高壓脈沖電場技術(shù)在食品質(zhì)量與安全中的應(yīng)用進(jìn)展

馮敘橋， 王月華， 徐方旭

（1.沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品學(xué)院，遼寧 沈陽 110866；2.渤海大學(xué) 食品科學(xué)研究院/遼寧省食品安全重點實驗室，遼寧 錦州 121013）

目前，食品工業(yè)中采用的傳統(tǒng)加工技術(shù)如蒸煮、巴氏殺菌、腌制、微波等對食品的組織結(jié)構(gòu)、感官性狀和營養(yǎng)成分有很大的破壞性，使食品原有的品質(zhì)和營養(yǎng)價值損失較大。隨著人們消費觀的變化，利用這些加工技術(shù)生產(chǎn)出的食品已越來越不能滿足消費者的要求。高壓脈沖電場 （High voltage pulsed electric field，HPEF）技術(shù)是一種在國際上新興的食品綠色冷加工技術(shù)，正處在由中間試驗向商業(yè)化過度階段。超高壓的處理范圍只對生物高分子物質(zhì)立體結(jié)構(gòu)中非共價鍵的結(jié)合產(chǎn)生影響，對食品的維生素等營養(yǎng)物質(zhì)和風(fēng)味物質(zhì)基本沒有影響，較大限度的保存了食品的天然性質(zhì)，因此，HPEF技術(shù)在眾多非熱加工技術(shù)中脫穎而出。與傳統(tǒng)的熱加工技術(shù)相比，HPEF技術(shù)具有處理能耗低、時間短、無污染、操作簡便、能更好地保持原有食品的品質(zhì)和營養(yǎng)等優(yōu)點[1]，使其在提高食品質(zhì)量與安全的應(yīng)用中具有不可替代的作用，是當(dāng)前最具有潛力實現(xiàn)工業(yè)化的冷殺菌技術(shù)。與其他非熱加工技術(shù)相比，HPEF技術(shù)能耗低、殺菌徹底、能夠更好地保持食品質(zhì)量、降低食品安全隱患。若將高壓脈沖電場技術(shù)有效地應(yīng)用于食品工業(yè)中，將有效促進(jìn)食品行業(yè)的發(fā)展，帶來巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。20世紀(jì)60年代，美國最早將HPEF技術(shù)應(yīng)用于食品殺菌工業(yè)中。近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，國內(nèi)外有關(guān)HPEF的研究范圍逐漸擴大，除殺菌鈍酶外，已有涉及食品干燥、解凍、果蔬保鮮、果蔬汁提取、胞內(nèi)物質(zhì)提取、酒類催陳和降解殘留農(nóng)藥等多方面的研究。在美國、日本和德國等發(fā)達(dá)國家，有關(guān)HPEF設(shè)備的研究較多，在我國相對較少。作者就目前國內(nèi)外利用HPEF技術(shù)在食品質(zhì)量與安全中的研究現(xiàn)狀做一概述，并對其發(fā)展前景進(jìn)行展望。

