高压脉冲电场杀菌资料
高压脉冲电场杀菌
上个世纪 60 年代，Sale 和 Hamilton 等学者率先 对 PEF 灭菌技术进行了研究，并通过实验证明了 PEF 的非热效应。
80 年代以后，Hulsheger、Zimmermann 等学者对 PEF灭菌机理做了进一步探讨，并研制出了小型试 验设备。
90 年代后，华盛顿州立大学研制出了较为成熟的 设备，并获得了专利。Zimmermann 等人还对指 数衰减脉冲波、振荡脉冲波和矩形脉冲波的灭菌 效果做了对比研究，发现矩形脉冲波的作用效果 最好。
李迎秋等研究了高压脉冲电场对大豆 分离蛋白功能性质的影响。结果表明 随着脉冲强度和脉冲处理时间的延长 ，大豆分离蛋白的溶解度、乳化性、 起泡性及疏水性都增加。高压脉冲电 场使大豆分离蛋白疏水性和巯基含量 发生了改变，说明高压脉冲电场对大 豆分离蛋白的疏水相互作用和二硫键 有一定的影响。
张鹰等用脉冲电场处理脱脂牛乳，结果 使游离氨基酸含量增加而乳糖含量没有
高压脉冲电场保鲜技术主要是利用强电场进行杀菌,它可以 克服加热杀菌方法引起的蛋白质变性和维生素破坏,因而较 好地保证食品原有的营养成分和原有的风味实验已证明高压
脉冲电场对液体食品中的酵母、各类革兰氏阴性菌、革兰氏 阳性菌细菌袍子等菌类有明显的抑制作用,同时,处理没有对 食品的感官质量造成任何影响，而且处理过程温升小,耗能 低, 以近几年来对高压脉冲电场技术在液体食品杀菌保鲜的 研究进展较快,具有较好的工业前景,正向商业化发展
高压脉冲电场技术
高压脉冲电场技术高压脉冲电场技术是一种致力于改善传统食品加工技术的新兴技术。
它通过瞬间加大电场强度使食品被暂时性地电离，从而达到杀菌的目的。
这个技术主要用在食品加工行业，被广泛应用于生产果蔬汁、纳米乳化剂、大豆乳、海鲜和肉类等各种食品。
高压脉冲电场技术相对于传统的热处理技术，具有许多优点。
它能够有效地杀死微生物，同时又不会对营养成分产生影响，且不会产生任何化学残留物。
同时，这个技术的加工温度非常低，不会影响食品的风味和口感，从而保持食品的原汁原味。
在这个技术中，食品先被放在脉冲电场极板之间，然后用高压脉冲电场进行处理。
电场强度可以根据不同的食品种类而进行调整，从而达到最佳的杀菌效果。
杀菌的机理是电场的作用让细胞膜电压发生变化，使其失去完整性从而杀死细菌。
与传统的热处理技术不同，高压脉冲电场技术不需要使用任何化学剂或者其他杀菌方法来达到杀菌的目的。
因此，这种技术非常适合用于生产新型食品和有机食品。
这种技术使得杀菌效果更高，同时也更加快捷、节约能源。
目前，全球许多著名的食品加工企业都已经开始采用高压脉冲电场技术，从而提高其生产效率和产品质量。
这种技术还可以用于其他领域，例如储存、加工和消毒等等。
虽然高压脉冲电场技术在食品加工行业中具有广泛应用前景，但是目前还面临一些挑战。
例如，技术的成本相对较高，需要进行大量的研发和工程设计。
此外，还需要考虑到食品加工中的新兴问题，例如如何使用这个技术产生的高压脉冲电场保证食品的安全性。
总的来说，高压脉冲电场技术是一个相对新兴的技术。
它可以有效地杀菌，而且不会对营养成分产生任何影响，同时还能保持食品的原汁原味。
这个技术还具有很多潜力，可以用来生产新型食品和有机食品等等，为食品加工行业带来更大的创新和发展。
高强度脉冲电场灭菌
4 非加热物理灭菌方法
种类
电场灭菌 磁场灭菌 光脉冲灭菌 高压灭菌 真空灭菌
二 电场灭菌的原理及装置
1 原理 将液态食品作为电介质置于高强度脉
冲电场中，食品中微生物的细胞膜在强电 场的作用下被击穿，产生不可修复的破裂 或穿孔，使细胞组织受损，导致微生物失 活.
在强电场作用下，细胞膜两表面堆积 的异号电荷相互吸引，引起膜的挤压.
最佳的灭菌效果的综合考虑：
对象菌的种类 场强的大小 电场形状设计 灭菌时间长短 食品的酸碱度调节等
该技术很可能取代传统的灭菌方法，给食品 的灭菌工艺带来一场变革.
美国基于该技术的一无菌罐装生产线，处理能力 2 000 l/h.
参考文献
1 陈 健. 高强度脉冲电场用于液态食品的杀菌. 物理. 1997(11) : 688 ~ 689
高强度脉冲电场 用于液态食品的灭菌
一 食品的灭菌与灭菌方法
1 食品的灭菌 运用各种手段杀灭食品中的有害微生
物，从而保持食品的品质并达到Fra bibliotek定的保 藏期.
2 常用灭菌方法 巴氏灭菌、阿佩尔灭菌、 化学药剂灭菌、辐射灭菌等
3 加热灭菌的方法 加热使食品中腐败菌内的蛋白质凝固变
性，导致细菌失活.
