现代食品工程高新技术－食品杀菌新技术
主讲：fkzeng-phfspeccom
主办：食品伙伴网
制作：幸福赌注 版权所有：食品伙伴网
目 录
Foodmate陈词............................................................................................................... 2
课堂讲述........................................................................................................................ 3
超高压杀菌............................................................................................................ 3
微波装置：.......................................................................................................... 12
微波加热存在问题（Ι） .................................................................................... 13
微波加热存在问题（II） ................................................................................... 14
微波加热存在问题（III）.................................................................................. 14
微波杀菌存在问题（IV） ................................................................................. 15
食品电阻加热杀菌技术...................................................................................... 15
高强度脉冲电子场（PEF）............................................................................... 18
激光杀菌技术...................................................................................................... 30
在线问答...................................................................................................................... 34
结束语.......................................................................................................................... 38
Foodmate陈词
食品论坛过去是主要关注食品质量和检验技术，随着论坛的发展，更多朋友的加入，论坛的视野也在扩大，食品生产技术板块已经成为论坛关注的重点。
食品大讲堂荣幸地邀请fkzeng斑竹主持本期讲座，题目是“现代食品工程高新技术”，和大家一起探讨食品生产方面的一系列新技术，并邀请phfspeccom斑竹协助。
本期主要探讨食品杀菌技术方面的问题，根据情况，可能会在以后的时间继续进行系列讨论。
fkzeng斑竹和phfspeccom斑竹都是大学老师，从事食品生产技术和工艺方面的教学和科研。
本次讲座从2月27日晚开始，到3月7日结束。
欢迎大家参加。更多的参与，更多的讨论，更多的收获！
课堂讲述
谢谢大家的支持，感谢foodmate的信任，希望能吸引更多的专家指导我们的学习，也希望是能够起到一个抛砖引玉的作用，希望大家踊跃参与。
易腐食物的保藏是食品技术中一个极具挑战性的课题。食品保藏工艺起源于17世纪末期，从各种食品的保藏方法被授予专利权开始，人类的食物基本上来源于植物和动物。食品的腐败变质是由于微生物的生长和（或）食物内部的化学或生物化学反应引起的。微生物引起的腐败变质往往比生物化学变质更显著，其危害性更大。因此，成功并可行的食品保藏技术最关键的一点是设法抑制微生物的生长繁殖或杀灭微生物。
赋予人类营养的食物对许多腐败菌都很敏感。总的来讲，任何一种抑制微生物生长或使微生物失活，并防止随后的食物污染的工艺都可以用于食品保藏。食品杀菌保鲜新技术在全世界可望得到双倍以上的食物，这并不是通过生产更多的食物，而是通过防止目前的贮藏食物（主要是粮食）和流通食物（主要是加工后的食品）不受病虫害及霉菌危害。消费者越来越迫切要求食品保持新鲜的质量，尽量避免加热引起的营养和感官质量的下降。因而，导致开发不需要加热的食品保藏工艺。开发新食品也需要新一代非高温杀菌技术。近年来，国外开发出一系列食品杀菌新技术，如静电场或磁场、离子辐射、光脉冲、高压以及使用二氧化碳、细菌素等化学物质，使用如聚氨基葡萄糖等多阳离子聚合物，使用如葡萄糖过氧化氢酶、绿过氧化物酶等抗微生物酶，以及使用葡萄糖酶、壳聚糖酶等溶菌酶。这些技术与传统食品杀菌技术相比，不仅避免了高温，而且还增强了杀菌保鲜效果，从而提高了食品质量。
超高压杀菌
食品超高压技术（ultra—high pressure processing 简称UHP）是当前备受各国重视、广泛研究的一项食品高新技术它可简称为高压技术（High pressure