1 HPEF處理裝置

HPEF以較高的電場強度、較短的脈沖寬度和較高的脈沖頻率對食品進(jìn)行處理，目前多用于液態(tài)和半固態(tài)食品處理中。HPEF處理系統(tǒng)主要由脈沖發(fā)生器、樣品處理室、冷卻裝置和溫度測定裝置等組成（見圖1），其中脈沖發(fā)生器和樣品處理室是核心部位。脈沖發(fā)生器產(chǎn)生10 kV以上的脈沖被加到處理室的兩極板上，使處理室內(nèi)產(chǎn)生10 kV/cm以上的電場并作用于流經(jīng)此室的食品。與其它加工技術(shù)相比，HPEF技術(shù)具有較高的經(jīng)濟優(yōu)勢，一方面，采用該技術(shù)處理食品耗能低，據(jù)國外資料報道，HPEF用于液態(tài)食品處理的操作費用只需0.7美分/L的電費和0.22美分/L的維護費，并且針對不同的處理對象選擇最有效的處理波形時，費用還可進(jìn)一步降低[2]。另一方面，當(dāng)輸入相同的能量時，高壓脈沖電場的處理效率明顯高于其它處理技術(shù)，并且對食品原有功能物質(zhì)破壞程度最小，能最大限度保持食品原有的品質(zhì)和營養(yǎng)。由于HPEF裝置造價昂貴，與美國、德國等一些發(fā)達(dá)國家相比，我國對HPEF系統(tǒng)裝置的研制起步較晚。目前，在設(shè)備研究和制備方面俄亥俄州立大學(xué)處于國際領(lǐng)先地位，該大學(xué)已經(jīng)建成一條處理能力達(dá)到每小時2 000 L的準(zhǔn)工業(yè)化生產(chǎn)線。與國外相比，國內(nèi)目前主要有江南大學(xué)、浙江大學(xué)、清華大學(xué)和大連理工大學(xué)等高校在開展HPEF設(shè)備的基礎(chǔ)性研究，并在設(shè)備和處理室設(shè)計方面取得一定進(jìn)展。大連理工大學(xué)利用大功率開關(guān)器件配合脈沖升壓變壓器研制出10 kV的脈沖發(fā)生器，該脈沖發(fā)生器精度較高，但其脈沖高壓比較低；浙江大學(xué)研究者在絕緣空心管內(nèi)安置平行平板電極，研制出一種連續(xù)式液態(tài)食品滅菌的HPEF處理室，該方法改善了處理室的電場分布，使場強分布均勻的同時有效保護電極，提高被處理食品的安全性[3]。

2 HPEF技術(shù)加工機理

到目前為止，國內(nèi)外對HPEF加工機理的研究已有40多年的歷史，主要形成了臭氧效應(yīng)、電解產(chǎn)物效應(yīng)、電磁機理模型、電崩解和電穿孔等觀點，其中電崩解和電穿孔理論[4-5]受到大部分專業(yè)人士的認(rèn)可，并被廣泛應(yīng)用于食品殺菌、胞內(nèi)物質(zhì)提取和果蔬汁提取等食品工業(yè)生產(chǎn)實際中，在殺菌方面應(yīng)用最廣。

圖1 高壓脈沖電場殺菌裝置示意圖Fig.1 Scheme of HPEF sterilization

2.1 電崩解理論

電崩解理論認(rèn)為，微生物的細(xì)胞膜可看作是一個電容器，在外加電場的作用下細(xì)胞膜上的電荷分離形成跨膜電位差，此電位差隨著電場的增強而增大，當(dāng)電位差達(dá)到臨界電崩解電位差時，細(xì)胞膜破裂。若在此電崩解條件下，該細(xì)胞能自我愈合，則這種破裂是可逆的；若外加電場超過了臨界電場強度或作用時間過長，此時產(chǎn)生的破裂是不可逆的，最終導(dǎo)致細(xì)胞死亡[6]，從而微生物死亡，達(dá)到滅菌目的。Zimmermann[7]研究表明，細(xì)胞膜兩側(cè)受到的壓力隨著跨膜電位差的增大而增大，當(dāng)跨膜電位差達(dá)到1V時，細(xì)胞膜產(chǎn)生黏彈性恢復(fù)力的速度遠(yuǎn)小于擠壓力的增長速度，細(xì)胞膜被局部破壞，當(dāng)外加電場超過臨界電場時，細(xì)胞膜被大尺寸破壞，進(jìn)而形成電崩解。魏新勞等[8]在HPEF滅菌機理的研究中認(rèn)為，細(xì)胞膜的電崩解是電穿孔形成的基礎(chǔ)，與電穿孔理論相比，電崩解理論更科學(xué)，原因是:一方面，電穿孔是一種機械運動過程，而這一過程不會在幾十微妙甚至幾百納秒內(nèi)完成；另一方面，電穿孔是指在脈沖電場存在時，細(xì)胞膜上出現(xiàn)暫時不穩(wěn)定的、穿孔的生物物理現(xiàn)象，而這種現(xiàn)象不適合被作為機理對待。王黎明等[9]在HPEF殺菌機理的研究中，利用透射電子顯微鏡（TEM）觀察經(jīng)HPEF處理后的大腸桿菌和啤酒酵母菌，發(fā)現(xiàn)處理后兩種細(xì)菌的細(xì)胞膜均變模糊，細(xì)胞質(zhì)團聚、外流，導(dǎo)致細(xì)胞死亡，死亡后的細(xì)胞形態(tài)與電崩解理論較為吻合。這些研究結(jié)果說明在HPEF作用下，當(dāng)場強超過臨界值或作用時間過長時，細(xì)胞膜會產(chǎn)生不可逆崩解，進(jìn)而導(dǎo)致細(xì)胞死亡，達(dá)到殺菌效果。

