高壓電場技術在食品殺菌中的應用研究進展

齊夢圓，劉卿妍，石素素，咸友花，袁 媛*

（吉林大學食品科學與工程學院，吉林 長春 130000）

原料采集、加工等過程中存在的微生物污染問題是威脅食品安全的重要因素，因此殺菌處理是食品工業中一項必不可少的工序。隨著經濟水平的提高，消費者對食品品質和安全提出了更高的要求，現代食品加工工藝要求最小程度的加工和最大限度地保留食品的色、香、味及其營養成分；而傳統的食品熱殺菌方法對食品功能成分的生理活性以及食品感官品質破壞大，已不能滿足現代食品加工的需求。高壓電場技術殺菌效果顯著、殺菌時間短、能耗低、無污染、無輻射作用，且能最大限度地保持食品原有的營養成分和感官性狀，為熱殺菌提供了商業可行的替代方案，具有廣闊的工業化應用前景。高壓脈沖電場（pulsed electric field，PEF）和高壓靜電場（high voltage electrostatic field，HVEF）是食品殺菌中常用的兩種高壓電場類型，受到了國內外研究人員的廣泛關注。本文將重點介紹PEF與HVEF的特點和在食品殺菌中的應用研究進展，同時，針對PEF及HVEF在食品殺菌過程中存在的缺點，總結了研究人員對其電場裝置的改進和完善情況，并就高壓電場與其他滅菌方式的聯用展開了詳細介紹。

1 高壓電場殺菌技術簡介

1.1 高壓電場裝置特點

1.1.1 PEF的裝置特點

PEF處理系統主要由6個部分組成：高壓脈沖電源、能量儲存電容器和高壓放電開關、通過脈沖形成網絡提供指定脈沖參數的脈沖發生器、用于設定和監控的控制系統以及連接有電極的物料處理室。高壓電源（1～100 kV）由公用線路（110 V或220 V）轉換而成，大功率開關是儲存電容器和處理室之間的連接元件。電容器通過高壓電源完成儲能后，需要閉合開關將能量釋放至處理室中的待處理物料從而完成殺菌。實際應用中的PEF設備會通過簡化元件或添加其他線路等來滿足實驗或生產的需要（圖1）。它常以高電壓（0～50 kV）、高脈沖頻率（0～2 000 Hz）和短脈沖（0～100 μs）處理液態、半固態及固態食品，作用時間短、熱能消耗少，幾乎不會提高物料溫度，可以最大限度保留食品原有的風味。

圖1 實驗室規模PEF系統示意圖[6-7]Fig.1 Schematic diagrams of laboratory-scale PEF systems[6-7]

1.1.2 HVEF的裝置特點

HVEF設備要比PEF簡單，主要由直流電源、高壓發生器和處理室3個核心部分組成。直流電源產生的低壓（0～30 V）經高壓發生器轉換為高壓（0～50 000 V），后經過整流、濾波、多諧振變換和多級倍壓整流等電路，最終變換成穩定的直流高電壓，這種直流高電壓施加在兩塊平行的極板之間，即形成高壓靜電場，HVEF裝置示意圖如圖2所示。電場強度可通過調節控制器改變輸出電壓或調節極板間距離改變。HVEF同樣具有PEF殺菌的優點，熱能消耗少、綠色無污染，可以在殺菌過程中保持食品原有的品質。

圖2 HVEF裝置示意圖[9]Fig.2 Schematic diagrams of HVEF systems[9]

1.2 電場參數對殺菌效果的影響

1.2.1 PEF參數對殺菌效果的影響

方形波、衰減波和振蕩波是最常見的脈沖電場波形，研究表明，波形越接近于方形波，殺菌效果越好。單極和雙極是能產生高強度PEF的典型脈沖類型，單極脈沖是一組正波或負波，而雙極脈沖是一組脈沖對，由一個正波和一個負波組成。與單極脈沖相比，雙極脈沖對破壞細胞膜的結構更有效，這是由于脈沖極性的高頻脈沖反向導致的交變應力會引起膜的結構破壞。電場強度和作用時間也是影響殺菌效果的重要因素。一般情況下，電場強度越強，殺菌效果越好。在一定時間范圍內，殺菌效果與電場作用時間呈正相關，超過一定時間，滅菌效果不再繼續增強。脈沖參數是影響殺菌效果的重要原因，增加脈沖個數和脈沖頻率也能在一定程度上增強殺菌效果。

