高压脉冲电场杀菌[材料浅析]

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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Baidu Nhomakorabea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：Li Y Q,Chen Z X .M o H Z.Effects of pulsed electric field on physicechemical properties of soybean protein iso ares [J]．Lw T，2007, 40：1 167 —1 175．
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原理
对于高压脉冲电场的杀菌机理,现在有多种假说,大多数研究者倾 向于认同电场对细胞膜的影响,以此为基础进行了抑菌动力学的推 导。当液体食品处于电场中时,食品中微生物的细胞膜在强电场的 作用下,产生可修复的破裂或穿孔,使细胞组织受损,导致微生物失 活,这种现象称为电穿孔,这己经在细胞融合和提取细胞内物质的 处理中得到了应用。对细胞膜较为通用的模型认为细胞膜的厚度 大约为7nm~10nm,细胞膜可等效于一个具有低介电常数电介质的 平板电容器,电介质的厚度约为3nm,细胞膜 两表面带有极性相反 的自由电荷,大多数细胞膜产生穿孔的临界电势在0.7V~1.1V之间。
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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
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❖ 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。
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高压脉冲电场系统设备
❖ PEF系统设备主要包括五部分：电源装置、 脉冲发生装置（包括电容和控制开关）、样品 处理室、冷却系统、温度测定系统。下图是江 南大学实验用的PEF处理单元图表。
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➢ 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 ➢ PEF 技术是近年来研究最多的食品非热处理技 术之一。
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❖ 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。
❖ 文献来源：李迎秋，章万忠，陈行．高压脉冲场对大豆分离蛋白结构特征 的影响 食品科学，2007，28( 3)： 42— 46．
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国内研究现状
❖ 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
高压脉冲电场杀菌
文食134-1
201390523107
王晓欣
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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（02000Hz）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。
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❖ 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 含量没有变化，这说明脉冲电场对乳中乳糖的结构和含量没有影响 。韩 玉珠等利HPEF技术进行提取中国林蛙多糖的研究，提取率最大为55．59 ％是复合酶法的1．77倍，提取物中杂质少，对林蛙多糖的活性无影响。 从以上研究可以看出，高压脉冲电场在用来杀菌和提取功能物的同时， 对食品中的酶和蛋白质的影响结果还不太确定，对脂肪和糖类基本没有 影响.
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高压脉冲电场对食品组分的影响
❖ Li等人发现，在其他脉冲条件一定时，大豆分离蛋白的表面自由巯 基含量和疏水性随PEF强度和处理时间的增加而增加；但当电场强度 大于30 kV／em、处理时间大于288us 时,由于蛋白质分子变性、亚基 的解离以及通过非共价键相互作用重新聚集，大豆分离蛋白的分子质 量、粒径发生了变化，形成了大分子的聚集体，但二级结构变化较小。
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❖ Teissie等人指出,在强电场作用下,细胞膜表面不断堆积电 荷, 从而诱导产生横跨膜电势,当横跨膜电势大于临界电势时,细胞 膜破裂形成穿孔。
❖ Castro等人解释穿孔的原因,是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,当这种电挤压力大于膜的弹性 力时就产生穿孔。
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