摘 要：食品生產(chǎn)涉及的殺菌單元操作是保證產(chǎn)品食用安全性的重要手段，當(dāng)前各類殺菌技術(shù)大多是利用其熱效應(yīng)或非熱效應(yīng)以及兩者的結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)。傳統(tǒng)熱殺菌需要傳熱介質(zhì)并且在一定時(shí)間和溫度下完成處理，而電場(chǎng)技術(shù)是一種同時(shí)具有熱效應(yīng)和非熱效應(yīng)的食品物理場(chǎng)加工技術(shù)，能降低傳統(tǒng)熱殺菌的有效溫度閾值以及縮短殺菌時(shí)間，可以更好地保留食品中的營(yíng)養(yǎng)成分，對(duì)感官品質(zhì)、風(fēng)味和色澤造成的影響更小。本文對(duì)歐姆加熱殺菌、高壓脈沖電場(chǎng)殺菌和感應(yīng)電場(chǎng)殺菌的原理以及在食品加工中的前沿研究和進(jìn)展進(jìn)行綜述，探討目前電場(chǎng)殺菌技術(shù)的特點(diǎn)和差異，并對(duì)其未來(lái)發(fā)展方向提出了展望。

　　關(guān)鍵詞：殺菌；電場(chǎng)；熱效應(yīng)；非熱效應(yīng)；電穿孔；電崩潰

　　食品安全一直都受到人們的關(guān)注，而微生物污染是造成食品腐敗變質(zhì)的主要因素，也會(huì)引起食源性的疾病，并帶來(lái)巨大的健康問(wèn)題。在古代，人們采用鹽漬或糖漬的方法來(lái)抑制微生物生長(zhǎng)。隨著科技進(jìn)步，當(dāng)前研究者們采用先進(jìn)的工藝技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)食品的商業(yè)殺菌。以高壓蒸汽或油浴為介質(zhì)的高溫殺菌方式，例如巴氏殺菌或超高溫瞬時(shí)殺菌依舊是目前全世界主流的食品殺菌方法。化學(xué)法在食品抑菌中也有廣泛應(yīng)用，通常直接涂抹于食品表面，或?qū)ν獍b進(jìn)行消毒，但存在防腐劑的安全性及違規(guī)使用的問(wèn)題。因此，一些物理場(chǎng)加工技術(shù)逐漸應(yīng)用在食品殺菌領(lǐng)域而得到關(guān)注。這些非傳統(tǒng)的殺菌技術(shù)相較于傳統(tǒng)熱殺菌可以更好地保留產(chǎn)品風(fēng)味、減少營(yíng)養(yǎng)損失、避免感官品質(zhì)下降。其中輻照（紫外、伽馬等）殺菌、低溫等離子體殺菌、臭氧殺菌在部分食品及農(nóng)產(chǎn)品中已有成熟的應(yīng)用，但是也存在殘留問(wèn)題。而其他安全的物理殺菌技術(shù)，如脈沖強(qiáng)光殺菌、微波殺菌、超聲殺菌、射頻殺菌、歐姆加熱殺菌、高壓脈沖電場(chǎng)殺菌和感應(yīng)電場(chǎng)殺菌等也越來(lái)越受到關(guān)注，圖1展示了食品中常見的殺菌技術(shù)。

　　在19世紀(jì)前已有學(xué)者研究了電流對(duì)食品的影響，電場(chǎng)技術(shù)在食品加工中的嘗試可追溯到大約100年前，即采用持續(xù)的交變電壓來(lái)加熱并殺滅乳制品中的微生物。電場(chǎng)強(qiáng)度E（電勢(shì)差/處理距離）對(duì)食品的作用可以分為兩部分，一是由于食品具有電阻，在電流作用下存在焦耳熱效應(yīng)進(jìn)而使原料產(chǎn)熱并升溫；二是電場(chǎng)對(duì)細(xì)胞或組織產(chǎn)生的非熱效應(yīng)破壞細(xì)胞膜?；诟邷貙?shí)現(xiàn)食品中微生物的殺滅及致死機(jī)制的研究較為透徹，關(guān)于電場(chǎng)的非熱效應(yīng)，目前比較認(rèn)可的兩個(gè)說(shuō)法則是基于Coster等提出的電崩解理論和Tsong提出的電穿孔理論。電崩解理論認(rèn)為，細(xì)胞膜可以看作存在電位差的等效電容，在受到電場(chǎng)作用后，膜表面會(huì)累積自由電荷，當(dāng)跨膜電位差增加并超過(guò)臨界閾值時(shí)，細(xì)胞膜被破壞，從而導(dǎo)致細(xì)胞死亡。電穿孔理論認(rèn)為，外加高強(qiáng)度的電場(chǎng)會(huì)使細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)中的磷脂分子和跨膜蛋白構(gòu)象發(fā)生變化，導(dǎo)致膜分子重排、親水位點(diǎn)形成、離子通道打開。雖然最初形成的離子孔道是可逆的，但在持續(xù)的高強(qiáng)度交變電場(chǎng)作用下會(huì)造成其不可逆，干擾細(xì)胞新陳代謝并致死。電場(chǎng)殺菌涉及的電穿孔理論已經(jīng)在生物、醫(yī)學(xué)、食品等領(lǐng)域得到驗(yàn)證。

