脈沖電場技術應用于果蔬汁殺菌的研究進展

馬亞琴，李楠楠，張 震

（1.西南大學柑桔研究所，重慶 400712；2.國家柑桔工程技術研究中心，重慶 400712）

隨著人們對于生活品質需求的提高，含有豐富營養物質的果蔬汁越來越受到消費者的青睞。果蔬汁含有較高的有機酸、維生素和酚類物質，已占據飲料市場的主導地位[1]，膳食類黃酮的攝入量與冠狀心臟病死亡率呈負相關，其有降低心肌梗死發生率的作用；總黃酮與血漿總膽固醇和低密度脂蛋白膽固醇濃度呈負相關。因此，較多攝入含抗氧化活性的物質可有效降低癌癥、心血管病及炎癥等疾病患病率。

果蔬汁在生產加工及貯藏過程中，微生物的污染問題尤為重要。20世紀末期至21世紀初期，美國、加拿大和荷蘭的多個區域都相繼爆發了鮮榨果蔬汁中致病菌所引發的食物中毒事件[2]。1995年美國發生了一起因食用未殺菌鮮榨橙汁引起的沙門氏菌感染事件，62 人被確認感染；1996年美國爆發了由飲用未殺菌蘋果汁引起隱孢子蟲病事件；1999年加拿大和美國的一起沙門氏菌感染事件中，造成至少207 人患病，其原因也是食用了被污染而未殺菌的鮮榨橙汁[3]。為了控制微生物對果蔬汁安全性和穩定性造成的嚴重威脅，食品工業上常用巴氏殺菌等傳統熱處理方式來滅活果蔬汁中的微生物，但熱殺菌技術在延長保質期的同時也破壞了其營養成分和感官特性，如蛋白質變性、非酶褐變以及維生素和功能性物質的損失。Saikia等[4]比較分析非熱殺菌與熱殺菌后果汁的品質變化，結果表明，熱殺菌后5 種果汁中酚酸均發生了不同程度的降解，與鮮榨果汁相比，熱殺菌后菠蘿汁和荔枝汁中的總黃酮發生顯著性降解，降解率分別為13.7%、67.1%。趙玉紅等[5]研究巴氏殺菌處理對黑加侖果汁品質的影響，結果表明，伴隨著殺菌溫度（70～90 ℃）的升高和處理時間（6～10 min）的延長，果汁紅色加深且濁度增大，巴氏殺菌對果汁顏色變化影響顯著；果汁中的多酚、單寧、花色苷含量和1,1-二苯基-2-三硝基苯肼自由基清除率，隨殺菌溫度的升高和殺菌時間的延長而降低，并且溫度越高降低越快。此外，還有研究者們報道了熱殺菌對橙汁、草莓汁和西瓜汁感官品質和生物活性成分均有不利影響[6-7]。因此，為滿足消費者對天然健康、新鮮和高品質食品的需求，最小加工量已成為現代食品保藏技術的戰略目標，這促進了非熱加工技術的迅猛發展。脈沖電場（pulsed electric fi eld，PEF）技術作為新興的非熱加工技術，不僅具有良好的殺菌效果，而且處理時間短、能量消耗少、食品理化性質變化小、營養風味變化不顯著，在果蔬汁這類高熱敏性食品殺菌中具有高度適用性。