2.2 電穿孔理論

電穿孔理論認(rèn)為，外加電場的作用會改變脂肪的分子結(jié)構(gòu)和增大部分蛋白質(zhì)通道的開度，并使細(xì)胞膜壓縮形成小孔，增強細(xì)胞膜通透性，從而使小分子物質(zhì)透過細(xì)胞膜進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，最后導(dǎo)致細(xì)胞膨脹破裂，胞內(nèi)物質(zhì)外漏，使細(xì)胞死亡[10]。電穿孔效應(yīng)假說可以通過兩種方法來證實:一是電子顯微鏡照片顯示，在處理后酵母菌菌體上具有明顯的裂痕；二是對殺菌前后菌液中某一離子濃度進(jìn)行檢測，若該離子濃度升高，同時又可排除該離子的其它來源，則可以推斷該離子濃度升高是由細(xì)胞破裂導(dǎo)致胞內(nèi)物質(zhì)外泄所致。郭清泉等[11]對磷酸鹽緩沖液中的乳酸桿菌進(jìn)行高壓脈沖電場殺菌，發(fā)現(xiàn)滅菌之后緩沖液中氯離子濃度高了很多。由于實驗中排除了氯離子的其它來源，故而只能得出因乳酸桿菌細(xì)胞破裂，細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)外泄導(dǎo)致氯離子濃度增加的結(jié)論。楊艷芹等[12]在脈沖電場致細(xì)胞電穿孔的機理分析中報道，在靜息電場中，電場勢能和熱運動能量的共同作用使膜分子受到的力如范德華力、氫鍵、疏水作用等相互平衡，進(jìn)而膜分子處于平衡狀態(tài)；當(dāng)外加脈沖電場存在，且脈沖寬度大于10-4時，分子受到的轉(zhuǎn)矩和電勢能發(fā)生變化，分子向勢能低的方向移動，導(dǎo)致細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)迅速重組，膜上形成微孔。脈沖電場的周期作用使微孔有所增大，從而離子穿過膜進(jìn)入細(xì)胞，使細(xì)胞膨脹，細(xì)胞膜變薄，微孔迅速增大，形成電穿孔。王翠華等[13]在研究脈沖放電對銅綠微囊藻細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)的影響中發(fā)現(xiàn)，在脈沖電場作用下，絕大多數(shù)細(xì)胞發(fā)生電穿孔現(xiàn)象，產(chǎn)生不可逆變性，僅少數(shù)細(xì)胞雖然形態(tài)存在，但結(jié)構(gòu)基本被破壞，發(fā)生程序性死亡。肖華娟等[14]研究發(fā)現(xiàn)，HPEF產(chǎn)生的電穿孔效應(yīng)具有累積效應(yīng)，且隨著電場強度或脈沖寬度的增加而增加。這些研究結(jié)果證實了電穿孔理論，說明HPEF處理可使細(xì)胞膜形成大量小孔，進(jìn)而胞內(nèi)物質(zhì)外流，導(dǎo)致微生物死亡，起到殺菌作用。

