式中，F为两电荷间的引力大小；/c为比例常数；和92为两个电荷的电荷数；r为两个分离电荷间的距离（膜的厚度）。等式显示当膜变薄时，压力强度以指数上升。
　　膜的流变学特性使得它能在压力下“流动”或伸缩自如地变形。随着压力以指数上升，膜将达到一个点，超出了它伸缩自如地恢复的能力极限，将发生电的崩溃引起膜的局部缺失。
　　一般认为，微生物细胞内约IV的横跨膜电压将引起细胞电崩溃的发生。取决于细胞相对于外部电场的方位，膜的分裂最有可能发生在细胞膜上之前就已存在的局部混乱处，并被电场引起的压缩扩大了。孔的形成使得细胞膜的通透性增加，允许细胞内外物质的交换，引起渗透的不平衡，加剧了细胞的分裂（Zimmermann,1986年）。已有报道说当由于渗透的不平衡引起的细胞增大约接近正常细胞体积的155%时，细胞膜破裂，有红血球出现（Tsong,1990年）。
　　值得一提的是，这些研究中没有一个被证明是膜通透性改变的主要机制；并且有可能某些或所有这些过程对应用脉冲电场时产生的细胞损坏都有影响。
　　PEF技术中的关键因素
　　PEF技术用于微生物灭活处理的效果取决于与所使用设备的类型有关的一些因素，如处理参数的设定、处理介质的类型、处理的目的微生物。但所有有关因素之间的各种交互作用也会产生较大的影响。
　　工艺因素PEF设备的设计通常决定了其工艺，但不同的产品和处理过程对工艺参数的限制也是有关系的。
　　①电场强度：电场强度已被确认为是影响PEF灭活微生物效果的最重要因素。Hamilton和Sale（1967年）证明PEF的破坏力取决于电场强度和总处理时间，冷库工程而局部加热、电解、电流密度和能量输人对膜分裂不起作用。后来的研究也证明了必须达到临界电场强度才能对微生物细胞产生影响，而在此极限强度之上的电场强度对微生物灭活的效果以指数上升（Hulsheger等，1981年）。临界电场强度与外部电场强度能够降低约IV的横跨膜电压的能力相应，而这是膜分裂的极限。实际上，电场强度在确保达到处理要求的情况下应尽可能地低，因为髙的电场强度也将引起所处理液体的绝缘效果变弱而产生火花和不利的反应（Zhang等，1994,1995年）。

　　②处理时间：PEF处理应用的是短脉冲，为了避免过多的加热和不需要的电解反应。脉冲宽度随着所应用脉冲数量的增加而增加，决定了处理时间。脉冲宽度与电场对细胞膜分製的效果密切相关（Neumann等，1992年；Gaskova等，1996年）。研究已发现1——5/as的脉冲对微生物灭活产生最好的效果。有猜测认为，在电场应用后，需要约10Ms的一段时间建立横跨膜上的电压（膜充电）。孔形成后，临界线以上的电场维持所需的1使孔扩张到临界直径，此时细胞膜无法修复，因此引起了细胞死亡和提高了处理效力（Schoenbach等，2000年）。更久的脉冲将会引起电解反应和电极表面的电极沉积，因此必须避免（Zhang等，1994、1995年）0还不清楚脉冲对细胞反复作用多少次才能达到灭活，但是已经确定，灭活数随处理时间的延长呈线性增加（Hulshegei?等，1981年）。反复脉冲作用对膜已被破坏的微生物细胞没有影响，因为细胞内外物质的自由流动阻碍了横跨膜电压的恢复除非形成的孔被密封起来（Krnnr等，2001年）。但是，反复脉冲作用也可能提高处理的效力，通过对膜反复施加压力使膜发生破裂，原因有：反复的压力；之前就存在的与电场方向一致的裂纹；个别细胞在处理室中所处的环境：如营养物、电解液的存在，或过高电场，这些原因都促使了膜的破裂。

　　③脉冲形状：PEF技术中有两种实际适用的波形：指数下降脉冲和方形脉冲。两种脉冲形状都能以单极或双极的方式应用，这就意味着正脉冲（相对于基线）和正负交替的脉冲都能应用。
　　方形脉冲被认为优于指数下降脉冲（Qin等，1994年；Zhang等，1994年；Pothaka-mury等，1996年），因为应用方形脉冲时，在脉冲的整个持续时间里脉冲的强度维持不变，而指数下降脉冲的强度会变化，从峰值到临界电场强度再到亚致死电场强度直到最后降到基线。应用指数下降脉冲的处理效力从峰值电场强度时的最大值直线下降到临界电场强度时最小值。而临界电场强度后传递的其余脉冲能量则遗留下来了，除了浪费（增加能量支出）外，就是对处理液体加热，对非热灭菌产生负面影响（Epri和Army,1997年；Epri,1998年）。Qin等（1994年）研究发现方形脉冲灭菌量比指数下降脉冲多60%（脉冲宽度以t的形式相等）。

