食品高压脉冲电场杀菌技术
Non-thermal sterilization technology high voltage pulsed electric fields （HVPEF）and its applications in food industry
何进武黄惠华
HE Jin-wu HUANG Hui-hua
(华南理工大学轻工与食品学院，广东广州510640)
（College of Light Industry and Food Sciences,South China University of Technology,Guangzhou，Guangdong510640,China）
摘要：介绍了高压脉冲电场杀菌的原理、设备装置、影响因素和杀菌效果。该技术离大规模商业化还有一定距离，需要科技工作者进一步研究。
关键词：高压脉冲电场；杀菌；影响因素；应用；效果
Abstract:It takes short time,needs less energy and can keep the food nutrition and flavor at the most extent.The mechanisms,equipment, influencing factors and applications of HVPEF in food industry are reviewed in this paper.
Keywords:HVPEF；Sterilization；Influencing factors；Application；Effect 非热杀菌是一种当代崭新的食品加工技术，其杀菌条件易于控制，外界环境影响较小。由于杀菌过程中食品的温度并不升高或升高很低，既有利于保持食品功能成分的生理活性，又有利于保持色、香、味及营养成分。在众多非热杀菌技术中，高压脉冲电场杀菌以其良好的应用特性而被国内外学者广泛研究，成为当前最有前途实现工业化应用的杀菌方法之一。高压脉冲电场食品杀菌技术是一种非热杀菌技术。和传统的食品热杀菌技术相比,它具有杀菌时间短、能耗低、能有效保存食品营养成分和天然色、香、味的特征等特点[1～5],是当前食品非热杀菌技术研究的热点。————————————
作者简介：何进武(1983-),男，华南理工大学轻工与食品学院在读研究生。
E-mail：hejinwu2005@https://www.doczj.com/doc/7c720470.html,
收稿日期：2007-02-11
１高压脉冲电场杀菌机理
应用高压脉冲电场使液体介质中的微生物失活已有广泛研究。经过近40年的探讨，主要形成了几种代表性的观点：
(1)跨电膜理论Hamilton和Sale[6]认为当一个外部电场加到细胞两端时，就会产生跨膜电位。对半径ｒ处于均匀场强Ｅ中的球形来说，其沿电场方向的跨膜电位，可由式（1）得出：
U(t)=1.5rE（1）
式中：
U──沿电场方向的跨膜电位，ｔ；
r——细胞半径，μｍ；
E——电场强度，kV/mm，当跨膜电位达到1V时，细胞膜便失去功能。
(2)介电破坏理论根据该理论，Zimmermann[7,8]认为可将细胞膜视为电容，在高压电脉冲作用下，膜两侧电位差进一步变大，由于电荷相反，它们相互吸引形成挤压力，当跨膜电位达到1V，挤压力大于膜的恢复力时，膜就会破裂。
(3)电穿孔理论Tsong从液态镶嵌模型出发认为，高压电脉冲会改变脂肪的分子结构和增大部分蛋白质通道的开度，使细胞膜失去半渗透性质，细胞膨胀而死[3,9,10]。
(4)空穴理论液体食品流经高压脉冲电场，当主间隙放电时，产生强大的脉冲电流，它将使液体气化成温度高达数万度以上的等离子体，形成高压通路。或多或少产生的一些气体，形成极薄“气套”包围着火化，压力由薄薄的气套传递给液体，产生高速绝热膨胀而形成强大的超声液压冲击波。放电终了瞬间，气套处形成空穴，由于压力突然减少，液体又以超声速回填空穴，形成第二个超声回填空穴冲击波。正是由于这种高压脉冲能量直接转换成的冲压式机械能，引起液体食品中微生物细胞内部的强烈振动和细胞膜破裂等现象，从而产生杀菌效应[11]。
归纳起来，这些机理认为电场对微生物的作用主要表现在场的作用和电离作用2个方面，通过以上2种作用共同进行杀死菌体。对于高压脉冲电场杀死菌体的作用，国内外许多学者还提出多种其它的机制模型：如电磁机制模型、类脂物阻塞模型等，
但是这些机制需要进一步通过试验得到验证[12]。
2杀菌装置
高压脉冲电场杀菌装置的基本结构见图1[13]，它主要由脉冲发生器、处理室和高压脉冲电场杀菌装置控制系统组成。
图1高压脉冲电场食品杀菌装置
液体食品通过变量泵调节流量进入处理室，处理室里装有电极，电极间加上高压，将产生强电场，利用这个强电场对流经处理室的液体食品进行杀菌。
2.1高压脉冲发生器
高压脉冲发生器是高压脉冲电场杀菌装置的，核心部分。高压脉冲发生器用来产生l0kV以上的脉冲，该高压脉冲被加到处理室电极的两极板上，在处理室内产生l0kV/cm以上的强电场。脉冲可采用方波、指数、交变等3种形式，目前常用的是指数脉冲，它由电阻－电容组成的电路产生，结构比较简单，价格比较便宜，适合于工业化应用。这种脉冲发生器由高压直流电源向电容充电，电容器上的电能在高速电子开关的闭合瞬间向处理室释放，从而形成指数脉冲。因此，大功率充电电源和高速电子开关是高压脉冲发生器设计的关键[14]。
2.2处理室
处理室与高压脉冲发生器相连接，它的主要作用是将高压脉冲电场传递给流经此室的液体食品，以达到杀菌的目的。处理室可分为静态分批式和连续式两种。静态分批式处理室规模小、考虑影响因素较少,不适于大规模工业化应用。为此,人们
设计了各种连续式处理室,处理室内装有电极和冷却装置。处理室的电极主要有平行盘式、柱－柱式、柱－盘式、同心轴式等等。在许多实验中经常采用平行盘式和同心轴[14,15]。
目前所设计的处理室，绝大部分只能在实验室使用，远未达到工业应用的程度。有很多问题需要解决，如处理室液体食品流过的截面面积过小，还无法找出最容易出现火花放电的危险点以及处理室内电场均匀分布等问题[14]。
2.3高压脉冲电场杀菌装置控制系统
高压脉冲电场食品杀菌装置控制系统实现以下功能：控制泵的开启与关断；产生原始矩形脉冲信号；实时监测与调节杀菌工作电压,并在杀菌电压异常时快速中断冲电源供应；输出以下4个信号：泵的开关量控制信号；脉宽值；脉间值；脉冲电压值；在线调节脉冲电源参数即脉宽、脉间及脉冲电压值[13]。
3影响高压脉冲电场杀菌效果的因素
3.1脉冲电场参数的影响
（1）电场强度电场强度在各因素中对杀菌效果影响最明显，增加电场强度、对象菌的存活率明显下降[16,17]。实验表明：电场强度从5kV/cm增至25kV/cm，杀菌对数曲线斜率增加1倍。介质电导率提高，脉冲频率上升，脉冲宽度下降，若脉冲数目不变，杀菌效果将下降[12]。
（2）脉冲数脉冲数增加杀菌效果明显提高。Kui Zhong等人研究发现，随着电场强度的提高和脉冲数的增加，山葵过氧化物酶的活性下降。经过25kV/cm,207个脉冲和22kV/cm,1214个脉冲的处理,山葵过氧化物酶的相对活性分别下降16.7%，34.7%[18]。