processing，简称HPP）或高静水压技术（High Hydrostatic process，简称HHP）。
一、 前言
食品贮藏加工是食品工业的关键环节，也是影响食品工业发展的限制因素之一。传统的热加工在杀菌的同时也改变了食品的味道，风味及食品特有的其它特色，更有甚者，食品中的营养成分维生素遭到大量破坏或流失。多少年来科学家一直在寻找和研究工人能够好的食品加工方法。随着高科技的产生和发展，多种新的食品加工和贮藏方法得以发明和发展，如化学保藏法，辐射保鲜法，高压电场加工法以及近年来成为热门的高压加工法。所谓“加压食品”与加热食品同样地是将食品密封于弹性容器或无菌泵系统中，以水或其它流体作为传递压力的媒介物，在高压（100MPa以上,常用400～600MPa）下和在常温或较低温度下（一般指在100℃以下）作用一段时间，以达到加工保藏的目的，而食品味道、风味和营养价值不受或很少受影响的一种加工方法。即以加压取代加热而成。
在1899年一位美国化学家Bert Hite首次发现450MPa的高压能延长牛奶
的保存期，他和他的同事做了大量研究工作，证实了高压对多种食品及饮料的灭菌效果；美国的物理学家P.W.Briagman （1914）年就提出了在静水压下卵白变成硬的凝胶状和蛋白质变性的报告。但在很长的一段时间里，限于当时的条件如高压加工设备、包装材料、市场对新的加工方法的需求及有关技术等，并没有把这种技术用到食品加工上，虽然P.W.Briagman 于1946年荣获诺贝尔物理学奖。之后，美国人Eyring 、Kauzmann，日本的归山、柳本、铃木等先后深入研究蛋白质的高压变性。这些发现一直没能引起食品工业界的足够重视，以致于该发现被忘却了约一个世纪。
直到上世纪八十年代，人们重新发现它的价值，很多国家正投入大量的人力物力财力开展高压食品加工的研究及应用。1986年日本京都大学农学博士林立凡教授发表了用高压加工食品的研究报告，随之而纷纷开展试验。到1989年在日本高压加工食品用试验机就达到了30台以上。1991年4月日本明治屋食品公司举世首创的应用高压处理技术制造出来的果酱，因未受到传统式加工的热处理，其色香味与组织质地都与新鲜果肉相若而受到消费者欢迎。这期间很多发达国家如德国、美国及欧洲也参与了这方面的研究和竞争。据报道，南朝鲜市场业出售了高压加工的鲜果酱、果汁等。可以说高压加工食品技术是目前世界食品加工业的一个高新技术，是食品长期保存技术上的一种震撼。
二、高压加工食品的原理
高压处理食品是先将食品原料充填到塑料等柔软的容器中，密封后再投入到有数千静水压的高压装置中加压处理。
简单的说，食品领域利用高压处理和加工主要是基于食品的主成分水的压缩效果，即高压对液体的压缩作用，导致微生物的形态结构、生物化学反应、基因机制以及细胞壁膜发生多方面的变化，从而影响微生物原有的生理活动机能，甚至使原有功能破坏或发生不可逆变化。它是利用了帕斯卡定律：加在液体上的压力可以瞬间以同样大小转到系统的各个部分。水在高压下体积只被压缩14%，随之而发生的热量也很少，水系中被包着食品中的蛋白质、淀粉等物质，在静水压下也向自身体积减少的方向变化，即形成生物体高分子立体构造的氢键结合、离子结合、疏水结合等非共有结合发生变化。其结果是生命活动停止，蛋白质、淀粉原来的构造破坏、发生变性，酶失去机能，细菌也被杀死。食品工业上就利用这一原理使高压处理后的食品得以安全长期保存。以此相反，形成蛋白质一次构造的氨基酸的缩氨酸结合，是共有结合在数千高压下其构造不发生变化；同样食品中的维生素、香气成分等低分子化合物也具有共有结合，在高压下不发生变化。
食品中的微生物是食品加工过程中主要考虑对象之一，也是衡量食品贮藏期的关键指标。大量实验证明高压具有良好的灭菌效果。Hite等（1899）曾进行有关高压处理和牛乳、果汁、蔬菜等食品中微生物之死灭的相关研究，结果指出微生物会因高压而有死灭现象，可惜未引起大家注意。此后研究高压影响完整细胞的工作多半集中在生物界常遇压力下所微生物方面。例如海洋11000m深处细菌的生长情况，这里压力达到100Mpa。多数细菌能够耐流体静压，但在常压下生长最好。直到1988年林立凡研究结果发现不只是蛋白质变性，凡是以较弱的结合构成的生物体高分子物质如核酸、多糖、脂肪等物质或细胞膜都会受到高压的影响，于是生物体的生命活动就会受到影响甚至停止，也就是说高压处理可达到
的保存期，他和他的同事做了大量研究工作，证实了高压对多种食品及饮料的灭菌效果；美国的物理学家P.W.Briagman （1914）年就提出了在静水压下卵白变成硬的凝胶状和蛋白质变性的报告。但在很长的一段时间里，限于当时的条件如高压加工设备、包装材料、市场对新的加工方法的需求及有关技术等，并没有把这种技术用到食品加工上，虽然P.W.Briagman 于1946年荣获诺贝尔物理学奖。之后，美国人Eyring 、Kauzmann，日本的归山、柳本、铃木等先后深入研究蛋白质的高压变性。这些发现一直没能引起食品工业界的足够重视，以致于该发现被忘却了约一个世纪。
直到上世纪八十年代，人们重新发现它的价值，很多国家正投入大量的人力物力财力开展高压食品加工的研究及应用。1986年日本京都大学农学博士林立凡教授发表了用高压加工食品的研究报告，随之而纷纷开展试验。到1989年在日本高压加工食品用试验机就达到了30台以上。1991年4月日本明治屋食品公司举世首创的应用高压处理技术制造出来的果酱，因未受到传统式加工的热处理，其色香味与组织质地都与新鲜果肉相若而受到消费者欢迎。这期间很多发达国家如德国、美国及欧洲也参与了这方面的研究和竞争。据报道，南朝鲜市场业出售了高压加工的鲜果酱、果汁等。可以说高压加工食品技术是目前世界食品加工业的一个高新技术，是食品长期保存技术上的一种震撼。
二、高压加工食品的原理
高压处理食品是先将食品原料充填到塑料等柔软的容器中，密封后再投入到有数千静水压的高压装置中加压处理。