1.2.2 HVEF參數對殺菌效果的影響

HVEF電壓具有極性，負極性電壓殺菌效果優于正極性電壓。一般情況下，增大電場強度和延長處理時間會提高電場殺菌效果。HVEF的電極結構也會對殺菌效果有很大的影響，板-板型、線-板型和芒刺-板型是HVEF中常見的極板結構，線-板型電極可產生較大電暈電流，但電流分布不均勻，而芒刺-板型電極產生的電暈電流分布更加均勻。在其他條件不變的情況下，板-板型電極板雖然能夠產生較強的勻強電場，但幾乎不產生電暈電流，因此殺菌效果相對較差。在室溫空氣條件下，芒刺-板型結構的滅菌效果明顯優于板-板型和線-板型電極。芒刺電極尖端的氣體因電暈放電被電離成高能的離子和電子，這些高速粒子與其他氣體分子不斷碰撞產生大量的二次激發物，攜帶電流從一個電暈電極流向另一個。

1.3 高壓電場殺菌機理

1.3.1 PEF殺菌機理

PEF的滅菌機理尚不明確，基于細胞膜破裂的電崩解和電穿孔兩種解說目前最為人們所接受，之后的不少科研人員也對此做了探究與證實。電崩解假說認為，在外加電場作用下，細胞膜上的膜電位差隨著電壓的增加而增大；當外加電場達到臨界解體電位差時，瞬時放電使細胞膜上形成孔洞從而分解細胞膜。電穿孔假說是指在外加電場作用下，細胞膜被壓縮形成小孔，通透性增強，小分子進入細胞，引起細胞體積膨脹，最終導致細胞膜破裂，內容物泄漏。此外，PEF還會對菌體酶活性、DNA和蛋白質結構等造成一定程度的破壞，從而影響細菌正常的生理活動，導致細胞損傷或死亡。

1.3.2 HVEF殺菌機理

由HVEF引起的細菌失活機理主要體現在3個方面。首先，HVEF也具有類似于PEF殺菌機理的電穿孔和電崩解現象。其次，由于線-板型和芒刺-板型HVEF中存在極強的電暈放電現象，在強電場的作用下，空氣中存在的少量帶電粒子與中性分子或原子不斷發生碰撞，其中電子與氧分子碰撞產生的臭氧對食品表面霉菌和細菌具有殺滅作用。另外，電離產生的活性氧對細菌具有極強的破壞作用，超氧陰離子自由基可以破壞細菌的細胞膜、細胞核、碳水化合物及蛋白質等，最終導致細菌突變、老化和死亡；HO則可使細菌細胞膜氧化破裂，失去物質交換能力，從而促使細菌死亡。

2 高壓電場在食品中殺菌作用的研究進展

2.1 PEF在食品中殺菌作用的研究進展

2.1.1 在液體食品中的殺菌作用

PEF應用于食品殺菌的研究在液體食品和固體食品中均有涉及，液體食品殺菌的研究明顯多于固體食品。果蔬汁是PEF殺菌實驗的主要研究對象之一，其加工處理可以在食品工業中組成連續殺菌和無菌灌裝的生產線。PEF的殺菌效果在蘋果汁、梨汁、橙汁、藍莓汁、胡蘿卜汁中均有研究報道，對金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、鼠傷寒沙門氏菌、單增李斯特菌等常見食源性致病菌均有顯著致死效果，25～40 kV 電場連續處理幾十到幾百微秒即可減少3～6（lg（CFU/mL））致病菌。同時，PEF能滿足果蔬汁熱敏性加工的要求，對果蔬汁感官品質和營養成分的影響較小。研究表明，與熱加工果蔬汁相比，PEF加工果蔬汁保留更多的維生素、抗壞血酸、類胡蘿卜素、花青素、番茄紅素等營養成分，果蔬汁的感官特性（外觀、風味、味道、回味、顏色和整體接受度）和理化性質也沒有受到影響。李楠楠在研究中指出PEF殺菌后椪柑汁中的pH值、可溶性固形物含量、可滴定酸及總糖含量無顯著性變化，且相比于巴氏殺菌，PEF殺菌技術在達到理想殺菌效果的同時，對椪柑汁營養品質有一定的提升作用。目前，美國市場已有在售PEF殺菌技術生產的蘋果汁、草莓汁等產品，該類產品產自Genesis Juice公司，已通過食品藥品管理局的認證，其PEF設備的處理能力為200 L/h，產品貨架期為4 周。