　　與其他殺菌技術(shù)相比，電場(chǎng)殺菌具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：

　　1）將食品作為等效電路的負(fù)載，電流作用下，整體出現(xiàn)溫升，加熱效果均勻，無(wú)過(guò)熱或冷點(diǎn)出現(xiàn)。2）高效、無(wú)需外部熱源，故能量效率高（＞97%）。3）熱效應(yīng)與非熱效應(yīng)相結(jié)合，熱致死溫度相對(duì)較低。

　　當(dāng)前，由于每年全世界的食品、農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量巨大，在深加工過(guò)程中，殺菌是必不可少的操作，新的殺菌技術(shù)運(yùn)用具有潛在的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)價(jià)值。因此，本文針對(duì)電場(chǎng)殺菌技術(shù)的特點(diǎn)及研究進(jìn)展進(jìn)行總結(jié)，以期對(duì)其在食品和農(nóng)產(chǎn)品領(lǐng)域的應(yīng)用提供參考。
 

　　1 歐姆加熱技術(shù)
 

　　1.1 歐姆加熱簡(jiǎn)介

　　歐姆加熱技術(shù)，又稱電阻加熱或焦耳加熱，采用金屬極板并在接通電壓產(chǎn)生電勢(shì)差后，食品原料中的不同極性基團(tuán)、離子及生物大分子產(chǎn)生定向或往復(fù)遷移，隨即產(chǎn)生電流。根據(jù)歐姆定律，電能轉(zhuǎn)化為焦耳熱并實(shí)現(xiàn)對(duì)原料的熱處理。歐姆加熱在食品中的應(yīng)用廣泛，殺菌、鈍酶、提取、發(fā)酵、干燥和預(yù)處理等領(lǐng)域都有涉及。

　　在歐姆加熱過(guò)程中， 熱量是從具有電導(dǎo)性的原料內(nèi)部產(chǎn)生的，因此不需要依賴介質(zhì)和接觸界面進(jìn)行熱傳遞，即可以使產(chǎn)品快速均勻地溫升，僅需數(shù)十秒或幾分鐘時(shí)間。影響歐姆加熱效率的主要參數(shù)是原料電導(dǎo)率，適用于歐姆加熱的食品電導(dǎo)率范圍一般在0.01～10.00S/m。原料電導(dǎo)率不是一個(gè)定值，且食品內(nèi)部通常并非是均勻的體系，不同部分都具有不同的電導(dǎo)率；原料電導(dǎo)率會(huì)隨加熱過(guò)程的進(jìn)行而發(fā)生改變，進(jìn)而整個(gè)過(guò)程受到電場(chǎng)強(qiáng)度、頻率、初始溫度、黏度、離子濃度、形狀等因素的影響。

　　根據(jù)施加在食品上電壓類型的不同，歐姆加熱可以分為直流型和交流型，常用電場(chǎng)強(qiáng)度小于1 000V/cm，頻率0～100kHz。在實(shí)際應(yīng)用中，直流電場(chǎng)會(huì)導(dǎo)致原料中離子或不同電位的大分子分別向陽(yáng)極和陰極遷徙并聚集，原料中離子和極板中電子發(fā)生等價(jià)置換，長(zhǎng)時(shí)間會(huì)導(dǎo)致電極的腐蝕和重金屬滲漏等現(xiàn)象，因此在食品電場(chǎng)殺菌或熱處理時(shí)經(jīng)常采用交流電場(chǎng)。歐姆加熱已運(yùn)用于液態(tài)食品、含顆粒半黏性食品的殺菌處理中，作用機(jī)制是利用電場(chǎng)所造成的熱效應(yīng)和非熱效應(yīng)。而被稱作中等強(qiáng)度電場(chǎng)的技術(shù)，在適宜的溫度范圍內(nèi)，其非熱效應(yīng)也會(huì)破壞微生物細(xì)胞膜，進(jìn)一步降低殺菌所需的溫度。
 