缺点: 食品受热后，发生物理或化学性 质的变化，造成其色、香、味、组织结构 的改变及营养价值的下降，产生各种褐变 反应及酸败，维生素受破坏等.
Co-axial cylinders
食品 出口
电极
电极
Bushnell et al. 1991 US Patent 5,048,404
几种灭菌容器的电场设计
食品 入口
Co-axial cones
食品 出口
高压脉冲电场杀菌
尽管高压脉冲电场杀菌技术在 食品工业中具有广泛的应用前 景，但也面临着一些挑战和问 题
首先，高压脉冲电场杀菌技术 的设备成本较高，且操作和维 护具有一定的复杂性，这可能 会限制其在中小型食品企业中 的应用。因此，需要进一步降 低设备成本和操作难度，以促 进该技术的广泛应用
其次，虽然高压脉冲电场杀菌 技术对食品的营养成分和活性 物质损伤较小，但仍然存在一 定的损失。因此，需要进一步 研究和优化参数设置，以减少 对食品营养成分和活性物质的 损失
除了直接对食品进行杀菌外，高压脉冲电场还可以与其他处理方法相 结合，如化学处理、物理处理等，以达到更好的杀菌效果。例如，将 高压脉冲电场与臭氧结合使用，能够显著提高杀菌效果，同时减少臭 氧的使用量
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Hale Waihona Puke 4结论结论
高压脉冲电场杀菌作为一种新 型的非热杀菌方法，具有操作 简单、对食品营养成分和活性 物质损伤小等优点，因此在食 品工业中得到了广泛应用。在 未来的研究中，需要进一步探 讨高压脉冲电场杀菌的机理和 最佳参数组合，以实现更高效 的杀菌和更好的食品品质保留。 ## 高压脉冲电场杀菌的挑战 与前景
高压脉冲电场杀菌的效果受到多个因素的影响 ，如电场强度、脉冲宽度、脉冲重复率、脉冲 形状、电极配置等。其中，电场强度是最重要 的因素之一，它直接决定了杀菌效果的好坏。 一般来说，电场强度越高，杀菌效果越好，但 同时也可能导致食品中营养成分和活性物质的 损失增加。因此，在选择电场强度时需要综合 考虑杀菌效果和食品的营养价值
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高压脉冲电场杀菌
高压脉冲电场(PEF)是一种新型的非热杀菌方法，因其 具有对食品营养成分和活性物质损伤小、操作简单等优
点，在食品工业中得到了广泛应用
脉冲电场杀菌应用
脉冲电场杀菌简介
脉冲电场杀菌是一种利用高压脉冲电场对微生物进行杀菌的技术，也称为电场灭菌技术。
该技术的原理是利用高压脉冲电场产生的电场能量，使微生物细胞膜受到损伤，导致细胞死亡。
脉冲电场杀菌技术具有以下优点：
1.杀菌效果好：脉冲电场能够对微生物进行全面、快速的杀灭，能够有效地杀灭细菌、真菌、病毒等微生物。
2.杀菌速度快：脉冲电场杀菌的速度非常快，一般只需要几秒钟到几分钟的时间就能够完成杀菌过程。
3.对物品无损伤：脉冲电场杀菌过程中，电场能量只会作用于微生物细胞膜，不会对物品的物理性质产生影响。
4.无化学残留物：脉冲电场杀菌过程中，不使用任何化学杀菌剂，不会产生任何化学残留物，对环境和人体健康无害。
脉冲电场杀菌技术在食品、药品、医疗器械等领域都有广泛的应用。
例如：
1.食品加工：脉冲电场杀菌技术可以用于水果、蔬菜、奶制品等食品的杀菌处理，以延长其保质期。
2.药品生产：脉冲电场杀菌技术可以用于药品的杀菌处理，以确保药品的纯度和稳定性。
3.医疗器械：脉冲电场杀菌技术可以用于医用器械、手术器械等的杀菌处理，以确保器械的安全性。
4.水处理：脉冲电场杀菌技术可以用于水处理，以杀灭水中的细菌、病毒等微生物，保证水质安全。
总之，脉冲电场杀菌技术是一种非常有效的杀菌技术，具有广泛的应用前景。
高压脉冲电场杀菌
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在食品中的应用研究
高压脉冲电场对绿茶饮料杀菌的研究
（1）PEF对绿茶饮料杀菌具有非常明显的作用，单场强度和处理时 间是其杀菌效果的主要参数，随着电场强度和处理时间的增大，杀 菌效果越来越好。当电场强度达到40kV/cm时，杀菌效果非常显著， 处理时间为40µs时总菌数已经降低了2.7个对数值。
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在食品中的应用研究
高压脉冲电场对牛奶杀菌的研究. 高压脉冲电场对桃汁杀菌的研究. 高压脉冲电场对石榴汁杀菌的研究. 高压脉冲电场对黑莓汁杀菌效果的研究.
高压脉冲电场对绿茶饮料杀菌的研究.
