高强度脉冲电场灭菌
高压脉冲电场杀菌
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。
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。
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
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
高强度脉冲电场灭菌
4 非加热物理灭菌方法
种类
电场灭菌 磁场灭菌 光脉冲灭菌 高压灭菌 真空灭菌
二 电场灭菌的原理及装置
1 原理 将液态食品作为电介质置于高强度脉
冲电场中，食品中微生物的细胞膜在强电 场的作用下被击穿，产生不可修复的破裂 或穿孔，使细胞组织受损，导致微生物失 活.
在强电场作用下，细胞膜两表面堆积 的异号电荷相互吸引，引起膜的挤压.
最佳的灭菌效果的综合考虑：
对象菌的种类 场强的大小 电场形状设计 灭菌时间长短 食品的酸碱度调节等
该技术很可能取代传统的灭菌方法，给食品 的灭菌工艺带来一场变革.
美国基于该技术的一无菌罐装生产线，处理能力 2 000 l/h.
参考文献
1 陈 健. 高强度脉冲电场用于液态食品的杀菌. 物理. 1997(11) : 688 ~ 689
高强度脉冲电场 用于液态食品的灭菌
一 食品的灭菌与灭菌方法
1 食品的灭菌 运用各种手段杀灭食品中的有害微生
物，从而保持食品的品质并达到Fra bibliotek定的保 藏期.
2 常用灭菌方法 巴氏灭菌、阿佩尔灭菌、 化学药剂灭菌、辐射灭菌等
3 加热灭菌的方法 加热使食品中腐败菌内的蛋白质凝固变
性，导致细菌失活.
缺点: 食品受热后，发生物理或化学性 质的变化，造成其色、香、味、组织结构 的改变及营养价值的下降，产生各种褐变 反应及酸败，维生素受破坏等.
Co-axial cylinders
食品 出口
电极
电极
Bushnell et al. 1991 US Patent 5,048,404
几种灭菌容器的电场设计
食品 入口
Co-axial cones
食品 出口
高压脉冲电场杀菌
尽管高压脉冲电场杀菌技术在 食品工业中具有广泛的应用前 景，但也面临着一些挑战和问 题
首先，高压脉冲电场杀菌技术 的设备成本较高，且操作和维 护具有一定的复杂性，这可能 会限制其在中小型食品企业中 的应用。因此，需要进一步降 低设备成本和操作难度，以促 进该技术的广泛应用
其次，虽然高压脉冲电场杀菌 技术对食品的营养成分和活性 物质损伤较小，但仍然存在一 定的损失。因此，需要进一步 研究和优化参数设置，以减少 对食品营养成分和活性物质的 损失
除了直接对食品进行杀菌外，高压脉冲电场还可以与其他处理方法相 结合，如化学处理、物理处理等，以达到更好的杀菌效果。例如，将 高压脉冲电场与臭氧结合使用，能够显著提高杀菌效果，同时减少臭 氧的使用量
9
Hale Waihona Puke 4结论结论
高压脉冲电场杀菌作为一种新 型的非热杀菌方法，具有操作 简单、对食品营养成分和活性 物质损伤小等优点，因此在食 品工业中得到了广泛应用。在 未来的研究中，需要进一步探 讨高压脉冲电场杀菌的机理和 最佳参数组合，以实现更高效 的杀菌和更好的食品品质保留。 ## 高压脉冲电场杀菌的挑战 与前景
高压脉冲电场杀菌的效果受到多个因素的影响 ，如电场强度、脉冲宽度、脉冲重复率、脉冲 形状、电极配置等。其中，电场强度是最重要 的因素之一，它直接决定了杀菌效果的好坏。 一般来说，电场强度越高，杀菌效果越好，但 同时也可能导致食品中营养成分和活性物质的 损失增加。因此，在选择电场强度时需要综合 考虑杀菌效果和食品的营养价值
-
1
2
3
4
高压脉冲电场杀菌
高压脉冲电场(PEF)是一种新型的非热杀菌方法，因其 具有对食品营养成分和活性物质损伤小、操作简单等优
点，在食品工业中得到了广泛应用
脉冲电场杀菌应用
脉冲电场杀菌简介
脉冲电场杀菌是一种利用高压脉冲电场对微生物进行杀菌的技术，也称为电场灭菌技术。
该技术的原理是利用高压脉冲电场产生的电场能量，使微生物细胞膜受到损伤，导致细胞死亡。
脉冲电场杀菌技术具有以下优点：
1.杀菌效果好：脉冲电场能够对微生物进行全面、快速的杀灭，能够有效地杀灭细菌、真菌、病毒等微生物。
2.杀菌速度快：脉冲电场杀菌的速度非常快，一般只需要几秒钟到几分钟的时间就能够完成杀菌过程。
3.对物品无损伤：脉冲电场杀菌过程中，电场能量只会作用于微生物细胞膜，不会对物品的物理性质产生影响。
4.无化学残留物：脉冲电场杀菌过程中，不使用任何化学杀菌剂，不会产生任何化学残留物，对环境和人体健康无害。
脉冲电场杀菌技术在食品、药品、医疗器械等领域都有广泛的应用。
例如：
1.食品加工：脉冲电场杀菌技术可以用于水果、蔬菜、奶制品等食品的杀菌处理，以延长其保质期。