　　1.2 歐姆加熱殺菌

　　歐姆加熱殺菌技術(shù)已有較成熟的應(yīng)用，在20世紀(jì)90年代已實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，可以做到是傳統(tǒng)熱殺菌能耗的1/5.3～1/4.6。Ghnimi等研究了歐姆加熱與常規(guī)加熱處理在番茄加工過(guò)程中的能量平衡和生命周期，認(rèn)為歐姆加熱能效高、更節(jié)能，對(duì)環(huán)境影響更小。這些研究肯定了歐姆加熱技術(shù)在食品加工行業(yè)的發(fā)展前景。

　　Kim等研究了在不同處理時(shí)間和溫度下歐姆加熱（電場(chǎng)強(qiáng)度26.7V/cm、頻率25kHz、電壓400V）處理對(duì)蘋果汁中嗜酸耐熱菌芽孢的殺滅效果，在85℃時(shí)，歐姆加熱或常規(guī)加熱僅能使少于1（lg（CFU/mL））的芽孢失活；100℃的歐姆加熱可以在30s內(nèi)殺滅所有芽孢，常規(guī)加熱只能減少1.3～2.9（lg（CFU/mL））。與此同時(shí)，歐姆處理不會(huì)導(dǎo)致商業(yè)加工蘋果汁的糖度和顏色顯著改變。Fanari等使用歐姆加熱處理得到的櫻桃和李子果泥來(lái)釀造啤酒，歐姆加熱可以完全殺滅果泥中的細(xì)菌、酵母、乳酸和霉菌，在殺菌同時(shí)可以減少啤酒提取物的衰減、顏色值和濁度更高，以及泡沫保持度更好。無(wú)菌果泥保質(zhì)期長(zhǎng)，制成的啤酒質(zhì)量遠(yuǎn)高于可接受的最低閾值，產(chǎn)品具有更好的商業(yè)價(jià)值。Priyadarshini等研究了不同場(chǎng)強(qiáng)梯度（10、15、20V/cm）的歐姆加熱在溫度（60、70、80℃）影響下對(duì)芒果果泥微生物（6、10、14°Brix）的滅菌效果，并與常規(guī)熱殺菌進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)微生物殘余與電壓梯度、溫度和糖濃度成反比。Parmar等使用歐姆加熱（電場(chǎng)強(qiáng)度為13.33V/cm、時(shí)間75min、每間隔15min取樣）對(duì)牛奶、水牛奶和混合牛奶進(jìn)行濃縮處理，相較于常規(guī)熱濃縮，在相同濃度下，羥甲基糠醛值和可滴定酸含量增加，游離脂肪酸含量少量增加，但產(chǎn)品pH值降低，微生物含量也降低了3～4個(gè)對(duì)數(shù)值。通常，液態(tài)食品黏度大、固形物含量及電導(dǎo)率高，溫升效果佳其連續(xù)流的加工方式是歐姆加熱的重要應(yīng)用場(chǎng)景。

　　肉制品的歐姆加熱殺菌研究報(bào)道相對(duì)較少，主要原因是肉制品中存在脂肪且缺少水和鹽類，電導(dǎo)率相對(duì)較低，可能導(dǎo)致加熱不均勻現(xiàn)象的出現(xiàn)并影響產(chǎn)品品質(zhì)與安全問(wèn)題。Piette等采用歐姆加熱研究了幾種肉腸制品在不同加熱速率下的感官品質(zhì)及微生物數(shù)量，結(jié)果表明肉制品電導(dǎo)率隨脂肪含量的增加和鹽含量的減少而降低。Zell等采用低溫長(zhǎng)時(shí)（72℃、15min）和高溫短時(shí)（95℃、7min）兩種歐姆加熱工藝參數(shù)對(duì)牛肉進(jìn)行處理，可降低樣品中7.05（lg（CFU/g））的菌落數(shù)，其中高溫短時(shí)方法無(wú)需采用額外的保溫操作。產(chǎn)品處理前后的質(zhì)量差異小，可減少后期烹飪時(shí)的損失。