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在食品中的应用研究
高压脉冲电场对牛奶杀菌的研究
室温条件下，电场强度为50 kV/cm，脉冲数对电场杀菌效果影 响较小，所以可以选用较小的脉冲 数。 2.微生物残留数与脉冲数大小的关系
有芽孢菌更易被杀灭，革兰氏阴性菌较阳性茵易 于被杀灭。相同条件下用电场灭菌，不同菌种存 活率由高到低为：霉菌、乳酸菌、大肠杆菌、酵 母菌
生长时期
处于对数生长期的菌体比处于稳定期的 菌体对电场更为敏感，PEF对处在稳定生长 期微生物的杀菌率低于处于对数生长期的微 生物
生长条件
培养基成分、温度、氧浓度对灭菌率 有影响，其机理尚不清楚，但在PEF中不 考虑这些因素将导致错误的结论
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高压脉冲电场杀菌机理
4.空穴理论
放电时，产生强 大的脉冲电流
高压通路，进 而形成气套
压力由气套传给 液体，形成强大 超声液压冲击波
空穴
放电终了瞬间，气套处形成空 穴，由于压力突然减小，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。
高压脉冲电场杀菌 PPT课件
提取
❖ 韩玉珠等人通过试验优化了用高压脉冲电场提取中国林蛙多糖的试验条件， 并与碱提取法、酶提取法以及复合酶提取法进行了比较。结果显示用0. 5％K 0 H 提取液，在电场强度为20K v/cm 和脉冲数6 s的条件下用高压脉冲电场提取林蛙 多糖的提取率最大为55．59%。比较高压脉冲电场提取法与碱法、酶法以及复合 酶法在林蛙多糖提取率、总糖含量方面的差异，高压脉冲电场提取的林蛙多糖提 取率和总糖含量均高于其他三种方法，其提取率是复合酶法的1．77倍，总糖含 量高于复合酶法6. 34%，且提取物中杂质少。 ❖ 文献来源：韩玉珠，殷涌光，李风伟等．高压脉冲电场提取中国林蛙多糖的研 究 食品科学， 2005 (9)： 337～339．
➢ 上个世纪 60 年代，Sale 和 Hamilton 等学者率先对 PEF 灭菌技术进行了研究，并通过实验证明了 PEF 的非热效应。
➢ 80 年代以后，Hulsheger、Zimmermann 等学者对 PEF灭菌机理做了进一步探讨，并研制出了小型试验 设备。
➢ 90 年代后，华盛顿州立大学研制出了较为成熟的 设备，并获得了专利。Zimmermann 等人还对指数衰 减脉冲波、振荡脉冲波和矩形脉冲波的灭菌效果做了 对比研究，发现矩形脉冲波的作用效果最好。
❖ 文献来源：殷涌光，赫桂丹，石晶．高电压脉冲电场催陈白酒的试验研 究 酿酒科技， 2005(12)：47 ~50
灭酶
❖ 1999年Yeom 在10℃环境下用PEF 连续作用于木瓜蛋白酶 后经24h，4℃冷藏，其活 性发生不可逆降低。Giner研究PEF对番茄中果胶甲基酯酶的抑制作用，在400 ×20 S、 24K v/cm 条件下，酶活性减少93．8％。H o、M ittal、C ross通过对食品中8种酶用带 极性的指数型高压脉冲处理，结果表明，α-淀粉酶、脂肪酶、葡萄糖氧化酶的失活率分 别为85％、85％、75％，而过氧化物酶、多酚氧化酶、碱性磷酸酶的失活率分别为30％、 40％、5％。此外， 还有多位学者研究了PEF 对牛奶中蛋白酶活性的影响。在国内，中 国农业大学的学者研究T PEF对辣根过氧化物酶以及果胶酯酶的活性及酶构象的影响效 果。
高压电脉冲杀菌技术
高压电脉冲杀菌技术
高压电脉冲杀菌技术是一种利用高压电脉冲的能量瞬间释放，对杀菌物体进行全面、快速、高效的杀菌方法。
其原理是利用电场和高压脉冲电流共同作用，瞬间形成高压与高温，造成细菌细胞膜破裂、细胞内部结构破坏，从而达到杀菌的效果。
高压电脉冲杀菌技术具有以下特点：
1. 高效杀菌：瞬间释放的高压电脉冲能量可以迅速破坏细菌细胞，有效杀灭细菌和其他微生物。
2. 快速处理：处理时间短，通常只需要几微秒到几毫秒即可完成杀菌过程，不需要长时间的处理过程。
3. 无化学残留：相比传统的杀菌方法，高压电脉冲杀菌技术不需要使用化学物质，避免了化学残留物对食品和环境的污染。
4. 不改变物质性质：在正确操作下，高压电脉冲杀菌技术可以保持被处理物质的风味、营养价值和质地。
5. 广泛应用：高压电脉冲杀菌技术可以应用于食品工业、饮料工业、药品工业、水处理等领域，对杀菌要求较高的产品具有较好的应用前景。
需要注意的是，高压电脉冲杀菌技术在应用中还存在一些技术难题，如处理规模化、设备成本和能耗等方面的挑战。
因此，目前在商业应用上还相对较少，但其在杀菌领域的潜力和前景备受期待。
《高压脉冲电场杀菌》课件
高压脉冲电场杀菌技术具有高效、无污染、无残留等优点，广泛应用于食品加工厂、医疗领 域和环境治理领域。