2.药品生产：脉冲电场杀菌技术可以用于药品的杀菌处理，以确保药品的纯度和稳定性。
3.医疗器械：脉冲电场杀菌技术可以用于医用器械、手术器械等的杀菌处理，以确保器械的安全性。
4.水处理：脉冲电场杀菌技术可以用于水处理，以杀灭水中的细菌、病毒等微生物，保证水质安全。
总之，脉冲电场杀菌技术是一种非常有效的杀菌技术，具有广泛的应用前景。
高压脉冲电场杀菌 PPT课件
提取
❖ 韩玉珠等人通过试验优化了用高压脉冲电场提取中国林蛙多糖的试验条件， 并与碱提取法、酶提取法以及复合酶提取法进行了比较。结果显示用0. 5％K 0 H 提取液，在电场强度为20K v/cm 和脉冲数6 s的条件下用高压脉冲电场提取林蛙 多糖的提取率最大为55．59%。比较高压脉冲电场提取法与碱法、酶法以及复合 酶法在林蛙多糖提取率、总糖含量方面的差异，高压脉冲电场提取的林蛙多糖提 取率和总糖含量均高于其他三种方法，其提取率是复合酶法的1．77倍，总糖含 量高于复合酶法6. 34%，且提取物中杂质少。 ❖ 文献来源：韩玉珠，殷涌光，李风伟等．高压脉冲电场提取中国林蛙多糖的研 究 食品科学， 2005 (9)： 337～339．
➢ 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。
❖ 文献来源：殷涌光，赫桂丹，石晶．高电压脉冲电场催陈白酒的试验研 究 酿酒科技， 2005(12)：47 ~50
灭酶
❖ 1999年Yeom 在10℃环境下用PEF 连续作用于木瓜蛋白酶 后经24h，4℃冷藏，其活 性发生不可逆降低。Giner研究PEF对番茄中果胶甲基酯酶的抑制作用，在400 ×20 S、 24K v/cm 条件下，酶活性减少93．8％。H o、M ittal、C ross通过对食品中8种酶用带 极性的指数型高压脉冲处理，结果表明，α-淀粉酶、脂肪酶、葡萄糖氧化酶的失活率分 别为85％、85％、75％，而过氧化物酶、多酚氧化酶、碱性磷酸酶的失活率分别为30％、 40％、5％。此外， 还有多位学者研究了PEF 对牛奶中蛋白酶活性的影响。在国内，中 国农业大学的学者研究T PEF对辣根过氧化物酶以及果胶酯酶的活性及酶构象的影响效 果。
高压脉冲电场(PEF)技术对食品杀菌的研究
高压脉冲电场（PEF)技术对食品杀菌的研究摘要：高压脉冲电场技术是一种低能耗、高效率的食品加工技术, 在杀菌方面, PEF 技术表现出良好的应用前景。
本文概述了关于PEF技术的一些理论和研究成果,指出了其与热杀菌相比的优势以及待解决的问题。
关键词：高压脉冲电场技术；食品；杀菌杀菌是食品生产中的一个非常重要的环节，杀菌的好坏直接影响着食品的品质量。
传统的热力杀菌技术对一些产品特别是热敏性产品的色、香、味、功能性以及营养成分等具有破坏作用。
为满足消费者对营养、原汁原味、不含防腐剂、天然安全的要求，高压脉冲电场技术倍受瞩目。
高压脉冲电场(PEF)用于食品杀菌, 从20世纪60年代在美国就已开始研究, 并逐渐扩大到工业应用，进入90年代中后期我国开始进行这方面的研究，但由于设备的限制，研究水平已经相对比较落后，特别是在产业化方面。
该项新技术设备的投入相对较高、处理量少、但产品品质较好。
而且与传统热力杀菌相比，非热力技术在能耗方面有着明显的优势，可以节约一定的能源，体现了一定的经济效益。
1 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。
高压脉冲电场杀菌技术处理压载水系统的能耗分析
高压脉冲电场杀菌技术处理压载水系统的能耗分析【摘要】高压脉冲电场杀菌技术是是一种新型杀菌技术。
本文首先对pef电源装置各参数，包括电场强度、脉宽和脉冲频率等参数进行了能耗分析，又分析了加热协同效应处理压载水的能耗影响，找出各参数对装置的最佳能量利用率。
期望通过对装置能耗的研究，为船舶压载水的处理找到一种新的，较为理想的处理技术。
【关键词】高压脉冲电场；pef电源装置；能耗分析；船舶压载水energy consumption analysis of the high-voltage pulse electric field sterilization techniques for handling ballast water systemshi ji-dong feng dao-luen（1.shi jidong shanghai maritime universityshanghai，201306； 2.feng daoluen shanganghai maritime university，shanghai， 201306）【abstract】the high-voltage pulsed electric field sterilization technology is a kind of new sterilization technology. firstly， we analyze