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養(yǎng)成分，對感官品質(zhì)、風(fēng)味和色澤造成的影響更小。本文對歐姆加熱殺菌、高壓脈沖電場殺菌和感應(yīng)電場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，探討目前電場殺菌技術(shù)的特點(diǎn)和差異，并對其未來發(fā)展方向提出了展望。

　　關(guān)鍵詞：殺菌；電場；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，也會引起食源性的疾病，并帶來巨大的健康問題。在古代，人們采用鹽漬或糖漬的方法來抑制微生物生長。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?；瘜W(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)使用的問題。因此，一些物理場加工技術(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、高壓脈沖電場殺菌和感應(yīng)電場殺菌等也越來越受到關(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)者研究了電流對食品的影響，電場技術(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)的交變電壓來加熱并殺滅乳制品中的微生物。電場強(qiáng)度E（電勢差/處理距離）對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；二是電場對細(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)于電場的非熱效應(yīng)，目前比較認(rèn)可的兩個(gè)說法則是基于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，在受到電場作用后，膜表面會累積自由電荷，當(dāng)跨膜電位差增加并超過臨界閾值時(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)度的電場會使細(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)度交變電場作用下會造成其不可逆，干擾細(xì)胞新陳代謝并致死。電場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，無過熱或冷點(diǎn)出現(xiàn)。2）高效、無需外部熱源，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)效益和社會價(jià)值。因此，本文針對電場殺菌技術(shù)的特點(diǎn)及研究進(jìn)展進(jìn)行總結(jié)，以期對其在食品和農(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)率會隨加熱過程的進(jìn)行而發(fā)生改變，進(jìn)而整個(gè)過程受到電場強(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，常用電場強(qiáng)度小于1 000V/cm，頻率0～100kHz。在實(shí)際應(yīng)用中，直流電場會導(dǎo)致原料中離子或不同電位的大分子分別向陽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，長時(shí)間會導(dǎo)致電極的腐蝕和重金屬滲漏等現(xiàn)象，因此在食品電場殺菌或熱處理時(shí)經(jīng)常采用交流電場。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)度電場的技術(shù)，在適宜的溫度范圍內(nèi)，其非熱效應(yīng)也會破壞微生物細(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（電場強(qiáng)度26.7V/cm、頻率25kHz、電壓400V）處理對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。無菌果泥保質(zhì)期長，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等研究了不同場強(qiáng)梯度（10、15、20V/cm）的歐姆加熱在溫度（60、70、80℃）影響下對芒果果泥微生物（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（電場強(qiáng)度為13.33V/cm、時(shí)間75min、每間隔15min取樣）對牛奶、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)用場景。

　　肉制品的歐姆加熱殺菌研究報(bào)道相對較少，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等采用低溫長時(shí)（72℃、15min）和高溫短時(shí)（95℃、7min）兩種歐姆加熱工藝參數(shù)對牛肉進(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。

　　單長松等研究了歐姆加熱對豆?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微生物的殺滅率可達(dá)100%。Tiravibulsin等研究了歐姆加熱處理對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1.1℃，說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5（lg（CFU/mL））的芽孢，其存活的芽孢數(shù)量低于檢測限（＜1（lg（CFU/mL））），殺菌效果良好，與使用傳統(tǒng)熱處理的對照樣品相比，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，而革蘭氏陽性菌則需經(jīng)過50s才能達(dá)到相同的效果。通過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等測試了相同條件下歐姆加熱和常規(guī)熱處理對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)為電場對細(xì)胞造成了一定程度的非熱破壞，但是并沒有直接導(dǎo)致細(xì)胞死亡，而是通過改變細(xì)胞膜的通透性來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，即電流通過樣品時(shí)產(chǎn)生的焦耳熱效應(yīng)對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 高壓脈沖電場技術(shù)
 

　　2.1 高壓脈沖電場技術(shù)簡介

　　高壓脈沖電場技術(shù)是一種電場非熱加工技術(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殺菌過程對食品風(fēng)味、營養(yǎng)物質(zhì)的影響更少。

　　雖然高壓脈沖電場在一定程度避免了過程中的溫升效應(yīng)，但在實(shí)際處理過程中，適宜的熱效應(yīng)也有益于提升電場的作用效果，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)為歐姆加熱的電場強(qiáng)度范圍E＜0.5 kV/cm，中等強(qiáng)度脈沖電場技術(shù)的場強(qiáng)范圍0.5kV/cm＜E＜5kV/cm，而高壓脈沖電場技術(shù)的場強(qiáng)范圍E＞5kV/cm。電穿孔產(chǎn)生的電場強(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)電場強(qiáng)度的高低會導(dǎo)致其應(yīng)用范圍出現(xiàn)差異，相對低強(qiáng)度的高壓脈沖電場處理常用于改善細(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。Toepfl等研究了影響高壓脈沖電場殺菌效果的主要參數(shù)，包括電場強(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酵母殺滅的效果。
 