2. 高压脉冲电场的原理
1 高压脉冲电场的定义和特点
2 高压脉冲电场对细菌的杀伤机制
高压脉冲电场是一种特定脉冲形式下的 电场，具有高电压、短脉冲宽度的特点。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
高压脉冲电场通过破坏细菌细胞膜、 DNA和细胞内结构等方式，实现对细菌 的杀灭。
3. 高压脉冲电场杀菌技术的应用
1
食品加工厂的应用
高压脉冲电场杀菌技术被应用于食品加工厂的食品杀菌，保障食品的安全和质量。
2
医疗领域的应用
高压脉冲电场杀菌技术在医疗器械的消毒和无菌包装中发挥重要作用。
3
环境治理领域的应用
高压脉冲电场杀菌技术可用于水处理、空气净化等环境治理领域，有效杀灭细菌。
4. 高压脉冲电场杀菌技术的研究进展
《高压脉冲电场杀菌》 PPT课件
高压脉冲电场杀菌技术是一种创新的食品安全技术，通过高压脉冲电场对细 菌的杀伤机制，应用于食品加工厂、医疗领域和环境治理领域。本课件将详 细介绍该技术的原理、应用、研究进展及未来发展前景。
1. 介绍
什么是高压脉冲电场杀菌技术？
高压脉冲电场杀菌技术利用强电场冲击细菌，破坏菌体结构从而杀灭细菌。
2 可能存在的问题和解决方案
高压脉冲电场杀菌技术在应用过程中可能面临设备成本高、操作复杂等问题，需要继续 研究和优化解决方案。
6. 参考文献
• 相关学术论文和专业书籍
国内外研究现状及发展趋势
国内外学者积极进行高压脉冲电场杀菌技术的 研究，不断探索其应用于不同领域的潜力。
未来研究的方向和挑战
食品高新技术6 第六讲 电脉冲与磁脉冲杀菌技术
其他因素
包括处理室的形状,电解质的电导率,脂类的比例,有 没有加入抑制微生物生长的试剂,微生物的数量。但具体 影响的机理还有待于进一步研究。
五、脉冲杀菌技术的应用
磁脉冲数对大肠杆菌杀菌效果
磁脉冲强度对大肠杆菌杀菌效果
脉冲数对金黄色葡萄球菌杀灭效果
脉冲强度对金黄色葡萄球菌杀灭效果
（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。
2、脉冲磁场杀菌机理 磁场的感应电流效应
生物体对于磁场是可透过性的,微生物细胞在磁场下 运动时,如果细胞所做运动是切割磁力线的运动,就会导致 其中磁通量变化并激起感应电流,这个电流的大小、方向 和形式是对细胞产生生物效应的主要原因。此感应电流越 大,生物效应越明显。 当细胞处于脉冲场时,由于磁场的瞬间出现和消失,必 然在细胞内产生瞬变的磁通量。瞬变的磁通在细胞内激起 感应电流,此感应电流与磁场相互作用的力密度可破坏细 胞正常的生理功能。
指数形电容充放电法
图1 指数形电容充放电电路图 图2 指数形电容充放电波形示意图
R和 C1组成充电电路 ,C1、L和处理室组成放电电路。
指数形波形容易产生 但低于最高电压36.8%的电压无杀菌 作用，却使食品的温度升高，浪费能量，,这是其不利的一面。
矩形电容充放电法
图1 矩形电容充放电电路图 图2 矩形电容充放电波形图 在食品杀菌中，矩形波脉冲比指数形脉冲杀菌效果更好，对 细菌更有致命作用。相对于指数形高压脉冲发生器，方波脉冲 发生器的制作成本高且调试麻烦。
2、高压电场杀菌处理室
在高压脉冲电场杀菌技术研究之中 食品处理室的设 计又是一项关键性技术 ,处理室一般包括2个电极，彼此 之间由绝缘材料隔成。平行金属板、平行导线、同心圆柱 体、镀金棒等都可以作为电极的材料。 处理室又可分为静态和动态处理室
高压脉冲电场杀菌
高压脉冲电场杀菌2007-04-30 11:481 灭菌机理关于高压脉冲电场杀菌的机理，现有多种假说：主要有细胞膜穿孔效应、电磁机制模型、粘弹极性形成模型，电解产物效应、臭氧效应等，大多数学者倾向于认同电磁场对细胞膜的影响，并以此为基础对抑菌动力学进行探索。
细胞膜穿孔效应假说认为，细胞膜由镶嵌蛋白质的磷脂双分子层构成，它带有一定的电荷，具有一定的通透性和强度。
膜的外表面与膜内表面之间具有一定的电势差。
当细胞上加一个外加电场、这个电场将使膜内外电势差增大。
此时，细胞膜的通透性也随着增加，当电场强度增大到一个临界值时，细胞膜的通透性剧增、膜上出现许多小孔，使膜的强度降低。
此外当所加电场为一脉冲电场时，电压在瞬间剧烈波动，在膜上产生振荡效应。
孔的加大和振荡效应的共同作用使细胞发生崩溃，从而达到杀菌目的。
穿孔效应假说可以通过两种方法来证实，一是电子显微镜下的照片显示、酵母菌被处理后可以见到菌体上有明显的裂痕。
另一证据是检测杀菌前后菌液中的离子浓度c。
JayaMm对磷酸盐缓冲液中的乳酸杆菌进行高压脉冲电场杀菌，比较杀菌前后的阴离子浓度，发现在乳酸杆菌被杀灭后Cl-离子浓度高了很多。
由于实验排除了Cl-的其它来源、故而只能得出因为乳酸杆菌细胞膜破裂，细胞内物质外泄的结论。