PEF技術在食品殺菌中的應用最早可追溯到20世紀初。1925年，有研究者驗證了在3～4 kV的電場條件下可以對牛奶進行殺菌，并證實溫度不是影響殺菌效果的關鍵因素[8]。研究者發現不同能量的PEF對大腸桿菌、鏈球菌、枯草芽孢桿菌、耐輻射微球菌處理均有一定的滅活效果[9]。Heinz[10]研究發現不同電場強度對細胞存活的抑制作用具有顯著性差異，其中抑制動物和植物源細胞需要高強度的脈沖，而抑制微生物細胞只需中等強度的脈沖；Sale等[11]報道了在不同電場強度、電導率、電流密度和能量的條件下，PEF處理對細菌和酵母菌的影響，證實PEF可以將電能轉化為脈沖形式作用于微生物并使之失活，但對食品的營養成分及各種特性影響甚微，此外還發現電場強度和處理時間是影響殺菌效果最顯著的兩個因素。Hülsheger等[12]研究報道，細菌和酵母細胞在20 kV/cm的條件下持續幾毫秒的脈沖，其致死率就可以達到99.99%。20世紀80年代以來，PEF的研究包括設備的開發、處理條件的優化、應用范圍的擴大，隨著各個方面不斷成熟完善，PEF成為全球非熱加工領域最受關注的技術之一。20世紀末期，將PEF應用于各種液體食品的研究日益增加，涉及果蔬汁、液蛋、茶湯和牛奶[13]。2005年，PEF技術通過了美國食品藥品管理局技術認證，極大地推動了其在市場化應用的發展。

本文綜述近年來國內外PEF殺菌技術在果蔬汁中的研究應用，主要從殺菌機理、影響因素、處理效果及與其他技術聯合應用等方面進行敘述，并探討了PEF技術未來的發展趨勢。

1 PEF技術殺菌機理

PEF殺菌技術的研究表明，PEF處理過程中引起細胞膜不可逆破損而導致細胞失活是該技術殺菌作用的關鍵。目前，關于細胞膜破損的機制有以下幾種假說：電穿孔假說、電擊穿假說、空穴假說、臭氧效應、電磁機理模型和黏彈極性形成模型等，其中電穿孔假說和電擊穿假說得到研究者的普遍認可。

1.1 電穿孔假說

電穿孔假說認為，脈沖電場會使細胞膜上形成親水孔和強制打開蛋白質通道從而造成細胞膜半滲透功能的破壞，最終導致細胞死亡[8]。外加電場的存在使細胞膜上的磷脂構象發生變化，導致膜分子的重排和親水孔的形成，同時跨膜電位還影響細胞膜蛋白質通道的開啟和閉合。在施加電場期間，蛋白質通道不僅打開，而且通過局部焦耳加熱或官能團的電修飾造成其變性。細胞膜形成小孔導致其通透性增強，從而使小分子物質透過細胞膜進入細胞內部，導致細胞逐漸膨脹破裂，胞內的物質外泄，最終造成微生物死亡。

近年來，國內外學者們致力于驗證電穿孔假說。王翠華等[14]在研究脈沖放電對銅綠微囊藻細胞超微結構的影響中發現，在PEF作用下，絕大多數細胞發生電穿孔現象，產生不可逆變性，僅少數細胞雖然外圍結構完整，但細胞內含物受到破壞，導致程序性死亡。宋艷波等[15]基于電子顯微鏡觀察結果及介質理論分析高壓PEF處理果蔬機理認為，因PEF為重復周期信號，這種周期性的策動力對細胞膜結構產生某種諧振，或是與蛋白質的構象振蕩同步，從而形成電穿孔，振蕩形成的作用力超過某一閾值時，在膜上形成一定半徑的穿孔，膜上微孔量增大，大量的離子通過膜的離子通道，打破了細胞內外的離子平衡，引起各種細胞破裂等現象的發生。Vernier[16]、Kotnik[17]等利用分子動力學模擬研究了電脈沖對細胞膜磷脂雙分子層的作用，結果發現水分子在該過程中起著重要作用，初期水分子有效降低了磷脂雙分層“能壘”，從而誘導磷脂分子重新排列并形成親水性小孔。這些研究結果證實了電穿孔理論，說明PEF處理可使細胞膜形成大量小孔，進而胞內物質外流，導致微生物死亡，起到殺菌作用。