（3）脉冲形状脉冲的形状通常使用方形波，指数衰减波和交变，其中方形波效果最好，指数次之，交变处理系统最差[9,15,16]。
（4）处理时间杀菌时间是各次放电释放脉冲时间的总和。随着杀菌时间的延长，对象菌存活率开始急剧下降，然后逐渐平缓，最后增加杀菌时间亦无多大作用[2,12]。
（5）电流大小关于电流的影响，所见报道不多，但据D.R.Sepulveda等人
的研究发现，当其它参数保持不变的情况下，在所研究德范围内，电流和吸收的总电能的大小对杀菌效率几乎没有影响[19]。这是一个新的发现，值得进一步研究。
3.2微生物特征的影响
包括微生物种类、生长条件及生长时期。不同的微生物具有不同抗脉冲电场的能力。微生物在对数期的抗脉冲电场的能力最小，在设计杀菌模刑时应考虑在对数生长期。生长条件也影响杀菌效果，这些条件包括温度、生长培养基的成分、氧的浓度、恢复期的条件(接种时期、恢复培养基的成分、恢复期的温度等)[20]。
3.2.1微生物的种类微生物的种类对高压脉冲电场的杀菌效果有重要影响，一般说来，革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌的抵抗力大于酵母，而细菌和霉菌的饱子的抵抗力大于革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌和酵母。微生物的大小和形状也影响杀菌效果，小的微生物抵抗力较大[20]。但D.Garc?′a等人研究比较了在相同状况下高压脉冲电场对四4种革兰氏阳性菌和四种革兰氏阴性菌的杀灭作用效果。发现微生物本身的特征如细胞大小，形状和细胞膜的类型并没有对高压脉冲电场作用产生预期的影响[21]。
3.2.2微生物的浓度 C.Ferrer等人在对高压脉冲电场杀菌的柑桔和胡萝卜汁混合饮料研究时发现：在低的电场强度和胡萝卜汁含量为零时，原料中最初的污染物水平是影响处理后残菌量的最重要参数[22]。
研究发现，对菌数高的样品与菌数低的样品加以同样强度、同样时间的脉冲，前者菌数下降的对数值比后者要多得多[14]。但也存在相反的情况，如G.Donsi等人在带平行板电极的处理室用高压脉冲电场处理从固体或液体中接种来的啤酒酵母时发现：当最初的啤酒酵母的浓度在103～108CFU/mL时，高压脉冲电场的致死作用会随着初始酵母浓度的降低而增强[23]。
3.2.3生长条件Takayuki Ohshima等人用高压脉冲电场处理不同温度培养的Escherichia coli时，发现培养温度对其高压脉冲电场致死率又重要影响，且在其最佳的培养温度37℃生命力最强[24]。
3.3介质条件和食品本身特性的影响
3.3.1处理介质的pH D.Garc?a等人研究发现对高压脉冲电场作用影响最大的因素是处理时介质的pH。实验结果显示:L.monocytogenes在pH为7.0时具有最小的高压
脉冲电场致死率，而在pH为4.0时达到最大[21]。
N.Gomez等人研究也发现乳酸菌和李斯特菌在高电场强度和低pH介质中更容易致死。例如，乳酸菌在pH分别为3.5，5.0，6.5，7.0介质中处理400μS,致死数量级分别为5.0，2.8，2.6，1.1。电场强度增加，乳酸菌的致死率也相应提高，特别是在较低的pH时，这种提高更显著。pH是影响高压脉冲电场作用的一个重要因素，其他的革兰氏阳性菌如L.plantarum在中性介质中比在酸性介质有更强的抗高压脉冲电场作用[17,25]。
3.3.2处理时的温度Nikolai I.Lebovka等研究发现高压脉冲电场对微生物的杀灭时间随着处理温度提高和电场强度的增加而显著的减少。高压脉冲电场处理时，物料内在的温度而使物料组织软化。在比较温和的温度（50℃）和中等强度的电场（100V/cm）下使微生物达到较高的杀灭程度，这对高压脉冲电场灭菌有重要作用[26]。
3.3.3处理时食品物料成分的浓度 C.Ferrer等人在对高压脉冲电场杀菌的柑桔和胡萝卜汁混合饮料研究时发现：在低的电场强度和胡萝卜汁含量为零时，原料中最初的污染物水平是影响处理后的残菌量最重要的参数。当胡萝卜汁的含量增加时，浓度的影响作用就相应增大。而在较低电场强度（20kV/cm）下胡萝卜汁的含量对高压脉冲电场处理后的残菌量有重大影响[22]。
3.3.4食品电阻和电导率食品电阻从0.4Ω.M(高盐、高水分)到100Ω.M (高油脂)不等。电阻与电导率成倒数关系,若是电阻太大,电流就从电阻小的液体介质中通过而无法作用于食品。有些食品由几种物质组成(非匀质),各部分电导率不同,且非匀质食品的电特性经过脉冲处理后会改变,因此不适于高压脉冲电场处理[16]。电导率与杀菌效果一般呈同向变化[5]。但也有研究发现，在其它参数不变的情况下，介质的电导率对杀菌效率影响不大[19]。
3.4外界条件
经典理论认为高压脉冲电场致死率只与电场参数和微生物自身参数有关。但L. Schrive等人研究发现，在样品中输入恒定的电能，再在每个脉冲之间对样品加以强烈的搅拌，则啤酒酵母的存活率则会急剧下降。原因是搅拌加速了细胞内的组分通过扩散和对流进入环境介质中。所以整合各种参数（生物，电场，流体）的高压
脉冲电场能更有效的杀灭微生物[3,19,27]。高压脉冲电场致死率还与包装有关，一般情况下，包装会降低致死率[2]。
3.5处理设备
G.Donsi等人用高压脉冲电场处理啤酒酵母时发现同一样品内部效果不一样，原因被证实主要是由于电场的不均匀分布。在进行处理时对液体样品加以搅拌可以提高致死效果。把啤酒酵母固定在固体食品中的实验证实，由于处理室的边缘效应，因此高压脉冲电场处理存在死角[23]。王黎明等人分别用平板和同轴电极处理大肠杆菌和啤酒酵母时也发现其效果有差别[3]。
4应用和效果分析
Zs.Cserhalmi等人研究了高压脉冲电场对新鲜的柑桔类榨汁连续处理后其物理化学特性的变化。他们主要考察了在50个脉冲，电场强度为28kV/cm,温度低于34℃的处理条件下对柑桔汁的pH、糖度、电导率、粘度、非酶褐变、羟甲基糠醛、颜色、有机酸含量以及各种挥发成分的影响。发现果汁的这些大部分指标没有显著的改变，挥发性成分含量不变，样品的吸光率也相近[28]。
Si-Quan Li等人研究了高压脉冲电场处理和热处理对牛的免疫球蛋白G二级结构的影响。结果显示:热处理使其二级结构发生变化，而高压脉冲电场处理后的免疫球蛋白G的二级结构和热稳定性都没有明显的变化[29]。
Seacheol.Min等人对商业化高压脉冲电场处理和热处理的番茄汁的质量进行了比较研究和分析。结果显示:热处理和高压脉冲电场处理的番茄汁中的脂肪氧化酶的活性分别为0和47%。经过4℃42d的储存后，经高压脉冲电场处理的番茄汁,但是在保藏期间两者之间的番茄红素的浓度、糖度、粘度没有显著保留了更多的V
C
的差异。感官评价的结果是在风味和总接受度方面,高压脉冲电场处理的要更好[30]。
目前研究者在模拟体系和在苹果汁、桑果汁、番茄汁、橙汁、牛乳、蛋清液等实际食品体系中，研究了高压脉冲电场对各种致病菌和非致病菌的杀灭效果及其对食品风味等的影响。研究结果显示:物料的电导率和粘度越低，密度越高，杀菌效果越好[1,5]。而且所用的处理器不同，达到的效果也不一样，如平板电极和同轴电极[3]，