the energy consumption for the power apparatus of pef various parameters， including parameters such as electric field intensity， pulse with and pulse frequency. and we analyze the heating synergistic effect treating energy impact of ballast water， to findvarious parameters on the device’s best energy utilization. through further study for the energy consumption of the apparatus， we expect to find a new， more ideal technology in ballast water treatment.【key words】high-voltage pulsed electric field； pef power apparatus；energy consumption；ballast water高压脉冲电场灭菌技术（high-pulsed electric field下称pef）是一种通过高强度脉冲电场瞬时破坏微生物的细胞膜使细菌致死的一种新型杀菌技术，其高强度的电场是通过电容组贮存来自高压直流电源的大量能量，然后以高电压脉冲的形式释放出去所形成的。
高压电脉冲灭菌理论的研究进展
Ξ高压电脉冲灭菌理论的研究进展时兰春, 王伯初(重庆大学生物工程学院,重庆400044)摘要:通过精确地控制脉冲电场强度和改变脉冲电场对微生物细胞膜处理时间,使得微生物的细胞膜被不可逆地破坏,从而达到微生物致死目的。
高压脉冲电场灭菌与传统的巴氏灭菌相比具有: 传递快速、均匀、处理时间短、产热少等优点,可以最大程度地减少对食品中营养素的破坏,是一种颇具发展前景的非热力学灭菌方法。
文中就国内外对脉冲电场的灭菌机理和目前所形成的3 种具有代表性的观点及此灭菌方法的前景等方面的研究进展,做一综述。
关键词:高压脉冲电场; 灭菌; 微生物中图分类号:Q689文献标识码:A随着生活水平的提高,消费者对食品的要求也不断提高。
消费者希望食品不仅卫生、新鲜,而且富有营养。
众所周知,传统灭菌方法如热处理( 巴氏杀菌、微波杀菌等) 或化工单元操作杀死了食品中的微生物的同时,也破坏了食品的原有风味、颜色以及某些营养物质。
因此,改进食品的灭菌方法以保持他们的自然品质,是众多科研工作者所追求的目标之一。
高压电脉冲能有效杀灭微生物而不会产生以上危害,是一种颇有发展前景的灭菌方法 1 。
目前,脉冲电场已被应用于基因工程和生物技术领域内的细胞杂交和电融合,并能通过控制脉冲电场强度,达到控制实验中微生物的存活数量 2 。
因而,我们可以通过改变处理时间和电场强度,使得微生物的细胞膜被不可逆地破坏, 从而达到微生物致死目的。
因此,笔者依据脉冲电场在基因工程和生物技术领域积累的大量资料和致力于在食品工业中应用高压脉冲电场灭菌的研究进展,做一较系统的概述,供从事这方面的研究者参考。
压电,产生瞬时的高压脉冲、电弧光以及电化学反应来灭菌 3 ,但由于会造成食品电污染( 因电极的腐蚀) 和食品中颗粒的瓦解( 因冲击波的作用) ,目前仅用于污水处理。
20 世纪60 年代,学者Sale 和Ham ilton4 率先进行了高压电脉冲灭菌效果的研究,他们认为电场强度和作用时间是影响电灭菌效果的两个最主要因素,并通过实验证明了产生灭菌作用的既非电解产物也非热力学的原因。
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物理学应用介绍
12
物理学
第五版
高强度脉冲电场用于液态食品的灭菌
溶液pH值对大肠杆菌灭菌效果的影响
残菌率
1
10-1 10-2
8个脉冲后，pH5.7的溶液 0 2 4 6 中大肠杆菌的存活率为 pH6.8溶液的十分之一.
pH6.8
pH5.7
8 10 脉冲数
物理学应用介绍
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物理学
第五版
高强度脉冲电场用于液态食品的灭菌
指数衰减型
双极性脉冲
10000 8000 6000 4000 2000 Voltage (V) 0 -2000 -4000 -6000 -8000 -10000 -12000 0 60 40 20 0 Current (A) -20
Voltage
-40 5 10 Time ( s) 15 20 -60
E >10 kV/cm
强 电 场
+
Food
-
高 电 压
高压脉冲 发生器产生 的高压脉冲, 被加到杀菌 容器的两极 板上形成10 kV/cm以上 的电场.