电磁机制理论是建立在电极释放的电磁能量互相转化基础上。
电磁理论认为电场能量与磁场能量是相互转换的，在两个电极反复充电与放电的过程中，磁场起了主要杀菌作用，而电场能向磁场的转换保证了持续不断的磁场杀菌作用。
这样的放电装置在放电端使用电容器与电感线圈直接相连、细菌放置在电感线圈内部，受到强磁场(场强6．87特斯拉，功率16KJ)作用。
粘弹极性形成模型认为，一是细菌的细胞膜在杀菌时受到强烈的电场作用而产生剧烈振荡，二是在强烈电场作用下，介质中产生等离子体，并且等离子体发生剧烈膨胀，产生强烈的冲击波，超出细菌细胞膜的可塑性范围而将细菌击碎。
电解产物理论指出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。
高压脉冲电场杀菌技术
高压脉冲电场杀菌技术1. 引言高压脉冲电场杀菌技术是一种利用高压脉冲电场对微生物进行杀灭的新型技术。
它具有高效、快速、无污染等优点，被广泛应用于食品工业、医疗卫生、环境保护等领域。
本文将详细介绍高压脉冲电场杀菌技术的原理、应用以及未来发展方向。
2. 原理高压脉冲电场杀菌技术利用高压脉冲电场对微生物细胞进行作用，使其失去活性并死亡。
其原理主要包括两个方面：电击穿效应和细胞内外环境改变。
2.1 电击穿效应当微生物细胞受到高压脉冲电场作用时，会产生局部强烈的电场。
当电场强度超过微生物细胞的耐受范围时，会导致细胞内外的离子平衡紊乱，使得细胞膜发生破裂，引起细胞死亡。
2.2 细胞内外环境改变高压脉冲电场作用还会改变微生物细胞内外的环境，包括细胞膜通透性的增加、DNA断裂、酶活性的失活等。
这些环境的改变会导致微生物细胞无法正常进行代谢活动，最终导致细胞死亡。
3. 应用高压脉冲电场杀菌技术在食品工业、医疗卫生、环境保护等领域有着广泛应用。
3.1 食品工业在食品工业中，高压脉冲电场杀菌技术可以替代传统的热处理方法，对食品进行杀菌。
相比传统方法，高压脉冲电场杀菌技术能够更好地保留食品的营养成分和口感，并且无需添加任何化学物质，对食品质量没有负面影响。
3.2 医疗卫生在医疗卫生领域，高压脉冲电场杀菌技术可以用于消毒器械、医疗设备以及手术室等场所的清洁。
相比传统的消毒方法，高压脉冲电场杀菌技术具有更高的杀菌效果，并且可以在较短时间内完成消毒工作，提高了医疗设施的使用效率。
3.3 环境保护在环境保护方面，高压脉冲电场杀菌技术可以用于处理废水和废气中的微生物。
通过对废水和废气进行高压脉冲电场处理，可以有效地杀灭其中的微生物，减少对环境的污染。
4. 发展方向随着科技的不断进步，高压脉冲电场杀菌技术还有很大的发展空间和潜力。
4.1 技术改进目前高压脉冲电场杀菌技术仍存在一些问题，例如设备体积大、能耗较高等。
未来可以通过技术改进来解决这些问题，使得高压脉冲电场杀菌技术更加便捷、节能。
高压脉冲电场杀菌技术在食品保鲜中的应用研究
高压脉冲电场杀菌技术在食品保鲜中的应用研究随着科技的发展，高压脉冲电场杀菌技术也逐渐走进了人们的生活，应用于食品保鲜中。
那么，高压脉冲电场杀菌技术到底是什么？它的工作原理是怎样的？又有什么优点和应用前景呢？本文将对这些问题进行探讨。
一、高压脉冲电场杀菌技术的定义与原理高压脉冲电场杀菌是一种非热处理的新型杀菌技术。
利用高电压电场的作用，通过短时间内的强电场冲击，破坏菌体胞膜，导致微生物的死亡。
由于高压脉冲电场的处理是在常温下进行的，因此相对于热处理杀菌技术而言，它不会对食品的口感、色泽、香味等产生影响。
当电压达到一定强度时，高压脉冲电场的强电场将会破坏电场中微生物菌体的胞壁和细胞膜等细胞成分，使得细胞内部电位和外部电位不再一致，导致胞内液体分子的渗漏和蛋白质的变性，使菌体失去生长和繁殖的能力。
因此，高压脉冲电场杀菌技术可以用来控制食品被细菌、真菌、酵母等微生物污染的程度或者达到食品无菌状态。
二、高压脉冲电场杀菌技术的优点高压脉冲电场杀菌技术相比传统的热处理杀菌、紫外线杀菌等技术有以下优点：1、保持食品的原始营养成分和特性，达到保鲜的效果同时不影响食品口感。
2、对菌体杀灭率高，可以在短时间内实现高效杀菌。
杀菌率可达 99%以上。
3、高压脉冲电场处理食品时，食品不会发生形态、质量和性状上的变化。
而热处理时易发生大量水分蒸发，使食品变质和失去原有品质，且仅能在较高的温度下进行。
4、高压脉冲电场杀菌处理在常温下进行，不需要预热或降温，操作简单且节能环保。
三、高压脉冲电场杀菌技术的应用前景目前，高压脉冲电场杀菌技术已经应用到食品、药品、化妆品和环保等领域。
在食品保鲜中，高压脉冲电场杀菌技术的应用道路也在逐步拓宽。
以葡萄酒为例，食品中的微生物主要是酵母和乳酸杆菌，这些微生物可能会改变葡萄酒的口感和品质，导致葡萄酒变质。
高压脉冲电场杀菌技术便可以避免上述问题的出现，同时达到保鲜效果。