简单的说，食品领域利用高压处理和加工主要是基于食品的主成分水的压缩效果，即高压对液体的压缩作用，导致微生物的形态结构、生物化学反应、基因机制以及细胞壁膜发生多方面的变化，从而影响微生物原有的生理活动机能，甚至使原有功能破坏或发生不可逆变化。它是利用了帕斯卡定律：加在液体上的压力可以瞬间以同样大小转到系统的各个部分。水在高压下体积只被压缩14%，随之而发生的热量也很少，水系中被包着食品中的蛋白质、淀粉等物质，在静水压下也向自身体积减少的方向变化，即形成生物体高分子立体构造的氢键结合、离子结合、疏水结合等非共有结合发生变化。其结果是生命活动停止，蛋白质、淀粉原来的构造破坏、发生变性，酶失去机能，细菌也被杀死。食品工业上就利用这一原理使高压处理后的食品得以安全长期保存。以此相反，形成蛋白质一次构造的氨基酸的缩氨酸结合，是共有结合在数千高压下其构造不发生变化；同样食品中的维生素、香气成分等低分子化合物也具有共有结合，在高压下不发生变化。
食品中的微生物是食品加工过程中主要考虑对象之一，也是衡量食品贮藏期的关键指标。大量实验证明高压具有良好的灭菌效果。Hite等（1899）曾进行有关高压处理和牛乳、果汁、蔬菜等食品中微生物之死灭的相关研究，结果指出微生物会因高压而有死灭现象，可惜未引起大家注意。此后研究高压影响完整细胞的工作多半集中在生物界常遇压力下所微生物方面。例如海洋11000m深处细菌的生长情况，这里压力达到100Mpa。多数细菌能够耐流体静压，但在常压下生长最好。直到1988年林立凡研究结果发现不只是蛋白质变性，凡是以较弱的结合构成的生物体高分子物质如核酸、多糖、脂肪等物质或细胞膜都会受到高压的影响，于是生物体的生命活动就会受到影响甚至停止，也就是说高压处理可达到
杀菌、杀虫、惰化酶的效果。
各种微生物或病原体的耐压性（Baroduric）不尽相同。铃木（1989）曾经以猪肉火腿（腌制肉）加压以探讨一般微生物的消长，结果加压405MPa以上，一般微生物就大量减少。该试验条件是加压时的品温为10℃以下,达到202、405、607MPa所需时间分别为2、4、7min,达到压力后各保持30min，结果见表1。 表1加压处理后猪肉中微生物数量变化
加 压 压 力（Mpa）一般微生物数（个/g）
05.4×104
2022.7×104
3036.7×104
404＜300
506＜300
607＜300
大森（1991）曾将肉品中常见的腐败菌及食物中毒菌接种在猪肉浆中，在25℃下加压101～607MPa以探讨杀菌可行性，结果发现，大肠杆菌在202.0MPa下未见减少，而303.0MPa以上可达杀菌目的。另外，绿脓菌、沙门氏菌、Campylobacter或Y等都与大肠杆菌一样，在303.0MPa以上就可杀菌。微球菌、葡萄球菌、肠球菌等在303MPa下都未减少，但达到405MPa以上就开始减少，而607MPa就可杀菌。酵母（Sacchaomyces Cereuisiae. Candida Utilis）在 303MPa下几乎减少，但405MPa以上就有杀菌效果。总之，微生物的耐压性依种类而异，但607MPa以上都可杀菌。对芽胞则只观察到极少菌数的减少，同时利用高压杀菌除考虑压力高低之外，加压时间与处理温度都应留意。
易子（1991）曾以鲤鱼背肉浆在0℃下加压0～506MPa30ｍin.以及在506MPa下不同时间处理后探讨生菌数，经303MPa处理后生菌数明显减少，增至506MPa后杀菌效果更高，但无法减至0，即无法完全杀菌（如图3所示）。小川浩史（1989）曾以0～607MPa处理柑桔类榨汁以探讨微生物的消长，结果发现随着压力的增高，酵母与真菌的杀菌效果如使用303～404MPa时约需要10min. 但对细菌孢子而言，即使600MPa也会看到残存，但是在原汁或调整pH3.5的培养基中是不会发芽生育。
进一步研究发现高压对微生物的影响是对微生物细胞结构的影响。细胞壁是维持细胞形状和强度的部分，细胞膜则是细胞与外界进行物质、能量交换门户。一旦细胞壁和细胞膜的结构发生变化，其功能势必随之变化，并最终导致细胞死亡。试验证明，高压可以引起细胞形状、细胞膜及细胞壁的结构和功能都发生了变化。David指出啤酒酵母（S.cerevisiae）以405MPa处理后细胞膜的结构和细胞质内细胞器完全变形，同时大量的核内物质渗出细胞，当施压至506MPa时，细胞核及其细胞核内物质完全被破坏而无法辨认。Kriss等利用SEM研究了另一菌属假单孢菌（Pseudomonas spp.）经过30.0～46.0 MPa压力下作用后，以电子显微镜观察其细胞形态变化，发现其细胞呈长条状、细胞膜同细胞壁分离、细胞壁加厚、细胞膜变得清晰可见、产生无膜构造的细胞壁以及核糖体（Ribosome）之数目减少等现象。Chong和Cossins发现在高压下，随着细胞膜磷脂分子的横切面的减少，细胞膜的双层结构的体积也随之降低，细胞膜的通透性因此而改变。 目前已知，高压可使微生物的形态、生化反应、基因作用机制、细胞膜及细胞壁等产生许多变化，如Zobell和Cobert发现大肠杆菌在40.5MPa压力下长度由正常的1～2μ变成10～100μ；在303MPa下微生物体内的重要酶类因分子内结构
及活化中心的组织发生不可逆变性，而产生抑制作用（Hoover et al 1989）。压力造成细胞膜双层的容积及单位磷脂质分子之截面积同时变小，使渗透性发生变化，造成细胞膜功能降低，间接抑制了对氨基酸的摄取作用。例如已经证明当压力增加到405MPa时，酿酒酵母的细胞核结构和细胞质中的细胞器基本上已经变形；在506MPa下细胞核不能够再被识别。当压力得到405MPa时，核内物质从细胞中丢失；而当压力超过405MPa时；核内物质几乎完全丢失。另外，因为生化反应一般都包括体积的改变，所以施压能影响大多数生化反应。通过施压可以抑制增溶反应，而有利于减容反应。施压通过影响酶的产生也可以抑制能量的获得。很显然高压对微生物的影响是以上诸因子的总和。
三、高压处理影响因素