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物理学应用介绍
物理学
第五版
高强度脉冲电场用于液态食品的灭菌
几种灭菌容器的电场设计
食品 入口 Co-axial cylinders 食品 出口
电极
Current
物理学应用介绍
物理学
第五版
高强度脉冲电场用于液态食品的灭菌
三
电场灭菌效果
1 脉冲电场作用的剂量及效果
残菌率
对脱脂乳中大肠杆菌的灭菌实验 30 kV/cm 35 kV/cm
1
10-1
10-2
10-340 kV/cm,脉冲宽度2 us，50 场强 299%大肠杆菌失活 4 8 16 32 个脉冲后，
物理学应用介绍
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物理学
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高强度脉冲电场用于液态食品的灭菌
在强电场作用下，细胞膜两表面堆积 的异号电荷相互吸引，引起膜的挤压. 当挤压力大于膜的弹性力时，产生穿 孔.
+
强 电 场
- + +
物理学应用介绍
高 电 压
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物理学
第五版
高强度脉冲电场用于液态食品的灭菌
2 装置
RCL
高压 电源 脉冲发生器 控制单元 脉冲 宽度 频率
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高强度脉冲电场用于液态食 磁场灭菌 光脉冲灭菌 高压灭菌 真空灭菌
种类
物理学应用介绍
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物理学
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高强度脉冲电场用于液态食品的灭菌
二
电场灭菌的原理及装置
1 原理
将液态食品作为电介质置于高强度脉 冲电场中，食品中微生物的细胞膜在强电 场的作用下被击穿，产生不可修复的破裂 或穿孔，使细胞组织受损，导致微生物失 活.
物理学
第五版
高强度脉冲电场用于液态食品的灭菌
高强度脉冲电场 用于液态食品的灭菌
物理学应用介绍
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物理学
第五版
高强度脉冲电场用于液态食品的灭菌
一
食品的灭菌与灭菌方法
1 食品的灭菌 运用各种手段杀灭食品中的有害微生 物，从而保持食品的品质并达到一定的保 藏期.
2 常用灭菌方法 巴氏灭菌、阿佩尔灭菌、 化学药剂灭菌、辐射灭菌等
3 适用对象 几乎所有具有流动性能的流体和半流 体的非热杀菌. 果汁\蔬菜汁\蛋液的非热杀菌 果酱\色拉调料和其它酱类制品 乳制品 乳膏类化妆品 功能性食品和医药制品
物理学应用介绍
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第五版
高强度脉冲电场用于液态食品的灭菌
最佳的灭菌效果的综合考虑：
对象菌的种类 场强的大小 电场形状设计 灭菌时间长短 食品的酸碱度调节等
物理学应用介绍
40 kV/cm
64 脉冲数
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第五版
高强度脉冲电场用于液态食品的灭菌
2 溶液pH值对灭菌效果的影响
多数微生物的最佳生长环境的pH值位于 6.6~7.5之间，加入HCL或NaOH等可调节 溶液的pH值，使其偏离最佳生长区.
微生物的细胞膜穿孔形成后，细胞周围 的介质渗入细胞，使其体内酸碱度平衡受 到破坏，促使其失活，提高灭菌效果.
电极
Bushnell et al. 1991 US Patent 5,048,404
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物理学
第五版
高强度脉冲电场用于液态食品的灭菌
几种灭菌容器的电场设计
食品 入口 Co-axial cones 食品 出口
电极
电极
物理学应用介绍
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第五版
高强度脉冲电场用于液态食品的灭菌
常用脉冲电压波形
物理学应用介绍
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第五版
高强度脉冲电场用于液态食品的灭菌
该技术很可能取代传统的灭菌方法，给食品 的灭菌工艺带来一场变革.
美国基于该技术的一无菌罐装生产线，处理能力 2 000 l/h.
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高强度脉冲电场用于液态食品的灭菌
参考文献
1 陈 健. 高强度脉冲电场用于液态食品的杀菌.
物理. 1997(11) : 688 ~ 689 2 陈 健. 液态食品的脉冲电场杀菌技术研究. 冷饮与速冻食品工业. 1998(1) : 20 ~ 21
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第五版
高强度脉冲电场用于液态食品的灭菌
3 加热灭菌的方法
加热使食品中腐败菌内的蛋白质凝固变 性，导致细菌失活. 缺点: 食品受热后，发生物理或化学性 质的变化，造成其色、香、味、组织结构 的改变及营养价值的下降，产生各种褐变 反应及酸败，维生素受破坏等.
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