PEF在醬油中也表現出較好的殺菌效果，研究表明在2.85 kV低電壓下作用0.1～0.4 ms即可造成90%的酵母菌死亡，且不會破壞醬油的風味成分。對于紅酒、牛奶、果汁混合飲料、蛋液中的微生物，PEF也能起到強有效的殺菌作用。另有研究指出，低溫PEF對牛奶中微生物的殺滅及內源酶和微生物酶的影響有限，且高強度PEF作用后牛奶會出現分層的現象，可能需要聯合其他技術以達到更好的效果，這表明PEF在某些液體食品中的殺菌還需進一步的條件優化。

2.1.2 在固體食品中的殺菌作用

PEF對肉制品、鮮切水果、紫菜、茶葉等固體食品中的殺菌作用也有一定的研究報道。PEF在肉制品中的殺菌效果不及果汁、飲料等液體物料中，僅可減少肉胴體表面部分革蘭氏陰性菌。Haughton等用PEF處理雞肉塊，發現實驗組中彎曲菌屬、大腸桿菌和腸炎沙門氏菌的數量均沒有明顯的變化；李霜等優化了PEF對調理牛肉的殺菌條件，發現最優條件（脈沖頻率30.5 kHz、處理時間7 min、電場強度45 kV/cm）下微生物的致死率僅為87.33%，即在遠高于液體物料殺菌電場劑量的條件下，仍不能達到PEF對液體物料的殺菌效果。而低場強PEF即可達到改變肌纖維微觀結構、改善肉質嫩度的效果，因此PEF技術應用于改善肉類品質比用于肉類殺菌具有更好的發展潛力。王婷玉的研究結果顯示，30.5 kHz、45 kV/cm的PEF處理鮮切蘋果15 min可分別使大腸桿菌和沙門氏菌減少1.82、2.30（lg（CFU/g））。PEF處理茶葉時，在大幅度增加電場劑量的條件（處理時間20～60 min）下，可以達到90%左右的殺菌效果。比較可見，PEF在處理固體食品時所需的電場劑量明顯高于液體食品，然而殺菌效果卻遠不及液體食品中。因此，相對而言，PEF殺菌技術在液體食品中的發展潛力要大大優于固體食品。

2.1.3 PEF殺菌的發展前景

PEF技術在果汁、牛奶、紅酒等液體食品中具有高效的殺菌作用，已取得了較好的研究進展，但高強度的電場可能會對牛奶等高蛋白食品品質造成一定的損害；同時，PEF對固體食品遠沒有對液體食品的殺菌效果好，這都說明PEF殺菌條件需要進一步的探索與優化。另外PEF設備體積大、造價高，且電極在高電壓下容易電解，嚴重阻礙了PEF工業化的推廣。要達到穩定的殺菌效果，首先需要PEF處理室內場強均勻，其次需要高電壓以達到足夠高的電場強度，這就對高壓脈沖發生器提出了較高的要求。因而研究改進高壓電源，尋找新型電極，發展新技術、新裝備以克服當前PEF殺菌中存在的問題是推廣其應用的關鍵所在。

2.2 HVEF在食品中殺菌作用的研究進展

HVEF對固體、液體食品均有一定程度的殺菌作用，與PEF相比，HVEF用于電場殺菌的電場強度不高，一般低于8 kV/cm，而電場處理時間則需長達幾到幾十分鐘。已有研究顯示，采用板-板型電極時，菌落數一般可減少1（lg（CFU/mL））/（lg（CFU/g））左右；而采用芒刺-板型電極時，在需要更低電場強度和更短處理時間的情況下，菌落數減少數可達3（lg（CFU/mL））/（lg（CFU/g））以上。關于PEF與HVEF在幾種典型食品中的殺菌效果對比見表1。

表1 PEF和HVEF在幾種常見食品中的殺菌效果Table 1 Sterilization efficiency of several foods in PEF and HVEF

