摘要：本文綜述了高壓脈沖電場(chǎng)技術(shù)在牛奶加工過(guò)程中對(duì)有害菌的殺菌作用、對(duì)有益菌的保護(hù)作用以及對(duì)牛奶風(fēng)味物質(zhì)、牛乳抗氧化能力的影響，為開(kāi)發(fā)與實(shí)現(xiàn)牛奶加工過(guò)程中高壓脈沖電場(chǎng)技術(shù)的應(yīng)用提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞：高壓脈沖電場(chǎng)技術(shù) 牛奶 加工

中圖分類(lèi)號(hào)：TS252.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-5336（2014）04-0012-02

牛奶營(yíng)養(yǎng)豐富，不僅含有優(yōu)質(zhì)的蛋白質(zhì)、豐富的鈣，而且?guī)缀鹾腥梭w營(yíng)養(yǎng)所需的所有維生素以及多種免疫活性因子。然而，若對(duì)牛奶中微生物控制不當(dāng)，不僅會(huì)使其營(yíng)養(yǎng)成分受到破壞，甚至產(chǎn)生有毒物質(zhì)。因此，為使人們能安全飲用，必須對(duì)牛奶中的微生物進(jìn)行控制以確保安全。

1 對(duì)有害菌的殺菌作用

脈沖電場(chǎng)可以有效殺死多種乳中的微生物，殺菌效果與對(duì)象菌的種類(lèi)與數(shù)量、電場(chǎng)強(qiáng)度、時(shí)間、溫度、介質(zhì)電導(dǎo)率、脈沖頻率等相關(guān)。脈沖電場(chǎng)40kV/cm2下處理360L牛奶可以殺死嬰兒配方牛奶中大腸桿菌；36.17kV/cm2和40個(gè)脈沖量處理接種了Salmonella Dublin的牛奶25min，牛奶在7～9℃下貯存8d內(nèi)未能檢測(cè)出細(xì)菌；使用電場(chǎng)強(qiáng)度為40kV/cm2，8個(gè)脈沖量處理2%牛乳，得到的產(chǎn)品可在4℃下保存2周；大腸桿菌在場(chǎng)強(qiáng)30kV/cm2、頻率1500Hz、脈沖寬40Lm、流速20mL/min時(shí)，其量由6178個(gè)對(duì)數(shù)量降低至2151個(gè)對(duì)數(shù)量；在相同條件下，枯草芽孢桿菌由6175個(gè)對(duì)數(shù)量降低至5193個(gè)對(duì)數(shù)量。

2 對(duì)益生菌的保護(hù)作用

在食品的保藏過(guò)程中，益生菌的存活量是含益生菌的產(chǎn)品中所考慮的重要因素，在PP奶、UHT奶、PEF奶的預(yù)處理中，應(yīng)優(yōu)化加工參數(shù)和加工條件。并且，有研究表明，PEF技術(shù)可能有保護(hù)牛奶制品中益生菌的生長(zhǎng)的能力，但其工藝的參數(shù)和條件亟待進(jìn)一步的研究和優(yōu)化，同時(shí)，對(duì)牛奶的感官、營(yíng)養(yǎng)、物化性質(zhì)與微生物特性等影響進(jìn)行研究，以達(dá)到消費(fèi)者喜愛(ài)的口味。

3 對(duì)牛奶風(fēng)味物質(zhì)的影響

王艷芳等[1]采用SPME-GC-MS聯(lián)用的方法，對(duì)鮮牛乳、UHT滅菌牛奶和PEF處理（35kV/cm2，400μs，200Hz）牛乳的風(fēng)味成分（主要揮發(fā)性風(fēng)味化合物有酮類(lèi)、醛類(lèi)、含硫類(lèi)、酯類(lèi)、酸類(lèi)、醇類(lèi)、烴類(lèi)、方環(huán)類(lèi)等）進(jìn)行分析，研究發(fā)現(xiàn)，在相同殺菌效果下，PEF處理乳較UHT滅菌乳而言風(fēng)味化合物損失少，脂類(lèi)氧化產(chǎn)物較UHT滅菌乳明顯減少；產(chǎn)生蒸煮味的含硫化合物降低；其他種類(lèi)的化合物變化不明顯。因此，高壓脈沖電場(chǎng)非熱殺菌技術(shù)可以應(yīng)用于牛乳殺菌上，保持牛奶的相對(duì)原味。