3 HPEF在食品質(zhì)量控制中的應(yīng)用

當(dāng)前，食品質(zhì)量問題越來越引起全社會的關(guān)注，并已成為我國農(nóng)產(chǎn)品出口的壁壘，而落后的生產(chǎn)技術(shù)是影響我國食品質(zhì)量的重要因素之一。據(jù)商務(wù)部統(tǒng)計[15]，在進(jìn)出口貿(mào)易中，我國每年因技術(shù)性貿(mào)易壁壘造成的經(jīng)濟損失約90億美元。要解決這一問題，當(dāng)務(wù)之急是提高我國食品質(zhì)量。因此，開發(fā)一種新型食品加工技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)食品加工方法尤為重要。在多種新型食品加工技術(shù)中，如脈沖強光技術(shù)、電磁輻射技術(shù)和超高壓技術(shù)等，HPEF技術(shù)在保持食品原有質(zhì)量方面具有較強的可行性。HPEF技術(shù)在食品質(zhì)量控制中的應(yīng)用具體介紹如下。

3.1 鈍酶延緩食品氧化變質(zhì)

通過抑制酶活來控制果蔬采后新陳代謝，對提高果蔬的貯藏質(zhì)量、延長貨架期具有重要作用。吳有梅等[16]以蘋果為研究材料，發(fā)現(xiàn)通過抑制ACC合成酶和EFE的活性能夠抑制乙烯合成，從而降低果肉細(xì)胞呼吸強度，延緩果實衰老。HPEF處理食品能夠鈍化酶或破壞食品中酶的結(jié)構(gòu)[17]，從而導(dǎo)致酶失活，抑制相關(guān)生化反應(yīng)，進(jìn)而提高食品的貯藏質(zhì)量。研究表明:HPEF對食品中多數(shù)酶具有鈍化作用。梁國珍等[18]研究發(fā)現(xiàn)HPEF能夠使辣根POD的3級結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯變化，降低酶活，且酶活性隨著場強的增強和脈沖數(shù)的增加而下降；利用HPEF處理蘋果汁， 在處理條件為 40 kV/cm、10 μs時，PPO和POD失活率分別為71%和68%[19]，大大提高了果汁的抗氧化能力；Luo等[20]研究了HPEF對PPO和LOX的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)當(dāng)場強為24 kV/cm時，作用時間為320 μs PPO活性降低69%，作用時間為962 μs LOX活性降低88%，且通過圓二色譜分析證明二者的二級結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變；Aguil等[21]利用HPEF處理西瓜汁，發(fā)現(xiàn)HPEF對西瓜汁中POD、PME和PG具有鈍化作用，從而提高了果汁的抗氧化性，保持了食品的新鮮度；陳晨等[22]研究表明:鮮榨胡蘿卜汁在30 kV/cm、800 μs的HPEF條件下處理后，其LOX和POD活性分別降至23.22%和46.97%，且HPEF處理后胡蘿卜汁的總質(zhì)量明顯高于巴氏殺菌法處理后的胡蘿卜汁；同樣，HPEF處理也可鈍化番茄汁中POD活性[23]，延緩其氧化變質(zhì)。