1.2 電擊穿假說

細胞膜類似于一個充滿電解質的電容器，細胞質的介電常數遠大于細胞膜（細胞質的介電常數是細胞膜的6～8 倍），細胞膜兩側不同的介電常數使其產生10 mV的跨膜電位。當外部電場施加在細胞兩端時，跨膜電位增加，并且在膜兩側相反極性的離子產生相互吸引力，這種力擠壓膜兩側會使膜的厚度減小，即膜兩側電荷間的距離減小[18]。隨著電場繼續作用，跨膜電位持續增加，相應的電荷吸引作用也隨之增大，細胞膜壓縮程度的增加勢必會造成其產生相反方向的彈性回復力，假定擠壓力比細胞膜產生的彈性回復力增加得快很多，則細胞膜厚度顯著降低，其結果是造成細胞膜局部被破壞。根據處理強度是否超過臨界電場強度，形成可逆或不可逆的細胞膜擊穿孔。可逆的細胞膜擊穿孔可以自我愈合，同時利于促進細胞對胞外大分子的吸收；而不可逆的細胞膜擊穿孔如繼續增大會造成細胞內大分子物質外泄，造成微生物死亡，進而實現殺菌作用。

近年來，國內外學者們通過研究細胞膜結構的變化來驗證PEF作用微生物的滅活機理。曾新安等[19]研究了沙門氏菌對PEF的抵抗性作用，結果表明，PEF技術在有效殺菌的同時，不僅增大了細胞膜的通透性，還造成細胞膜流動性降低，最終引起微生物的死亡。劉志偉[20]采用脂質體模擬細胞來研究PEF致死微生物的機理，結果表明，PEF殺菌效果與細胞形態、細胞膜流動性及其細胞膜組成直接相關。目前，PEF殺菌機理研究還處于理論計算推測和分子模擬階段，因此實現PEF作用微生物細胞膜在線實時觀測對PEF殺菌機理研究具有突破意義。

2 影響PEF殺菌效果的因素

影響PEF殺菌效果的因素主要分為處理參數因素、微生物因素、樣品因素，具體參數見表1。在使用PEF技術處理果蔬汁時，應綜合考慮多種因素的影響作用，以確定最佳的PEF參數，從而獲得理想的殺菌效果。PEF對果蔬汁中常見微生物的處理效果見表2。

表1 影響PEF殺菌效果的因素Table1 Factors affecting the bactericidal effect of PEF

表2 PEF對果蔬汁中常見微生物的處理效果Table2 Effect of PEF on killing common microorganisms in fruit and vegetable juice

2.1 處理參數因素

2.1.1 電場強度

大量研究表明，電場強度是影響PEF殺菌效果的主要因素，增大電場強度，對象處理物料中微生物的存活率明顯下降。田野[29]研究PEF對鮮榨草莓汁殺菌效果的影響中得出，當其他條件一定時，電場強度從15 kV/cm增加到30 kV/cm時，草莓汁中大腸桿菌致死率從0.72增加到1.22，這說明隨著電場強度的增大，PEF對草莓汁中大腸桿菌的鈍化效果也增強。Huang Kang等[22]利用數值模擬比較不同電場強度下PEF對葡萄汁中微生物的影響，研究結果表明，在電場強度12～24 kV/cm的條件下，微生物對PEF處理的耐受力由強到弱依次為：金黃色葡萄球菌＞大腸桿菌＞釀酒酵母，并隨著電場強度的增加抑菌效果增強。在產生電場強度的同時，電流對殺菌可能產生的影響也被關注，目前電流對PEF殺菌作用的影響鮮有報道，Sepulveda等[33]的研究發現，在其他影響因素不變的情況下，電流對PEF殺菌幾乎不起作用，但這方面的研究作為一個新的研究點值得深入探究。