此外，高压脉冲电场杀菌技术的应用还可以涉及到带壳水产品、干果及花卉等领域。
高电压脉冲灭菌技术
高电压脉冲灭菌技术一、背景介绍高电压脉冲灭菌技术，是一种利用高压电场对微生物进行杀灭的新型灭菌技术。
它的出现，不仅填补了传统灭菌技术的漏洞，而且具有许多优点，被广泛应用于食品、医药、化妆品等领域。
二、工作原理高电压脉冲灭菌技术是利用高压电场对微生物进行杀灭的。
在该技术中，通过导体板将样品置于两个电极之间，然后施加短暂的高压脉冲电场。
这些脉冲会使细胞内部产生微小孔隙，从而导致细胞死亡。
三、优点1. 无需使用化学消毒剂或热处理等方式；2. 不会影响食品质量和口感；3. 有效地杀灭细菌和病毒；4. 可以减少能源消耗和处理时间；5. 能够处理大批量样品。
四、应用领域1. 食品行业：可以用于肉类、家禽、海鲜等食品的杀菌；2. 医药行业：可以用于药品、医疗器械等的杀菌；3. 化妆品行业：可以用于化妆品的杀菌。
五、技术参数1. 电压：一般在30-50KV之间；2. 脉冲宽度：一般在10-100微秒之间；3. 脉冲频率：一般在1-10赫兹之间；4. 处理时间：根据不同的样品而定。
六、操作步骤1. 准备样品，将其放置于导体板上；2. 将导体板放置于两个电极之间，并连接高压脉冲发生器；3. 设置脉冲参数，包括电压、脉冲宽度和脉冲频率等；4. 开始处理，处理时间根据不同的样品而定。
七、注意事项1. 操作时应戴好防护手套和护目镜等个人防护装备；2. 在操作过程中应避免触摸高压电极或导体板等部件；3. 操作结束后应及时清洗设备和工作区域。
八、结论高电压脉冲灭菌技术是一种新型的灭菌技术，具有许多优点，被广泛应用于食品、医药、化妆品等领域。
在实际操作中，需要注意安全和卫生问题，并根据不同的样品设置不同的脉冲参数。
高压脉冲电场杀菌
高压脉冲电场杀菌技术随着人民生活水平的提高，食品的安全性与营养性受到越来越大的关注。
对于食品的杀菌保藏技术也提出了越来越高的要求。
传统的杀菌技术主要是采用高温，烫漂，热风干燥，巴氏杀菌，添加化学防腐剂等，这几种方法都存在弊端，对于热敏性的营养素，会在高温中损失，而且往往会破坏食物本身的色泽，影响食物的感官，改变食品的色，香，味。
随着近几年食品安全事件的频发，也使得人们谈食品添加剂而色变，因此很多的食品人致力于新的杀菌技术的研究。
像微波杀菌，超声杀菌，膜过滤除菌，高压脉冲电场杀菌等。
下面给大家简要介绍一下高压脉冲电场杀菌。
高压脉冲电场杀菌，一种新型的食品冷杀菌技术（High Intensity Pulsed Electric Fields，简称PEF）。
上个世纪六十年代，在美国就已经开始研究，到九十年代中后期我国才开始这方面的研究，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。
目前，对于它的杀菌机理尚不明确。
多数学者认为高压脉冲电场的杀菌原理包括场的作用和电离作用两种。
场的作用：脉冲电场产生磁场，磁场和电场的交替作用使细胞膜振荡加剧，膜强度减弱，使膜内物质溢出，膜外物质易渗入，细胞膜的保护作用减弱甚至消失。
电离作用：电极附近物质电离产生的离子与膜内物质作用，阻断了膜内外生化反应和新陈代谢的进行。
同时，液体介质产生强氧化物质如O3，与细胞内物质发生反应从而影响细胞正常功能的发挥。
高压脉冲电场杀菌的特点高压脉冲电场杀菌特点：①杀菌时间短、效率高、能耗远小于热处理法；②脉冲电场杀菌在常温常压下进行，与加热法相比更能有效地保持食品原有的色、香、味及营养成分，对热敏性物料尤其适用。
早期的研究主要集中在PEF 对微生物的杀菌效果方面，人们已就PEF 对多种腐败菌和致病菌的杀菌效果进行了大量而系统地研究。
目前，人们已经对PEF 的杀菌效果有了深入的认识和掌握。
PEF 杀菌实验的指示微生物包括枯草芽抱杆菌、德氏乳杆菌、单核细胞增生李斯特氏菌、荧光假单孢菌、啤酒酵母、金黄色葡萄球菌、嗜热链球菌、大肠杆菌、大肠杆菌O157、霉菌和酵母等，研究结果表明PEF 处理对这些微生物的营养体细胞均有较好的杀灭作用，但芽孢表现出较强的耐受性。
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最近，国际学者对关系食品安全和 PEF 处理食品货 架期的 PEF 损伤亚死微生物的研究产生浓厚兴趣。 Russell等和Simpson等提出PEF杀菌具有“nothing or all” 特征，即不存在损伤亚死细胞（‘intermediately damaged’cells）。然而，最近的研究结果否定了这一理 论，Garcia 等和 Perni 等报道 PEF 对大肠杆菌和沙门氏 菌的致死作用是由于PEF 对微生物细胞的损伤积累所致， PEF 处理后存在损伤亚死细胞；Somolinos 等研究表明 PEF 损伤亚死酵母细胞经一定条件培养可修复，且受环境 因素影响；Zhao 等证明了 PEF 处理绿茶后 PEF 损伤亚 死微生物的存在，并提出 PEF 处理后经一定时间冷激 （cold shock）处理，可以使 PEF 损伤亚死细胞进一步失 活，从而大大延长 PEF 处理食品在常温下的货架期。 Saldana 等研究表明 PEF 损伤亚死微生物的产生与 PEF 电场强度和体系 pH 相关。这些重要的研究结果不得不使 人们对 PEF 的杀菌机制重新认识。
