杆菌下降 3.62个lg， 酵母
菌下降2.34个lg， 而霉菌仅 下降了0.74个lg值, 霉菌孢 子对PEF较不敏感。
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200µ s, 霉菌下降了
1.82个lg值。当处理时 间达到800µ s，霉菌数 量降低3.6个lg。
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在食品中的应用研究
PEF处理对石榴汁理化性质的影响
多酚含量与原样无显著差异
中微生物细胞内部的强烈振动和细胞膜破裂等现象，从而产生杀菌效应。
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高压脉冲电场杀菌机理
5.电磁机制模型
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 作用。
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。
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。
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影响高压脉冲电场杀菌效果的因素
脉冲电场工作参数
电场强度 脉冲持续时间 处理室特性 温度 脉冲特性
类黄酮稍有下降 澄清度仅下降1%左右 对色泽有所影响，但小于热处理
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在食品中的应用研究
高压脉冲电场对黑莓汁杀菌效果的研究
（1）高压脉冲电场对沙门氏菌、金黄色葡萄球菌、大肠杆 菌和枯草芽孢杆菌具有明显的杀菌效果。随着电场强度、 脉冲宽度和脉冲个数的增加，细菌的残活率显著下降。在 电场强度为18.75 kV/cm时，沙门氏菌、金黄色葡萄球菌、 大肠杆菌和枯草芽孢杆菌的最低残活率分别为-3.238，3.053，-2.687和-2.432个对数。 （2）脉冲电场对新鲜黑莓果汁的理化指标影响不大，基本 保持了原有的色泽和风味，VC的损失很小。
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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。
空穴
正是由于这种高压脉冲能量直接转换成的冲压式机械能，引起液体食品
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高压脉冲电场杀菌机理
6.粘弹极性形成模型 7.电解产物效应
此模型认为，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
此理论指出在电极施 加电场时，电极附近介质
中的电解质电离产生阴离
持续时间
刚开始的杀 菌效果随脉冲 时间的延长而 明显增强，但 达到拐点值后， 脉冲时间的增 加对杀菌效果 基本无影响。
温度
随着处理温 度上升(在2460℃范围内)， 杀菌效果会有 所提高，其提 高的程度一般 在10倍以内。 液体食品适中 的温度有利于 杀灭微生物。
脉冲特性
所有波形中， 振荡波杀灭微 生物的效率最 低；方波的效 率比指数波的 效率高；双极 性脉冲波形对 大肠杆菌的致 死率比单极性 波形高。
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高压脉冲电场的处理系统
脉冲发生器
指数形脉冲容易产生，但低于最高 指数衰减波 电压36.8％的电压无杀菌作用，且能 使食品的温度升高 方波脉冲比指数形脉冲杀菌效果更好， 对细菌有致命作用，但需脉冲整形网 络，结构复杂，对电路的设计及元器 件的要求高，成本也比较高 这两种波的效果都不是很好 指 数 衰 减 波
行了分析研究．发现牛乳中的总游离氨基酸质量数增多。 采用高效液相色谱仪对经电场处理前后牛乳中的维牛素A质量分数进 行了测定．发现牛乳中维生素A的质量分数几乎无损失。
同样，有研究表明场强在10～100 kV／cm．脉冲数在100～1200的
条件下．牛乳中pH值、电导率、乳糖质量分数和蛋白质质量分数变化 均不显著。 仅有VC的质量分数会有相当大程度的减少。
2.Zimmermann(1986)电崩解理论
6.粘弹极性形成模型
3.Tsong(1991)电穿孔理论
7.电解产物效应
4.空穴理论
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高压脉冲电场杀菌机理
1.Hamilton和Sale(1967)理论
当一个外部电场加到细胞两端时，就会产生跨膜电 位(TMP)。对半径r处于均匀场强E中的球形来说，其沿
静态分批式 连续式
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规模小、考虑影响因素较少，不适于大规
模工业化应用。 处理室内装有电极和冷却装置（PEF连续工 作，电极温度会升高），同芯电极的连续式 处理室，电容小，结构简单，不易放电。
食品处理装置结构简图
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高压脉冲电场杀菌机理