3.2 對色澤和風(fēng)味物質(zhì)的影響

顏色和風(fēng)味是評價食品的感官指標(biāo)，它們直接影響消費者購買和消費食品的欲望。HPEF處理食品，可最好地保持食品原有的色澤和風(fēng)味。研究表明，在35 kV/cm、750 μs的條件下處理橙汁，類胡蘿卜素和黃酮類物質(zhì)得以提高[24]；在食品貯藏過程中，風(fēng)味物質(zhì)的穩(wěn)定性較差，這種情況可通過適當(dāng)?shù)腍PEF技術(shù)處理而得到改善。王艷芳等[25]·的研究結(jié)果表明，采用HPEF技術(shù)處理牛乳，其風(fēng)味物質(zhì)損壞不明顯，并且產(chǎn)生較少的與蒸煮味相關(guān)的含硫化合物；王寅等[26]在HPEF和熱處理對藍(lán)莓汁品質(zhì)影響的研究中，采用色差儀測定法和pH示差法，分別測定經(jīng)HPEF處理后藍(lán)莓汁的色澤和花青素變化，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與熱處理相比，經(jīng)HPEF處理后的藍(lán)莓汁，其色澤更接近于原汁。另外，將HPEF處理后的藍(lán)莓汁在4℃條件下貯藏30 d后，花青素的保留率達(dá)到84.85%，高于對照組（77.45%）和熱處理（78.62%）藍(lán)莓汁中花青素的保留率；張雯等[27]從飽滿度、氣味和形態(tài)等方面研究HPEF對楊梅保鮮的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)當(dāng)楊梅存放至第5 d時，未經(jīng)HPEF處理的楊梅變軟，出現(xiàn)腐爛現(xiàn)象，而經(jīng)HPEF處理過的楊梅相對飽滿，無腐爛現(xiàn)象；當(dāng)楊梅存放至第7 d時，未經(jīng)HPEF處理的楊梅已經(jīng)完全腐爛，酸腐氣味明顯，而經(jīng)HPEF處理的楊梅略有變軟?？梢?，HPEF技術(shù)對食品的風(fēng)味、口感、顏色基本無影響，具有一定的保鮮作用。

3.3 對營養(yǎng)物質(zhì)的影響

營養(yǎng)價值是評價食品新鮮度的重要指標(biāo)。在食品的處理過程中，采用傳統(tǒng)的加工方法雖然能延長食品貨架期，但會降低食品的營養(yǎng)價值。HPEF處理食品，在適宜的處理參數(shù)下可最大限度減少風(fēng)味物質(zhì)和營養(yǎng)成分的損失，保持食品的營養(yǎng)價值及新鮮程度。研究表明，HPEF可減緩食品在貯藏過程中VC的降解速度，提高類胡蘿卜素 （Carotenoids）和黃酮類 （Flavonoids）物質(zhì)含量，進(jìn)而提高食品貯藏期的綜合質(zhì)量。如HPEF處理后豆乳中VC含量高于熱處理的豆乳[28]；Grimi等[29]利用HPEF輔助提取果汁，發(fā)現(xiàn)在400 kV/cm場強下分別處理蘋果切片和全蘋果后榨取果汁，全蘋果中提取果汁的抗氧化能力和澄清度均高于蘋果切片中提取的果汁，說明HPEF對全蘋果內(nèi)的功能成分破壞程度較??；潘東芬[30]研究HPEF對胡蘿卜汁品質(zhì)的影響，發(fā)現(xiàn)當(dāng)場強為11.11 kV/cm時，VC保留率高達(dá)97.8%；王冉等[31]研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)HPEF處理后的蘋果中的碳水化合物含量有所增加，脂肪、蛋白質(zhì)含量降低，但與其他方法相比，其含量仍相對較高，感官品質(zhì)更接近于處理前樣品。

在對食品進(jìn)行干燥處理的過程中，HPEF技術(shù)利用高強脈沖在較低溫度下對細(xì)胞膜及液泡膜進(jìn)行可逆擊穿，增強其通透性，提高了脫水速度，避免了食品組織結(jié)構(gòu)中功能成分的大量流失；在食品的解凍處理過程中，HPEF能加快食品解凍速度、減少汁液流失、使解凍過程中食品溫度分布均勻，減少營養(yǎng)物質(zhì)破壞，保持了食品質(zhì)量。Ade-Omowaye等[32]研究了HPEF對紅辣椒脫水的影響，與其它脫水方法相比，HPEF處理不僅能保持原有的組織結(jié)構(gòu)，而且能夠最小程度損失VC；王維琴等[33]研究表明:用 2 kV/cm、70 μs和 1 kV/cm、50 μs處理甘薯分別得到較高的熱風(fēng)干燥速率，縮短了干燥時間，從而減少了營養(yǎng)物質(zhì)的流失；方勝等[34]研究表明，HPEF技術(shù)可明顯縮短食品解凍時間，從而有效防止由解凍時間過長造成的營養(yǎng)物質(zhì)過多流失。