Zhang， S[2]研究得到牛奶中的所有風(fēng)味物質(zhì)，并在PEF處理乳中總共檢出18種主要揮發(fā)性化合物，最主要的是酮類(lèi)化合物，主要有2，3-丁二酮、2-丁酮、3-羥基-2-丁酮和1-羥基-2-丙酮；其次是醛類(lèi)，主要的是己醛、庚醛、壬醛和糠醛，其中己醛的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，占醛類(lèi)總量的72.40%；然后是醇類(lèi)，有戊醇、2-乙基-1-己醇、己醇和3-甲基丁醇，其中3-甲基丁醇的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高；酯類(lèi)、含硫化合物、酸類(lèi)和芳環(huán)化合物也有檢出。

4 對(duì)牛乳抗氧化能力的影響

張莎等[7]研究了高壓脈沖電場(chǎng)（PEF）處理和熱處理對(duì)牛乳總抗氧化能力和過(guò)氧化值的影響。采用牛乳對(duì)DPPH自由基的清除率來(lái)評(píng)價(jià)其抗氧化能力，用改進(jìn)的IDF分光光度法測(cè)定了牛乳的過(guò)氧化值。結(jié)果表明：新鮮牛乳對(duì)DPPH自由基的清除率為49.65%，無(wú)論是低溫長(zhǎng)時(shí)（60℃、30min），高溫短時(shí)（75℃、15s）巴氏殺菌，還是PEF（30kV/cm、400us）處理，牛乳清除DPPH自由基的能力都略有下降，而過(guò)氧化值都有所升高。PEF處理會(huì)引起乳脂肪氧化——PEF處理后，乳脂肪的過(guò)氧化值有所升高，抗氧化能力有所下降，且變化的程度與熱處理引起的相近；隨著PEF處理場(chǎng)強(qiáng)的增大和處理時(shí)間的延長(zhǎng)，乳脂肪的過(guò)氧化值變大，抗氧化能力下降，但是PEF處理溫度對(duì)抗氧化能力影響不顯著。

相對(duì)于對(duì)照樣（鮮牛乳），PEF與UHT處理會(huì)對(duì)牛乳中風(fēng)味物質(zhì)產(chǎn)生或多或少的影響。PEF對(duì)牛乳中2-丁酮、己醛和3-羥基-2-丁酮的影響最大，前兩種物質(zhì)分別由原來(lái)的0和1.14%升高到2.21%和2.78%，3-羥基-2-丁酮?jiǎng)t由5.56%降低到1.66%，對(duì)2，3-丁二酮、乙酸丁酯這兩類(lèi)主要風(fēng)味成分基本無(wú)影響。UHT對(duì)牛乳中的二甲基硫醚、二甲亞砜、2-戊酮、2-庚酮和己醛影響較大，分別由原來(lái)的0、0.33%、0、0、1.14%升高到0.56%、1.03%、4.81%、6.43%和3.25%，2，3-丁二酮由原來(lái)的 2.79%降低到0，對(duì)乙酸丁酯、甲酸戊酯則基本無(wú)影響。

5 常見(jiàn)PEF技術(shù)對(duì)牛奶加工工藝的影響

5.1 HIPEF對(duì)牛奶加工工藝的影響

在非熱處理過(guò)程中，高強(qiáng)度脈沖電場(chǎng)（HIPEF）因在處理液體食品中與在連續(xù)流動(dòng)加工過(guò)程中有潛在的優(yōu)勢(shì)而逐漸受到更廣泛的關(guān)注，它在保證在安全微生物量的條件下，還能保持牛奶的感官特性，降低牛奶的風(fēng)味物質(zhì)的損失。雖然HIPEF有很多顯著的優(yōu)勢(shì)，但需要對(duì)比和檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)條件下所得到的數(shù)據(jù)，特別重視在工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模上的應(yīng)用與研究，包括牛奶貨架期的加工參數(shù)、HIPEF加工過(guò)程中的微生物失活與能耗的優(yōu)化、應(yīng)用于牛奶加工和感官與營(yíng)養(yǎng)評(píng)估的HIPEF設(shè)備的精確設(shè)計(jì)。同時(shí)，HIPEF在牛奶處理過(guò)程中有某些潛在的缺陷，因此，從實(shí)際的角度上，可以將HIPEF與傳統(tǒng)熱處理技術(shù)或其他的新技術(shù)相結(jié)合，以達(dá)到延長(zhǎng)牛奶的貨架期。