2.1.2 作用時間

作用時間是指各次放電釋放脈沖時間的總和，其長短決定微生物滅活的程度。隨著作用時間的延長，對象處理物料中微生物的存活率急劇降低，隨后趨于平緩，再延長作用時間殺菌效果不再顯著。田野[29]在研究PEF對鮮榨草莓汁殺菌效果的影響中得出，當其他條件一定時，處理時間從100 μs延長到400 μs時，草莓汁中大腸桿菌致死率從0.28增加到0.35，結果表明，PEF對草莓汁中大腸桿菌的鈍化效果隨作用時間的延長而增強。Xiang等[34]研究了PEF技術對胡蘿卜汁理化性質及微生物滅活效果的影響，發現不同作用時間對大腸桿菌具有不同的殺菌效果，在一定時間范圍內，延長作用時間可表現出較好的殺菌效果。李靜等[35]在研究PEF對蘋果汁中的微生物鈍化效果中也得出類似的研究結論。

2.1.3 脈沖參數

關于脈沖的研究僅局限于動力學模型中，建立殺菌效果與這些參數的函數關系，實際上，脈沖參數對于PEF技術的處理效果具有重要影響。

2.1.3.1 脈沖能量

輸入脈沖能量密度的高低與PEF鈍化微生物的效果呈正相關，輸入能量越高，PEF處理效果也相對較好。Timmermans等[32]研究相同溫度下PEF處理對蘋果汁的影響，當輸入脈沖能量從0 kJ/kg增大到100 kJ/kg，蘋果汁中巴拿馬沙門氏菌和釀酒酵母的致死率分別提高了7、5（lg（CFU/mL））。劉新雨等[27]研究PEF處理荔枝汁中釀酒酵母的效果得出了相一致的結論，即輸入脈沖能量越高，PEF處理效果越好。盡管增強脈沖能量輸入能夠提高殺菌效果，但是提高能量也隨之引起物料溫度的升高，進而影響食品的感官品質和營養成分，同時也會增加成本的消耗。因此，脈沖能量的選擇應根據物料理化性質和感官品質的需求進行綜合考慮。

2.1.3.2 脈沖寬度

脈沖寬度可以在一定程度上影響PEF抑制微生物的活性。Korolczuk等[36]研究發現，電場強度為50 kV/cm的條件下，脈沖寬度從0.05 μs增加到3 μs時，腸炎沙門氏菌的致死率也逐漸增大。Zhang Ruobing等[37]研究了PEF處理過程中脈沖上升時間對金黃色葡萄球菌殺菌的影響，研究表明，上升時間較短的方形波脈沖對金黃色葡萄球菌的鈍化效果更好，可提高0.5（lg（CFU/mL））。

2.1.3.3 脈沖波形

PEF電路系統的差異導致脈沖波形的不同，常見的脈沖波形有方形波、衰減波和振蕩波。相關研究表明，方形波對微生物的致死性最好且能量利用效率高，衰減波其次，振蕩波最差[41]。目前，研究者們所選用的脈沖波形也多為方形波[29-31]。

2.1.3.4 脈沖個數、頻率

在其他條件固定的情況下，增加脈沖個數、頻率可以顯著提高PEF技術的殺菌效果。劉珂舟等[38]研究脈沖頻率分別為1、10、100 Hz時，增大脈沖頻率，大腸桿菌存活率降低。Mosqueda-Melgar等[39]研究PEF對大腸桿菌滅菌優化條件時，發現脈沖頻率越大，振蕩效應越明顯，滅菌效果相應越好。

2.2 微生物因素

微生物對PEF處理的敏感度主要依賴于其細胞特征，例如微生物種類、生長條件、生長時期及微生物最初的污染程度。微生物種類的不同造成其對PEF的抗性不同，所處不同生長周期的微生物對PEF的敏感程度也不盡相同，生長條件也會影響PEF的殺菌效果。