　　④使用的能量：对于被使用能量是否对实际的PEF过程有影响还不清楚。被利用的能量大小依赖于其他一些因素，如电场强度、工作室的设计、产品的导热性以及作用的时间，并且这些因素是相互关联的。实际中出现了更为复杂的情况，传送相同的能量可用不同的电压，波宽、波形的组合，在做比较前必须至少确定一个因素，这被Qin等（1994年）证实。虽然Haniltan和Sale（1967年）声称输人的能量对膜的破坏没有直接作用，其他的专家如Murajieral（1993年）和Tatebe等人（1995年）认为电能对微生物的残余率有主要影响。这明显是矛盾的。可虽然对膜的破坏没有直接影响，但能量（例如，加热产品）可以改变反应条件进而抑制微生物恢复或加强主要的消极因素。确定相关的参数有重要的实用价值。因为在不修改实际的PEF过程而减少能量的传递可以大量降低操作和设备费用，同时减少对产品的加热。
　　一般认为贮藏加工中的非热杀菌可由PEF来完成，操作量为100g/mL［指每ImL体积中所能处理的物料量］左右（Zhang等，1995年），这取决于使用的设备、脉冲的波形、介质的导电性和要求的不活跃物质的水平。极端的实际条件可使用少于80g/mL的条件或者高耗能加工使用大约400g/mL（Barsotti和cheftel,1999年；Schoanbach等，2000年；Epri,1998年）。据报道使用脉冲回复波可减少能耗到大约5g/mL;但是这些还没有被独立的研究团体证实，需进一步的研究（Epri,1998年）生物因素目标微生物的自身性质对确定PEF无效的程度是决定性的因素。如类型、种类、尺寸、外形或者生理状态决定了易受影响微生物受PEF作用的效果。这些因素都是内在的，它们决定了被加工产品的性质并且不能被控制或加工前进行人为的改变。食品中通常包含一个复杂的微生物群并且组织与组织之间对波电场的敏感性是不同的。所以PEF条件应该被计划和实验，考虑产品中最具耐受性的组织以保证对所有存在的微生物进行充分的作用和有效的控制。
　　①微生物的尺寸和外形：微生物的尺寸和外形决定了可引起细胞膜破裂的外加电场强度。细胞膜移动有大约IV的电势使膜具有渗透性。作用于一个细胞的外加电场强度可通过拉普拉斯等式进行计算：
　　Vc=fEcacosv（9-2）
　　式中，为极限体积；a为细胞半径；为要求的主电场强度；v为膜与电场方向的夹角；/为形状因子，等于1.5左右，与圆柱形细胞的长度和直径（心有关：
　　这些等式表明直径越大的细胞对外加电场感应越高的膜移动电势，并且与电场方向垂直的膜区域电势最高。
　　②微生物的类型：有关PEF对微生物影响的描述给出了在PEF作用下微生物通常的变化。但是这些不能当作严格的准则，因为特殊情况下可能违背，甚至当一种明确的类型或物种已经符合大量的条件，但其中一些敏感或具抗性的个体或品种还是可能与这些准则有差别。一般情况下，酵母菌比细菌对PEF作用更为敏感，这可能是由于酵母与细菌相比尺寸较大。如前所述，在细菌中，革兰阴性菌比革兰阳性菌更为敏感。这可能部分是由于在革兰阳性菌细胞壁上有厚的黏肽骨覆盖而革兰阴性菌只有薄的膜覆盖。革兰阴性菌中有较高抗性的菌与革兰阳性菌相比较的报道在文献中可以找到。

　　③微生物的生理状态：关于微生物的生理状态表明单独种类的细菌个体细胞对电场有更大或更小的敏感度，这依赖于在PEF作用过程中它们的生长阶段。微生物的增长是以最初的滞后阶段为特征的。这个阶段中微生物数量不变，它们开始适应环境，吸收营养并且长大。在第二个阶段即对数增长阶段，细胞开始繁殖，从部分到全部数量迅速增长。当达到由存在的营养、新陈代i射产物中有毒物质的浓度和其他一些因素决定的最高数量时则进人一个稳定的阶段，这个阶段中一些个体死亡而另一些繁殖。最后，在死亡阶段中环境条件变差，微生物数量下降。
　　已证实处于对数增长期的微生物比处于滞后和稳定期的微生物对PEF更为敏感。假设这种对PEF更为敏感的情况是由于“新鲜的伤痕”或最近的细胞分裂后膜中的敏感部位存在。残余细胞的最高数量出现在稳定阶段的早期，这时微生物不再忙于繁殖并且环境条件没有达到有害于或抑制细胞存活的程度。
　　PEF技术中另外一个很重要的微生物的生理因素是其繁殖方式。形成孢子是霉菌和酵母菌的繁殖方式。形成的孢子中包含遗传物质胶囊，遗传物质被包裹在许多层有抵抗性且难溶的物质中。细菌的孢子比霉菌和酵母的有更高的抵抗性。无性生殖的细胞比孢子对PEF更为敏感。是否PEF作用于敏感的孢子可破坏它是一个争论的话题，并且一些研究表明孢子根本不受PEF影响，另外一些则认为PEF至少可使孢子失活，所以需要进一步的证实。在最先的加工阶段中孢子的发芽是被促进的不要求杀灭孢子，PEF技术仍旧是一种很好的候选技术以改善或取代类似的工艺。
　　与被加工生鲜产品原料相关的因素目前从简单的实验模拟食品到复杂的真实产品都有应用脉冲电场技术的研究报道。被加工产品的物化性质对应选用的技术及它的效率是很重要的。被加工产品的性质是内在的只能改变而不能修改。这种原料本身与加工相关的性质有：电导性、绝缘性、pH、离子强度、营养物质含量、悬浮固体量和黏度。温度是产品的重要性质，它可以在加工过程中被调节到合适的水平，并且可能是唯一一个与被加工产品相关的外部因素。对特殊的产品在加工过程中应用PEF是一个特殊的例子，这时内部因素可以被控制（在一定范围内）以达到用PEF加工的最佳条件并且其代表了一个今后PEF技术的重要领域。
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