第四节 高压脉冲电场杀菌机理
目前 PEF 对微生物的作用机理尚不完全清楚， 多数学者认为 PEF 是通过外部电场与微生物细胞 膜直接作用，从而破坏细胞膜的结构，形成“电 穿孔”而导致微生物灭活。微生物细胞和外环境 之间进行着活跃的物质交换，细胞膜的完整性对 保证细胞生命活动的正常进行有着极其重要的作 用。PEF 的杀菌作用与其对微生物细胞膜的影响 密切相关。当微生物被置于高压脉冲电场中时， 细胞膜会被破坏，从而导致细胞内容物外渗，引 起细胞死亡。
高压脉冲场技术的发展历程 第三节 高压脉冲电场技术的国内外发展现状 第四节 高压脉冲电场杀菌机理 第五节 影响高压脉冲电场杀菌的因素 第五节 高压脉冲电场对食品组分的影响 第六节 高压脉冲电场系统设备
第一节 定义
脉冲电场(Pulsed Electric Fields, PEF) 处理是一种新型的非热食品杀菌技术，它 是以较高的电场强度(10-50kV/cm)、较短的 脉冲宽度（0-100μs）和较高的脉冲频率 （0-2000Hz）对液体、半固体食品进行处 理，并且可以组成连续杀菌和无菌灌装的 生产线。
与国外相比，国内有关非热加工技术的研究起步晚、 研究少。国内在上世纪 90 年代后期开始进行 PEF 杀菌方 面的研究，目前主要有江南大学、中国农业大学、清华大 学、华南理工大学、吉林大学、浙江大学和大连理工大学 等高校在开展 PEF 技术的相关研究，江南大学从美国俄 亥俄州立大学购置一套 OSU-4L 型 PEF 杀菌设备，并进 行了较为基础性的研究和设备改造。中国农业大学、吉林 大学和华南理工大学等机构对 PEF 对果蔬汁中杀菌钝酶 效果及机理研究做了许多基础工作。浙江大学、清华大学 在 PEF 设备和处理腔设计方面取得了一定成果。近年来， 我国学术期刊上出现少量关于 PEF 在食品保藏中应用的 报导，但远没有国外研究的深入。可以说，我国对 PEF 技术的研究方兴未艾，但与国外相比尚存在较大差距。
美国俄勒冈州 Genesis Juice 公司利用 PEF 技术生产的果 汁已通过了食品药品管理局认证，并在波特兰市场上正式 销售，其产品有苹果汁、草莓汁等，所用 PEF系统为 OSU-5 型，处理速率约 200L/h，货架保存期为 4 周。 在美国，俄亥俄州立大学、华盛顿州立大学、明尼苏达州 立大学、国家食品安全与技术中心和 PurePulse Technology 公司等多家单位都在进行 PEF 技术的研究， 近几年内美国申请 PEF 杀菌设备和技术方面的专利近 10 项。目前欧盟成立了高强度电场项目研究委员会，德国柏 林理工大学、加拿大圭尔夫大学、英国和荷兰的 Unilever 实验室、日本的 Mitsubishi 公司和 Toyohashi 科技大学都 在 PEF 杀菌效果的研究方面取得了一定的进展。总之， 国际上PEF 杀菌技术正进入实用阶段，随着一些关键问题 的解决，该非热杀菌技术将得到进一步推广。
第五节 影响高压脉冲电场杀菌的因素
影响PEF杀菌的因素有很多，它们严重影响着杀菌效 果，基本上分为加工因素，产品因素和微生物特征因素。
第五节 高压脉冲电场对食品组分的影响
1、PEF 对食品蛋白质组分的影响 酶是一种具有催化活力的特殊蛋白质，PEF 处理可以钝化酶活和改变酶的结构，那么 PEF 也 必然会对食品蛋白质组分的结构与功能产生影响。 而且从原理上讲，脉冲电场会影响蛋白质基团间 的静电相互作用和带电基团的定位，扰乱蛋白质 氨基酸残基间的电场分布和静电相互作用，导致 电荷分离，从而影响蛋白质的结构（二级和三 级）。另外，电极周围的电化学反应也可能会对 包括蛋白质在内的食品组分产生一定的影响。
（一）细胞膜的电穿孔(electroporation)
电穿孔现象是指细胞暴露在 PEF 作用下出现的细胞 膜失稳并在细胞膜上形成小孔的现象。细胞质膜通透性大 幅增加，胞内的渗透压高于细胞外，最终导致细胞膜的破 损。其基本原理如下： 设细胞为球形，其所处外电场诱导的膜电位可由下式 表示：
式中，r是细胞的半径，E是外加电场强度，θ是电场 方向与指定点法线之间的夹角，ω是外加交流电场的角频 率，t是细胞膜电介质的弛豫时间常数。