HIPEF奶的營(yíng)養(yǎng)和感官特性，研究表明HIPEF能將牛奶風(fēng)味物質(zhì)喪失降至最低，同時(shí)保護(hù)牛奶中的功能成分。HIPEF（35kV/cm，188us）非熱處理，對(duì)原料奶的密度、粘度、介質(zhì)導(dǎo)電率、pH、蛋白與固體含量、維生素含量進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)原料奶的物化性質(zhì)的改變量最小。Zulueta等得出結(jié)論，采用HIPEF（3545kV/cm2，40180us，溫度65℃）處理果汁牛奶，其脂肪酸總濃度與pH值的變化不大。Bermudez-Aguirre等的研究表明，實(shí)際應(yīng)用PEF對(duì)牛奶制品進(jìn)行殺菌消毒效果良好的且低能耗，對(duì)脫脂乳（SM）和全乳（WM）條件并不一樣，溫度為20℃、30℃和40℃，對(duì)應(yīng)電場(chǎng)為30.76kV/cm2到53.84kV/cm2，對(duì)SM而言需要的脈沖數(shù)為12、24和30，對(duì)WM而言需要的脈沖數(shù)為12、21和30，同樣得到PEF對(duì)牛奶物化性質(zhì)的影響微弱，但在SM中，隨著PEF的加強(qiáng)，脫脂固體量、脂質(zhì)、蛋白質(zhì)也逐步降低，在PEF最強(qiáng)時(shí)，蛋白質(zhì)下降0.18%，脂質(zhì)下降0.17%；而在40℃的WM樣品中，蛋白質(zhì)含量下降0.11%，脂質(zhì)含量下降得更多。并且，經(jīng)過(guò)PEF處理的牛奶樣品在4℃下pH值變化很小，33天后，pH依舊在6以上，而在21℃下保藏的牛奶更易腐敗，pH在5d后降至4。經(jīng)過(guò)PEF處理后，嗜溫菌的生長(zhǎng)被延遲，在4℃下25d后，SM乳中其數(shù)量保持在6個(gè)對(duì)數(shù)周期，WM乳中保持在7個(gè)對(duì)數(shù)周期；而嗜冷菌在這兩種乳中增長(zhǎng)得都很快。

5.2 IDPEF對(duì)牛奶加工工藝的影響

根據(jù)微生物的生長(zhǎng)運(yùn)動(dòng)規(guī)律，采用間歇式脈沖電場(chǎng)技術(shù)（IDPEF），在食品保藏過(guò)程中定期處理，預(yù)防微生物污染，處理過(guò)程中不需要輔助，如化學(xué)防腐劑、食品添加劑和輻射或其他復(fù)雜的設(shè)備。相比紫外輻射技術(shù)，IDPEF能應(yīng)用于渾濁的介質(zhì)中。以鮮牛奶為介質(zhì)，在室溫下設(shè)置脈沖電場(chǎng)參數(shù)：30個(gè)脈沖，17.5kV/cm2，40mus長(zhǎng)度，1Hz/12h，其效果相當(dāng)于在冰箱中4℃保藏鮮牛奶。這門(mén)技術(shù)廣泛應(yīng)用于生物技術(shù)、食品工業(yè)，并對(duì)某些冰箱匱乏地區(qū)的食品保藏有重要的作用。

5.3 PEF技術(shù)的工藝優(yōu)化

目前國(guó)內(nèi)外對(duì)高壓脈沖電場(chǎng)殺菌研究的較多，但以牛乳為作用對(duì)象，對(duì)具體電場(chǎng)參數(shù)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)回歸分析的研究尚少。電場(chǎng)參數(shù)中，電場(chǎng)強(qiáng)度和脈沖數(shù)對(duì)殺菌效果影響較大[3]。賈健輝等[4]研究了殺菌效果與電場(chǎng)條件的關(guān)系，并對(duì)各因子的靈敏度進(jìn)行分析，以電場(chǎng)強(qiáng)度和脈沖數(shù)為因子，通過(guò)二因素二次旋轉(zhuǎn)回歸正交試驗(yàn)得出殺菌率的二次方程，所得實(shí)驗(yàn)表明，高壓脈沖電場(chǎng)對(duì)牛乳有一定的殺菌效果，當(dāng)場(chǎng)強(qiáng)在50～100kV/cm2，脈沖數(shù)在400～1200時(shí)，二次回歸模型與實(shí)際情況擬合較好，適合于預(yù)測(cè)與分析。場(chǎng)強(qiáng)對(duì)殺菌率的影響要明顯大于脈沖數(shù)的影響，場(chǎng)強(qiáng)靈敏度高于脈沖數(shù)的靈敏度。除場(chǎng)強(qiáng)與脈沖數(shù)外，還有對(duì)殺菌率有一定影響的因素（或因素組合）。丁宏偉等[5]通過(guò)單因素和正交實(shí)驗(yàn)分析，分別研究了電場(chǎng)強(qiáng)度、脈沖數(shù)、殺菌溫度對(duì)高壓脈沖電場(chǎng)殺菌效果的影響，得出能達(dá)到滅菌要求的最小的電場(chǎng)強(qiáng)度（70kV/cm2）、最少的脈沖數(shù)（6）及最低的處理溫度（70℃），并測(cè)定在上述處理?xiàng)l件下乳營(yíng)養(yǎng)的損失量，采用高壓脈沖電場(chǎng)結(jié)合巴氏殺菌處理后的牛乳，其中的營(yíng)養(yǎng)損失主要來(lái)自熱處理，且這種方法比典型的巴氏處理具有更好的殺菌效果及更小的營(yíng)養(yǎng)損失。殺菌時(shí)，高壓脈沖電場(chǎng)起主要作用，溫度起輔助作用；滅酶時(shí)，溫度起主要作用，而高壓脈沖電場(chǎng)起輔助作用。