所以在设计处理设备时应根据实际情况设置各参数，以达到最佳效果。这些研究结果也证明高压脉冲电场杀菌是一种非常好的杀菌方式，在流态食品的杀菌和辅助灭酶中有广泛的应用前景。
5结论
从国内外的实验研究证明：高压脉冲电场杀菌是一种有效、安全、环保的杀菌方式。但高压脉冲电场杀菌也存在一定的问题：裸露食品杀菌的营养损失和体系结构变化、对食品形态的限制、设备的电腐蚀造成的食品污染[31]、设备的安全和工业化等。目前，在欧美等发达国家该杀菌技术正在逐步向商业化过渡。我国虽然在近年来也开展了相应的研究,但只是处于实验室小试,距离商业化还有一定距离,需要研究者不断改进脉冲杀菌设备的处理系统,确定脉冲电场的最佳杀菌条件及其杀菌机理，尽快实现工业化。
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超高温杀菌技术 -标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
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新型商业杀菌技术 蔡晨 38 1、超高温杀菌技术 （1）基本原理:按照微生物的一般致死原理，微生物在高于其生长温度区域最大值的热环境中，必然受到致命的损害，且随着受热时间的延长而加剧，直至死亡。 （2）优缺点:UTH使产品达到较长保质期的基本条件是达到杀菌效率和钝化酶，此外需尽量减小产品在高温处理下可能发生的营养损失、产品褐变、蛋白质凝固沉淀等物理化学变化。产生褐变及其它缺陷的危险性较小，生产工艺条件较易控制，能更好地保存食品的品质和风味。但强烈的热处理对产品的外观、味道和营养价值都会产生一定的不良影响。 应用领域:乳制品、果汁制品的灭菌加工。高温杀菌现在分两种一种是饮料，豆浆等液体物料包装前杀菌，这种一般用的是管式超高温瞬时杀菌设备，还有一种高温杀菌技术是用的杀菌锅，适应于食品耐热包装之后的杀菌。 2、欧姆加热法超高温杀菌技术 （1）基本原理:欧姆加热就是利用物料本身的电阻特性直接把电能转化为热能的一种加热方式，它克服了传统加热方式(对流加热，热传导，热辐射)中物料内部的传热速度取决于传热方向上的温度梯度等不足，实现了物料的均匀快速加热。当物料的两端施加电场时，物料中有电流通过，在电路中把物料做为一段导体，由于物料的电阻特性，利用它本身在导电时所产生的热量达到加热的目的。 （2）优点:加热速度快、容易控制；加热均匀；能量利用率高。 缺点：目前该技术在研究应用中存在几个主要问题，加热速度的控制；对于非均质的复杂食品物质，各部分电阻都不同，在通电时内部电流能否均匀分布成为影响加工品质的关键；在接触式欧姆加热解冻中，应研制一种耐腐、无污染的电极与物料接触，避免产生电流集中现象，引起局部过热；在浸泡式欧姆加热解冻中，浸泡介质的电导率是影响解冻速率和物料内部温度分布均匀性的重要因素，其影响机理尚不明确，有待进一步研究；颗粒杀菌值的评估与计算问题尚未很好解决；颗粒食品的输送、混合及如何平均地充填于每一容 器中等技术问题；含颗粒食品的密度过大或过小难以保障加热效果；利用欧姆加热时的欧姆加热设备的投资较大，现在的电力价格还相当高，欧姆加热目前仅对酸性食品的加热人们对
冷杀菌技术 杀菌是保证食品安全，延长食品保质期的基本手段。冷杀菌技术也称为非热杀菌技术。它与通常的加热杀菌技术相比，在杀菌过程中食品温度不升高或温升很小，可以避免高温对食品的营养、风味、质地、色泽的不良影响，特别是对于热敏性较强的果品、蔬菜制品的杀菌有非常重要的意义。冷杀菌技术主要包括超高压杀菌、辐照杀菌、高强度脉冲电场杀菌、微波杀菌、脉冲强光杀菌、超声波杀菌、紫外线杀菌、臭氧杀菌等，在食品加工中有广阔的应用前景。这里介绍用于果蔬加工的几种冷杀菌技术。 一、超高压杀菌 超高压技术（ultra-high pressure processing，UHP）是目前受到广泛关注的一项食品加工高新技术，主要应用于食品的杀菌。常用的压力范围是100~1000MPa。其杀菌原理是强大的压力导致微生物的形态结构、生物化学反应、基因机制以及细胞壁、膜发生多方面的变化，从而影响微生物原有的生理活动机能，甚至使原有功能破坏或发生不可逆的变化。一般来说，细菌、霉菌、酵母菌在300 MPa下可致死，细菌的芽孢在600MPa以上的压力下可致死，酶在400 MPa以上的压力下可被钝化。在杀菌的同时，能够较好地保持食品固有的色香味、质构特点和营养品质。高压对食品中营养成分和品质的影响主要表现在以下几方面：
1、对蛋白质的影响：蛋白质在高压下会凝固变性，这种现象称为蛋白质的压力凝固。压力凝固的蛋白质消化性与热力凝固的相同。 2、对淀粉、糖的影响：常温下加压到400~600MPa，可使淀粉糊化，吸水量增加，形成不透明的粘稠糊状物。高压对糖类几乎没有影响。 3、对油脂的影响：常温下加压到100~200MPa，油脂就会凝 固，解压后能恢复原状。 4、由于超高压杀菌在较低温度下进行，因此食品中维生素、色素、香气、风味损失很小。酶作为一种蛋白质，在高压下变性失活，有利于保持食品的营养品质和感官品质。 日本、美国、欧洲在高压食品的研发方面处于领先地位。1990年4月日本的Meidi-Ya公司生产了第一个高压食品——果酱。目前这些国家已有研究和生产超高压的果汁、果冻、果味酸奶、贝类、蛋制品等的报道。超高压处理的果汁，其色泽、风味、营养与未经加压处理的新鲜果汁几乎无差别。日本小川浩史等人分别对柑橘类果汁（pH2.5~3.7)进行 100~600 MPa、5~10min的高压灭菌研究，结果表明，细菌、酵母菌、霉菌数随压力的提高而减少。酵母菌、霉菌、无芽孢细菌可以被完全杀死，但棒杆菌属等枯草杆菌能形成耐热性强的芽孢而有残留。但如果加压至600MPa，再结合适当的低温加热（47~57℃），则可达到完全灭菌的要求。经过超高压处理的果汁达到商业无菌状态，同时果汁风味、组成成分没有发生变化，在室温下可保持数月。所以超高压杀菌是
小型高压脉冲电场杀菌系统的试制 Development of food sterilization system under high voltage pulsed field 尤吉1 颜惠庚1，2 杜存臣2 YOU Ji1 YAN Hui-geng1，2 DU Cun-chen2 （1．，江苏 常州213016；2.常州工程职业技术学院，江苏 常州213164） (1.Jiangsu Polytechnic University，Changzhou，Jiangsu 213016，China； 2.Changzhou Institute of Engineering Technology，Changzhou，Jiangsu 213164，China) 摘要：阐述了高压脉冲电场杀菌系统的一般组成, 并介绍了高压脉冲电源的原理及食品处理室的结构, 探讨了电场强度和杀菌效果的关系。试验结果表明：在试验参数的条件下,牛奶中大肠杆菌死亡率达99%。 