1. 压力的大小和受压时间 一般地，压力越高，杀菌效果越好；在相同压力下，延长受压时间并不一定能提高灭菌效果。研究证明，灭活曲线（inactivation curve）随压力的升高呈对数下降，受压时的温度也可能改变曲线的形状。Ludwig 等报导当大肠杆菌在40℃或50℃时受压250MPa 20min,灭活曲线呈一次性线性关系（first order），但当温度低于30℃时，该曲线的形状就变成对数曲线。这种结果在多数细菌中亦有发现。这可能是因为大肠杆菌的细胞膜在30℃附近其成分因为液体变换而导致结构变化。孢子对压力的反应与细菌不一样，Sale 等研究表明，Bacillus spp的孢子在101～303MPa下的致死率高于更高压力下的致死率。这可能是因为在此压力下可以诱导孢子萌发，而萌发的孢子对环境包括压力更为敏感。
2. 种间差异 一般来说，处于指数生长期的细菌比处于静止期细胞对压力反应更为敏感。革兰氏阳性G+的细菌比革兰氏阴性G－的细菌对压力更具抗性，孢子对压力的抵抗力则更强，可以在高达1000MPa的压力下生存，病毒对压力也有较强的抵抗力。有人提出革兰氏阴性的细菌因其细胞膜结构更为复杂而更容易受环境包括压力变化的影响而发生结构变化。Patterson 等综合了许多微生物对压力反应的种间差异的实验结果指出，一种鱼及鱼产品中的常见细菌Vibrio Parahamolyticus，呈革兰氏阴性，对压力非常敏感，只需200MPa的压力处理20min.，就可以时细菌的数目下降106倍；其它革兰氏阴性细菌如Y. enterocolitica C.jejuni和S. typhimurium 则需要300MPa以上的压力处理20min.才能取得相当的灭菌效果。至于革兰氏阳性细菌L.mono－cytogenes 和 St.aureus则需要更高的压力才能达到相当（106）的灭菌效果。
3. 与温度的关系 受压时的温度对灭菌效果具有明显的影响。1989年7月，日本农林水产省成立食品产业超高压利用技术研究部门。日冷株式会社商品开发部Takahashi等（1991）指出至今常温域（室温）及高温域（约70℃为止）的高压杀菌研究为数不多，但低温域的研究除Timson使用芽胞杆菌(Bacillus)属的研究及神田对大肠杆菌(E.coli)等研究外就很少见，所以高桥以13种微生物为对象，其中枯草杆菌(B.subtilis)、生芽胞梭状芽胞杆菌(C.sporgenes)等芽胞形成菌是使用芽胞，而孢子形成菌米曲霉(Asp. oryzae)、R. javanicus 则采用其孢子，在100～400Mpa、pH7.0, ＋20℃及－20℃下处理20min.，发现大部分微生物在200～300Mpa都死灭，但是耐热性高的枯草杆菌、生芽胞梭状芽胞杆菌芽胞在＋20℃及－20℃都未死灭。除这些芽胞外，大致上在－20℃下杀菌效果都比＋20℃高，特别是微生物在200Mpa＋20℃下只死灭1～2次方，而在－20℃却几乎全部死灭，但也有几乎没有差异的例子。此外，Carlez等研究了Citrobacter freundii（用
于Salmonella spp）在不同温度和压力下的反应，发现在280MPa压力下和20℃温度下取得的灭菌效果与230MPa.40℃或150MPa,50℃的灭菌效果相近。因此在低温域虽有较高的杀菌效果属多，但在应用上仍有许多课题尚待研究。例如在冰点下对食品品质的影响或被加压物质固体化后的压力传达性等问题，pH及其它共存物质影响以及容易操作的加压装置等都有待继续以及克服。
林立凡（1991）曾引用 Howell的有关蛋白质（kimotryptorinogen）变性与温度及压力之关系研究。其一是温度与压力的并用效用，如20℃、458MPa的变性与50℃、101MPa的变性都是一样的，因此加压时如将温度提高则加压变性所需的压力就可降低。其二是热变性与压力变性的拮抗现象，即压力引起的变性有被因加热而削减效果的现象。例如在常压44℃下有些蛋白质已变性80%，但相同温度下提高压力152～303MPa时，变性的比率反而减少。相反压力变性也可能由加热而消减变性效果。
4. 与pH的关系 长期以来，pH一直被看作影响微生物在受压条件下生长的主要因素之一。在受压条件下，培养基的pH值可能发生变化，与此同时，细菌的最适生长pH范围也变得较为狭窄。Johnson 等发现pH=7的磷酸盐缓冲溶液在69.1MPa下变为pH=6.6。Dring 报导海水在101.325kPa和1℃的条件下pH为
8.10，在101MPa的压力下，pH则变为7.87。Marquis 报导粪链球菌（Streptococcus faecalis）在pH9.5常压下生长受到抑制，在40.5MPa当pH8.4时生长受阻；灵杆菌（Serratia marcescenns z）在常压下当pH10.0时生长受到抑制，而在40.5MPa下，当pH9.0时就受到抑制。小川等（1991）报告将柑桔果汁以阴离子交换树脂去除酸以后、再以柠檬酸调整pＨ为2.5～4.5，进行0～405MPa的加压处理，以探讨S. bayanus、 M. plumbens、裂殖酵母属(Schizosaccharo-myces pombe)、啤酒酵母属(Saccharomyces cerevisiae)、膜醭毕赤氏酵母(Pichia membranaefaciens)、汉森酵母（Hansenula anomala）、胶红酵母(Rhodo-torula glutinis)、Aspergillus awamori等微生物的耐压性，结果都不认为pH有影响。
5.培养基：在高压下，食品的化学成分对灭菌效果也有影响。蛋白质、碳水化合物和脂类对微生物具有保护作用；强化的培养基因富含可供细菌利用的氨基酸和维生素等营养物质，从而对细菌在高压下具有更好的保护作用。关于食品添加剂在高压下对灭菌效果的影响目前尚未见报道。
四、加压食品的特点
1.高压处理技术可以创造新物性的食品素材。
2.高压可并用加热而创新食品加工方法。利用加压法以及广泛利用加热法可以开发适合各种食品的加工过程。