2.2.1 種類和形態

迄今為止，很少有學者系統地研究微生物種類對PEF殺菌作用的影響。微生物種類的差異決定了其組織結構的差異，最終造成對電場的敏感性不同[40]。陶曉贇[41]比較分析了PEF處理對革蘭氏陽性菌（大腸桿菌）、革蘭氏陰性菌（金黃色葡萄球菌）和真菌（酵母菌）的鈍化效果，金黃色葡萄球菌細胞壁較厚，約為20～80 nm；大腸桿菌細胞壁較薄，約為10～15 nm；酵母菌細胞壁雖厚，約為0.1～0.3 μm；又因細胞壁中的組成成分不同，酵母菌細胞壁雖厚，但不含肽聚糖，因此PEF的滅活效果依次為：酵母菌＞大腸桿菌＞金黃色葡萄球菌。

微生物形態對于PEF的殺菌效果同樣具有顯著影響，一般情況下，桿形細胞的跨膜電勢和電場強度均大于擁有相同長徑和短徑的橢球形細胞。在具有相同長徑和短徑的微生物細胞中，桿形細胞的跨膜電勢和電場強度均大于球形細胞[41]。

2.2.2 含菌量

原料中最初的污染物水平是影響處理后殘菌量的最重要參數，在相同處理條件下，不同的微生物含量造成不同的處理效果。劉志偉[20]發現，在相同的電場強度、處理時間和脈沖條件下，經PEF分別處理不同含菌量的樣品，結果表明，含菌量多的樣品殘菌量下降的對數值比含菌量低的更顯著。

2.2.3 生長條件

微生物生長條件影響微生物的生長狀態，進而影響PEF技術的殺菌效果，其中微生物的生長條件包括溫度、生長培養基的成分、氧濃度和恢復期的條件等。Ohshima等[42]研究PEF處理不同溫度培養的大腸桿菌時得出，大腸桿菌的致死率受到培養溫度的影響，且最佳培養溫度為37 ℃時大腸桿菌對PEF處理的抗逆性最強。劉志偉[20]探索了培養溫度對大腸桿菌對PEF致死抗性影響機理，研究表明，不同生長溫度下，不同生長周期的大腸桿菌對PEF表現出截然不同的抗性。穩定期時，大腸桿菌對PEF抗性受培養溫度的影響顯著；對數期時，培養溫度對對數期大腸桿菌的殺菌效果幾乎無影響，PEF對不同培養溫度大腸桿菌保持一致的高殺滅效果。

2.2.4 生長周期

對象處理物料中微生物的生長周期不同導致其對電場的敏感程度具有差異性。有研究報道，處于穩定期的細菌比對數期的對PEF處理更具抵抗性[43]，但也有研究發現，PEF處理荔枝汁中不同生長周期的釀酒酵母時，釀酒酵母對電場敏感程度由強到弱依次為：穩定期＞對數期＞衰亡期＞調整期[27]。針對不同種類的微生物，PEF的滅活效果有所不同，其生長周期對PEF殺菌效果的影響有待進一步研究。

2.3 樣品因素

2.3.1 酸堿度

目前，樣品酸堿度對PEF技術殺菌效果的影響尚不清晰，有研究者報道酸堿度對微生物無影響作用，也有研究者報道微生物在酸性環境下PEF的滅菌效果較好。Timmermans等[32]采用連續流動PEF系統，在電場強度為20 kV/cm的條件下，對蘋果汁（pH 3.5）、橙汁（pH 3.7）和西瓜汁（pH 5.3、3.6）中的李斯特氏菌進行滅活，結果表明，與高pH值的西瓜汁微生物的失活曲線相比，低pH值的西瓜汁中微生物的失活曲線形狀與蘋果汁和橙汁的相似，說明該差異是由酸堿效應引起的，即果汁pH值降低時，李斯特氏菌對PEF的抵抗性降低。根據微生物的種類不同，產品的酸堿性對于微生物失活的影響表現出一定的差異性。

2.3.2 電導率

物料電導率的高低一定程度上影響PEF處理過程中物料的發熱程度，且在較低電場強度下，PEF處理電導率低的物料時其能量利用率較高，可達到較好的處理效果。Wouters等[43]分別在不同電導率條件下處理植物乳酸桿菌，結果表明在相同能量輸出的情況下，對低電導率液體的微生物滅活效果比高電導率的液體更好。但是也有研究發現，在相同的電場強度下，電導率并不會增強PEF對微生物的滅活效果，電導率增大會降低PEF對微生物的鈍化效果。電導率本身受很多條件的影響，例如果汁濃度及溫度等。電導率對殺菌效果的影響相對比較復雜，有待深入研究。