关键词：高压脉冲电场；杀菌；食品 Abstract:The elementary composition of a mini system for food pasteurization by using high voltage pulsed field was explained, the design principle of high voltage pulsed field generator and the structure of the treatment chamber were introduced in this paper. The inactivation experiments were carried out at different electric fields. The results showed that as the electric field intensity and treatment increased, the inactivation rate increased and 99% Escherichia coli were inactivated at electric field of 50 kV/cm. Keywords:High-voltage pulsed electric field (HPEF)；Sterilization； Food 高压脉冲电场杀菌技术与传统热杀菌相比较, 具有保持食品的原有风味、处理时间短、能耗低等特点, 在果汁及其他液体食品的杀菌处理中具有独特的优越性, 有望取代或补充热杀菌技术[1]。 —————————————— 作者简介：尤吉（1981-），女，江苏工业学院在读研究生。 E_mail:angelstar001@https://www.doczj.com/doc/7c720470.html, 收稿日期：2006-11-21
脉冲光杀菌技术 脉冲强光技术侧重于表面杀菌，比较适合包材表面及食品表面的杀菌，脉冲强光技术的技术原理是通过在极短时间内（数十至数百微秒）释放出高能量的光辐射和极高的峰值功率，脉冲强光能量的大小由每单位照射面积上光的流量或入射光能量来衡量,可瞬时杀灭所照射物料表面上的各类微生物。由于处理时间非常短，使得在有效杀菌延长食品货架期的同时能较好地保留食品营养成份以及原有风味。 脉冲强光杀菌技术的主要特点为广谱、高效、环保，对各类微生物的杀菌效果都非常明显，处理时间一般控制在数秒内。 脉冲强光杀菌技术主要耗材为脉冲强光灯管和电费，以单位产能均摊运行成本，一般客户都能接受。 设备可对大枣、枸杞、干果、槟榔、蔬菜水果等各类固体物料表面进行连续杀菌处理和保鲜，可根据不同物料的形式和要求调节传输形式、杀菌时间、杀菌频次和产量。该设备属于广谱杀菌，像大肠杆菌、黑曲霉菌、枯草杆菌、酵母菌、革兰氏阳性致病菌、革兰氏阴性致病菌、需氧芽孢杆菌、真菌分生孢子、金黄色葡萄球菌等都有明显的杀菌作用，特别是对黑曲霉菌和芽孢菌等所谓的紫外免疫细菌也都有很好效果。这是由于脉冲强光杀菌技术的原理是利用瞬时强光穿透微生物细胞壁，使其细胞液流出从而杀死细菌，所以有很好的杀菌效果。 设备的杀菌速度不是固定的，可以根据需求对传送速度和杀菌速度进行调整，必要时可以通过增加相应的模块来实现。 对于固体颗粒的物料，比如大枣，要使每个接触面有光辐射是难点，这就需要固定能够自动翻转并接受强光辐射;对于液体类的物料，设备需要注重光透性，使液体全部能被光辐射，因此液层需要薄而透光，使强光能很好地辐射到液体物料;对于粉体颗粒物类的物料，设备如何进行均匀传输是个难点，因为需要保证粉体被光充分辐射。 脉冲光杀菌技术的概念和特点 脉冲光（pulsed light）杀菌技术是采用持续时间短、光照强度高的宽谱光脉冲照射被杀菌 的对象以达到杀菌等目的的一种杀菌技术。脉冲光杀菌技术主要用于食品、药品、包装材料、包装和处理设备等的表面杀菌。 脉冲光杀菌技术采用光波波长在紫外光到红外光的宽谱区域内，其中至少有70%的电磁能 量来自于波长为170-2600nm的光，一般又以人眼可以感知的可见光占的比例最高。与太 阳光相比，由于地球大气层的过滤作用，太阳光中没有波长在300nm以下的光。脉冲光杀菌大多采用全光谱的光，但杀灭有些微生物时采用波长在一定范围内的过滤光。 利用脉冲光对物料进行杀菌时，物料表面的光强度可以是地球表面阳光强度的几千到数万倍。物料至少要接受一个光脉冲的照射，持续时间一般为1us-0.1s，典型的闪光频率为1-20次/S，物料表面接受的光能量一般为0.01-50J/cm2。大部分情况下，只需要几次闪光，也就是说 只需要几分之一秒的时间，就可以得到较好的灭菌效果。
脉冲强光杀菌 脉冲强光杀菌一种安全（无汞）、强效、节能的新型冷杀菌技术。为一种新加工工艺，采用宽一光谱“白光”的强烈闪光，以杀灭食品与包装上的微生物。 新方法用太阳光一样光的一种强力闪光的杀细菌力，藉以延长食品的货架寿命和杀灭包装材料上的微生物。 1 脉冲的光 脉冲光系用工程工艺产生，使力增大许多倍数。在一能量贮存电容器内，经相对长时间(一秒的分数)使积蓄的电力被放大，并释放此种贮存的能于极短时间内(一秒的千分之一或百万分之一)，以奏其工作。结果是功用周期的极高力(功率)，且具有仅是不过分的平均力消费的消耗量。对在食品及包装上应用，贮存的能脉冲为一惰性气灯，它能产生仅持续儿百微秒（百万分之一秒)的强烈闪光。 虽然脉冲光谱的幅度、期间及强度对处理食品与包装极有用，目前创制的脉冲光集中于广域谱上，“白”光闪光所含波长从紫外线的200nm到约近红外线的.lmm。该光谱性分布似太阳光，具有400及500nm之间的峰发射，然而每一脉冲光闪光为约在海平面日光经地球大气层滤过效应后，其紫外线波长强度的20，000倍。由于脉冲光的彼长太长，不能使小分子离子化，而是在电磁光谱的“非离子化”部分。 在表面上的光能能量密度(Fiuenc)可以检测之，或每单位面积的入射光能，即每平方厘米上的焦耳(Joule;略词J)。l焦耳为少于1/4卡，因此将lg水升高l℃需4焦耳以上的能量。 2抗微生物效应 在脉冲光光谱中所含紫外线波长的生物学效应业已有纪实。这些波长的抗微生物效应系原通过被在蛋白质与核酸高度结合的碳一对一碳双键系统吸收而中介。这方面许多研究者业经广泛讨论。从一到几个脉冲闪光便有令入注目的抗微
新型食品杀菌技术研究进展 沈子明20110806144 （徐州工程学院食品(生物)工程学院，江苏徐州221000） 摘要：随着人们生活和消费水平的提高，对各种食品的总体质量要求越来越高，要求食品不破坏或少破坏营养成分，保持原有的风味。这就对食品的杀菌工艺及设备提出了新的要求。传统的杀菌技术存在着种种弊端，随着科学技术的发展，一些用于杀菌工艺的高新技术应运而生。本文主要介绍了一些新的杀菌技术的原理及其在食品工业中的应用。 