　　單長(zhǎng)松等研究了歐姆加熱對(duì)豆?jié){的殺菌效果及其影響因素，次序?yàn)榧訜釡囟龋倦妷海绢l率，并使用響應(yīng)面法優(yōu)化了歐姆加熱處理對(duì)豆?jié){的殺菌工藝參數(shù)，最佳殺菌條件為82℃、電壓200V及頻率190Hz，該條件下歐姆加熱對(duì)微生物的殺滅率可達(dá)100%。Tiravibulsin等研究了歐姆加熱處理對(duì)新鮮椰奶的作用效果，在121.1℃左右保持2min，歐姆加熱的樣品熱點(diǎn)和冷點(diǎn)之間溫差不超過(guò)1.1℃，說(shuō)明歐姆加熱椰奶升溫均勻；研究顯示，在121.1℃的目標(biāo)溫度下進(jìn)行5min的歐姆加熱可以滅活超過(guò)5（lg（CFU/mL））的芽孢，其存活的芽孢數(shù)量低于檢測(cè)限（＜1（lg（CFU/mL））），殺菌效果良好，與使用傳統(tǒng)熱處理的對(duì)照樣品相比，歐姆加熱殺菌后的椰奶pH值、水分活度、色度、游離脂肪酸含量均沒(méi)有顯著差異。

　　Cho等向豆?jié){中添加乳酸鈉以提高樣品的電導(dǎo)率，進(jìn)而縮短歐姆加熱的升溫時(shí)間。結(jié)果顯示，乳酸鈉含量提高可以有效增強(qiáng)細(xì)菌的殺滅效果，在含有3%乳酸鈉添加物的豆?jié){中，革蘭氏陰性菌經(jīng)歐姆加熱處理45s后其存活菌群數(shù)量降至為0，而革蘭氏陽(yáng)性菌則需經(jīng)過(guò)50s才能達(dá)到相同的效果。通過(guò)透射電子顯微鏡觀察處理后的細(xì)菌，發(fā)現(xiàn)表面出現(xiàn)了膜破裂和胞內(nèi)物質(zhì)滲出的現(xiàn)象。Sun Huixian等測(cè)試了相同條件下歐姆加熱和常規(guī)熱處理對(duì)牛奶中的活性好氧菌和嗜熱鏈球菌的滅活效果，結(jié)果顯示，歐姆加熱的D值明顯低于常規(guī)加熱處理，而蛋白質(zhì)變性程度在兩種方法之間沒(méi)有差異。另一研究報(bào)道了牛奶中微生物的非熱致死效應(yīng)，使用歐姆加熱和水浴加熱的方式對(duì)嗜熱鏈球菌進(jìn)行亞致死處理，發(fā)現(xiàn)歐姆加熱處理后胞內(nèi)ATP、乳酸脫氫酶滲出，認(rèn)為電場(chǎng)對(duì)細(xì)胞造成了一定程度的非熱破壞，但是并沒(méi)有直接導(dǎo)致細(xì)胞死亡，而是通過(guò)改變細(xì)胞膜的通透性來(lái)降低微生物的耐熱性。

　　從效果上分析，歐姆加熱的殺菌作用機(jī)理主要以熱效應(yīng)為主，即電流通過(guò)樣品時(shí)產(chǎn)生的焦耳熱效應(yīng)對(duì)食品中微生物的殺滅。歐姆加熱從原理上是均勻的體積加熱，但由于樣品與容器介質(zhì)表面有接觸，故界面存在溫度分布不均勻性的現(xiàn)象。Wang Chunsen等建立了兩個(gè)數(shù)值仿真模型，分析歐姆加熱過(guò)程中液體蛋清、蛋黃和全蛋液的“熱點(diǎn)”和“冷點(diǎn)”。為了避免這種溫度不均勻所帶來(lái)的不利影響，也有研究者在實(shí)驗(yàn)室水平探究了玻璃毛細(xì)管形式的微型歐姆加熱裝置的可行性。
 

　　2 高壓脈沖電場(chǎng)技術(shù)
 

　　2.1 高壓脈沖電場(chǎng)技術(shù)簡(jiǎn)介

　　高壓脈沖電場(chǎng)技術(shù)是一種電場(chǎng)非熱加工技術(shù)，采用兩塊金屬電極，當(dāng)固體或液態(tài)食品通過(guò)極板時(shí)施加高強(qiáng)度、短脈沖的電壓進(jìn)行處理，常用于微生物殺滅、鈍化酶活和白酒催陳等處理。在高電壓和高頻脈沖的作用下可以使被處理對(duì)象保持在較低的溫升范圍，這與歐姆加熱有所區(qū)別。由于不具有顯著的熱效應(yīng)，這使得高壓脈沖電場(chǎng)殺菌過(guò)程對(duì)食品風(fēng)味、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的影響更少。