2.2.1 在固體食品中的殺菌作用研究進展

HVEF在果蔬保鮮方面有廣泛的應用，除抑制果蔬新陳代謝、降低其呼吸強度、降低酶活性的作用外，HVEF對果蔬表面微生物的殺滅也是其具有保鮮作用的重要原因。已有報道表明HVEF對番茄、柿子、柑橘、梨等表面的微生物均有不同程度的抑制作用，可以延緩貯藏期間果實腐爛，并能起到一定改善果實采后品質的作用。楊智超等的研究中，2～4 kV/cm的HVEF連續處理1～3 h，可使櫻桃番茄表面的大腸桿菌減少1.44～2.15（（lg（CFU/g）），同時能夠減少貯藏早期的乙烯釋放量，提高類黃酮、生物堿的含量，降低酚酸類物質的含量，有助于改善櫻桃番茄果實的采后品質。

HVEF在肉類抑菌的研究中也取得了一定的進展，Qi Mengyuan等采用2.4 kV/cm的芒刺-板型HVEF處理三文魚、豬肉和香腸15～30 min，金黃色葡萄球菌的致死率可達92.1%～99.8%；Huang Han等的研究表明30 kV、15 min的HVEF處理能有效控制冷藏鯰魚片中微生物群落的數目并延長其貨架期，與對照組相比，HVEF處理的樣品組織損傷更小，硫代巴比妥酸反應物含量更低，整個冷藏過程的保水能力更高。此外，HVEF對豆腐干、花粉、香辛料等的殺菌作用也有研究報道，菌落減少數在1～3（lg（CFU/g）），且不會對食品的色、香、味、形產生不良影響，適用范圍較為廣泛。

2.2.2 在液體食品中的殺菌作用研究進展

HVEF應用于酒、醋、醬油等釀造品，可以有效殺滅其中的細菌，且在保持釀造品的香氣和營養成分方面要明顯優于熱殺菌。黃煒等采用5 kV/cm的HVEF處理水、果汁和牛奶1 h，細菌致死率分別可達97%、92%和90%。而在Hsieh等對果汁的研究中，1 kV/cm的HVEF并不能減少果汁貯藏期間的微生物菌落數，但可以維持其貯藏品質和營養特性。近年來，HVEF在液體食品中的研究較少，可能是由于液體食品中殺菌效率低，與PEF殺菌技術和其他低溫殺菌技術相比缺乏競爭力。Qi Mengyuan等分別采用板-板型和芒刺-板型HVEF對液體和固體培養基中的金黃色葡萄球菌進行處理，發現兩種電場對液體中細菌的殺菌率均在60%以下，而芒刺-板型HVEF對固體培養基表面的殺菌效果可達99.9%以上，這正體現出HVEF在液體環境中殺菌的局限性。

2.2.3 HVEF殺菌技術的發展前景

與PEF相比，HVEF設備相對簡單、造價低，需要的電場強度也不高，然而大部分研究中HVEF殺菌效率較低，達到理想殺菌效果所需處理時間一般長達幾十分鐘甚至幾小時，極大地降低了HVEF殺菌技術在食品工業上應用的競爭性。采用芒刺-板型HVEF可以有效提高殺菌效率，大幅度縮短處理時間，是未來HVEF技術發展的重要研究方向。電暈放電是芒刺-板型HVEF的重要特征，若處理時間過長會產生明顯的輻照味，改進儀器設備和調整處理參數以改善此類問題至關重要。通過與PEF在固體食品和液體食品中殺菌效果的對比可發現，HVEF技術在固體食品殺菌保鮮領域具有更重大的研究價值和更廣闊的發展前景。同時，與PEF技術相比，HVEF殺菌技術研究相對較少，對食品品質的影響研究也有待進一步深入。

3 高壓電場技術的設備改進研究進展

近年來，針對高壓電場技術設備方面存在的缺陷與不足，國內外不少研究人員對電場系統進行了改進和優化，以適應未來高壓電場技術在食品領域的工業化需求。高壓電場技術設備的改進主要集中在對高壓電源、物料處理室和電極的調整與改變，改進后的電場設備均能在一定程度上彌補傳統設備的不足。