关键词：食品杀菌；新技术；发展应用 Research Progress of the New Food Sterilization Technology SHEN Zi-ming 20110806144 (College of Food ( Biology ) Engineering, Xuzhou Institute Of Technology, Xuzhou 221000, China) Abstract: With the improvement of people's living and consumption level, people's demond on all kinds of food is more and more high, who require that food is not damaged or less destruction of nutrients and keep the original flavor. This puts forward new requirements on the sterilization process and equipment for food. The traditional sterilization technology has many shortcomings, with the development of science and technology, some to emerge as the times require high-tech sterilization process. This paper mainly introduces the application of the principle of some new sterilizing technology and their applications in food industry. Key words:Food sterilization;New technology;Development and application 中图文分类号：TS201.6 文献标志码：A 文章编号： 食品是人类赖以生存和发展的最基本物质条件，食品安全直接关系到国民的身体健康和生命安全。食品腐败变质的主要原因是某些微生物的存在致使食品品质改变，因此，食品杀菌就成为食品加工中的重要操作单元，即通过杀灭腐败菌和致病菌来延长产品的贮藏期，保证产品的安全[1]。 传统的杀菌都是采用高温干燥、烫漂、巴氏杀菌、冷冻及防腐剂等常规技术，但这些技术大都处理时间长，杀菌不彻底或不易实验自动化生产，同时影响食品原有的风味和营养成份[2]。为了更大限度的保持食品天然的色、香、味和一些生理活性成分，满足现代人生活要求，近年来，国际食品领域涌现出一些高效、安全、能保持食品原有风味和营养的杀菌新技术。 各种杀菌技术发展的历史长短不一，有着各自的特点和适用范围。现将现代食品工程中应用的各种新杀菌方法的特点、研究现状及其应用领域作以介绍。 1 热力杀菌技术 1.1 超高温瞬时杀菌技术 超高温杀菌于1949年随着斯托克（Stork）装置的出现而问世，其后国际上出现了多种类型的超高温杀菌装置。超高温处理可分为间接加热和直接加热两大类型。它是使料液迅速升温至130 ℃以上，然后保持几秒钟，再迅速冷却到30~40 ℃从而实现对料液瞬间的杀菌。超高温瞬时杀菌技术的杀菌效果特别好，几乎可达到或接近灭菌的要求，而且杀菌时间短，物料中营养物质破坏少，营养成分保存率达92％以上，大大优越于传统的热力杀菌法。配合食品无菌包装技术的超高温式杀菌装置在国内外发展很快，目前这种杀菌技术已广泛用于杀菌乳、果汁及各种饮料、豆乳、酒等产品的生产中[3]。1.2 欧姆杀菌技术
食品高压脉冲电场杀菌技术 Non-thermal sterilization technology high voltage pulsed electric fields （HVPEF）and its applications in food industry 何进武黄惠华 HE Jin-wu HUANG Hui-hua (华南理工大学轻工与食品学院，广东广州510640) （College of Light Industry and Food Sciences,South China University of Technology,Guangzhou，Guangdong510640,China） 摘要：介绍了高压脉冲电场杀菌的原理、设备装置、影响因素和杀菌效果。该技术离大规模商业化还有一定距离，需要科技工作者进一步研究。 关键词：高压脉冲电场；杀菌；影响因素；应用；效果 Abstract:It takes short time,needs less energy and can keep the food nutrition and flavor at the most extent.The mechanisms,equipment, influencing factors and applications of HVPEF in food industry are reviewed in this paper. Keywords:HVPEF；Sterilization；Influencing factors；Application；Effect 非热杀菌是一种当代崭新的食品加工技术，其杀菌条件易于控制，外界环境影响较小。由于杀菌过程中食品的温度并不升高或升高很低，既有利于保持食品功能成分的生理活性，又有利于保持色、香、味及营养成分。在众多非热杀菌技术中，高压脉冲电场杀菌以其良好的应用特性而被国内外学者广泛研究，成为当前最有前途实现工业化应用的杀菌方法之一。高压脉冲电场食品杀菌技术是一种非热杀菌技术。和传统的食品热杀菌技术相比,它具有杀菌时间短、能耗低、能有效保存食品营养成分和天然色、香、味的特征等特点[1～5],是当前食品非热杀菌技术研究的热点。———————————— 作者简介：何进武(1983-),男，华南理工大学轻工与食品学院在读研究生。 E-mail：hejinwu2005@https://www.doczj.com/doc/7c720470.html, 收稿日期：2007-02-11
脉冲放电杀菌技术及其应用研究进展 发表时间：2019-12-23T10:23:30.420Z 来源：《电力设备》2019年第18期作者：周璐樊爱龙 [导读] 摘要：在科学发达的今天,动物传染病和人类传染病仍在大肆流行。目前,主要有3种形式的疫苗,即减毒活疫苗、灭活疫苗和基因工程疫苗。 (辽宁科技学院辽宁本溪 117004) 摘要：在科学发达的今天,动物传染病和人类传染病仍在大肆流行。目前,主要有3种形式的疫苗,即减毒活疫苗、灭活疫苗和基因工程疫苗。尽管减毒活疫苗曾起到了巨大的作用,但随着科学的发展和时间的推移,减毒活疫苗有返祖和基因重组的现象,因此,目前已逐渐降低其使用度。基因工程疫苗是近十来年发展起来的一种新型疫苗,但是研制一种新的基因工程疫苗耗时长、投资大,还可能存在生物安全问题。故短期内在应对突发的传染病时不可能取得明显成效,而灭活疫苗却能够在短时内取得预期的效果。 关键词:脉冲电场；病原体；灭活 一、化学试剂杀菌机理 当前的灭活疫苗大部分使用福尔马林、β-丙内脂、乙烯亚胺、苯酚、柳硫汞等化学试剂进行灭活。这些化学试剂主要机理是作用于病毒核酸及病毒壳蛋白、病原体的DNA和RNA,改变细胞膜通透性,导致微生物蛋白变性或凝固,改变蛋白与核酸功能基团的因子,作用于细菌胞内酶的功能基(如SH基)而改变或抑制其活性。如福尔马林对病毒灭活的机理主要作用于病毒核酸及病毒壳蛋白。灭活的主要部位是福尔马林与病毒中含有氨基的核苷酸(腺嘌呤、鸟嘌呤和胞嘧啶)发生反应。福尔马林与病毒蛋白的作用直接使氨基酸或氨基酸集团暴露,引起蛋白质变性以阻碍核酸从病毒颗粒中释放,使病毒失去感染力。