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第十三章高压脉冲电场杀菌 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。 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 PEF 技术是近年来研究最多的食品非热处理技术之一。 国内状况 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 国内状况 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。 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。 （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。 PEF 杀菌效果 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。 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。 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