3.1 高壓電源的改進

3.1.1 PEF高壓電源的改進

PEF電源需要為整個系統提供滿足滅菌要求的脈沖電壓，要想提供更高效的殺菌效果并滿足工業化的要求，適當的脈沖波形、脈沖電壓幅值、脈沖寬度以及足夠的脈沖頻率和強大的脈沖負載能力是高壓電源所必須具備的條件，良好的可靠性與經濟性也是高壓電源研發必須考慮的問題。

針對PEF殺菌設備工業化對脈沖電源的特殊要求，魏新勞等提出一種采用固態開關的新型高壓脈沖電源，可以通過較低的電壓獲得較高幅值的脈沖電壓，并從根本上解決了串聯固態開關開通一致性要求過于嚴苛的問題，能夠滿足工業用高壓脈沖電場滅菌的需求。

方形波是殺菌效果最好的脈沖波形，而國內脈沖電場滅菌所使用的電源大多是輸出指數衰減波，因此研發有效輸出方形波的高壓電源是未來的一大趨勢。由于PEF處理的液體食品均為高導電性，因此在處理室內易發生異常擊穿，影響脈沖電源的安全和系統穩定運行。針對這些問題，李玉龍設計了一種新型高壓方波脈沖電源電路，該電路從原理上避免了異常擊穿對電源和系統造成的影響，并可以通過改變電路參數調節電壓幅值和方波程度。

在食品殺菌過程中，輸出方波的上升沿越短則殺菌效率越高，針對傳統的脈沖變壓器在使用過程中出現的漏感較大從而導致傳輸效率低下的問題，公群設計了一種高壓脈沖電源，它能在原有脈沖變壓器基礎上增加輔助繞阻來減少脈沖變壓器漏感，并改進了大功率電源電路中會出現的大電流損壞開關器件問題，在一定程度上提高了殺菌效率和系統穩定性。

3.1.2 HVEF高壓電源的改進

目前，國內外的HVEF電源工作原理簡單，輸出電壓調節僅由旋轉電位器的角度來完成，使用不便，電壓調節誤差大，且易發生觸電現象。付喜錦利用單片機控制技術、紅外遙控技術、光電隔離技術和靜電屏蔽技術等，將原來高壓靜電場電源的手動調節裝置更改為紅外遙控精確調節，并可輸出高達60 kV的電壓。類似地，李本印設計了一種數控高壓靜電場電源，該電源通過單片機編程進行零點檢測和占空比調整、控制晶閘管觸發，可產生0～55 kV的高壓靜電。

3.2 電極的改進

金屬電極長期處在高電壓的環境下易發生電解，嚴重影響了電場系統的使用壽命，尤其是PEF設備多用于處理液體食品，電極電解產生的金屬離子或強氧化性物質會對食品的安全和品質造成影響。有研究發現，經PEF處理過的牛奶中鐵離子的含量是空白組的2 倍，而高頻率PEF處理后的紅酒中也可以檢測到鎳離子的存在。針對這一問題，科研人員致力于尋找新型電極，已有研究嘗試將碳材料電極應用于PEF系統。最近的研究中，Tanino等設計了采用碳布電極的連續型PEF反應器，用此設備處理清酒可以顯著滅活其中的酵母菌和乳酸菌。關于碳材料電極的研究仍需進一步就殺菌效果、食品品質變化以及設備運行狀況等進行深層次研究，其他類型新型電極材料的使用也亟待發掘。

3.3 PEF處理室的改進

PEF處理室經歷了從平板電極到同軸、同芯電極，間歇式到連續式的過程。連續式同芯處理室因其電容小、結構簡單、不易放電等優點而得到廣泛認可，然而這些處理室大多也是僅停留在實驗室水平，遠未達到工業化應用的要求。處理室內供液體流過的截面面積過小和兩電極之間各處電場強度相差較大等是主要問題所在，電場強度過高的部位可能產生電弧放電，電場強度過低的部位則難以達到理想的滅菌效果。針對以上問題，陳錦權等在兩個金屬空心管內與絕緣體隔離環相鄰的部位分別連接兩根金屬導線，改進后處理室中管中心等勢線和電場分布變得均勻，且流量大，避免了傳統處理室管中心等勢線稀疏、流體流速大而導致處理效果差的問題。方婷等則在PEF處理室中添加了兩對平行金屬導體，使處理室中電位和電場強度分布均勻，很大程度上提高了整個處理室的有效電場強度，改進后的PEF處理室中，啤酒酵母、青霉菌和大腸桿菌的生存率更低且分布均勻。此外，PEF系統極板間距過大，要想達到理想的電場強度需要施加很高的電壓，針對這一問題，Zhu Ning等對微芯片的電極結構進行優化、加工后封裝成一個動態微型PEF處理室，優化后的結構較優化前高場強區域面積顯著增加，可以實現在低電壓下有效致死大腸桿菌、釀酒酵母、金黃色葡萄球菌及藍莓汁中的腐敗微生物。

