第三章 食品的非热杀菌与除菌

上海海洋大学第三章食品的非热杀菌与除菌退出上页下页返回翻页退出翻页上页下页返回非热杀菌技术的种类超高静压杀菌技术的原理和影响因素脉冲电场技术的机理和影响因素其他新型非热杀菌技术非热杀菌技术在食品当中的应用本章内容食品非热杀菌技术的种类

非热杀菌技术-物理杀菌、化学杀菌非热物理杀菌是采用物理手段（如电磁波、压力、光照等）进行杀菌，化学杀菌则是通过化学试剂来达到杀菌的作用。物理杀菌：不添加化学剂、一次性杀菌、易控制、外界影响小、改善风味、质构。退出上页下页返回翻页新型的食品非热杀菌技术超高静压杀菌技术指将密封于弹性容器内的食品置于水或其他液体作为传压介质的压力系统中，经100MPa以上的压力处理，以达到杀菌、灭酶和改善食品的功能特性等作用。上页下页返回翻页优点：它能在常温或较低温度下达到杀菌、灭酶的作用，减少了由于高热处理引起的食品营养成分和色、香、味的损失或劣化；由于传压速度快、均匀，不存在压力梯度，超高压处理不受食品的大小和形状的影响，使得超高压处理过程较为简单；耗能也较少。退出上页下页返回翻页

以达到食品保藏为目的，研究超高压的杀菌、灭酶作用。压力达到100MPa以上对非芽孢菌即有杀灭作用，但对细菌的芽孢，压力则需要达到800MPa以上，并使酶产生不可逆失活。在较低的压力下，可采用其他处理方法与超高压处理相结合，这样既可以尽量保持超高压处理的特点，也可以使该处理技术更为有效和方便。

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以修饰、改变食品有关特性为宗旨，研究超高压对食品理化性质的影响。对超高压处理技术的研究发现，超高压对与食品风味、色泽有关的小分子以及维生素等没有太大影响，同时可以改变蛋白质、多糖、脂类等食品（生物）大分子的理化特性，如蛋白质的变性、脂肪的结晶和淀粉的糊化等。退出上页下页返回翻页二、超高压保藏技术的原理1.超高压保藏技术的基本原理液体（水）在超高压作用下被压缩，而受压食品介质中的蛋白质、淀粉、酶等产生压力变性而被压缩，生物物质的高分子立体结构中非共价键结合部分（氢键、离子键和疏水键等相互作用），即物质结构发生变化，其结果是食品中的蛋白质呈凝固状变性、淀粉呈胶凝状糊化、酶失活、微生物死亡，或使之产生一些新物料改性和改变物料某些理化反应速度，故可长期保存而不变质。退出上页下页返回翻页2.超高压杀菌的原理（1）改变细胞形态结构极高的流体静压会影响细胞的形态，包括细胞外形变长，细胞壁脱离细胞质膜，无膜结构细胞壁变厚。上述现象在一定压力下是可逆的，但当压力超过某一点时，便不可逆地使细胞的形态发生变化。（2）影响细胞生物化学反应按照化学反应的基本原理，加压有利于促进反应朝向减小体积的方向进行，推迟了增大体积的化学反应，由于许多生物化学反应都会产生体积上的改变，所以加压将对生物化学过程产生影响。退出上页下页返回翻页（3）影响细胞内酶活力

高压还会引起主要酶系的失活，一般来讲压力超过300MPa对蛋白质的变性将是不可逆的，酶的高压失活的根本机制是：①改变分子内部结构；②活性部位上构象发生变化。通过影响微生物体内的酶，进而会对微生物基因机制产生影响，主要表现在由酶参与的DNA复制和转录步骤会因压力过高而中断。退出上页下页返回翻页（4）高压对细胞膜的影响在高压下，细胞膜磷脂分子的横切面减小，细胞膜双层结构的体积随之降低，细胞膜的通透性将被改变。（5）高压对细胞壁的影响

20~40MPa的压力能使较大细胞的细胞壁因受应力机械断裂而松解，200MPa的压力下细胞壁遭到破坏。真核微生物一般比原核微生物对压力较为敏感。退出上页下页返回翻页三、超高压技术处理食品的特点1。营养成分受影响小超高压处理的范围只对生物高分子物质立体结构中非共价键结合产生影响，因此对食品中维生素等营养成分和风味物质没有任何影响，最大限度地保持了其原有的营养成分，并容易被人体消化吸收。退出上页下页返回翻页2。产生新的组织结构，不会产生异味