1.Hamilton和Sale(1967)理论
5.电磁机制模型
早在1967年
英国学者就发现25kV/cm直流脉 冲能有效致死营养细菌和酵母菌。 美国、日本等发达国家研究比较 活跃，并制造了成套的技术设备。
20世纪80 年代以来 20世纪90年 代中后期
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我国开始进行这方面的研究。
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高压脉冲电场的处理系统
良好的高压脉冲处理系统是高压脉冲电场杀菌技术得以
是主要的影响因素，脉冲数对杀菌影响不显著。杀菌后的桃 汁保持了原桃汁原有的营养和鲜味，高压脉冲电场非热杀菌 不改变桃汁的物理、化学性质。
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在食品中的应用研究
高压脉冲电场对石榴汁杀菌的研究 酵母菌和霉菌是果汁中最常见的有害微生物, 它们可以在较低 的 pH值下生存。对 PEF处理前后石榴汁中的酵母菌 霉菌以及大肠 杆菌进行计数, 结果表明酵母菌和霉菌比大肠杆菌更难杀灭。 在脉冲频率为100Hz, 场 强为35kV/cm时, 当脉冲处 理时间达到200µ s时, 大肠 当处理频率为 333Hz时, 电场强度为 35kV/cm,处理时间为
分别为60 kV／cm、6、35℃。
2.E=40 kV/cm， 脉冲频率 F=200 Hz，处理 一次脉冲数C=2。
2.残留菌数与样品温度的关系
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在食品中的应用研究
桃汁理化指标 抗坏血酸、总算含量均未发生变化，氨基态氮略有降低。 电导率测定未发生变化。
高压脉冲电场对桃汁非热杀菌，其电场强度和杀菌温度
食品特性参数
成分
对不同食品成分 ，不同物质结构的灭
电导率
低电导率情况下 灭菌率较高。
离子强度
脉冲电场的杀菌效 果随介质离子强度的 下降而增加。
菌效果不同。
pH值
介质pH值下降杀 菌效果稍有提高。
水的活性
降低水活性将会 导致灭菌率降低。
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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.
2.微生物残留数与脉冲数大小的关系
1.原料乳中微生物残留数与场强大小关系 处理脉冲数6个，整个杀菌过程中，由于 脉冲数较少，处理后的牛乳没有温升。
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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
电场强度是最主要的影 响因素，场强越大，电场的
杀菌效果越好，其次是温度，
温度越高，电场杀菌效果越 好，最后是脉冲数的影响， 电场杀菌效果随脉冲数的增 加而增加，但增加幅度不
处理室
结构、 体积、缝隙、 流速和停留 时间等因素 对杀菌效果 均有一定的 影响压脉冲电场杀菌效果的因素
微生物特性
不同菌种对电场的承受力不同。无芽孢菌较 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
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。
电场方向的跨膜电位．可由下式得出：
U(t)=1.5rE 式中：u——沿电场方向的跨膜电位，t； r——细胞半径，µ m； E——电场强度(kV/mm)，并且认为当跨膜电位 (TMP)达到1V时，细胞膜便失去 功能。
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高压脉冲电场杀菌机理
2.Zimmermann(1986)电崩解理论
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在食品中的应用研究
高压脉冲电场对桃汁杀菌的研究.
1.电场强度 E=40 kV/cm， 温度为室温 (20℃左右)。
1.残留菌数与脉冲数的关系
最优工艺参数：
电场强度、脉冲数、杀菌温度的优水平
3.脉冲频率 f=400 Hz，处 3.残留菌数与场强的关系 理一次脉冲数 C=4，温度为 室温(20℃左 右)
高压脉冲电场杀菌
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主要内容
概况
高压脉冲电场的处理系统
高压脉冲电场杀菌机理 影响高压脉冲电场杀菌效果的因素 在食品中的应用研究
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概况
高压脉冲电场(pulsed electric field，PEF)是一种非热处理 技术，具有处理时间短，温升小，能耗低和杀菌效果明显等 特点，成为近几年来国内外研究的热点之一。
应用的前提。设计的关键是脉冲发生器和处理室。
脉冲发生器
高压脉冲电场杀菌装置的核心部分。高压 脉冲发生器用来产生10kV以上的脉冲，该 高压脉冲被加到处理室电极的两极板上， 在处理室内产生10kV/cm以上的强电场。