2.3.3 物料濃度

物料濃度的變化會影響處理室內物料的流動特性，進而影響PEF的處理效果。Ferrer等[44]研究PEF對橙汁和胡蘿卜汁混合飲料進行殺菌作用時發現，在電場強度為20 kV/cm時，胡蘿卜汁含量的多少對大腸桿菌的作用效果具有重要影響，即果汁濃度越高殺菌效果越低。造成的原因可能是因為加大物料濃度，營養物質更加充足導致微生物含量增加，影響高濃度物料的殺菌效果。

3 PEF對果蔬汁品質的影響

PEF技術可有效殺滅果蔬汁中的腐敗菌和致病菌，同時可最大限度維持原汁的品質特性，擴大果蔬汁的消費市場，以滿足消費者對果蔬汁的需求。大量研究表明，PEF處理對果蔬汁的pH值和可溶性固形物、總酸、總糖含量及電導率均無顯著性影響[8,28,45]。

3.1 對果蔬汁中生物活性成分的影響

已有的研究表明PEF處理對果蔬汁中生物活性成分沒有顯著性影響。Bansal等[28]用PEF和熱殺菌處理余甘子汁，結果表明果汁的pH值和可溶性固形物含量均無顯著性變化，其中PEF能夠保留果汁中63% VC和88.9%的抗氧化活性，而熱殺菌后的余甘子果汁中VC和抗氧化活性發生顯著降解。Leong等[46]研究發現，經PEF處理后葡萄汁中的總酚、VC含量和抗氧化性均有所增加。Agcam等[45]利用PEF與熱處理橙汁中的酚酸，發現經PEF和熱處理后的橙汁，總酚含量均有所增加，除丁香酸和新橙皮苷外，其他酚酸含量也有所增加。因此，PEF處理果蔬汁對其生物活性沒有顯著性影響，在一定條件下還有利于提升生物活性成分的含量。

3.2 對果蔬汁感官品質的影響

食品的天然芳香化合物是最重要的品質指標之一，消費者的選擇和可接受性通常取決于食品的風味和外觀。陶曉贇[41]采用電子鼻、電子舌技術客觀分析鮮榨、熱處理及PEF處理的藍莓汁氣味及味道，利用軟獨立模型分析可知熱處理后的藍莓汁與對照組、PEF處理的藍莓汁具有顯著性差異；雷達圖譜和散點圖的分析結果顯示經熱處理后的藍莓汁味道變化最大，PEF處理的藍莓汁與對照組接近。同樣，應用PEF處理櫻桃汁，處理時間分別為0、66、131、210 μs時，隨著作用時間的延長，櫻桃汁的色澤和味道都未發生顯著性變化（P＞0.05）[47]。Garde-Cerdán等[48]采用電場強度7.4 kV/cm，作用時間分別為10、20 μs的PEF處理不同品種（‘Grenache’、‘Tempranillo’、‘Graciano’）的葡萄汁，結果表明，PEF處理對‘Grenache’的芳香組成及其單萜類的含量有積極影響；對‘Tempranillo’和‘Graciano’的（E）-4-（2,6,6-三甲基環己烯-1-基）、丁-3-烯-2-酮、總酯和苯類化合物含量也有積極影響，但沒有顯著改變C6化合物以及揮發性成分的含量。