超高压处理可改变食品物质性质，改善食品高分子物质的构象，获得新型物性的食品。超高压会消除传统的热加工引起共价键的形成或破坏所致的变色、发黄及加热过程出现的不愉快异味，如热臭等弊端。

退出上页下页返回翻页3。利用超高压处理技术，原料的利用率高超高压处理过程是一个纯物理过程，瞬间压缩，作用均匀，操作安全卫生，无工业“三废”，耗能低，有利于生态环境的保护和可持续发展战略的推进。退出上页下页返回翻页4。超高压食品加工技术适用范围广，具有很好的开发推广前景应用于：各种食品的杀菌植物蛋白的组织化淀粉的糊化肉类品质的改善动物蛋白的变性处理乳产品的加工处理食品高压速冻酒类的催陈……退出上页下页返回翻页四、影响超高压杀菌的主要因素1。压力大小和受压时间在一定范围内，压力越高，灭菌效果越好。在相同压力下，灭菌时间延长，灭菌效果也有一定程度的提高。退出上页下页返回翻页2。施压方式超高压灭菌方式有连续式、半连续式、间歇式。研究报道，同持续静压处理相比，阶段性压力变化处理杀菌效果较好。对于易受芽孢菌污染的食物用超高压多次重复短时处理，杀灭芽孢效果好。退出上页下页返回翻页3。微生物的种类不同生长期的微生物对高压的反应不同。处于指数生长期的微生物比处于静止生长期的微生物对压力反应更敏感。革兰氏阳性菌比革兰氏阴性菌对压力更具抗性。退出上页下页返回翻页4。温度由于微生物对温度有敏感性，在低温或高温下，高压对微生物的影响加剧，因此，在低温或高温下对食品进行高压处理具有较常温下处理更好的杀菌效果。

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大多数微生物在低温下耐压程度降低的原因：①压力使得低温下细胞因冰晶析出而破裂程度加剧

②蛋白质在低温下高压敏感性提高，致使此条件下蛋白质更易变性，菌体细胞膜的结构也更易损伤。低温下高压处理对保持食品品质，尤其是减少热敏性成分的破坏较为有利。退出上页下页返回翻页在不同温度—压力组合下酵母菌死亡速率的等高线退出上页下页返回翻页研究发现，除芽孢菌和金黄色葡萄球菌外，大多数的微生物在-20℃以下的高压杀菌效果较20℃时好。

适当提高温度对高压杀菌有促进作用针对芽孢菌的高耐压性，就现阶段研究来看，结合温度处理则是一种十分有效的杀菌手段。退出上页下页返回翻页5。pHpH是影响微生物在受压条件下生长的主要因素之一在受压条件下，培养基的pH有可能发生变化，细菌的最适pH范围也变得较为狭窄。

酸性条件下微生物的耐压性较差。

对酵母菌类而言，采用超高压处理时pH值并不是重要的因素。退出上页下页返回翻页6。水分活度（Aw）水分活度（Aw）对灭菌效果影响也很大。低Aw产生细胞收缩和对生长的抑制作用，从而使更多的细胞在压力中存活下来。控制Aw无疑对高压杀菌，尤其是固态和半固态食品的保藏加工有重要意义。退出上页下页返回翻页7。食品本身的组成和添加物营养丰富环境中微生物的耐压性较强，蛋白质、碳水化合物、脂类和盐分对微生物具有缓冲保护作用，而且这些营养物质加速了微生物的繁殖和自我修复功能。食品基质含有的添加剂组分对超高压灭菌影响很大，如添加脂肪酸酯、蔗糖酯或乙醇等添加剂，将提高加压杀菌的效果。退出上页下页返回翻页五、超高压对微生物的影响1。微生物超高压杀菌动力学曲线的形状大多数微生物在超静压杀菌时的死亡规律仍遵循一级反应动力学，杀菌曲线在半对数坐标中大部分呈直线。超高压杀菌曲线的开始阶段均呈“肩形”，即表明杀菌在开始的阶段有一定的滞后。退出上页下页返回翻页在杀菌曲线的结束阶段（微生物数＜1000cfu/g时）又常有些“拖尾”。退出上页下页返回翻页细菌营养体和芽孢的超高压杀菌还经常出现杀菌速率不同的两个阶段。研究发现在升压到指定值的短短几分钟内，微生物的灭活已经从恒速阶段转为降速阶段。