20世纪60年代猪瘟灭活疫苗的失败可能与灭活剂改变表面蛋白的结构与功能有关系。β-丙内脂的作用机理可能是作用于病原体的DNA和RNA。 尽管化学试剂在疫苗制备过程中起着非常重要的作用,但是在杀菌作用的同时对动物机体具有一定的副作用,甚至在动物体内残留。如甲醛除了上述的功用外,同时具有强烈的致癌和促癌作用。长期接触低剂量甲醛可引起慢性呼吸道疾病,引起鼻咽癌、结肠癌、脑瘤、月经紊乱、细胞核的基因突变,DNA单链内交连和DNA与蛋白质交连及抑制DNA损伤的修复、妊娠综合征,引起新生儿染色体异常、白血病,青少年记忆力和智力下降。β-丙内脂本身具有致癌性,虽可被加温水解对人体无害,但对工作人员仍有致癌作用。β-丙内脂还可以改变人血清白蛋白的性质,引起人体全身性的变态反应。 因此,有必要寻找既能杀灭细菌、不破坏细菌抗原的结构,又能对环境、对人类安全的病原体灭活方法。而脉冲电场杀菌技术正好具备这些条件。 二、脉冲电场杀菌机理 脉冲电场杀菌的机理主要有以下几个方面:①强电强通透杀菌效应。利用强电场所引起的微生物细胞的穿孔效应来杀菌。由于微生物细胞膜的外表面和膜内具有一定电势差,当一个外部的电场加到细胞两端时,会使细胞膜内、外电势差增大,细胞膜的通透性剧增,细胞膜上会出现许多小孔,产生不可逆的损失,导致细胞不可逆破裂和最终死亡。②强烈冲击波杀菌效应。当液体物料中产生脉冲放电时,储能系统(例如储能电容器组)把储存的大量能量在瞬间释放出来,液体介质被击穿而形成放电通道,产生极大的脉冲冲击电流,使细菌细胞膜破裂、压碎、死亡。③脉冲放电化学杀菌效应。液体物料中在脉冲放电时产生的化学效应也强化和加速了细菌的死亡。由于脉冲放电的大电流及由此而产生的强磁场作用、电解电离作用,在液体物料中会产生许多等离子体和基本粒子,如激励状态下的H+、OH-、H2O离子团、O、H原子、O2、H2、臭氧分子、光子等。它们在强电场的作用下极为活跃,有些基本粒子还能穿过已提高通透性的细胞膜而与细胞膜内的生命物质如蛋白质、核糖核酸等相结合,使之变性,死亡。④电离作用。在外加电磁场的作用下,电解质电解出阴、阳离子。这些阴、阳离子在强电磁场的作用下极为活跃,穿过本来就已经提高通透性的细胞膜,与微生物内的生命物质如蛋白质、RNA作用,因而阻断了细胞内正常化反应和新陈代谢的进行。 三、国外对脉冲电场的应用研究 自从SaleAJH等发现高压脉冲电场有杀菌作用以来,许多研究者对此表现出浓厚的兴趣。HulshegerH等测定了不同电场强度和不同处理时间对液态食品中微生物的影响。1992年JayarametaS等应用高强度脉冲电场抑制短乳杆菌,得出细胞破坏是由于强电场导致的细胞壁破裂的结论。Elez-MartínezP等对果汁中的啤酒酵母用高压脉冲电场进行处理,对产生高压脉冲电场的参数(电场宽幅,处理时间,脉冲极性,频率,脉冲宽幅)进行了评价,并且与巴氏消毒法进行了比较。结果表明,高压脉冲电场对啤酒酵母的杀灭很有效。GarcíaD等对两株革兰阳性菌(枯草芽孢杆菌和李斯特菌)和6株革兰阴性菌(2株大肠埃希菌,1株假单胞菌,2株沙门菌,1株小肠结肠炎耶尔森菌)用脉冲电场处理后的亚致死情况的检测,发现革兰阳性菌在pH7.0的情况下对脉冲电场具有一点抵抗力,而革兰阴性菌在pH4.0的情况下对脉冲电场的抵抗力更大一些。 GómezN等对苹果汁中的李斯特菌在不同pH的条件下进行了脉冲电场杀灭研究。结果表明,在低pH、高压脉冲电场的条件下对李斯特菌杀灭效果很好。Sobrino-LópezA等对金黄色葡萄球菌通过一种表面应答反应方法进行高压脉冲电场处理。研究中将金黄色葡萄球菌悬于牛奶之中,采取不同的脉冲数,不同的脉冲宽度,不同的脉冲极性。研究发现,脂肪的含量与葡萄球菌的杀灭没有太大的关系,双极脉冲杀灭葡萄球菌的效果要优于单极。在持续脉冲放电的情况下,短而高的脉冲杀菌效果要优于长而低的脉冲。PerniS等将大肠埃希菌K12血清型和鼠伤寒沙门菌在一个电场强度为100kV/cm、30脉冲/s、每次32ms、总共持续300s的条件下进行处理。然后在培养基上进行培养,大肠埃希菌减少了2个数量级,而鼠伤寒沙门菌减少了1个数量级。在对处理后的活菌进行计算,仅仅只有1%的细菌没有受到破坏。GachovskaTK等对苹果汁中的大肠埃希菌通过高压脉冲电场和紫外线交替进行杀菌,结果表明,二者交替使用对大肠埃希菌具有很好的抑制作用。LeeMH等对200g/L的盐水和9g/L的生理盐水中的李斯特菌用12V电流,1个脉冲完全灭活菌在3ms内完全灭活。电镜观察表明,盐水中的单核细胞结构破坏,说明AHVP对盐水或生理盐水中的李斯特菌灭活是迅速和有效的。BurdgeJJ等用高压脉冲电场对因糖尿病而引起下肢损害进行辅助性的治疗。对30名糖尿病病人45处溃疡经过14 .2周的治疗,结果35处的溃疡得到了治愈。NuccitelliR等用高压脉冲电场对17只动物黑色素瘤引起肿瘤供血障碍的患者进行了治疗,经过47d的治疗后,在未来的4个月,这些黑色素瘤没有出现复发现象。 四、展望 高压脉冲电场杀菌的特点,特别符合疫苗制备过程中抗原灭活。但是到目前为止,国内外还没有这方面的相关报道。如果利用高压脉冲对病原体进行灭活后仍然具有免疫力,那么这将有可能会对抗原的灭活技术带来一场革新。因为利用脉冲电场杀菌具有很多优点:①时间短。
高压脉冲电场杀菌效果的F 值理论研究 方 婷 龚雪梅 余林林 陈锦权 * （福建农林大学食品科学学院 福州350002） 摘要 有关高压脉冲电场杀菌动力学方面的研究颇多，但至今仍未有一种衡量高压脉冲电场杀菌效果的统一 方法。本文参考热力致死时间F 值的概念，提出电场强度致死时间F 值，在电场强度与微生物致死时间之间建立关系模型。提出高压脉冲电场F 值理论，并以F 值作为衡量高压脉冲电场杀菌效果的指标。以大肠杆菌 O157：H7为目标菌，研究其F 值，探究不同电场强度下微生物的致死时间，为衡量不同电场设备杀菌效果提供 一定的理论依据。关键词高压脉冲电场；F 值；致死率；数学模型 文章编号 1009-7848（2010）05-0106-07 高压脉冲电场杀菌时间短，杀菌温度低，能够很好地保存食品的营养成分[1-3]，而不使营养成分发生改变，产生自由基物质。其具有处理均匀，环保等优点，已成为国际食品科技界最为活跃的研究领域[4-5]。 近几年，随着对高压脉冲电场中微生物失活研究的深入，越来越多的数学模型为许多研究人员接受。大量的实验数据也证明了这些模型和实际数据之间有很高的相关性。微生物的失活数学预测模型是高压脉冲电场处理领域的前沿理论之一，也是食品危害分析和关键控制点理论的重要组成部分[6]。通过这些模型，设备加工者和食品加工者可以预测并控制食品的安全和货架期。国内外研究人员在高压脉冲电场使微生物失活层面做了大量的研究工作，提出多种复杂的模型与公式，其中一些描述微生物失活的基础模型主要侧重一级动力学关系。在文献方面有侧重电场强度的 H ülsheger 、Peleg 模型，侧重作用时间的Bigelow 、H ülsheger 、Weibull 单变量的数学模型以及同时考虑电场强度和作用时间的H ülsheger 双变量数学 模型[7-12]。 