此外，將冷凍濃縮技術(shù)與HPEF技術(shù)相結(jié)合，可以用來解決某些高濃度液態(tài)食品由于具有較高的電導(dǎo)率導(dǎo)致處理過程中食品溫度升高而造成的食品營養(yǎng)物質(zhì)損失問題。方婷等[35]研究表明，HPEF集成冷凍濃縮技術(shù)由于操作過程處理溫度低，降低了液體的電導(dǎo)率，從而避免了在處理過程中產(chǎn)生的大量熱對功能成分的損害；陳梅英等[36]發(fā)現(xiàn)采用HPEF集成冷凍濃縮技術(shù)加工果汁，能較好地保存果蔬汁原有感官性質(zhì)和營養(yǎng)價值；葉麗珠等[37]利用HPEF處理冷凍濃縮后的西瓜汁，發(fā)現(xiàn)處理后的樣品品質(zhì)很好，接近于西瓜原汁?？梢?，HPEF處理后的食品樣品的氣味、色澤和營養(yǎng)價值方面均高于經(jīng)其它技術(shù)處理的樣品。

3.4 對乙烯的影響

乙烯是一種促進(jìn)果蔬成熟的激素，果蔬中乙烯含量的增加會激發(fā)呼吸強度，從而導(dǎo)致營養(yǎng)物質(zhì)的消耗和保鮮期的縮短。孫貴寶等[38]以青椒為材料研究了高壓靜電場對果蔬新鮮度的影響，發(fā)現(xiàn)在多種處理方法中，不同場強的高壓靜電場處理后的青椒乙烯釋放量的高峰值均低于對照組（0 kV/m），且場強為60 kV/m時，乙烯釋放量的高峰值相對最小。可見，高壓靜電場處理樣品可抑制乙烯的釋放。抑制果蔬內(nèi)部乙烯生成可降低果蔬的呼吸作用，減少營養(yǎng)物質(zhì)的消耗，從而提高果蔬的貯藏質(zhì)量，延長貨架期。HPEF是否與高壓靜電場處理一樣對果蔬乙烯釋放量產(chǎn)生影響，有待進(jìn)一步研究。

4 HPEF在食品安全中的應(yīng)用

食品質(zhì)量安全與人類的生命健康息息相關(guān)，關(guān)系到經(jīng)濟的發(fā)展和社會的穩(wěn)定，是近年來人們及為關(guān)注的社會公共問題。用HPEF處理食品能夠抑制食品微生物生長，降解殘留農(nóng)藥，有助于減少使用食品添加劑，從而有效提高食品安全性，延長食品貨架期[39]，促進(jìn)食品行業(yè)的快速發(fā)展，具有顯著的社會經(jīng)濟效益。

4.1 滅菌防止食品腐敗變質(zhì)

殺菌是食品生產(chǎn)中十分重要的環(huán)節(jié)，殺菌效果的好壞直接影響著食品的質(zhì)量與安全性。用傳統(tǒng)的熱加工方法對果蔬汁進(jìn)行殺菌處理，會嚴(yán)重?fù)p失果蔬汁原有的風(fēng)味物質(zhì)和營養(yǎng)成分[40]。HPEF技術(shù)與其它殺菌技術(shù)相比，能夠在較低的溫度下殺滅微生物，較好地保持食品的營養(yǎng)物質(zhì)和天然特性。最近，在對HPEF殺菌機理的研究中，陳晨等[41]以大腸桿菌為材料研究發(fā)現(xiàn)，HPEF可破壞微生物體內(nèi)蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)，可能引起微生物的新陳代謝紊亂，進(jìn)而導(dǎo)致微生物死亡。大量研究報道[42]，HPEF能夠有效殺滅大部分微生物；不同微生物對HPEF的抗性是不同的，在相同HPEF條件下，不同菌種存活率表現(xiàn)為霉菌、大腸桿菌、酵母菌依次降低。在不同介質(zhì)中滅菌效果也不同，電導(dǎo)率和粘稠度越低，密度越高的介質(zhì)滅菌效果越好。