超高压加工的八宝饭退出上页下页返回翻页2。微生物的耐压性一般来讲，革兰氏阳性菌营养体压力抵抗能力强于革兰氏阴性菌营养体在非芽孢的革兰氏阳性致病菌中，研究最多的对象菌是金黄色葡萄球菌（Staphyloccocusaureus）和单核细胞增生李斯特菌（Listeriamonocytogenes）退出上页下页返回翻页革兰氏阳性菌超高压杀菌的指示菌：非致病性的无害李斯特菌代替食源性致病菌单核细胞增生李斯特菌革兰氏阴性菌超高压杀菌的指示菌：大肠杆菌科（Enterobacteriaceae）退出上页下页返回翻页对芽孢的灭菌可以采用两次超高静压处理法，第一次采用较低的压力处理促使芽孢发芽或者活化芽孢，第二次处理以较高的压力使得营养体细胞和发芽的芽孢失活。超高压保鲜的牡蛎退出上页下页返回翻页六、超高压对食品成分与品质的影响1.超高压对食品基本成分的影响（1）超高压对蛋白质的影响压力导致：①

盐键及至少部分疏水键的破坏②氢键在某种程度上得到加强③共价键的可压缩性较小，对压力的变化不敏感退出上页下页返回翻页（2）超高压对食品中酶的影响酶受到高压作用后，维持其空间结构的盐键、氢键、疏水键等遭到破坏，从而使肽键分子伸展成不规则的线形多肽，使其活性部位不复存在，导致了酶的失活。在100~200MPa的压力下酶的失活是可逆的，压力达到350MPa以上时，会使酶产生永久性的不可逆失活。返回（3）超高压对淀粉的影响在常温下把淀粉加压到400~600MPa，并保持一定的作用时间后，淀粉颗粒将会：①溶胀分裂；②晶体结构遭到某种程度的破坏；③内部有序态分子间的氢键断裂，分散成无序的状态，即淀粉糊化为α-淀粉。高压处理可提高淀粉对淀粉酶的敏感性，从而提高淀粉的消化率。超高压可以提高各种淀粉的胶凝温度。退出上页下页返回翻页

与热处理相比，超高压对淀粉的作用特点为：高压使淀粉粒膨胀却不破裂；超高压所致完全糊化的淀粉无老化现象，而热处理所致的未完全糊化的淀粉有老化现象；低于700MPa的压力时淀粉不会产生类似热加

工的变色。退出上页下页返回翻页

超高压可改善陈米的品质：

陈米在20℃吸水润湿后在50～300MPa处理10min，再按常规煮制成饭，其硬度下降、黏度上升、平衡值提高到新米范围，同时光泽和香气也得到改良，还可缩短煮制时间。退出上页下页返回翻页（4）超高压对脂类的影响高压对脂类的影响是可逆的。室温下，呈液态的脂肪在高压下（100~200MPa）基本可固化，发生相变结晶，促使更稠、更稳定的脂类晶体形成；不过解压后仍会复原，只是对油脂的氧化有一定的影响。退出上页下页返回翻页（5）超高压对维生素的影响一般情况下，还原型维生素C含量经高压处理后出现了下降和上升两种情况。Fe3+对于维生素C的降解起着重要作用，在高压下会更加明显。Cu2+的存在，在高压下会激活铜酶，铜酶是维生素C降解的重要酶类之一。高压处理对维生素C的影响很小。退出上页下页返回翻页（6）高压对风味物质、色素等的影响食品中的风味物质、维生素、色素及各种小分子物质结合状态为共价键的形式，故而高压处理过程对其几乎没有任何影响。食品的黏度、均匀性及结构等特性对高压较为敏感，但这些变化往往是有益的。退出上页下页返回翻页2.超高压对具体食品品质的影响（1）果蔬原料高压处理后，果蔬风味、色泽与营养均保持较好。退出上页下页返回翻页（2）动物性原料①高压处理用于肉的品质改善肉类等经高压处理能杀灭肉类细菌，不损坏维生素等营养成分及原风味，改善肉组织。