3.可利用为半调理食品加工。如上所述，高压可在保持食品原有风味的条件下进行杀菌，这种食品可简单加热后食用，扩大了半调理食品的用途。普及高压处理的半调理食品将会使饮食生活发生较大变化。
4.可以保持生鲜食品或发酵食品的风味，但应考虑压力处理可能带来的物性变化。
5.没有色香味及营养成分之劣变，相反的无法期待由加热产生之着色或香气之发生。
6.比热加工而言能耗较低。高压处理仅是水的压缩过程，比较安全，可以用油压泵瞬时传递压力，保持压力无需供给能量，因此高压处理能量消耗少于加热法。
五、展望
1 超高压技术开发的重点
食品工业中超高压处理技术研究经过近10年的发展，在取得大量成果的基础上，目前开发的重点有以下几个方面：加热和加压的相乘和拮抗效果的利用；高压在食品化学反应方面的特殊效桌利用；植物细胞由于加压体积缩小，细脑膜功能消失，成为单纯的半透膜，可利用此特点来提取动植物的精华和制造咸菜等；超高压酒类催陈技术；加压装置成本的降低和高效率生产。
2 目前超高压技术存在的问题
由于超高压是基于对食品主成分水的压缩效果，它是利用了帕斯卡定律，因此对于不适合这一定律的干燥食品、粉状或粒状食品，不能采用超高压处理技术；由于高压下食物的体积会缩小，故只能用软材料包装；一些产芽抱的细菌，特别是低酸性食品中的肉毒梭茵，需在70℃以上加压到600MPa或加压到1000MMPa以上才能杀死；酶因其分子量和分子结构不同，超高压下活性变化也不一样，故需加压到所有酶失活为止。若允许残存酶时为防止流通中质量下降需采用低温流通的方法；超高压装置必须采用耐高压的金属材料和结构，故装置笨重，且基本建设费用高；因反复加减压，高压密封体易损坏，加压容器易发生损伤，故实用的超高压装置目前压力在500MPa左右；虽然已经进行了蛋白质、淀粉等天然高分子物质及微生物的基础研究，但实际应用时仍需根据加工的食品设定处理条件。
超高压食品加工技术虽然还有些问题需研究解决，但由于经超高压处理的食品更接近原来食品，具有爽脆、风味好、营养价值高等优点，所以有可能部分代替辐射杀菌和加热杀菌的方法。目前日、美、英、法等国正在积极开发这一高新技术，还将其用于研制军用食品。我国在食品加工方面也存在着许多希望以冷加工代替热加工的迫切问题，也许高压处理是目前解决问题的最好途径之一。抓住机遇，加快超高压技术的研究和应用，将有利于我们在国内和国际食品市场竞争中取得有利地位。
关于高新技术分类，好像没有统一，这里用这个ppt简单介绍一下，仅供参考
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超高压技术研究（Ι）
超高压杀菌研究（II）
高压对酶的影响
多年来，食品高压处理技术的研究比较注重于高压对微生物的杀灭作用。如今食品中酶在高压下的压力反应，如研究酶活性丧失规律和条件等也越来越受到重视。酶的化学本质是蛋白质，因此，对压力的反应与蛋白质有共同之处。（有时，也可以使某些在常压受到抑制的酶激活，从而提高一些酶的活性）。加热和加压处理同样会使酶和蛋白质失去活性，但它们是两个不同的物理过程。高温会引起共价键的变化，导致蛋白质不可逆变性；而高压则会生成或破坏维持酶的空间结构的非共价键（氢键、离子键、疏水键、双硫键）等，使蛋白质的变性情况更为复杂，有的是可逆性，也有的是不可逆性。长滨等（1988）发表加压对酶活性影响之报告，结果认为曲霉的葡萄糖糖化酶(α-Glucoamlase)及酸性蛋白酶和中性蛋白酶(Protease)、羧基肽酶(Caroxypeptidase)等酶在25℃、600MPa下加压10分钟只能惰化（不可逆）20～60%，尤其是Glucoamylase的抗压最强。惰化程度随加压时间的延长、温度的提高（15℃～40℃）、酒精浓度（5～25%）的提高而
增加。
Fukuda h和Kungi 报道胰蛋白酶（Trypsin）和羧基肽酶Y（Carboxypeptidase Y）的活性在高压下受到抑制，而嗜热菌蛋白酶（Thermolysin）和纤维素酶（Cellulase）在高压下则被激活。Ohmori等测定了高压下牛肉中蛋白酶的活力后发现，氨肽酶（Amino peptidase）和羧基肽酶分别在506MPa和405MPa下活性受到抑制，中性蛋白酶在405MPa以上压力下受到一定的影响，而酸性蛋白酶则几乎不受影响。小川等（1989）研究柑桔果胶酯酶（PE酶,Pectinesterase）活性随处理压力的提高而惰化，但是高至6000bar仍有部分残存，而过氧化物酶(Peroxidase)的耐压性则更高，在相同压力下提高处理温度可提高酶活性惰化的比率。
1. 多酚氧化酶（Polyphenol oxidase）
多酚氧化酶广泛地存在于各种植物中，主要影响保鲜、冷冻、干制和罐藏等过程中产品的颜色变化。传统加工中主要采用热处理或化学处理的方法使食品中的多酚氧化酶失活。在高压处理新技术中，当制品受压时，若压力较低，也有增强酶活力的效果。如切片的马铃薯、苹果和洋梨在加压时，可激活组织中的多酚氧化酶，使苯酚类物质氧化，形成褐变。若加压到400MPa以上，则酶很快失活。因此，要抑制植物原料中的酶促褐变，则可迅速加压到400MPa以上处理适当时间。
2. 果胶酶（Pectinase）
果胶酶是植物中广泛存在的另一大酶类，在自然界的分布比较复杂，包括能催化果胶解聚的果胶裂解酶和催化果胶分子中的酯水解的果胶酯酶。Ogawa 等将未经杀菌的鲜榨伊予柑汁与有机酸混匀，在100～600MPa压力条件下处理一段时间。随着果汁浓度的增加，其中果胶酯酶受压力钝化的程度降低，但pH值（2.5～4.5）及有机酸的种类（柠檬酸、苹果酸、酒石酸、乳酸或醋酸）对压力作用影响不大。尽管在300或400MPa的压力下处理10min后，果汁中的果胶酯酶并未完全失活，但在正常储运条件下失活的酶没有再生。
3. 纤维素酶（Cellulase）
