什么是脉冲电场技术

什么是脉冲电场技术

脉冲电场技术（High Intensity Pulsed Electric Fields，PEF）是近年来国际上新兴的食品研究领域，是一种将液态食品作为电解质置于容器内，与容器绝缘的两个放电电极通过高压电流，产生电脉冲进行作用的加工方法。PEF处理是在室温条件下进行的，并且由食品加热引起的能量损失达到最低。对食品质量属性来说，PEF技术远远优于传统食品加热的处理方法，因为它在很大程度上减少了食品感官和物理特性的有害变化。现已广泛地应用于食品的杀菌和钝酶，最大限度地维持食品的保鲜度，是近十几年来最有前途的实现工业化应用的加工技术之一，并伴随着装置的设计制造，这方面的研究逐渐扩大。

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。


　食品工业一直采用热处理杀菌消毒，但极大地影响食品色、香、味及营养成份。而新的非热处理如添加防腐剂、辐照灭菌、物理处理、冷藏等方法等存在各自的局限性。脉冲电场(或放电)可以有效杀灭液体中的细菌。其实际应用须解决3个问题：①是否引起新的污染；②是否比传统方法有明显的经济优势；③实现规模化。强脉冲电场，特别是高压脉冲放电产生的强烈冲击波以及紫外光、强电流、臭氧等综合效应较直流电流和低频交流电压更能有效杀灭微生物，能量利用率更高。电解损耗、电解的化学产物以及冲击波、紫外线等对食品成分的分解都可能给食品引入新的污染，因此连续放电电弧杀菌并不适用于食品加工业。一般认为持续时间很短(1～100μs)的高压脉冲电场(PEF)能使电解、分解等不利因素降至最低。电孼/span>?核磁共振法(EPR)检测表明处理后试样内未发现自由基的增加、产生和引入新自由基。

　　脉冲电场杀菌比起加热处理、辐射处理等有明显的经济优势。输入能量相同时，比较方波脉冲、指数衰减脉冲、振荡衰减脉冲、钟形脉冲的处理效率，方波脉冲最佳，振荡衰减脉冲最差。每个脉冲能量252.2J时，方波脉冲能量效率可达91%，而指数衰减脉冲仅64%。双极性方波脉冲效果又比单极性好，是较为理想的电源。

有效灭菌的电场一般≥20 kV/cm，而高压装置输出电压瞬时值有限，故电极间隙一般为数mm，脉冲能量也限制了电极面积，所以放电处理室容积<50cm3。工业化流程必须使用流动处理室，让液体导入处理室，经过一定时间处理后再流出。一项专利使用12～25 kV/cm的脉冲电场，脉宽1～100μs，流动处理室为20cm3，由两个平行不锈钢电极组成。还有20和80cm3的流动处理室，液体流经电极之间的曲折型通道，电极间隙分别为9.5和5.1mm，电场强度35～70 kV/cm，液体流速为1200和600 cm3/min，同时用循环冷却水冷却处理室。圆柱形处理室可改善电场分布，提高处理效率。

　　迄今的研究均处于实验阶段，规模应用装置的脉冲电场对食品产生的物理、化学、微生物、酶活性以及营养特性等方面的影响都待深入研究。