我国高压脉冲电场技术在食品加工中的研究进展_潘志民

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

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Cy232glu生成了查尔酮类化合物。

3高压脉冲电场对食品风味的影响

高压脉冲电场可用于酒类的催陈。殷涌光[10]的研究结果表明，高电压脉冲电场可以使白酒快速催陈；高电压脉冲电场催陈的最佳参数为脉冲数50个，场强E=25kV/cm，助剂浓度1.0-10.6mol/ L。处理后的酒样总酸、总酯和总醛等有所增加，总醇含量有所下降，酒体透明，陈香明显，辛辣味减少，柔和绵软，有余香。

刘学军[11]通过GC-MS分析，研究了葡萄酒经高压脉冲电场催陈后，其香气成分的变化情况。研究发现：经一定条件的高压脉冲电场处理后，葡萄酒中的杂醇油含量有所下降，总酸、总酯和苯乙醇的含量有所上升。与新酒相比，催陈后的葡萄酒陈香明显增加，口感更为醇和，酒体丰满协调。

赵伟[12]研究了高压脉冲电场（PEF）应用于牛乳杀菌工艺的可行性，发现30kV/cm、600s、200HzPEF处理可延长牛乳在冷藏的货架期到24d。采用固相微萃取（SPME）法提取牛乳中的挥发性风味物质，并采用气质联用法对比分析，结果表明，鲜牛乳和PEF处理牛乳中分别检出28种和31种挥发性化合物；进一步采用时间-强度（OSME）的GC/O法鉴定其中的特征挥发性风味物质，结果发现鲜牛乳中有9种带有明显风味特征的物质，而PEF 处理后的牛乳中则检出了13种特征风味物质。

4高压电场在冷冻处理方面的应用

高压脉冲电场可对冷冻浓缩食品起到一定的杀菌效果。经冷冻浓缩之后的果汁，具有低温环境，降低了电导率，有利于高压脉冲电场在杀菌处理中获得更高的处理参数。方婷等[13]研究了温度、电导率对高压脉冲电场处理大肠杆菌效果的影响，并在此基础上探讨了冷冻浓缩前后高压脉冲电场处理荔枝汁的结果。结果显示采用冷冻浓缩技术制得的荔枝浓缩汁，在低温下能够获得更低的电导率，而低电导率更有利于高压脉冲电场处理，在接受脉冲电场处理时较原汁能够获得更高的处理参数。陈梅英等[14]为了最大限度的保留果汁原有的生鲜风味和营养，将高压脉冲电场杀菌和冷冻浓缩这两种非热加工协同处理果汁，结果表明，高压脉冲电场技术可以有效地抑制微生物生长，而冷冻浓缩可以有效地钝化酶活力。将该系统非热力加工工艺应用于浓缩橙汁，经感官评定分析，发现，产品品质明显优于巴氏杀菌橙汁。

高压脉冲电场预处理工艺，还可实现对果蔬细胞的可逆击穿，提高果蔬脱水速率，有望解决果蔬真空冷冻干燥过程中能耗大，时间长，加工成本高等实际问题。吴亚丽[15]选用土豆为试验材料，研究高压脉冲电场作为预处理工艺对真空冷冻干燥过程的影响。研究表明，高压脉冲电场预处理可以明显的提高土豆的干燥速率。通过极差分析得到电场参数的显著性程度依次为作用时间，脉冲个数和脉冲强度，最优工艺参数组合为：脉冲强度1000V/cm、作用时间120μs、脉冲个数15个，与未处理相比，单位水分能耗降低了11.43%，干燥时间缩短了33.22%，单位面积生产率提高了32.28%。

5存在的问题及展望

首先，PEF的最大缺点在于，一般只适用于液体食品,这将大大限制了其在食品行业中的应用。应该加强研发新技术，解决好这个技术关键。

其次，液体食品的流速、高压脉冲电场的分布及处理时间、食品处理室的形状等，都会影响食品灭菌的效果。而食品物料在加工过程中因直接接触电极而有可能发生电化学反应，不仅导致电极腐蚀，而且甚至可能会产生有毒的化合物，从而影响食品质量安全。所以，在食品加工过程中，要充分考虑电极腐蚀的因素并选择适当的电极材料。可采用不锈钢材料或一些电化学惰性材料（如金、铂、碳、金属氧化物等）制作电极或电极膜，而绝缘介质则可使用聚硫树脂、丙烯酸树脂玻璃、聚四氟乙烯、聚甲醛树脂、聚碳酸酯、聚丙烯等或者其它一些合成材料[16]。

再次，许多企业或消费者对于高压脉冲这种新技术了解不深，受传统观念影响，其处理效果或安全性难免受到质疑，政府媒体应多宣传相关新技术，改变人们的健康理念，从而促进食品产业的高速发展。

由于高压脉冲电场属于非热加工，温升小、能耗低、运行成本低，满足某些食品的热敏性需要，所以工业化的前景十分看好。高压脉冲电场还可以与其他加工方法联合使用以达到更好地的效果。

参考文献

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