4 高壓電場技術與其他技術的聯用

目前，將PEF與HVEF技術應用于食品殺菌均存在一定的局限性，要想將其作為一類新型冷殺菌技術廣泛應用于食品行業，以當前的技術和設備水平，單獨作用很難達到預期的效果。除了積極進行技術設備改進外，將高壓電場技術與其他技術協同以強化殺菌效果也是未來PEF與HVEF發展的重要走向。

4.1 高壓電場技術與冷/溫熱協同

4.1.1 PEF與溫熱協同

PEF與溫熱協同是一種常見的強化殺菌方法，能夠在獲得理想殺菌效果的同時減少對食物本身的影響，在果蔬汁、液態蛋、蛋清中均有研究報道，Liu Xiaojun等在對動物副產品進行殺菌時也采用了這種方法。研究表明，PEF處理在45～55 ℃的溫度范圍顯示出最有效的微生物致死效應，這是因為微生物細胞膜磷脂層在這個溫度段由堅硬的凝膠結構轉變為液晶結構。

近年來出現不少PEF與溫熱協同在果蔬汁中展開的研究。讓一峰等采用55 ℃溫熱協同PEF（20 kV/cm、處理時間400 μs）處理哈密瓜汁，對其中的霉菌酵母、大腸菌群及金黃色葡萄球菌可以達到與90 ℃熱處理同樣的殺菌效果，且基本不影響哈密瓜汁的理化指標；且溫熱協同PEF處理的哈密瓜汁貨架期要顯著長于單獨PEF處理，證明了溫熱協同PEF可以有效地改善單純PEF的殺菌效果（表2）。Rezaeimotlagh等就蔓越莓汁中大腸桿菌的殺滅作用建立了電場能量輸入、時間和溫度的數學模型，研究結果顯示在恒定電場下提高果汁的溫度可以顯著提高大腸桿菌的致死率，并降低電場能量的消耗。電場協同熱處理在某些半固體食品中也顯示出較好的殺菌效果，張曉輝等采用60 ℃溫熱與20.14 kV/cm、109.25 μs的PEF協同處理使南瓜漿中菌落總數下降顯著，顯示出很好的協同作用（表2）。因此，PEF與溫熱協同處理能在低電場劑量下達到更好的殺菌效果，同時，對食品感官品質和營養特性的破壞程度遠遠小于熱處理，既降低了對PEF設備的嚴苛要求，又能保證了很好的殺菌效果。

表2 PEF與溫熱協同殺菌效果對比Table 2 Synergistic sterilization effect of PEF and mild heat

4.1.2 HVEF與冰溫技術協同

HVEF技術多與冰溫技術協同作用于果蔬、生鮮魚肉的抑菌保鮮。冰溫技術結合低電壓靜電場表現出優異的保鮮效果，通過對微生物的抑制和對內源代謝酶鈍化的協同作用能有效抑制微生物生長繁殖、減緩腐敗進程中食物理化性質的改變。已有研究報道HVEF結合冰溫技術在羅非魚、對蝦、水蜜桃中的殺菌保鮮表現出良好的協同作用，與單獨HVEF處理和單獨冰溫技術處理相比，二者協同作用對微生物抑制更加有效，能顯著延長食品的貨架期，需要的電場強度低于單獨HVEF作用，且能更好地保留食品的理化性質與營養成分，具有良好的應用前景。

