PEF等离子处理的技术特点是什么？

PEF等离子处理是基于高压脉冲电场的生物效应，利用高电压技术的手段，解决食品加工领域突出问题的一种处理方式，是高电压技术与生物科学技术和食品领域的交叉。那么，PEF等离子处理的技术特点是什么呢？接下来就从基本原理和影响因素两个方面进行分析和讨论。

1.基本原理

PEF等离子处理具有很好的杀菌效果，但有关杀菌机理的研究尚不成熟。主流观点认为，PEF的作用主要集中在脉冲电场对细胞膜的影响上。其主要过程可分为跨膜电位形成、细胞膜极化和细胞膜击穿。首先，细胞受到外部施加电场作用时，会在细胞两侧形成一个电位差，即跨膜电位。其幅值公式为TMP=κ·E·rcos(∮)。

其中，r为细胞外径；E为外加电场强度；k为形状参数(由细胞形状决定，对于球状细胞来说k=1.5)；∮为电场与所选取细胞对称轴夹角。电崩解模型和电穿孔模型为当前关于PEF杀菌机理假说的主流观点。

1) 电崩解模型

该模型将微生物的细胞膜看成电学上一个注满电解质的电容器。未加电场 时，细胞膜两边电位差很小，当外加电场作用时，细胞膜两侧将形成跨膜电位差，跨膜电位差与外加电场强度以及细胞直径呈正相关性。随着外加电场强度 增加，跨膜电位差也逐渐增加，细胞膜厚度逐渐减少。当增加到临界崩解电位差时，细胞膜开始崩解，细胞膜上出现孔，电崩解是可逆的，若外加场强作用时间较短，孔面积较小，外加场强作用撤去后，孔将逐渐消失，但当细胞膜长时间地处于高于临界电场强度的作用下时，细胞膜上将出现大面积的崩解，使原本可逆的崩解逆转成不可逆，进而导致细胞的死亡。

2) 电穿孔模型

在高压脉冲电场作用下，微生物细胞膜上的双磷脂层和蛋白质暂时变得不稳定，压缩并形成小孔，通透性增加，水或其他离子等小分子透过细胞膜进入细胞内，导致细胞的体积膨胀，并最终使得细胞膜破裂，细胞内物质外漏，细胞死亡，整个过程如下图所示：

2.影响因素

影响PEF等离子处理效果的主要参数可分为三大类：细胞特性参数、被处理介质特性参数和处理工艺参数。其中，细胞特性主要包括微生物的种类、细胞的面积和形状以及生长周期。

食品特性参数主要包括食品的电导率、pH、水活性及处理介质的成分。电导率是溶液的重要电气参数，pH是细胞生长的重要外部参数，水活性会影响微生物细胞膜内外的渗透压。

处理工艺参数主要包括电场强度、脉冲波形、脉冲宽度、处理时间、频率、脉冲能量、处理温度等。脉冲电场强度和处理时间是PEF处理效果的关键因 素。PEF等离子处理中典型的电压波形如下图所示：

方波比指数波具有更高的能量利用效率，而双极性比单极性具有更低的处理室电化学腐蚀。处理时间由脉宽和频率决定，而脉冲能量中包含电场强度和处理时间，因此它们对处理效果的影响是诸多基础电气参数的综合表现，此外，脉冲波形的上升时间对PEF的处理效果亦有重要影响。

上述三大类影响因素之间又存在关联性，例如，处理介质的电导率决定着处理室等效阻抗的大小，而等效阻抗的大小又会影响脉冲电源输出的脉冲波形参数；对于方波，不同的负载阻抗又导致脉冲上升时间的差异。因此，分析处理效果的差异时，需要具体综合考虑处理参数、处理介质特性和细胞特性。

亲，感谢您耐心的阅读！如果此文对您有所帮助，敬请点个赞或者关注一下；如果您有更好的建议或内容补充，欢迎在下方评论区留言与我们互动。本百家号的宗旨是专注等离子清洗机和低温等离子体的技术研讨，与您分享等离子表面处理工艺、原理及应用等相关知识。