
电场处理使解冻速度加快,在10kV与12kV条件下解冻速率分别增大了2511%和2818%。
20mm×20mm×20mm的猪肉在5kV下解冻时间为86min,10kV时为62min,在12kV下为30min。
解冻后,10kV作用下的融化水pH下降0139,12kV下降0189。
融化水pH的下降可能是由电场作用下生成的氮氧化物溶于水造成的。
电场处理后的猪肉在颜色、pH、水分含量及持水能力等方面没有显著变化。
该法解冻速度快,解冻后食品温度分布均匀,汁液流失少,能有效防止食品的油脂酸化,且高压静电场对微生物具有抑制和杀灭作用,有利于保持食品品质,是一种很有前途的解冻方法。
六高压静电场在钝化酶活性方面的应用
Castro,I1等利用电场处理研究了多酚氧化酶、脂肪氧合酶、果胶酶、碱性磷酸酶和β-半乳糖苷酶的灭活动力学,并与传统条件作了对比,所有被测酶均遵循酶活动力学一级反应。
电场的应用没有影响碱性磷酸酶、果胶酶与β-半乳糖苷酶的酶活动力学,而脂肪氧合酶与多酚氧化酶则受到显著影响,减少了酶失活的时间。
因此,可以利用电场对酶效力进行控制,并使其工业化。
七 高压静电场在面包加工中的应用
Esaki,K1等研究了高压静电场对面包中水分活度的影响。
面包生面团先在电场强度为50kV/m下发酵20min以使其保持水分,湿面筋在50kV/m下处理10、20、30、60min。
经过50kV/m的电场处理20min的湿面筋,仍能观察到面筋纤维的微观结构,而作用时间>30min则观察不到。
在焙烤过程中,经过电场处理的面团,温度升高速度更快,而两者的最高温度均为99℃。
经电场处理的面包水分活度为01987±010056,比未处理的面包水分活度高01011。
实验对面包中酒曲菌的增长情况也进行了测定,经电场处理的面包酒曲菌生长更为广泛,说明电场处理的面包具有更高的水分活度。
电场处理增强了面筋纤维能力,而不是淀粉颗粒,从而吸收保留水分,使得电场处理的面包硬度比未处理的低[20]。
Aibara,S等研究了高压静电场对面包生面团的影响。
将生面团在电场下初发酵,测定在4℃与20℃保存下面包的硬度及淀粉的结晶性。
经电场处理,两个贮藏条件下的面包硬度均降低。
实验还发现:
两个贮藏温度下的面包,经电场处理后,在3d内硬度增大的同时,20℃贮藏经电场处理的面包结晶速率相比未经电场处理的速率减缓,同条件下,4℃贮藏经电场处理的面包结晶速率相对增大。
该项结果说明面团的硬度在一定程度上取决于它的持水性,而电场处理使面包更长时间的保持柔软状态。
因此,面包硬度的增大与面包粉结晶性无显著相关性,却更受贮藏温度的影响[21]。
415 高压静电场辅助提取方面的应用Bazhal,I1G等研究了电场强度及作用时间对从甜菜中提取糖工艺的影响。
提取器中固液比率为1∶112~114;实验温度为49~50℃,电场的作用下,物料生成含较少有色物质的浸出液,浸出液的质量与电场强度和作用时间有关。
实验发现,电场强度的增加与去除单位非糖物质耗费的能量成反比,电场强度<10V/cm时,能量消耗变化不大,电场强度>10V/cm时,消耗显著增大,最适宜的电场强度为5~10V/cm[22]。
八展望
高压静电场技术作为一项新兴技术,具有其他加工技术手段所不具有的优越性,正日益成为食品领域的研究热点,但静电场要广泛地应用于食品工业,还存在一定的距离,如高压静电场的干燥规律,对物理加工的加工强度、加工量的控制,多针式电场的应用等设备和处理方式的研究工作以及对食品品质的影响研究均有待进一步的深入。
参考文献:
[1]丁昌江,梁运章.高压电场干燥植物种子的机理研究[J]中原工学院学报.2003,(S1)
[2]蒋耀庭,孙英.现代物理技术在发酵生产中的应用.中国酿造,1991
[3]丹阳 李里特 张刚中国农业大学食品科学与营养工程学院,北京,100083食品科学2005, 26(10)
[4]张佰清,罗莹.高压静电场对啤酒酵母的杀菌试验研究[J].食品
原文:
现代物理技术在发酵食品生产中的应用
蒋耀庭,潘丽娜
(海军航空工程学院基础部,山东烟台264001)
摘要:
综述了利用现代物理技术分别对新酒和新醋进行人工催陈,对发酵食品进行灭菌消毒,对酿酒酵母菌进行人工诱变。
同时对
现代物理技术应用于发酵食品生产提出建议。
实践证明现代物理技术是一种"绿色人工"的方法,它对于发酵食品工业生产有着广泛
的应用前景。
关键词:
现代物理技术;发酵食品;人工催陈;杀菌;酿酒酵母菌;诱变作用
O59,TS2文献标识码:
A文章编号:
0254-5071(2008)11-0007-04
中图分类号:
目前,将电场、磁场、激光、微波、纳米等现代物理技术应用于发酵食品生产已取得了很大的进展,这些技术的应用使传统的发酵食品生产带来一场革命,也产生了可观的经济效应。
到目前为止,现代物理技术应用于发酵食品生产主要有3个方面,即加速酒类和醋类的老熟;对新酒、新醋和其他发酵食品进行灭菌消毒;对酿酒酵母菌进行人工诱变。
这些技术的优点是能最大限度地保持发酵食品的营养成分,不会对发酵食品本身带来不必要的污染,同时,一次投入可长期使用。
从环保的角度来说,现代物理技术是一项绿色加工技术。
本文对现代物理技术在发酵食品生产的研究和应用方面进行综述,并提出建议,仅供同行参考。
1催陈新酒和新醋
刚生产出来的新酒和新醋,通常具有刺激性大、不够醇和、不够绵柔等特点。
因此,生产工艺中都规定一定时间的陈酿贮存期。
为了缩短贮存周期,国内外采用的现代物理技术和生物工程等方法主要有激光、高压静电场、超声波、微波、红外线、紫外线、射线、纳米技术等对新酒和新醋进行人工老熟。
高压静电场用于催陈新酒和新醋,在众多方法中,由于高压静电场处理设备在运行的过程中耗电少,尽管初次投入成本不低,但一次投入可长期使用。
目前,高压静电场对酒类和醋类的老熟
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- 静电 技术 食品 发酵 工业 中的 应用