　　2.2 高壓脈沖電場殺菌

　　果蔬汁中熱敏性成分多且復(fù)雜，常規(guī)熱處理常會導(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，對其中的營養(yǎng)成分和感官品質(zhì)的影響也相對較少。Pallarés等采用30kV電壓、3kV/cm場強(qiáng)和500kJ/kg能量的脈沖電場對葡萄汁中的黃曲霉毒素進(jìn)行處理，處理期間溫度不超過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養(yǎng)優(yōu)勢。Timmermans等研究了不同電場強(qiáng)度的脈沖處理對橙汁、椰子水和西瓜汁中多種微生物的殺滅效果，對于脈沖電場的抵抗性：單核細(xì)胞增生李斯特氏菌（以下簡稱單增李斯特菌）＞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)菌在脈沖電場處理下的響應(yīng)特性對該技術(shù)的發(fā)展有著重要意義。

　　乳品的高壓脈沖電場殺菌在實(shí)驗(yàn)室研究已有大量報(bào)道，單獨(dú)采用高壓脈沖電場對微生物進(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對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，探究了溫度對高壓脈沖電場處理滅活大腸桿菌或熒光假單胞菌的有效性影響。Schottroff等對乳清蛋白配方的研究中，使用高壓脈沖電場（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調(diào)理牛肉殺菌效果的影響，使用響應(yīng)面法對脈沖參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，在脈沖頻率30.5kHz、占空比2.3%、電場強(qiáng)度45kV/cm下處理7min，對牛肉中的微生物致死率達(dá)87.33%，可以使貨架期延長2d。在針對豬血的一項(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)會發(fā)生凝固，因此只能使用巴氏殺菌進(jìn)行處理。Monfort等通過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，人們在農(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。高壓脈沖電場處理可以對種子表面進(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技術(shù)（E=12kV/cm、t=1.2μs）對甘藍(lán)、歐芹、洋蔥和生菜等植株種子進(jìn)行處理并評估其微生物狀況，結(jié)果顯示，對需氧嗜溫菌造成的最大失活量為（2.81±0.69）（lg（CFU/mL）），對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)率在對照組和實(shí)驗(yàn)組之間沒有顯著差異。

　　高壓脈沖電場處理對細(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)過脈沖電場處理前后的細(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)電場技術(shù)
 

　　3.1 感應(yīng)電場技術(shù)簡介

　　感應(yīng)電場技術(shù)是基于法拉第電磁感應(yīng)原理而新發(fā)展出來的一項(xiàng)非接觸式電場處理技術(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)食品在交變磁場作用下產(chǎn)生感應(yīng)電場和感應(yīng)電流，通過熱效應(yīng)和非熱效應(yīng)對食品進(jìn)行處理。傳統(tǒng)的感應(yīng)加熱技術(shù)是利用交變磁場對金屬容器加熱后再間接對食品進(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技術(shù)類似，感應(yīng)電場同樣具有熱效應(yīng)和非熱效應(yīng)。但是不同點(diǎn)在于是利用磁場來感生出電場，故沒有使用金屬電極，整個(gè)過程屬于非接觸式的處理，避免了電極腐蝕和金屬污染等問題。

　　顯而易見的是，感應(yīng)電場技術(shù)由于自身電場發(fā)生原理的限制，會受到原料狀態(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，研究者們在不斷考慮優(yōu)化感應(yīng)電場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，因此加工對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)電場殺菌

　　合理利用食品中的感應(yīng)電流實(shí)現(xiàn)其對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)和交變磁場實(shí)現(xiàn)了對電解質(zhì)（KCl）溶液的升溫測試，研究了加熱管道的直徑、長度和離子濃度對加熱速率的影響，本質(zhì)是通過調(diào)控食品流體的阻抗值來實(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)電場對電導(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)電場處理蘋果汁中的釀酒酵母，其殺菌效果是由電場的熱效應(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)電場處理減少了4.6個(gè)對數(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)對數(shù)。目前，感應(yīng)電場技術(shù)還處于發(fā)展階段使用感應(yīng)電場可對液態(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題，尚未達(dá)到工業(yè)化應(yīng)用水平。
 

　　4 結(jié) 語
 

　　歐姆加熱與高壓脈沖電場技術(shù)已經(jīng)在食品的殺菌處理中得到廣泛的應(yīng)用，無論是在食品種類、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。毫無疑問，電場技術(shù)在國內(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)使用對于芽孢的殺滅效果相對較差，研究者也嘗試將電場處理與其他方法結(jié)合起來，以達(dá)到更好的殺菌效果及產(chǎn)品品質(zhì)，但這樣會增加工藝復(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，越來越多的新型導(dǎo)磁材料可以應(yīng)用于感應(yīng)電場設(shè)備的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，如通過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。

　　電場加工對果蔬、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，這一類相對綠色的物理加工方式，在歐美日等發(fā)達(dá)國家中具有一定的工業(yè)化實(shí)施。將來如何簡化電場發(fā)生器對于該技術(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滿足生產(chǎn)的需要，電場殺菌裝備在食品單元操作中的應(yīng)用是行業(yè)未來重要的發(fā)展方向。