4.2 高壓電場技術與抑菌劑協同

高壓電場技術與抑菌劑的協同滅菌有助于提高整體的滅菌效率，或者在維持相同的滅菌效果條件下，可降低PEF能量輸入和抑菌劑的使用濃度，達到節能減排和減少抑菌劑添加的效果。近年來，PEF技術在與抑菌劑協同抑菌方面取得了較好的研究進展，而HVEF與抑菌劑的協同抑菌研究極少，有待于進一步的探索與研究。

在細菌受到來自PEF的亞致死損傷時，抑菌劑的殺菌作用會更加有效，二者協同作用不僅可以加速殺菌，還可以使PEF作用后僅僅亞損傷的細菌徹底死亡，大大提高殺菌效率。肉桂醛是一種天然抑菌劑，有研究發現在與PEF協同抑菌的過程中，添加少量的肉桂醛可以在保持相同滅菌效果的前提下，有效減少輸入的PEF場強。汪浪紅研究發現PEF與柚皮素處理對橙汁、葡萄汁和荔枝汁中的大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的滅活存在一定的協同增效作用，且隨著貯藏時間的延長，協同處理組的兩種活菌數顯著低于兩種方法單獨處理組，一直維持在較低菌落水平，同時果汁品質保持穩定。類似地，Ait-Ouazzou等研究證實了PEF與香芹酚對蘋果汁、芒果汁、橙汁以及番茄汁中大腸桿菌的協同增效殺菌作用，果汁原有的理化性質和營養特點也得以最大程度地保留。此外，菜花和柑橘的副產品浸出液以及茶多酚也能與PEF實現良好的協同抑菌作用。將抑菌劑與電場協同不僅可以實現強大的殺菌作用，而且可以保持食品原有品質、降低對電場強度的輸入要求，若采用天然抑菌物質，還能在一定程度上為食品增加抗氧化、抗腫瘤等功能性優勢，是一種有著巨大研究潛力的殺菌方法。

4.3 高壓電場技術與其他低溫殺菌技術協同

將高壓電場技術與其他低溫殺菌技術協同殺菌也是增強殺菌效果的重要思路。PEF與超高壓技術先后連續作用于李斯特菌只能產生加和效應，而二者同時作用則可以產生高效的協同抑菌效果，這可能是由于機械壓力和電壓力同時作用于細胞膜導致了細胞的致命損傷。將紫外光或高強度脈沖光與PEF技術聯合也是研究人員廣泛探究的方法。紫外光、脈沖光以及PEF單獨作用可以使蘋果汁和蔓越莓汁中的大腸桿菌和畢赤酵母菌數目減少1.8～6.0（lg（CFU/mL）），而紫外光或脈沖光與PEF協同作用可以直接實現6（lg（CFU/mL））以上菌落數目的減少；然而，紫外光、脈沖光與PEF協同作用后的果汁貨架期分別只有14 d和21 d，而熱殺菌果汁貨架期長達35 d，這就意味著紫外和脈沖光與PEF技術的聯合需要經過技術和條件優化才能與熱殺菌技術競爭。Aadil等探究了超聲波技術與PEF技術的協同作用，發現二者聯合可以有效抑制西柚汁中的微生物數目，同時可以保護果汁中的活性成分。

目前，國外關于PEF技術與其他低溫殺菌技術的協同已取得了一定的研究成果，而國內的研究相對較少。另外，有關HVEF技術與其他低溫技術的協同作用在國內外幾乎處于空白狀態，有待于進一步的探索發現。

5 結 語

高壓電場技術作為一項新型低溫殺菌技術，具有其他技術手段所不具有的優越性，正日益成為食品殺菌領域的研究熱點。但高壓電場技術離在食品領域實現工業化發展還存在一定的距離。PEF技術因其強大的殺菌效果和極短的殺菌時間，一直深受國內外研究人員的青睞，通過積極進行設備改進以及發展與其他技術的聯合作用從而彌補設備要求高、生產成本高的缺陷，是將PEF技術帶向工業化的關鍵所在。HVEF技術設備簡單、成本較低，在果蔬保鮮方面具有不錯的發展潛力。板-板型HVEF在殺菌方面效率偏低，而芒刺-板型HVEF在僅改變一塊電極板的情況下就可大大縮短殺菌時間并提高殺菌效果，因而在食品殺菌方面具有更廣闊的前景。高壓電場技術設備的改進與優化、與其他技術的聯合作用以及對食品品質與安全的影響等仍需進一步的深入研究。