纤维素酶主要作用于纤维素及其衍生物。使植物性食品中的纤维素增溶和糖化。由于目前纤维素酶制剂活力的限制，尚未能在食品工业中大量应用。Murao 研究发现纤维素酶的活性随着压力的升高而增强，并在400MPa达到最大值。此时的酶活力是常压下酶活力的1.7倍。300MPa时的酶活力也可达到常压时的1.5倍。
4. 过氧化物酶（Peroxidase）
过氧化物酶属于最耐热的酶类，在果蔬加工中常被用作热处理是否足够的指标。Isabel 等将过氧化物酶配制的缓冲液（pH7.0）进行高压处理，发现它的耐压性也是很高的。23℃、600MPa处理10min，其酶活力只降低了30%，而相同条件下处理的果胶酯酶仅存20%的活力。如果将缓冲液换成食品基质，则过氧化物酶的耐压性更高。pH值对过氧化物酶的活性有显著影响。中性环境中，60℃、600MPa处理10 min，过氧化物酶的残存活力仍高达90%，当pH从7变成9，酶活力减少了50%。鉴于过氧化物酶的高耐压性，可以建议选择其作为低酸性食品（尤其是果蔬制品）高压灭酶效果的指标酶。
5. 蛋白酶（Protease）
蛋白酶是食品工业中最重要的一类酶，在干酪生产、肉类嫩化和蛋白质改性中都大量地使用。高压对酶类的影响不同于对微生物的作用，它既可能钝化酶的
活性，在一定范围内也能使酶的活力增强。例如胰凝乳蛋白酶与羧肽酶的活性都会被高压所抑制，而嗜热菌蛋白酶在高压条件下活力反而增加。Ohmori等检测了在高压下牛肉中蛋白酶的活力，发现在400或500MPa的压力下氨肽酶和羧肽酶完全失活；在400MPa或更高的压力下酸性蛋白酶的活性却几乎不受影响，中性蛋白酶的活性也仅经受轻微影响。对于压力激活的嗜热菌蛋白酶,Hayashi等对比了它在常压和200Mpa两种压力下的消化性。数据表明，在200MPa时，该蛋白酶的活性有很大的提高，常压时只部分消化B-乳球蛋白，200MPa时则完全消化。对a-乳球蛋白，两种消化值基本不变。究其原因主要是二硫键支撑的刚性结构对蛋白质水解作用具有抗性。a-乳球蛋白分子带有4个二硫键，而B-乳球蛋白分子只有两个，因此后者比前者易于被蛋白酶消化。此项原理适用于乳清蛋白的高压酶解，去除乳清中的B-乳清蛋白，生产变性乳添加剂等。
6. 脂酶（Lipase）
主要分解脂肪产生游离脂肪酸，通常所说的水解酸败就是脂酶引起的。在Aoyama的实验中，室温、600Mpa、10min.的处理可使脂酶的活力降低40%；若升温升压，则700MPa、45℃处理10Min.就可完全钝化脂酶。值得注意的是，类似一些过氧花物酶和葡萄糖氧化酶，脂酶的高压失活速率也符合一级反应方程，可表示为：A=A0e(-kt)。其中，A和A0分别代表残存酶活和粗始酶活，t表示加压时间，k为失活系数。这样就可以根据k值及残存酶活来确定对象酶耐压性。无疑为高压酶处理工艺的量化提供了有利条件。
7. 溶菌酶（Lysozyme）
是一种具有防腐性能的酶制剂，它能降低细菌芽孢的抗热性，对延长制品的货架期起有效作用。一般酶类在数千大气压下也不会完全失活。Mansei等在食品中添加溶菌酶后进行高压杀菌处理，不仅能较完整地保持维生素，氨基酸之类的营养成分，而且有很好的杀菌效果。
8. 固定化酶（Immobilized Enzyme）
固定化酶在食品工业中的运用日益广泛，其在高压下的性质及调控也引起了研究者的浓厚兴趣。Schmid等将酶固定在水不溶性的载体上进行加压处理，其对压力的敏感性低于溶解态的酶。溶解态的胰蛋白酶钝化温度是50℃，而固定化后钝化温度升至60℃。同时稳定性也随之压力升高而增强了。用盘尼西林酰基态酶做实验也有类似的结果。在40℃，300MPa的条件下保温处理两个小时，酶活未见降低。因此用适当的压力条件提高酶的稳定性对于酶学的研究及工业上的分析与运用是很有价值的。
微波杀菌
Xmh：微波杀菌技术
微波是一种高频电磁波，当它在介质内部起作用时，水、蛋白质、脂肪、碳水化合物等极性分子受到交变电场的作用而剧烈振荡，引起强烈的摩擦而产生热，这就是微波的介电感应加热效应。这种热效应也使得微生物内的蛋白质、核酸等分子结构改性或失活；高频的电场也使其膜电位、极性分子结构发生改变；这些都对微生物产生破坏作用从而起到杀菌作用。利用微波杀菌，处理时间短，容易实现连续生产，不影响原有的风味和营养成分；并由于其穿透性好的特点，可进行包装后杀菌。
有报导利用 2450 MHz的微波处理酱油，可以抑制霉菌的生长及杀灭肠道致病菌。用于啤酒的灭菌，取得良好的效果，且使啤酒风味保持良好。用于处理蛋
糕、月饼、切片面包和春卷皮，结果表明，这些食品的保鲜期由原来3d－4d，延长到30d。吴晖报导微波杀菌与一般加热灭菌法相比，在一定的温度下，微波灭菌缩短了细菌和真菌的死亡时间；以枯草芽抱杆菌为材料，微波法的D100为0.65，而对照巴氏法的则为5.5。在相同条件下微波灭菌的致死温度比常规加热灭菌时的低。国外在60、70年代就开始考虑将微波技术应用到鲜奶、啤酒、饼干、面包、猪、牛肉的加工等实际生产中。到90年代，工艺参数和优化已成为研究的热门课题。
微波杀菌原理 phfspeccom 和xmh已经有介绍（phfspeccom的介绍见后面在线问答），这里补充一下，微波灭菌研究总起来存在两大致死效应：即所谓的非热效应和热效应。非热效应可用如下研究来证明，有人发现微波处理106的60ml枯草芽胞杆菌悬浮液，维持悬浮液温度60℃、80℃、100℃，以巴氏灭菌法维持悬浮液60℃、80℃、100℃为对照。通过测定细菌残存菌数与处理时间的关系，研究结果发现，微波灭菌法Ｄ100＝0.65min，而巴氏灭菌法Ｄ100 ＝5.50min，按照食品灭菌理论，腐败菌及其芽胞的耐热性规律可以认为在相同菌种、浓度和温度情况下所得Ｄ值的差异，只能从它们分别所受处理方法的不同来解释。如前所述，可能是由于在强大的电磁场作用下，细胞壁受到某种机械性损伤而破裂，结构受到破坏，细胞的核酸和蛋白质等渗漏体外，正常代谢出现障碍，从而达到灭菌的效果。还有人把微波杀菌的非热效应认为是微波的电离作用，把微波理解为射线，认为如果物体受到大量的微波辐射，则会象χ射线γ射线那样，引起电离作用而杀菌，持这种观点的人热衷于利用微波来实现低温杀菌。然而更多的学者认为：微波的量子能级非常低，只有0.000012ev，大约是红外线的千分之一，紫外线的百万分之一，即使是H-OH、H-CH3、H3C-CH3这样的弱化学结合能也有3～6ev。如果只用微波辐射来破坏这些化学结构，相当于要同时吸收105个量子，这是不可能的。可见促进食品化学反应和杀菌的只能是微波的热效应。