3.3 對果蔬汁貨架期的影響

PEF殺菌技術在處理過程中能最大限度地保留果蔬汁的營養品質和感官特性，進而延長了果蔬汁的貯藏期限。Kayalvizhi等[49]研究PEF對甘蔗汁的影響中發現，未經處理的新鮮甘蔗汁的感官特征只能保持2 d，但經PEF處理后的甘蔗汁，其保質期延長至7 d。Guo Mingming等[50]研究了經PEF技術處理的石榴汁微生物穩定性、生物活性物質、理化性質及消費者接受度，發現在4 ℃為期12 周的貯藏條件下，總菌落數小于2.5（lg（CFU/mL）），且沒有檢測出酵母和霉菌。Vallverdú-Queralt等[51]研究發現，與未處理和熱處理的番茄汁相比較，經過PEF處理后的番茄汁在貯藏期間依然能夠維持較高的類胡蘿卜素含量。PEF處理還可抑制或緩解褐變程度，有效降低褐變產物的生成。Vervoort等[52]研究報道，經PEF處理后的混合橙汁-胡蘿卜汁在貯藏期間沒有檢測出5-羥甲基糠醛。Agcam等[53]研究了PEF與熱處理對橙汁中酚酸含量的影響，結果表明，貯藏期間，PEF處理后橙汁中酚酸的含量無顯著性變化，但熱處理后橙汁中的酚酸含量則隨著貯藏時間的延長而顯著降解。趙瑾[54]通過分析PEF處理前后梨汁多項指標的變化，發現PEF處理對梨汁的理化性質、營養成分和揮發性香氣成分幾乎沒有影響，處理后梨汁基本保留了原有風味和品質；貯藏實驗結果表明，PEF處理與4 ℃低溫結合，可使梨汁的貨架期達到2 個月以上。

綜上可見，PEF技術作用于果蔬汁，不僅殺菌效果好，還可降低果蔬汁貯藏期間的營養品質及風味成分的損耗，并減少有害物質的生成。

4 PEF與其他技術的結合應用

在果蔬汁加工過程中，各種處理技術都存在著一定的不足，為了達到更好的處理效果，獲得更佳的果蔬汁品質，近幾年來，研究者們致力于將PEF與其他技術相結合來提高處理效果，以期為消費者提供滿足需求的果蔬汁。

4.1 熱處理的協同作用

盡管PEF殺菌技術是非熱加工技術的一種，溫度也是影響其處理效果的重要參數，將PEF與溫和熱相結合，更有利于發揮二者的優點，提高殺菌效果。PEF處理樣品之前，將溫度從室溫提高到35～60 ℃之間，此時PEF與溫度可以產生協同效應，更有利于滅活果蔬汁中的微生物[55]。劉珂舟等[56]采用PEF和熱殺菌相結合的方式，將大腸桿菌在45 ℃條件下預熱5 min后，再進行PEF滅菌，大腸桿菌的存活率已降至13.69%；該殺菌方式既節約能源，又適用于一些熱敏性高的食物滅菌，互補了兩種殺菌方法的不足，繼而達到更好的處理效果。溫度對微生物的影響是基于對細胞膜通透性的改變。當溫度低于30 ℃時，細胞膜的磷脂雙分子結構緊密有序，并具有凝膠結構；隨著溫度的升高，結構變得不那么有序，失去它的彈性性質，并轉化成液晶狀態。PEF與熱處理的結合作用于微生物細胞膜的磷脂雙分子層，使細胞膜變薄導致穿孔，最終造成微生物的死亡[20]。

4.2 聯合其他非熱加工技術

4.2.1 集成冷凍濃縮技術

PEF強度的強弱受果蔬汁電導率的直接影響，冷凍濃縮后的果蔬汁電導率降低，有利于提高PEF的殺菌效果[57]。鐘海榮[58]采用Wilcoxon Test方法對PEF+熱處理的枇杷汁進行感官分析，結果表明，冷凍濃縮+PEF處理的枇杷汁的感官品質更接近于原汁，從溫升角度比較，冷凍濃縮果汁甚至優于枇杷原汁。PEF與冷凍濃縮相結合的處理技術，相對減少了能量耗散，能得到更高的經濟效益。