因各研究团队的研究方法及实验设备等不 同，故至今杀灭微生物没有一种目标菌和一个参考电场强度。换言之，没有统一的衡量杀菌效果的指标，无法实现标准化的高压脉冲电场杀菌效果。本文以热力致死时间F 值为理论基础，将其引入高压脉冲电场杀菌技术中，旨在建立电场强度致死时间，以此作为衡量杀菌效果的统一指标。 1材料与方法 1.1材料 1.1.1微生物菌种菌种：大肠杆菌O157：H7。 1.1.2 培养基 头孢克肟-亚碲酸钾-山梨醇麦康 凯（CT-SMAC ）培养基，市售。将配制好的1000 mL 山梨醇麦康凯琼脂冷却至50℃，加入混合添加剂（亚碲酸钾2.5mg ，头孢克肟0.05mg ），混匀，分装烧瓶，用于致病性大肠杆菌O157：H7培养。1.2 实验设备 高压脉冲电场杀菌设备，自制；蠕动泵（YZ1515X ），保定兰格恒流泵有限公司；隔水式恒温培养箱（GSP9160BE ），上海博迅事业有限公司医疗设备厂；单人双面净化工作台（SW-CJ-1F 型），苏州净化设备有限公司；电热恒温水浴锅（DK-S22型），上海精宏设备有限公司；手持式电桥（MIC4070D ），台湾茂迪电子器件公司。 1.3实验方法 1.3.1微生物的培养与测定将大肠杆菌O157：H7进行活化，斜面保存。用接种环将细菌接入50 收稿日期：2009-12-04 基金项目：福建省自然科学基金项目（No.2009J05112）作者简介：方婷，女，1981年出生，讲师通讯作者：陈锦权 Vol．10No．5Oct ．2010 Journal of Chinese Institute of Food Science and Technology 中国食品学报 第10卷 第5期 2010年10月
常用杀菌方式汇总 1、超高压杀菌技术 食品超高压杀菌(高静水压杀菌)就是食品物料以某种方式包装完好后，放入液体介质(通常是食用油、甘油、油与水的乳液)中，100～1000MPa压力下作用一定时间后，使之达到灭菌的要求。 其灭菌的基本原理就是压力对微生物的致死作用，主要是通过破坏细胞膜抑制酶的活性和影响DNA等遗传物质的复制来实现的。在400～600MPa的压力下，可以杀灭细菌、酵母菌、霉菌，避免了一般高温杀菌带来的不良变化，因此，能更好地保持食品固有的色、香、味，达到延长保存期的效果。 2、低温杀菌 低温杀菌是对食品中存在的微生物进行部分杀菌的加热方法。通常使用100℃以下的温度。由于低温杀菌后，食品中的菌残存较多，为了延长产品的货架期，再使用冷藏、发酵、加入添加剂、脱氧等加工技术。 该法主要适用于pH4.5以下的酸性食品及采用较强加热处理会明显导致品质降低的食品。在近几年，对牛奶及保存期较短的商品也采用该法。 3、巴氏杀菌法 巴氏杀菌是指温度比较低的热处理方式，一般在低于水沸点温度下进行。它是一门古老的技术，由19世纪法国医生巴斯德首创，至今仍有一定的应用价值。 巴氏杀菌是最早的杀菌方法，利用热水作为传热介质。杀菌条件为61～63℃，30min，或72～75℃，10～15min。加热时应注意物料表面温度较内部温度低4～5℃； 此外，当表面产生气泡时，泡沫部分难以达到杀菌要求。这种杀菌方法，由于所需时间长，生产过程不连续，长时间受热容易使某些热敏成分变化，杀菌也不够理想。目前在大中型食品厂中已很少采用。 4、超高温瞬间杀菌 超高温杀菌简称UHT杀菌。一般加热温度为125～150℃，加热时间2～8s，加热后产品达到商业无菌要求的杀菌过程称为UHT杀菌。这种杀菌方法，能在瞬间达到杀菌目的，杀菌效果特别好，几乎可以达到或接近灭菌要求，而引起的化学变化很小。 它具有提高处理能力、节约能源、缩小设备体积、稳定产品质量，并可实行设备原地无拆卸循环清洗。高恒温杀菌：杀菌釜、八宝粥等 5、微波杀菌技术
高压脉冲电场技术在中药提取中的应用前景 摘要：目前我国中药的提取技术普遍较为落后，存在着浪费和效率不高的问题，近年来众多的新技术被运用到了中药的有效成分中来，为中药的提取展开了新思路，主流的有CO2超临界萃取，膜过滤，微波提取，超声波提取等。高压脉冲电场（PEF）技术原用于灭菌，近年来国内外众多的科研人员将其运用到了成分的提取上，显示出了巨大的优越性，本文着眼于该技术在中药成分提取上的应用，以期为中药的高效提取出一份力。 关键词：高压脉冲电场（PEF）中药成分提取前景 在中医药现代化的大背景下，对中药的有效成分的研究应运而生，通过研究，探明有效成分的的化学机构、物理化学性质、提取、分离、检识、结构鉴定或确定、生物合成途径和必要的化学结构修饰或改造，以及有效成分的结构与中药药效之间的关系等。有效成分的类型主要有：糖类、苷类、醌类化合物、苯丙素类化合物、萜类和挥发油、黄酮类化合物、生物碱、甾体类化合物、三萜类化合物、鞣质等。提取是用适当的溶剂（一般为水或乙醇）把固体药材中的有效成分溶解出来，这类单元操作在化工上叫固液提取。一般固液提取可分为化学提取、洗涤提取、扩散提取三种类型。中药的提取情况比较复杂，三种类型都可能涉及，其中以扩散提取最为主要，因此，中药提取过程实质上就是以扩散机理为基础，溶质由固相传递到液相中的传质过程。强化中药提取的传质过程，无疑是提高提取效率的最佳途径。对有效成分的提取方法主要有溶剂提取法（包含煎煮法、浸渍法、渗漉法、回流法等），水蒸气蒸馏法，超临界流体萃取法等。传统的提取方法存在着成本高，效率低，提取缓慢等缺
点，为了克服这些缺点，近年来相继有众多的新技术运用到这一领域中来，如超临界流体提取技术、半仿生提取技术、超声波提取法、微波提取法等，这些新的技术显示出了传统提取方法所不具备的巨大优越性，降低了成本，提高了效率，对于热敏性的成分的提取优势更是明显。 高压脉冲电场（High Intensity Pulsed Electric Field, 简称PEF或HPEF）是把液态食品作为电解质置于容器内，与容器边缘的两个放电电极通过高压电流，产生电脉冲进行加工的方法。[1]PEF可在瞬间使被处理细胞的细胞壁和细胞膜电位混乱,改变其通透性,甚至可击穿细胞壁和细胞膜,使其发生不可逆破坏,造成细胞新陈代谢紊乱,细胞中生长的必需组分流出,因此成为回收细胞有用物质的理想途径。[2]（图1）电场的穿孔可分为以下三个阶段：①非电场穿孔阶段：脉冲强度远远小于临界电场强度，电场不能在细胞膜上形成纳米级的微孔； ②电场穿孔阶段：电场强度大于临界电场强度，细胞内外的物质可以通过被穿破的微孔自由交换；③饱和阶段：稳定的状态，即使电场强度的增加，也不会细胞膜的透过性增加。在这个阶段，细胞会被破坏。电场强度越大，细胞的被破坏程度越大。[3] PEF最初是用于牛奶灭菌的，随着研究的深入，该技术得到了不断的完善，90 年代美国华盛顿州立大学研究出了较为成熟的仪器，并申请了专利。 图1.透射电子显微镜下未经电场处理和电场处理以后的橙汁中短乳杆菌