Rosen从量子能量的观点得出结论，认为微波的能量是不足以拆开微生物蛋白质分子结构的结合键，他举出γ射线和微波能量的量子计算结果：以E＝hv量子能量方程计算，分别为1.2×106ev和1.2×10－5ev，而H－oH能级为5.2ev，由此结论，γ射线能量足以拆开H－OH健而微波则不行。
微波装置：
在食品的制造过程中，利用微波能改进杀菌效果，提高成品的保存期限。微波加热杀菌装置都有以下共同点：产生微波的部分，主要由电源和微波管或微波发生器，微波导管等；炉体或炉腔部分，用可反射微波的材料制成，能产生微波谐振。炉内还有微波搅动或分散装置；密封门部分。可防止微波泄露；操作控制部分包括安全连锁装置。现在大批量的生产主要是采用输送带式隧道炉；如果数量少时采用分批式微波炉比较方便。
目前在食品工业中具体使用的微波加热设备有驻波场谐振腔型加热器，行波场波导型加热器，辐射型加热器和慢波型加热器。
选择微波加热器主要是选择微波频率和加热器形式。微波频率根据被加工的食品体积和厚度；食品的含水量和损耗因素；总产量和成本以及设备体积四个方面来选择。加热器类型的选择则取决于被加热食品的形状，数量和工艺要求。
微波加热存在问题（Ι）
（一）微波加热不均匀
1.微波加热不均匀的原因：
（1）微波加热的选择性，即使在相同的微波场中，不同的食品材料以及这些材料温度、状态的不同，都会引起食品各部分温度上升的差异；
（2）微波随有好的穿透性，可是它在实际加热中受反射、穿透、折射、吸收等影响，使被加热物体各部分产生的热能可能产生较大的差异；
（3）电场的尖角集中性，有的也称菱角效应（edge effect），微波作为电波的一种，其电场有尖角集中性，这是造成食品微波加热不均匀的主要原因。因为食品的形状大小一般都比较复杂，在匀强电场中一旦将食品放入，即使食品形状单一，但由于其形状的复杂性，也会使电场向有角的地方集中，这些部分就产热多，升温快。微波加热中把这样热集中的地方称作热点“hot spot”，热点出现表示加热不均匀。人们对热点的产生和分布规律作了大量研究。对于复杂形状的食品，由于反射、穿透、折射、吸收等影响，用电磁理论对热点进行计算是几乎不可能的。目前大家多用实验的方法测定热点。微波场中温度的测定方法是发现热点的关键问题，常用的方法有红外线测温法、光纤维传感器测温法和温度敏感物质显示法等。由微波加热特点看，要完全消除加热不均匀是不可能的，尤其是对含水量70%以上和含盐量较多的食品。
2.为了克服加热不均匀的弱点，人们总结了许多方法。
1) 要了解被加热物体的电容特性 在此基础上对加热设备进行合理设计，并对加热程序进行控制。例如采用间歇式方法，使热点集中的热量得以向周围扩散。
2) 按照半衰深度的大小，将食品分割成适当体积。分割厚度一般为半衰深度的2～2.5倍。例如半衰厚度大的冰冻食品解冻，可大一些,一般为15cm左右；半衰深度小的食品要分割成6cm以下的小块。
3) 为了克服菱角效应和热点的不良以下，人们在容器上作了许多改进。例如尽量使用大小合适的圆角容器，环状容器。对有尖角的食品进行整形处理。
4) 因为微波加热很快，自然传热往往来不及使各部分温度均一，所以对于液体食品可采用搅拌的方法，对固体食品要用旋转或翻转的方法使各部分加热温度均匀；对冷冻食品要先解冻后加热，解冻时要使表面和拐角部分尽量保持低温，不要溶解。
5) 为了克服微波加热的局限性，把微波与远红外等加热方法组合在一起的设备，成了当前微波炉开发的新趋势。红外线、光电纤维测温技术和电脑控制也使微波炉的性能得到大大改善。
关于微波加热的优点或特点前面已经有很多介绍，这里补充说明一点
微波穿透深度
微波能被物质吸收后，电波强度则变弱，终于成零。微波渗透的半衰深度（亦称Half Power Depth）受介质体损失角（tanδ）及介质常数（εr）的影响，如穿透深度（m）为D时，其关系为：
由上式可知，频率、介质常数及介质体损失角越小则微波穿透深度越大；介质体损失是与温度成反比，因此温度上升则电波吸收就变小，于是Ｄ值就变大；
水分较少或干燥后Ｄ值会增大；完全冷冻或冰的Ｄ值比水显著地大；频率低，如915ＭHz的穿透性比高频率如2450ＭHz为高，因此比较适合形状较大或较厚食品的加热；在2450ＭHz下，油脂的Ｄ值约为水的5倍，但在915ＭHz下，二者的差异仅1.5倍，此亦表明油脂和水混合的食品如以2450ＭHz微波照射会比915ＭHz的照射产生加热不均的现象。
微波加热存在问题（II）
（二）微波加热的特殊效果
微波炉已经广泛应用在煮、烧、蒸、解冻、干燥等诸多方面。除了加热快、经济和简单自动化外，对食品品质还有特色。
1.升温快、加热时间短，使食品的色香味损失少。这在食品的解冻干燥方面和对于烹调好的食品再加热方面均匀巨大的优势。尤其是对于一些需要膨化的食品，微波有特殊作用。但是对于某些食品并非优点，如烤红薯，由于微波加热快，淀粉酶来不及把淀粉水解为糖，因此没有慢火烤得甜。微波烤肉虽快，但肉内难以变得软烂。
2.微波由于内外同时加热，所以加热后的食品风味与一般方法不同。对于汤汁食品在用微波煮制时产生对流很少，汤汁不易翻动，这样可以保持其稳定形态，有利于宴会菜的造型。另外微波处理还有一些用加热原理难以说明的特点，微波加热的鸡肉，骨和肉易于分离；微波干燥的面条口感韧性增加等等。相反对于面包食品，由于内外同时升温，表面难以形成均匀漂亮的烤色，甚至有些生的感觉。
3.微波加热的硬化与软化现象，微波加热淀粉类食品时，刚出炉很软，但要马上吃，不然很快会变硬。软化的原因是在微波的作用下，使与淀粉相结合的结合水游离出来软化了整个食品组织。但由于自由水增加，引起蒸发加大，当凉下来时，自由水的一部分又成为结合水，时组织急速失水而硬化。