4.2.2 聯合超聲作用

將PEF的電穿孔效應與超聲的空穴效應相結合也可以有效滅活果蔬汁中的微生物，并一定程度上降低果蔬汁理化品質的變化。Aadil等[59]將PEF技術與超聲作用聯合在一起，研究了其對葡萄柚果汁的處理作用，結果表明，與未處理果汁相比，經PEF與超聲聯用處理后果汁的pH值、可滴定酸質量分數、可溶性固形物含量及色差值均未發生顯著性變化，但是經聯合處理后果汁的濁度和非酶褐變值均增加。

4.3 添加抗菌素

添加抗菌素等物質可以提高PEF滅活微生物的效果。陳婧等[60]研究了柚皮苷與PEF對釀酒酵母的協同致死作用，柚皮苷與PEF對釀酒酵母細胞分別有一定的抑制或致死作用，當二者相結合時，其致死效果得到顯著提升。Salda?a等[24]研究PEF技術結合Nα-月桂酰乙酯對蘋果汁中大腸桿菌的抑制效果，結果表明，添加Nα-月桂酰乙酯后PEF的殺菌效果顯著提高。Gurtler等[25]研究證明，與單獨使用PEF技術相比，結合使用防腐劑（苯甲酸鈉、山梨酸鉀或質量分數2.7%檸檬酸）可更好地殺滅草莓汁中的大腸桿菌，并減少微生物的亞致死性損傷的產生。

5 結 語

基于已有的文獻報道，應用PEF技術能達到理想殺菌效果的同時，還能有效保持果蔬汁的營養品質和感官特性。同樣，利用PEF處理酒的研究發現，PEF處理不僅可以提高酒中多酚、花色苷、有機酸等功能性物質含量，而且還能有效提升其物理化學特性和感官品質，PEF較其他非熱技術在提高物料功能性物質（特別是多酚）含量方面有明顯的優勢[61]。但PEF工業化推廣還面臨著一些難題，具體表現在以下幾個方面：1）研究方向多局限于處理效果和理論推測方面，對于PEF處理微生物致死的機理尚不清楚，尤其是微生物亞致死性損傷有待深入研究；2）國內PEF設備處于實驗室階段，處理室裝置不完善，不適用于果蔬汁的商業化生產，同時PEF設備價格昂貴，不利于推廣應用；3）PEF設備的金屬電極材料釋放金屬離子對處理的果蔬汁易造成污染；4）Dalvi-Isfahan等[62]認為PEF技術在食品加工領域產生的積極作用在保持一致性和重復性方面需要標準化并確保安全，同時也要證明在工業化生產過程中高壓PEF技術的可持續性、成本效率、對企業投資者產生吸引力等。此外，PEF技術和其他非熱技術如微波、紫外線照射、高強度光脈沖等技術聯合處理對殺菌有很好的效果，同樣，PEF技術聯合熱處理也能達到滅菌效果[63]。因此，PEF技術聯合其他非熱處理或熱處理技術提升殺菌效果是未來研究的趨勢之一，研究各種方法聯合作用的互作機理有助于克服在工業化應用中的局限性。

我國研究PEF殺菌技術相對滯后，果蔬汁殺菌的研究處于起步階段，但PEF殺菌技術在工業生產上的巨大應用潛力引起了科研工作者和企業家的廣泛關注，發展勢頭迅猛。未來PEF殺菌技術的發展趨勢：1）實現PEF作用微生物細胞膜在線實時觀測其殺菌機理；2）研制功率大、精度高、可操控性強的PEF發生器及能夠實現均勻而穩定處理環境的動態處理室，有效監測PEF處理過程，從而使大規模生產果蔬汁成為可能；此外，研發廉價的PEF發生裝置，降低生產成本；3）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，對PEF處理的果蔬汁進行食品安全性檢測。

總之，隨著PEF技術的不斷突破和PEF在食品領域的深入研究，可以預見PEF殺菌技術在果蔬汁工業化生產中有廣泛的應用前景。