Zhao等[43]在HPEF對綠茶飲料中微生物的失活和理化性質(zhì)影響的研究中表明，利用HPEF處理綠茶飲料，能顯著降低微生物菌落，稍微改變飲料的顏色和氨基酸總量，在4℃的貯藏溫度下可延長其保質(zhì)期6個月。方婷等[44]探討了HPEF對瓶裝飲用水中不同微生物的滅菌效果，結(jié)果表明經(jīng)場強為48.39 kV/cm的HPEF處理不同時間后，均未有大腸桿菌、啤酒酵母和青霉菌的活菌檢出，在相同場強處理下經(jīng)295 μs之后金黃色葡萄球菌和沙門氏菌的活菌數(shù)分別有6.6和5.5個對數(shù)的減少。也有研究表明，溫度對HPEF殺菌具有協(xié)同作用。陳拓等[45]在HPEF對胡蘿卜汁的殺菌效果研究中表明，在30 kV/cm，20 Hz的實驗條件下，當(dāng)水浴溫度由4℃升至20℃時，大腸桿菌總數(shù)下降由2.9個對數(shù)增加到3.9個對數(shù)。趙偉等[46]在HPEF與熱協(xié)同對液態(tài)蛋殺菌的研究中表明，與巴氏殺菌相比，HPEF與熱協(xié)同對液態(tài)蛋具有較好的殺菌效果，且起泡和乳化性能均有提高，色澤和黏度的變化很小。對HPEF在梨汁[47]、葡萄汁[48]等其它果蔬的處理中也有類似報道。

此外，HPEF處理后的食品中不會產(chǎn)生對人體有害的自由基。而其它一些加工方法如輻照、超聲波處理等，會使食品產(chǎn)生自由基[49-50]，而這些自由基會促進(jìn)人體衰老、削弱細(xì)胞的抵抗力、破壞體內(nèi)蛋白質(zhì)和酶、引起心腦血管疾病等。目前，HPEF技術(shù)在有效殺死微生物過程中，沒有發(fā)現(xiàn)有害物質(zhì)產(chǎn)生，而且有利于食品的貯藏，延長食品的貨架期，提高食品的安全性。

4.2 在降解殘留農(nóng)藥中的作用

目前，由于病害和蟲害抗藥性的增強，不合理地使用農(nóng)藥已成為引起食品安全事件的因素之一，導(dǎo)致農(nóng)作物在食用期殘留未降解農(nóng)藥，威脅著人類的身體健康。研究表明HPEF技術(shù)對果蔬采后殘留的未降解農(nóng)藥具有降解作用，國內(nèi)外關(guān)于HPEF對有害小分子農(nóng)藥的降解已有報道[51]。Chen等[52]利用HPEF處理蘋果汁，發(fā)現(xiàn)HPEF能顯著降解蘋果汁中殘留的甲胺磷和毒死蜱，且降解作用隨著電場強度和脈沖數(shù)的增加而增強；張若兵等[53]研究了HPEF電場對豆?jié){中殘留農(nóng)藥的降解作用，結(jié)果表明經(jīng)HPEF處理后，豆?jié){中樂果、馬拉硫磷和甲胺磷等6種殘留藥物均有不同程度的降解。此外，宋萍等[54]在農(nóng)藥降解動力學(xué)模型的改進(jìn)研究中，構(gòu)造出一種新型農(nóng)藥降解非線性動力學(xué)模型，該模型適用性廣，并且可描述降解曲線凹凸有拐點的情形，同時對預(yù)測農(nóng)藥降解動態(tài)具有一定的理論價值。若將該非線性動力學(xué)模型應(yīng)用到有關(guān)HPEF降解殘留農(nóng)藥的研究中，可更直觀地描述出HPEF對殘留農(nóng)藥的降解動態(tài)。