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高压嫩化机理机械力作用使肌肉肌纤维内肌动蛋白和肌球蛋白的结合解离，肌纤维蛋白崩解和解离成小片段，造成肌肉剪切力下降。压力处理使肌肉中内源蛋白酶——钙激活酶的活性增加，加速肌肉蛋白水解，加快肌肉成熟所致。退出上页下页返回翻页七、超高压保藏技术1.食品超高压的杀菌工艺（1）一般的超高压杀菌工艺

固态食品：将固态食品装在耐压、无毒、柔韧并能传递压力的软包装内，并进行真空密封包装，然后置于超高压容器中进行加压处理。

超高压固态食品的关键处理工艺是：升压→保压→卸压

这种方式通常为不连续式。退出上页下页返回翻页液态食品：果汁、奶和饮料等液态食品，可以直接以加工物料取代水等传压介质（压媒）实现进料卸料的连续化生产，但是必须附带设备预杀菌工艺。液态食品超高压处理的核心工艺：升压→动态保压→卸压液态超高压食品的保压阶段极短。实验室小规模高压处理一般可将果汁（果酱）脱气、密封包装后放于高压缸内，用油作介质进行实验。

退出上页下页返回翻页（2）分段循环间歇式超高压处理工艺在低酸性食物中使用这种工艺可取得很好的杀菌效果。对于易受芽孢菌污染的食物，采用超高压多次重复短时处理，芽孢死灭效果明显。退出上页下页返回翻页（3）脉冲超高压处理工艺脉冲超高压或者震动超高压处理比相当的间歇式处理或者等时的连续式压力处理更为有效。

（4）超高压处理与其他杀菌技术的结合超高压处理可以和其他杀菌方式诸如热杀菌、辐射、超声波、抑菌剂等联合使用而取得好的协同效果。

退出上页下页返回翻页（5）超高压杀菌工艺的关键控制因素①影响加工工艺的关键因素微生物类型、菌龄、食品组分、pH和水分活度、温度、压力大小等②超高压处理效果的指示菌退出上页下页返回翻页②超高压处理效果的指示菌革兰氏阳性菌超高压杀菌的指示菌：非致病性的无害李斯特菌代替食源性致病菌单核细胞增生李斯特菌革兰氏阴性菌超高压杀菌的指示菌：大肠杆菌科(Enterobacteriaceae)细菌芽孢超高压杀菌的指示菌：生芽孢梭状芽孢杆菌PA3679(ClostridiumsporogenesPA3679)或枯草芽孢杆菌病毒超高压杀菌指示菌：噬菌体(如大肠杆菌噬菌体)食源性寄生虫超高压指示菌：非致病菌

退出上页下页返回翻页八、超高压食品的包装设计高压下只能用软材料包装在高压处理技术中，对包装材料不要求其具有耐热性，但其气密性一定要好。

对包装材料的要求：（1）能够传递压力；（2）在高压下不被破坏；（3）能防止高压介质的渗入。退出上页下页返回翻页九、食品高压保藏设备日本在食品高压保藏设备方面的研究处于世界领先地位，包括三菱重工、神户制钢和日本钢管等均可提供成套的超高压处理设备。美国、德国、法国、英国和荷兰等也有一些公司生产小、中型和商业化的超高压处理设备。