2013年10月轻工科技 LIGHT INDUSTRY SCIENCE AND TECHNOLOGY 高压脉冲电场（pulsed elect ric f ield,简称PEF ）处理是对两电极间的流态物料反复施加高电压的短脉冲（典型为20~80kV/cm ）进行处理的过程[1]，它在食品加工过程中主要作为一种非热处理的食品保藏方法，目前已成为食品杀菌与钝化酶活性研究中最为活跃的技术之一。国内自20世纪90年代后期开始开展PEF 相关方面的研究[2]。将PEF 用于食品加工的主要有中国农业大学的廖小军、胡小松等，吉林大学的殷涌光，江南大学的赵伟、杨瑞金等，华南理工大学的曾新安及福建农林大学的陈锦权等人。有关PEF 在食品杀菌、钝化酶活性等方面应用的文献综述较多，本文将着重对PEF 技术在对食品物质特性的影响、目标成分提取、食品风味、及食品冷冻处理等方面的应用研究新进展进行分类综述，以期能够为PEF 技术在食品加工中的广泛应用提供一定的参考。 1高压脉冲电场对食品物质特性的影响 对于一项有望用于食品工业生产的灭菌技术而言，在保证 良好的灭菌效果时，还应尽量保留食品中的营养物质[7]。Vc （维生素C ）是果蔬汁饮料中一项十分重要的质量和营养指标。因此，研究高压脉冲电场对Vc 的影响可以为高压脉冲电场的在果蔬汁加工中的应用提供一定的理论基础。刘克放等[3]采用自行研制的高强脉冲电场处理设备研究了脉冲场强、流速和电导率对橙汁中维生素C 含量的影响情况。发现：304μs/cm 电导率的橙汁中Vc （维生素C ）的含量随着流速的降低而降低，25kV/cm 场强下，流速为10mL/min ，Vc 降到76.47%；Vc 含量随着脉冲场强和电导率的增大而减小，25kV/cm 场强下，流速为20mL/min ，1054μs/cm 电导率的橙汁中Vc 降到最低为47.60%，但仍高于热处理后的果汁。这就说明，果蔬汁经PEF 处理后，与传统的热处理技术相比，品质更好，其风味更接近于原汁。 在蛋制品的加工过程中，蛋清蛋白的溶解度、乳化性、起泡能力及泡沫稳定性往往是重要的质量指标。张铁华等[4]的研究表明，蛋清蛋白的溶解度在脉冲电场强度大于35kV/cm 时下降；蛋清蛋白的乳化性、起泡能力、泡沫稳定性及疏水性先随脉冲电场强度增加而增大，但当脉冲电场强度大于30kV/cm 后，蛋清蛋白的乳化性、起泡能力、泡沫稳定性及疏水性下降；随着脉冲电 场数的增加，蛋清蛋白的溶解度、乳化性、起泡能力、泡沫稳定性及疏水性变化不显著，说明高压脉冲电场对蛋制品的质量影响较小。 2高压脉冲电场在提取方面的应用 生物材料的细胞破壁状况直接影响天然产物的提取率，传 统的破壁方法有物理法、化学法和生物法[5]。高压脉冲电场用来提取生物物质，其机理是对两极间的物料施加高压短时脉冲，物料中的极性物质在电场的作用下高速向电极方向运动，造成细胞膜电位混乱，细胞壁和细胞膜发生可逆或不可逆的破坏，从而使细胞内组分流出[6]。高压脉冲电场处理由于处理的时间短、能耗低、物料的温度不会升高，不会引起目的产物变性，因此，已广泛用于糖、酚类、蛋白质、油脂、天然色素、碱、黄酮等多类物质的得取。 陈玉江[7]等以高压脉冲电场为处理手段，以蛋黄卵磷脂为研究对象，以丙酮不溶物比率为衡量指标考察了高压脉冲电场对卵磷脂提取率的影响，得到了利用高压脉冲电场提取卵磷脂的最优工艺参数为脉冲数35个，电场强度20kV ，助剂浓度18ml/g 。殷涌光[8]通过单因素试验和正交试验得出了提取苹果渣果胶的最佳工艺参数:电场强度为15kV/cm 、pH 值为3、脉冲数为10、料液比为1∶19、温度为62℃，该条件下苹果渣果胶得率最高为14.12%。将该技术与酸提取法、草酸铵法、超声波提取法、微波提取法进行了对比研究，发现高压脉冲电场方法是最为有效的提果胶的方法。 取罗炜等[9]以红莓为实验材料,研究了PEF 辅助提取法对红莓中花青素提取率的影响,并考察了在提取过程中PEF 对花青素的降解作用。实验发现：PEF 处理破坏了红莓果细胞的细胞膜，增大了细胞膜的通透性，从而增大了花色苷由细胞内向细胞外的传质过程，有效地提高了花色苷的提取率，并缩短了提取时间，提取率随着处理脉冲个数的增加而增大。在提取过程中，PEF 对目标提取物Cy232glu 具有显著的降解作用，且降解作用随着处理场强的增大及处理脉冲个数的增多而增大，PEF 处理后的Cy232glu 与对照样品具有相似的光谱特征，但在519nm 处的吸收降低，333nm 处的吸收稍有增大，这表明PEF 处理使得 【作者简介】潘志民（1977-），男，广东曲江人，质量工程师，研究方向：肉制品与调味品。 我国高压脉冲电场技术在食品加工中的研究进展 潘志民1，刘晓艳2，叶思平2，刘艳芬 1 （1.鹤山市东古调味食品有限公司，广东鹤山529738；2.仲恺农业技术学院轻工食品学院，广东广州510225） 【摘 要】高压脉冲电场已成为目前食品杀菌与钝化酶活性的非热处理研究中最为活跃的技术之一。通过总结归纳高压脉 冲电场对食品物质特性和风味的影响，以及在提取、冷冻处理方面的应用，提出用PEF 生产存在的问题，以期为PEF 技术的深入研究与广泛应用提供参考。 【关键词】高压脉冲电场；食品加工；应用；质量控制【中图分类号】TS205【文献识别码】A 【文章编号】2095-3518（2013）10-21-02 21
高压脉冲电场（ＰＥＦ）技术对食品杀菌的研究 摘要:高压脉冲电场技术是一种低能耗、高效率的食品加工技术, 在杀菌方面, PEF 技术表现出良好的应用前景。文章概述了关于PEF技术的一些理论和研究成果,指出了其与热杀菌相比的优势以及待解决的问题。 关键词:高压脉冲电场技术;食品;杀菌 杀菌是食品生产中的一个非常重要的环节,杀菌的好坏直接影响着食品的品质量。传统的热力杀菌技术对一些产品特别是热敏性产品的色、香、味、功能性以及营养成分等具有破坏作用。为满足消费者对营养、原汁原味、不含防腐剂、天然安全的要求,高压脉冲电场技术倍受瞩目。高压脉冲电场(PEF)用于食品杀菌, 从20世纪60年代在美国就已开始研究, 并逐渐扩大到工业应用,进入90年代中后期我国开始进行这方面的研究,但由于设备的限制,研究水平已经相对比较落后,特别是在产业化方面。该项新技术设备的投入相对较高、处理量少、但产品品质较好。而且与传统热力杀菌相比,非热力技术在能耗方面有着明显的优势,可以节约一定的能源,体现了一定的经济效益。 1高压脉冲电场技术的现存理论 高压脉冲电场的杀菌原理是在两个电极间产生瞬时高压脉冲电场作用于食品而杀菌的。其基本过程是用瞬时高压处理放置在两极间的低温冷却食品。高压脉冲电场杀菌机理经过40年的探讨,形成了以下几个代表性的观点:①“细胞膜穿孔效应”理论;②电解产物理论;③臭氧效应理论。 2高压脉冲电场技术相比于热杀菌的优点 ①灭菌效果好,速度极快。更有效的杀灭食物中的酶及微生物,高电压脉冲灭菌法可达到杀菌6个数量级以上。且食品实际接受脉冲电场作用的时间在毫秒以内,整体灭菌工序操作时间在数秒以内,而巴氏灭菌法的灭菌时间较长,二者的灭菌速度有很大的区别。高电压灭菌法是通过瞬间的电场强度变化,使菌体死亡,从而使对人体有害的菌类等物质被杀灭,或失去活性。且完成消毒过程之后即可进行封装,不需冷却,相比于巴氏杀菌更加高效。②杀菌温度低,处理均匀。高电压脉冲灭菌法能更有效的保存食物中的营养成分。在电场中各部分的物料均受到了相同大小场强的处理。若物料不预先进行降温处理,假设初始温度在25℃左右,处理后的物料温度低于55℃,完全处于对物料的营养和风味进行充分保护的“冷处理”范围,产热少,副产物少,对食品的化学成分、外观及风味等基本无影响。所以就这一点来说,高电压灭菌法所达到的效果是传统灭菌法所远不能及的。③不会产生