4.3 減少食品添加劑的使用

在綠色蔬菜的加工和儲藏過程中，葉綠素極易被降解，生產(chǎn)中經(jīng)常使用護色劑和保鮮劑來保持蔬菜綠色而維持蔬菜的感官質(zhì)量，吸引消費者購買產(chǎn)品。殷涌光等[55]在應(yīng)用高壓脈沖電場加工天然綠色蔬菜飲料的方法中表明，在50～70 kV/cm的HPEF條件下，70 kV/cm最宜，處理添加75 mg/kg葡萄糖酸鋅的新鮮菠菜汁，可使菠菜汁長期保持綠色，減少使用添加劑含量，提高食用安全性。

高蛋白含量食品經(jīng)久存后會發(fā)生蛋白質(zhì)二次沉淀現(xiàn)象，利用HPEF技術(shù)處理蛋白含量較高的液態(tài)食品，可避免食品中蛋白質(zhì)沉淀物的產(chǎn)生，如利用HPEF技術(shù)處理醬油沉淀前體物，可破壞其膠體結(jié)構(gòu)，使大分子物質(zhì)迅速沉淀，從而過濾除去，同時可降解多肽，去除二次沉淀前體物，使得醬油存放6個月無沉淀產(chǎn)生[56]；另一方面，HPEF可有效促進(jìn)鮮肉中蛋白質(zhì)降解，顯著增加總氨基酸含量，提高鮮肉的營養(yǎng)價值。鮮肉經(jīng)10 s HPEF短時處理，其鮮味物質(zhì)谷氨酸含量可增加82.3%[57]。此外，經(jīng)HPEF處理后的白酒總酸和總酯含量都有所增加，陳香明顯，辛辣味減少，綿軟柔和并帶有余香；另外，貯存一年的白酒經(jīng)HPEF處理后可達(dá)到陳釀6年的效果[58]。這些研究結(jié)果都說明利用HPEF技術(shù)對某些食品具有顯著的增鮮作用，可避免或減少相關(guān)食品添加劑的使用。

5 展望

HPEF技術(shù)能夠顯著提高果蔬的出汁率和果汁純度，具有較好的殺菌、保鮮效果，同時能最大限度地保持食品的天然性質(zhì)和營養(yǎng)價值，可有效提高食品質(zhì)量與安全性。但是，HPEF技術(shù)在固態(tài)食品中的應(yīng)用研究較少，因為脈沖會引起電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生氣泡，氣泡擊穿會使介質(zhì)迅速膨脹，若介質(zhì)為固體食品，則會因過壓而導(dǎo)致局部爆炸，存在危險性。HPEF技術(shù)在固態(tài)食品中的應(yīng)用有待進(jìn)一步研究。同時，利用HPEF處理食品也有一些問題需要引起注意:如HPEF處理能否導(dǎo)致食品和食品中微生物遺傳物質(zhì)的改變？處理過程中是否能確保不產(chǎn)生對人體有害的物質(zhì)？而這些問題將會潛在地影響著人體健康，如降低人體免疫力、影響人體正常新陳代謝等。今后，應(yīng)該加強從分子水平上研究HPEF對食品組分的影響機制及其殺菌鈍酶機理，同時要尋找合適的電極材料，避免在加工過程中由于電極腐蝕而造成食品污染。

目前，一些發(fā)達(dá)國家對HPEF技術(shù)的應(yīng)用已逐漸從實驗室階段向商業(yè)化過度，我國對HPEF的研究仍處在實驗室階段。我國研究者正將HPEF技術(shù)與其它學(xué)科緊密結(jié)合，不斷探究HPEF技術(shù)在食品工業(yè)中的最新應(yīng)用及其在應(yīng)用中的最適條件，如最適電場強度、最適脈沖波形、最適脈沖寬度和最適溫度等，并不斷改進(jìn)HPEF的處理系統(tǒng)，研制大功率、高精度、調(diào)控性能好的脈沖發(fā)生器和動態(tài)處理室，以改變我國在這一研究領(lǐng)域落后的現(xiàn)狀。隨著研究者對HPEF技術(shù)的深入研究以及對HPEF設(shè)備的不斷改進(jìn)，相信將HPEF技術(shù)實現(xiàn)工業(yè)化指日可待。

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