由公式(1-1)～(1-6)可以看出以下几点： ①当外加电场为交流电场时，在细胞膜上诱导的膜电位随着 电场频率的增加而增加，也就是说，对于同样的诱导膜电 位，所要求的高频电场的强度比低频电场和直流电场强度 高。进一步讲，对于同等程度的电穿孔，高频电场要比低 频电场或直流电场的强度高。 ②诱导膜电位随细胞尺寸的大小而改变，在同样强度的外加 电场作用下，大细胞的诱导膜电位高。随着外加电场强度 的增加，电穿孔现象首先出现在那些大细胞上。进一步讲， 对于同等程度的电穿孔，大细胞所需要的外电场强度低。 ③随着电场强度的增大，电穿孔将首先出现在θ为0或180的 细胞的两个极点。然后，随着电场强度的进一步增大，电 穿孔的出现一般按cosθ值由大到小顺序进行扩展。但是， 不管外电场强度怎么增大，细胞赤道上的诱导膜电位永远 等于零，即不会有电穿孔现象。进一步讲，随着外加电场 强度的增大，细胞膜上的电致孔洞增多、孔径增大。当外 加电场强度过大，细胞膜孔过多、过大而难予封闭，将导 致细胞内外物质泄漏甚至死亡。
图1-1是电穿孔机制的模式图。图1-1a是外电场等于临 界值时在细胞两极点呈现膜孔的情况；图1-1b是外加电场 大于临界值时在细胞上呈现膜孔的情况。
（二）细胞膜的电崩溃机制与模型
微生物细胞膜由镶嵌蛋白质的磷脂双分子层构成， 它有一定的电荷，具有一定的通透性，也有一定的强度。 膜的内外表面间具有一定的电势差（Vm），当细胞膜上 外加一个电场（E）时，这个电场将使膜内外的电势差增 大。由于细胞膜两表面堆积的异号电荷相互吸引，引起膜 的挤压；当电场强度增大到一个临界值时，细胞膜的通透 性剧增，腹上出现许多小孔，使膜的强度降低；进一步的 作用使细胞膜产生不可修复的大穿孔，使细胞组织破裂、 崩溃，导致微生物失活。 目前，穿孔效应假说被大多数学者所接受，但电穿孔 特性的研究在国内仍处于早期阶段，国外研究时间较长， 但至今仍然有许多现象无法解释，而新的现象又不断地被 报道。
第二节 高压脉冲电场技术的发展历程
上个世纪 60 年代，Sale 和 Hamilton 等学者率先对 PEF 灭菌技术进行了研究，并通过实验证明了 PEF 的非热效 应。 80 年代以后，Hulsheger、Zimmermann 等学者对 PEF灭 菌机理做了进一步探讨，并研制出了小型试验设备。 90 年代后，华盛顿州立大学研制出了较为成熟的设备， 并获得了专利。Zimmermann 等人还对指数衰减脉冲波、 振荡脉冲波和矩形脉冲波的灭菌效果做了对比研究，发现 矩形脉冲波的作用效果最好。 目前较为成熟的是华盛顿州立大学食品非热研究中心利用 脉冲电容储能，触发放电产生指数衰减型高压脉冲研制的 PEF 处理实验系统，以及随后利用脉冲成型网络（PFN） 研制的高压方波 PEF 处理实验系统。
2000 年美国 DTI 公司为俄亥俄州立大学食品技术系设计 制造了第一台商用 PEF 处理系统，该系统是利用半桥型 拓扑结构，通过两个完全独立的固态开关成型的双极性高 压脉冲。PEF 技术是近年来研究最多的食品非热处理技术 之一。 目前，PEF 设备已经发展到接近商业化阶段，很多研究机 构先后开发出带有无菌包装体系的中试规模 PEF 处理系 统，如美国华盛顿州立大学食品非热处理中心拥有一套处 理量为 100L/h 的连续的 PEF 处理体系，可处理浓缩或新 鲜的苹果汁、豌豆汤、牛乳等产品；俄亥俄州立大学的无 菌技术研究中心开发出整套的 PEF 处理系统和无菌包装 系统，此系统处理产品流速为 1.89-3.79L/h；另外，俄亥 俄州立大学还开发出 OSU 系列小型实验用 PEF 设备；位 于美国加利福尼亚洲的 PurePulse Technologies 公司也开 发了处理量 10L/h 和 200L/h 的“CoolPure”PEF 处理体 系。
当外加交流电场频率足够低，以致于ωt ≤1时，或者 外加电场为直流电场时，则(1-1)式可简化为：
对于细胞的两个极点，θ＝0或θ＝180，则外加电场 诱导的膜电位可进一步化简为： 随着外加电场强度的增大，在细胞膜上诱导的膜电位 也随之增大。当增大到一定程度，即V＝Vcr时，则细胞 膜将出现电穿孔现象。此时的诱导膜电位Vcr叫做临界膜 电位，Ecr叫做临界外加电场。于是，公式(1-1)变为 公式(1-2)变为： 公式(1-3)变为：
第三节 高压脉冲电场技术的国内外发展现状
PEF 作为一种新型的食品非热杀菌技术，一直受 到美国、德国、法国、加拿大等发达国家政府、 企业和研究单位的广泛重视。 目前在设备研究和制造方面俄亥俄州立大学处于 国际领先地位，该大学已建成一条处理能力达到 2000L/h 的准工业化生产线，进行了包括橙汁、 苹果汁、酸奶等产品在内的一系列产品的杀菌试 验，并取得了良好的成果。 该生产线加工的果汁产品的色泽、风味、营养等 质量指标明显好于传统的热杀菌的产品，目前设 备开发和某些产品（如酸性果汁）的加工工艺均 已发展到准工业化阶段。