　　雖然高壓脈沖電場(chǎng)在一定程度避免了過(guò)程中的溫升效應(yīng)，但在實(shí)際處理過(guò)程中，適宜的熱效應(yīng)也有益于提升電場(chǎng)的作用效果，例如促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行、活性物質(zhì)提取、預(yù)熱增強(qiáng)殺菌效果等。脈沖電場(chǎng)技術(shù)和歐姆加熱之間的差異并非如此顯著，一般認(rèn)為歐姆加熱的電場(chǎng)強(qiáng)度范圍E＜0.5 kV/cm，中等強(qiáng)度脈沖電場(chǎng)技術(shù)的場(chǎng)強(qiáng)范圍0.5kV/cm＜E＜5kV/cm，而高壓脈沖電場(chǎng)技術(shù)的場(chǎng)強(qiáng)范圍E＞5kV/cm。電穿孔產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度閾值（即細(xì)胞膜形成孔洞的可逆性）與許多因素有關(guān)，同時(shí)電場(chǎng)強(qiáng)度的高低會(huì)導(dǎo)致其應(yīng)用范圍出現(xiàn)差異，相對(duì)低強(qiáng)度的高壓脈沖電場(chǎng)處理常用于改善細(xì)胞的通透性以提高胞內(nèi)物質(zhì)的溢出和回收效率，如從胡蘿卜中提取聚乙炔、從青蒿中提取蛋白質(zhì)等。殺菌操作則往往需要更高強(qiáng)度的高壓脈沖電場(chǎng)。Toepfl等研究了影響高壓脈沖電場(chǎng)殺菌效果的主要參數(shù)，包括電場(chǎng)強(qiáng)度、總脈沖能量、處理溫度、細(xì)胞直徑、細(xì)菌種類和電極材料。也有學(xué)者專門研究了不同脈沖波形對(duì)酵母殺滅的效果。
 

　　2.2 高壓脈沖電場(chǎng)殺菌

　　果蔬汁中熱敏性成分多且復(fù)雜，常規(guī)熱處理常會(huì)導(dǎo)致其維生素、多酚和黃酮類物質(zhì)的損失，高壓脈沖處理不僅可以殺滅食品中的細(xì)菌，對(duì)其中的營(yíng)養(yǎng)成分和感官品質(zhì)的影響也相對(duì)較少。Pallarés等采用30kV電壓、3kV/cm場(chǎng)強(qiáng)和500kJ/kg能量的脈沖電場(chǎng)對(duì)葡萄汁中的黃曲霉毒素進(jìn)行處理，處理期間溫度不超過(guò)75℃，結(jié)果顯示黃曲霉毒素（aflatoxin，AF）B1、AFB2、AFG1和AFG2水平分別降低25%、72%、85%和24%左右，低溫與短時(shí)間的處理更加生態(tài)友好并可以保持感官和營(yíng)養(yǎng)優(yōu)勢(shì)。Timmermans等研究了不同電場(chǎng)強(qiáng)度的脈沖處理對(duì)橙汁、椰子水和西瓜汁中多種微生物的殺滅效果，對(duì)于脈沖電場(chǎng)的抵抗性：?jiǎn)魏思?xì)胞增生李斯特氏菌（以下簡(jiǎn)稱單增李斯特菌）＞大腸桿菌＞植物乳桿菌。各類食品的主要污染菌種類具有差異，研究不同細(xì)菌在脈沖電場(chǎng)處理下的響應(yīng)特性對(duì)該技術(shù)的發(fā)展有著重要意義。