6 與其他技術(shù)相結(jié)合

將脈沖電場(chǎng)殺菌和其他殺菌技術(shù)聯(lián)合使用，利用其協(xié)同作用，可以取得顯著效果。用脈沖電場(chǎng)處理高溫短時(shí)殺菌奶可以把牛奶的保質(zhì)期延長(zhǎng)至60d，如果在高溫短時(shí)殺菌8d以后再用脈沖電場(chǎng)處理，牛奶的保質(zhì)期可以延長(zhǎng)到78d，Sepulveda等研究了PEF與熱處理的協(xié)同效應(yīng)發(fā)現(xiàn)，欲延長(zhǎng)牛奶的貨架壽命，要么在較低溫度下使用較強(qiáng)的PEF處理，要么在室溫下采用溫和的PEF技術(shù)，延長(zhǎng)處理時(shí)間和增加處理次數(shù)，并且兩種技術(shù)相結(jié)合能使全乳的貨架期延長(zhǎng)至24d，相比巴氏乳而言時(shí)間要長(zhǎng)得多，并且PEF與熱處理能有效地根除腸道菌并降低嗜溫菌的數(shù)量。有研究發(fā)現(xiàn)，在55e下31kV/cm2的脈沖電場(chǎng)處理可以有效減少牛奶中主要的假單胞菌數(shù)量，4e下貯藏時(shí)的貨架期延長(zhǎng)了8d；脈沖電場(chǎng)在25～37kV/cm2可以部分殺滅牛奶中的堿性磷酸酶（23～67%），60e時(shí)殺滅率為15e時(shí)的2倍，并且在35kV/cm2、60e下，脈沖電場(chǎng)對(duì)牛奶中包括菌落總數(shù)，假單胞菌和大腸桿菌在內(nèi)的天然菌落的殺滅效果和熱殺菌相同。

7 展望

盡管PEF技術(shù)的應(yīng)用研究已廣泛開(kāi)展，但也存在一些問(wèn)題。由于物料在處理室中直接與電極接觸而發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致電極腐蝕，可能會(huì)影響食品質(zhì)量如食品風(fēng)味等甚至產(chǎn)生有毒有害化合物，但目前為止對(duì)這方面的研究較少，應(yīng)該引起重視，研究過(guò)程中要充分考慮電極腐蝕和選擇恰當(dāng)?shù)碾姌O材料。同時(shí)，PEF技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用尚存在一系列待解決的問(wèn)題。首先，應(yīng)加強(qiáng)大流量工業(yè)化裝置的研制，這是PEF技術(shù)工業(yè)化的關(guān)鍵；其次，應(yīng)進(jìn)一步設(shè)計(jì)并完善處理裝置的溫度監(jiān)測(cè)及控制系統(tǒng)，開(kāi)展PEF處理過(guò)程中物料溫度變化動(dòng)力學(xué)分析；第三，應(yīng)加強(qiáng)處理室的多樣化設(shè)計(jì)，目前PEF處理室并非對(duì)所有的食品都適用，大部分只適用于液體食品，限制了該技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用。

加強(qiáng)PEF技術(shù)的開(kāi)發(fā)，研究不同強(qiáng)度的PEF對(duì)各類(lèi)食品的殺菌效果，同時(shí)與其他殺菌技術(shù)聯(lián)合使用，包括非熱處理新技術(shù)和傳統(tǒng)熱處理技術(shù)，研究其協(xié)同作用，以達(dá)到更佳的殺菌效果。比如，結(jié)合高溫的PEF研究，延長(zhǎng)PEF殺菌的保持時(shí)間，可能是一種延長(zhǎng)牛奶制品貨架壽命較為理想的的方法。

參考文獻(xiàn)

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