退出上页下页返回翻页1.超高压处理设备的特点和要求超高压装置的主要部分是超高压容器和加压装置（高压泵和增压器等），其次是一些辅助设施，包括加热或冷却系统、监测和控制系统及物料的输入输出装置等。加压装置退出上页下页返回翻页超高压处理设备应能产生并承受要求的超高压，保证安全生产，有较长的使用寿命，循环载荷次数多；设备的卫生条件要求较高，和食品接触的部分应用不锈钢，传压介质最好采用水；设备有一定的处理能力，生产附加时间短，效率高；设备应价格便宜，操作费用低。退出上页下页返回翻页一体化直接加压式超高压设备退出上页下页返回翻页分体式间接加压超高压设备退出上页下页返回翻页退出上页下页返回翻页退出上页下页返回翻页加压装置退出上页下页返回翻页脉冲电场(PEF)杀菌利用强电场脉冲的介电阻断原理对食品微生物产生抑制作用。这种超高压脉冲电路构型以电容完全放电产生的指数衰减电压波形为基础，电极间距离为0.5cm或1cm，处理量分别为12.5mL或25mL，脉冲频率一般为0.1-10Hz。研究表明：对于浓缩苹果汁、鲜苹果汁、脱脂奶蛋液、青豆汤等不同的液体食品，在不同初温和不同最大温度条件下，采用相同的高压脉冲电场处理后，货架期不同。退出上页下页返回翻页对于高压脉冲电场杀菌机理有多种假说：如细胞膜穿孔效应、电磁机制模型、粘弹极性形成模型、电解产物效应、03效应等。(1)场的作用脉冲电场产生磁场，这种脉冲电场和脉冲磁场交替作用，使细胞膜透性增加，振荡加剧，膜强度减弱，因而膜被破坏，膜内物质容易流出，膜外物质容易渗入，细胞膜的保护作用减弱甚至消失。退出上页下页返回翻页（2）电离作用电极附近物质电离产生的阴、阳离子与膜内生命物质作用，因而阻断了膜内正常生化反应和新陈代谢过程等的进行；同时，液体介质电离产生03的强烈氧化作用，能与细胞内物质发生一系列反应。退出上页下页返回翻页优点：处理时间短、能耗低、传递快速、均匀等。脉冲电场一般使用的温度是45-50℃，声强在30kV·cm-1，可有效进行食品灭酶杀菌。退出上页下页返回翻页振荡磁场杀菌相对静态磁场而言，不随时间而改变，一般由恒定磁体产生。抑制作用；促进作用；无作用。因素：磁场特性、物料特性、微生物的特性退出上页下页返回翻页脉冲强光杀菌用连续的宽带光谱短而强的脉冲，抑制食品和包装材料表面、透明饮料、固体表面和气体中的微生物。脉冲强光杀菌是采用脉冲的强烈白光闪照方法进行灭菌的技术。其最基本的结构是动力单元和惰性气体灯单元，通过由动力单元向惰性气体灯单元提供能量，以使惰性气体灯发出与太阳光光谱相近，但强度更强的紫外线至红外线区域光进行杀菌。退出上页下页返回翻页磁力杀菌日本秋田大学、秋田酿造试验场合作，试验交变磁力杀菌技术获得成功。磁力杀菌采用6000的磁力强度，将食品放在N极与S极之间，经过连续摆动，不需加热，即可达到100%的杀菌效果，对食品的成分和风味无任何影响。感应电子杀菌以电为能源的线性感应电子加速器所产生的电离辐射，导致微生物的DNA和细胞发生变化，进而钝化和杀死有害微生物。上页下页返回翻页半导体光催化杀菌半导体光催化杀菌时，当光照射到较大聚集体的TiO2表面时，激发产生光生电子和光生空穴对。由于光生电子迁移速度比光生空穴快得多，所以可将光生电子和光生空穴分开。光生电子、空穴对一方面与细胞壁、细胞膜以及胞内组分作用，导致酶失活等，这方面已在酵母菌细胞以及大肠杆菌细胞中得到验证；另一方面光生电子、空穴对与水或水中溶解氧发生作用形成氢氧自由基，它们与细胞壁、细胞膜或胞内物质作用，使细胞功能单元失活，这方面在海拉细胞中得到验证。上页下页返回翻页超声波灭菌超声波对传声媒质的相互作用，蕴藏着巨大的能量，这种能量能在极短的时间内足以起到杀灭和破坏微生物的作用，而且能够对食品产生诸如均质、催陈、裂解大分子物质等多种作用，具有其他物理灭菌方法难以取得的最佳效果，从而提高品质，保持功能成分不受破坏。紫外线杀菌使物体表面的微生物细胞内核蛋白分子构造发生变化而引起死亡。目前使用紫外线装置大多数是管壁能够通过紫外线的低压汞灯，多见于对水的处理。上页下页返回翻页电阻杀菌技术电阻杀菌技术是利用电流通过食品时，食品中的极性分子在电极极性的高频变化下，不断地旋转摩擦而产生热量，达到杀死活菌体的作用。退出上页下页返回翻页第二节空气净化除菌一、空气净化的目的及应用（一）空气中的微生物（二）空气净化的目的及应用1、创造一个卫生的生产环境洁净生产、空气的洁净度2、提供大量的无菌空气发酵工业退出上页下页返回翻页