　　乳品的高壓脈沖電場(chǎng)殺菌在實(shí)驗(yàn)室研究已有大量報(bào)道，單獨(dú)采用高壓脈沖電場(chǎng)對(duì)微生物進(jìn)行殺滅的效果并不理想，Walter等研究了不同溫度下高壓脈沖電場(chǎng)對(duì)牛奶中大腸桿菌和熒光假單胞菌的殺菌效果，在E=35kV/cm、t=40μs和55℃的條件下可以有效地將兩種微生物數(shù)量降低6（lg（CFU/mL））。同時(shí)對(duì)滅活速率常數(shù)（k）和衰減常數(shù)（λ）進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，探究了溫度對(duì)高壓脈沖電場(chǎng)處理滅活大腸桿菌或熒光假單胞菌的有效性影響。Schottroff等對(duì)乳清蛋白配方的研究中，使用高壓脈沖電場(chǎng)（E=32kV/cm、t=3μs）處理滅活李斯特菌，其殺菌效果與樣品pH值及其蛋白質(zhì)濃度相關(guān)。在不超過(guò)所要求的最高溫度（58℃，避免蛋白變性）情況下，應(yīng)盡可能提高電導(dǎo)率和初始溫度以增強(qiáng)滅活作用。而pH值作為酸性食品分類標(biāo)準(zhǔn)在食品行業(yè)中較為常見，這可為脈沖電場(chǎng)技術(shù)的應(yīng)用提供工藝參數(shù)調(diào)整的參考。

　　高壓脈沖電場(chǎng)處理可以有效改善肉類、魚類的感官和質(zhì)構(gòu)特征，在殺菌應(yīng)用領(lǐng)域，李霜等研究了高壓脈沖處理對(duì)調(diào)理牛肉殺菌效果的影響，使用響應(yīng)面法對(duì)脈沖參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，在脈沖頻率30.5kHz、占空比2.3%、電場(chǎng)強(qiáng)度45kV/cm下處理7min，對(duì)牛肉中的微生物致死率達(dá)87.33%，可以使貨架期延長(zhǎng)2d。在針對(duì)豬血的一項(xiàng)研究中，為避免血漿蛋白的聚集和變性（55℃），限制脈沖電場(chǎng)的輸入能量，在9～11kV/cm范圍內(nèi)結(jié)合適宜的熱處理進(jìn)行殺菌；結(jié)果顯示，可以至少殺滅3（lg（CFU/mL））的大腸桿菌和假單胞菌；而木糖葡萄球菌具有耐受PEF作用的特性，滅活需要高于127kJ/kg的脈沖電場(chǎng)能量。食用雞蛋容易造成與沙門氏菌有關(guān)的疾病，液體全蛋常作為雞蛋的替代品，雞蛋中的可溶性蛋白質(zhì)在57℃以上便開始沉淀，在73℃時(shí)會(huì)發(fā)生凝固，因此只能使用巴氏殺菌進(jìn)行處理。Monfort等通過(guò)添加乙二胺四乙酸二鈉和檸檬酸三乙酯制備全蛋液，在25kV/cm和75～100kJ/kg能量的脈沖電場(chǎng)處理下可以降低沙門氏菌5（lg（CFU/mL））的數(shù)量。

　　為了提高作物產(chǎn)量，人們?cè)谵r(nóng)業(yè)生產(chǎn)中常常使用化學(xué)農(nóng)藥或生物殺蟲劑，給環(huán)境造成了一定的不利影響。高壓脈沖電場(chǎng)處理可以對(duì)種子表面進(jìn)行滅菌消毒，提高種子發(fā)芽率和出苗率等，這可能與增強(qiáng)種子的活力有聯(lián)系。Evrendilek等首次使用脈沖電場(chǎng)技術(shù)（E=12kV/cm、t=1.2μs）對(duì)甘藍(lán)、歐芹、洋蔥和生菜等植株種子進(jìn)行處理并評(píng)估其微生物狀況，結(jié)果顯示，對(duì)需氧嗜溫菌造成的最大失活量為（2.81±0.69）（lg（CFU/mL）），對(duì)真菌造成的最大失活量為（2.85±0.80）（lg（CFU/mL）），且小麥種子萌發(fā)率在對(duì)照組和實(shí)驗(yàn)組之間沒(méi)有顯著差異。

　　高壓脈沖電場(chǎng)處理對(duì)細(xì)菌的殺滅作用主要是非熱效應(yīng)，使用電子顯微鏡觀察釀酒酵母在經(jīng)過(guò)脈沖電場(chǎng)處理前后的細(xì)胞形態(tài)變化，發(fā)現(xiàn)處理前的細(xì)胞表面光滑無(wú)缺陷，處理后則出現(xiàn)表明粗糙、褶皺和凹痕等變化。在260nm和280nm波長(zhǎng)下的吸光度可以分別定量反映出蛋白質(zhì)和核酸含量變化，隨著電場(chǎng)強(qiáng)度的增加，細(xì)胞懸浮液吸光度逐漸增加，表明細(xì)胞外蛋白質(zhì)和核酸的含量增加，細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)溢出，細(xì)胞膜出現(xiàn)損傷。
 

