高压脉冲电场（PEF)技术对食品杀菌的研究

余南静，秦建华，吴玉玲

余南静，秦建华，吴玉玲

（南京农业大学食品科技学院，南京210095）

作者简介:余南静、秦建华、吴玉玲,南京农业大学食品科技学院。

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。本文概述了关于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：当外加电场作用于细胞时，食品微生物的细胞膜在其作用下，诱导产生横跨膜电位。当整个膜电位达到极限值(约为lV)时，膜破裂，使膜结构变成无序状态，形成细孔，渗透能力增强。因此，细胞的可渗透性可以依据外加电场强度的加强而增加。

②电解产物理论：在电极点施加电场时，电极附近介质中的电解质电离产生阴离子，这些阴阳离子在强电场作用下极为活跃，穿过在电场作用下通透性提高的细胞膜，与细胞的生命物质如蛋白质、核糖核酸结合而使之变性。

③臭氧效应理论：在电场作用下液体介质电解产生臭氧，在低浓度下臭氧已能有效杀灭细菌。

2高压脉冲电场技术相比于热杀菌的优点

2.1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。

2.2杀菌温度低，处理均匀，对食物的营养成分保存效果好

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。

2.3不会产生对人体有害的自由基物质，节省能源，不污染环境

食品中含有的某些营养素及酶类物质，经氧化后会成为自由基的产生来源之一。自由基在很多的情况下对人体有损害作用。实验发现，高压脉冲电场处理后不会产生对人体有害的自由基物质。节省大量由热杀菌所耗费水资源及其他能源，且对环境无污染，无二次污染及三废问题

3PEF技术存在的问题

3.1杀菌机理不确定

现存的理论不能完全解释静电场除了热效应以外与脉冲电场在非热效应方面的差异;不能完全解释矩形波脉冲、振荡型脉冲、指数衰减型脉冲作用差异的本质原因;虽然从理论上给出了脉冲电场幅值的范围，却未能给出脉冲宽度和脉冲频率的限定值。

3.2非热效应的机理没有统一的解释

非热效应究竟是一种效应的结果，还是几种效应同时存在的综合结果;微波、脉冲电场以及工频电磁场非热效应有无本质上的差异等。

3.3硬件系统设计、建造技术比较困难

良好的高压脉冲处理系统是高压脉冲电场杀菌技术得以应用的前提，高压脉

冲处理系统设计的关键是脉冲发生器和处理室的设计。研制大功率的高压方波脉

冲电源技术还不是很成熟，处理室结构的优化设计还缺乏相应的理论指导。

4结束语

高压脉冲电场技术是一个综合性的领域,是微生物学、食品化学、食品工程学等的结合。此技术设备的投入相对较高、处理量少、但产品品质较好，特别适合高附加值的稳定性差的产品，预想随着技术的日益完善与发展，将有极大的应用前途。

参考文献：

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[3]杜存臣，颜惠庚.高压脉冲电场非热杀菌技术研究进展[J].现在食品科技，2005，21．

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