空气中常见杂菌的大小菌种细胞孢子宽，μm长，μm宽，μm长，μm金黄色小球菌0.5~1.0———产气杆菌1.0~1.51.0~2.5——蜡样芽孢杆菌1.3~2.08.1~25.8——普通变形杆菌0.5~1.01.0~3.0——地衣芽孢杆菌0.5~0.71.8~3.3——枯草芽孢杆菌0.5~1.11.6~4.80.5~1.00.9~1.8巨大芽孢杆菌0.9~2.12.0~10.00.6~1.20.9~1.7霉状分枝杆菌0.6~1.61.6~13.60.8~1.20.8~1.8上页下页返回翻页空气中的微生物不同环境人体表面不同衣着、不同动作场所畜舍宿舍城市街道市区公园海洋上空北极（北纬800）微生物100~200万2万50002001~20~1上页下页返回翻页空气净化的目的及应用洁净度级别尘粒最大允许数/pc·m-3微生物最大允许数≥0.5um≥5um浮游菌/个·m-3沉降数/个/皿100级350005110000级3500020001003100000级35000002000050010300000级1050000060000NA15药品生产洁净间空气洁净度等级上页下页返回翻页洁净度产业类别110100100010000乳制品食肉加工炼乳制品清酒酒类糕饼豆腐制果面包蘑菇菌类不同食品生产用洁净间的洁净度要求上页下页返回翻页二、空气过滤除菌过滤除菌：利用过滤介质阻截流过空气中的微生物、尘埃颗粒和其他杂质，以达到除尘、除菌等净化目的。特点：经济实用、过滤效果良好；可达到不同洁净度的要求，甚至可达到无菌；有足够的压力和适宜的温度。上页下页返回翻页过滤除菌机理1、惯性冲击滞留效应当空气的流速比较大时，尤为重要，是介质过滤除菌的主要作用。2、拦截滞留效应上页下页返回翻页

1.惯性冲击滞留作用机理

当当微粒随气流以一定的速度垂直向纤维方向运动时，空气受阻即改变运动方向，绕过纤维前进，而微粒由于它的运动惯性较大，未能及时改变运动方向随主导气流前进，于是微粒直冲到纤维的表面，由于磨擦粘附，微粒就滞留在纤维表面上。上页下页返回翻页２、拦截滞留作用机理

当气流速度下降到一定值时，若微粒随气流慢慢靠近纤维时，受纤维所阻改变方向，绕过纤维前进，并在纤维的周边形成一层边界滞留区，滞留区的气流流速更慢，当与纤维表面接触时就被捕集。

上页下页返回翻页3、扩散效应布朗运动，与微粒和纤维直径有关，并于流速成反比。4、重力沉降效应5、静电吸附效应上页下页返回翻页空气过滤介质要求具有吸附性强、阻力小、空气流通量大、能耐干热等。常用的过滤介质：棉花（未脱脂）、活性炭、玻璃纤维、超细玻璃纤维、化学纤维、纤维板、滤纸等。空气过滤器(P123)1、分类2、典型的过滤器及其特点深层棉花（活性炭、玻璃纤维）过滤器上页下页返回翻页1．纤维状或颗粒介质过滤器孔板→铁丝网→麻布→棉花→麻布→活性炭→麻布→棉花→麻布→铁丝网→孔板。上页下页返回翻页退出上页下页返回翻页排污口退出上页下页返回翻页影响空气过滤效率的因素1、微粒形状、大小的影响最大穿透粒径（MPPS）球形及不规则形状2、纤维尺寸和形状的影响纤维直径小则捕集效率高，纤维断面形状对过滤效率影响不大。3、空气通过滤层速度的影响依过滤介质、过滤层厚度、使用周期及空气用量等来定。4、过滤器纤维层填充率的影响退出上页下页返回翻页空气除菌流程分析

1.两级分离、冷却、加热的空气除菌流程

退出上页下页返回翻页退出上页下页返回翻页空气除菌流程分析

2、冷却空气直接混合式空气除菌流程

1——粗过滤器２——压缩机３——贮罐４——冷却器５——丝网分离器６——过滤器

退出上页下页返回翻页空气除菌流程分析

3、高效前置过滤除菌流程