　　3 感應(yīng)電場(chǎng)技術(shù)
 

　　3.1 感應(yīng)電場(chǎng)技術(shù)簡(jiǎn)介

　　感應(yīng)電場(chǎng)技術(shù)是基于法拉第電磁感應(yīng)原理而新發(fā)展出來(lái)的一項(xiàng)非接觸式電場(chǎng)處理技術(shù)，其作用原理與歐姆加熱類似，即同時(shí)運(yùn)用熱效應(yīng)和非熱效應(yīng)。如圖2所示，參照變壓器結(jié)構(gòu)，感應(yīng)電場(chǎng)裝置由勵(lì)磁線圈、磁芯和樣品線圈管道組成，其中勵(lì)磁線圈為金屬導(dǎo)線作為變壓器原邊，但樣品線圈由絕緣材料（如聚四氟乙烯管、陶瓷或玻璃管等）中的連續(xù)流電導(dǎo)性液體形成，包括乳制品、黃酒、果汁、蛋液等食品，同時(shí)構(gòu)成變壓器的副邊。樣品線圈內(nèi)的液態(tài)食品在交變磁場(chǎng)作用下產(chǎn)生感應(yīng)電場(chǎng)和感應(yīng)電流，通過(guò)熱效應(yīng)和非熱效應(yīng)對(duì)食品進(jìn)行處理。傳統(tǒng)的感應(yīng)加熱技術(shù)是利用交變磁場(chǎng)對(duì)金屬容器加熱后再間接對(duì)食品進(jìn)行傳導(dǎo)性加熱（如電磁爐和感應(yīng)加熱機(jī)），因而只具備熱效應(yīng)。與歐姆加熱和高壓脈沖電場(chǎng)技術(shù)類似，感應(yīng)電場(chǎng)同樣具有熱效應(yīng)和非熱效應(yīng)。但是不同點(diǎn)在于是利用磁場(chǎng)來(lái)感生出電場(chǎng)，故沒(méi)有使用金屬電極，整個(gè)過(guò)程屬于非接觸式的處理，避免了電極腐蝕和金屬污染等問(wèn)題。

　　顯而易見的是，感應(yīng)電場(chǎng)技術(shù)由于自身電場(chǎng)發(fā)生原理的限制，會(huì)受到原料狀態(tài)和性質(zhì)的影響，為了實(shí)現(xiàn)焦耳熱效應(yīng)，樣品中的感應(yīng)電流密度需要達(dá)到0.5～20.0 A/cm2，這對(duì)于食品管道系統(tǒng)的阻抗水平有較高的要求，需要進(jìn)行前期設(shè)計(jì)。為了提高能量轉(zhuǎn)換率及溫升速率，研究者們?cè)诓粩嗫紤]優(yōu)化感應(yīng)電場(chǎng)裝置的軟磁材料和管路結(jié)構(gòu)。同時(shí)，由于裝載樣品采用的管道結(jié)構(gòu)要求樣品連續(xù)性的通過(guò)，因此加工對(duì)象只適用于一些液態(tài)食品或黏性食品，如牛奶和果汁。除了殺菌處理，感應(yīng)電場(chǎng)的應(yīng)用已經(jīng)在多糖改性、天然產(chǎn)物提取等領(lǐng)域進(jìn)行了一些研究。
 

　　3.2 感應(yīng)電場(chǎng)殺菌

　　合理利用食品中的感應(yīng)電流實(shí)現(xiàn)其對(duì)自身的加工處理具有一定的限制性條件，液態(tài)食品需要以連續(xù)流的狀態(tài)形成完整的閉合通路使感應(yīng)電流形成。其中的感應(yīng)電流是由自由離子和帶電分子的定向遷移產(chǎn)生，Jin Yamei等使用特殊的管道結(jié)構(gòu)和交變磁場(chǎng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)電解質(zhì)（KCl）溶液的升溫測(cè)試，研究了加熱管道的直徑、長(zhǎng)度和離子濃度對(duì)加熱速率的影響，本質(zhì)是通過(guò)調(diào)控食品流體的阻抗值來(lái)實(shí)現(xiàn)的。其結(jié)果顯示，電解質(zhì)樣品可以在28s內(nèi)升溫至90℃以上，在最佳條件（KCl濃度2mol/L、Ltube=50mm）下僅需10s左右即可達(dá)到90℃，研究驗(yàn)證了感應(yīng)電場(chǎng)對(duì)電導(dǎo)性溶液造成的顯著熱效應(yīng)。

　　Wu Shilin等設(shè)計(jì)了一種電磁感應(yīng)系統(tǒng)，由電源、磁芯、泵、勵(lì)磁線圈和加熱管組成，其中電源提供3000Hz、6 000V的正弦波電壓，并對(duì)葡萄柚汁和牛奶進(jìn)行滅菌處理，初始溫度分別為27.3℃和27.5℃，處理20s后的出口溫度為61.6℃和62.1℃，殺菌率分別為98.6%和98.5%。同時(shí)計(jì)算出整個(gè)系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)化效率（2%）極低，表明目前技術(shù)還有待改進(jìn)，設(shè)備暫不適用于規(guī)?；a(chǎn)。此外，Wu Shilin等還使用感應(yīng)電場(chǎng)處理蘋果汁中的釀酒酵母，其殺菌效果是由電場(chǎng)的熱效應(yīng)和非熱效應(yīng)同時(shí)作用引起，在頻率400 Hz、電壓800V、管徑2mm的條件下，感應(yīng)電場(chǎng)處理減少了4.6個(gè)對(duì)數(shù)的菌落總數(shù)，其中非熱效應(yīng)造成菌落總數(shù)減少近2個(gè)對(duì)數(shù)。目前，感應(yīng)電場(chǎng)技術(shù)還處于發(fā)展階段使用感應(yīng)電場(chǎng)可對(duì)液態(tài)食品進(jìn)行殺菌處理，由于軟磁材料的特性和限制，但還存在能量轉(zhuǎn)換率低和處理量小的問(wèn)題，尚未達(dá)到工業(yè)化應(yīng)用水平。
 

　　4 結(jié) 語(yǔ)
 

　　歐姆加熱與高壓脈沖電場(chǎng)技術(shù)已經(jīng)在食品的殺菌處理中得到廣泛的應(yīng)用，無(wú)論是在食品種類、設(shè)備結(jié)構(gòu)還是在生產(chǎn)能耗等方面都有了較為系統(tǒng)的研究和報(bào)道。毫無(wú)疑問(wèn)，電場(chǎng)技術(shù)在國(guó)內(nèi)食品商業(yè)殺菌的應(yīng)用尚未廣泛實(shí)施存在一定的原因，例如處理量有限、波形不穩(wěn)定和價(jià)格高等，單獨(dú)使用對(duì)于芽孢的殺滅效果相對(duì)較差，研究者也嘗試將電場(chǎng)處理與其他方法結(jié)合起來(lái)，以達(dá)到更好的殺菌效果及產(chǎn)品品質(zhì)，但這樣會(huì)增加工藝復(fù)雜度，不利于放大后的生產(chǎn)制造。感應(yīng)電場(chǎng)技術(shù)在食品殺菌領(lǐng)域的應(yīng)用研究處于起步階段，受限于電磁感應(yīng)所采用的軟磁材料品質(zhì)和管路構(gòu)造。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，特別是磁性材料學(xué)科的發(fā)展，越來(lái)越多的新型導(dǎo)磁材料可以應(yīng)用于感應(yīng)電場(chǎng)設(shè)備的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，如通過(guò)特殊配方和退火工藝生產(chǎn)的納米晶或坡莫合金材料在中頻區(qū)域能提高電磁轉(zhuǎn)換率、降低勵(lì)磁損耗、提高導(dǎo)磁率。

　　電場(chǎng)加工對(duì)果蔬、乳品、水產(chǎn)品及肉制品等食品的殺菌效果已經(jīng)得到驗(yàn)證，這一類相對(duì)綠色的物理加工方式，在歐美日等發(fā)達(dá)國(guó)家中具有一定的工業(yè)化實(shí)施。將來(lái)如何簡(jiǎn)化電場(chǎng)發(fā)生器對(duì)于該技術(shù)在食品工業(yè)中的推動(dòng)和發(fā)展具有很大的意義，例如提升裝備自動(dòng)化水平、配套特制大型電源來(lái)滿足生產(chǎn)的需要，電場(chǎng)殺菌裝備在食品單元操作中的應(yīng)用是行業(yè)未來(lái)重要的發(fā)展方向。