微波加热存在问题（III）
（三）微波对人体的影响
从微波的作用原理看，人体也会吸收微波，因此微波的辐射也会对人体产生一定的危害，与微波杀菌一样，也有人把微波理解为象χ射线，γ射线那样，因此对微波的泄漏和辐射大有谈虎色变之感，微波危害人体的原因虽然还不清楚，但基本上可以从微波的热效应来理解它的影响。通常人体受到辐射时，总是皮肤先感到灼热，因而可以及时避让，然而受微波辐射时，由于其穿透性，体内组织也会同时发热，而人体内神经又比较少，所以往往在还未感到灼热时，那些耐热新低的器官已经受到损伤。如起冷却作用的血管少的眼睛和睾丸易受微波侵害。雷达工作人员常见的病是白内障和男性不育。由于波长较长穿透深，对人体危害较大，因此美国的ANSI机构制定的微波辐射安全基准为：100MHz附近，电力密度应在1mw/cm2以下，在1GHz以上时，电力密度应在5mw/cm2以下。各国一般都按此标准制定微波设备的泄漏限制规格和使用安全标准。对微波的使用既要注意安全，但也不需要像对待放射性那样过分紧张。
微波杀菌存在问题（IV）
1、微波杀菌破袋
我们在微波杀菌操作过程中，除了注意不能采用金属容器和镀铝或铝复合袋，还存在杀菌过程中密封好的袋子破袋问题，不好解决。亦不好采用杀菌后在封口。目前采用微波杀菌可以在包装前进行，也可以在包装好以后边料锡膜或复合薄膜。包装好的食品在进行微波加热奉菌时，由过高时会胀破包装袋，因此整个微波加热杀菌过程应在压力下进行，或将包装置于加压的玻璃容器中进行处理
2、变色问题。
在对榨菜等产品微波杀菌时还发现榨菜产品变色问题。
现在产品杀菌方式主要是加热杀菌，已经被普遍接受。至於其它方式肯定和产品、技术、经济等发展有关，和逐渐推广应用
食品电阻加热杀菌技术
电阻加热技术(ohmic heating，又称为欧姆加热)近年来在国外食品加工领域中，受到广泛的重视。该加热方法与传统的食品加热方法截然不同，是将电流通过食品利用其电阻抗产生热能来加热食品，主要是针对含颗粒流体食品的无菌加工，减少液体和固体颗粒间的加热杀菌程度不均匀，配合机械制造技术发展，新材料出现，新电极零组件，绝缘装置制造技术改善，使得连续式电阻加热系统的技术比较成熟且设备成本降低，而使其成为商业生产可行的技术。
1．电阻加热技术的发展
连续式电阻加热器的开发设计是由英国电气研究发展中心开始研究，80年代取得专利，90年代制造商业型电阻加热系统。以产品加热杀菌的热传递模式来看，传统的灭菌技术，无论是先包装后灭菌或是先灭菌后包装，其加热介质均为蒸汽。罐头食品的色香味及营养价值已渐渐无法满足消费者的要求，而无菌包装技术只用于低粘度流质产品如果汁、牛奶、茶、运动钦料等。对于颗粒流体食品，其灭菌效果及产品品质不如预期。因为以蒸汽为热源，采用刮面式或管式热交换杀菌机，其热的传递方式是热煤通过热交换先加热流体，然后由载流液体以对流方式将热能传递给固体颗料，然后颗粒本身再以热传导方式将热能传递到固体中心，所以有热传递速度慢且加热不均匀的问题，就商业杀菌而言，为使颗粒中心点达到足够的杀菌条件，通常必须牺牲液体的品质将其过度加热，造成品质下降，风味营养流失。若不使流体过热，则固体将不能完全杀菌，必定危及产品安全，也无法被消费者接受。故传统杀菌无法适应高浓度流体及含颗粒流体食品，如浓汤、粥等。
电阻加热技术是以交流电电流通过食物，因食物中所含的盐分或有机酸均为电解质，无论流体或固体电流均可通过。热由食品内部产生，其原理是利用食品本身的导电性，及不良导体产生大的电阻抗特性来产生热能，将电阻电热技术运用在含颗粒流体食品时，其加热形态与传统的加热方法明显不同，而传统蒸汽加热时，固体颗粒的温度必然小于液体的温度，反过来，电阻加热时，固体颗粒的温度常与周围液体的温度相当，有时甚至会超过液体温度。由此可知，对于
含颗粒流体食品(尤其是低酸性者)的电阻加热技术有突破性发展，目前电阻加热技术在欧洲及日本已有商业生产装置，美国也同意以电阻加热技术为含颗粒流体食品的商业杀菌技术。
2．电阻加热技术的原理
欧姆加热和微波加热有相似之处，其电能转变成热能遍及整个被加热物体。但它与微波加热不同之处是渗透的深度没有明显的限制，加热范围由被加热物质的导电性和在加热器中停留时间而定。欧姆加热效果是当电流流过导电物质时产生的热效应。实际应用时，可直接使用来自电力公司的50HZ频率的交流电。食品能否适合欧姆加热取决于该食品的导电性。绝缘体不能直接使用欧姆加热法，如不能离子化的共价键流体如油脂、乙醇、糖浆以及非金属的固体物质如骨质成分、纤维素、冰的结晶等。但所幸的是绝大多数食品均含有溶解了一定量离子盐的游离水，因此便成了导体。能用泵送的食品其水份含量都在30％以上，具有导电性，所以可有效地使用欧姆加热法进行杀菌。在欧姆加热法中，为了增加导电性，一般不适宜使用未加盐的自来水。
交流电通过一导电物质时，产生热能，其热能产生机制可用下列公式表示：
上述公式可知，在固定电压下，电阻加热的热能产生与食品的导电度成正比，因此食品的导电度在加热中起关键作用。若食品本身各部份导电均匀，由电极接触使电流通过时，其内外整体均以同一速率产生热能，这一加热方式较微波加热方式更具能源效益，几乎所有的电能都在食品内被转化成热能。一般而言，大部分可输送的流体食品只要其水分含量超过30％且溶有盐类，已具有足够的导电性来使电阻加热。但非离子化的物质如脂肪、油、糖、糖浆或不添加盐类的纯水等因不具导电性，故不适合应用电阻加热。另外，必须配合专利设计的电极设计来提供电流，才能排除食品因电流而产生电化学反应及电极腐蚀的可能性，提高安全性，降低成本，有利于电阻加热在食品商业杀菌的运用。
3．影响电阻加热技术的因素
食品的导电度是电阻加热技术的关键因素，任何影响电阻加热的因素均直接影响导电度，而导电度的高低决定电阻加热技术的表现。
3.1 温度
在加热过程中温度对食品原料导电度的影响表现为下式：
无公式
由公式(2)可知，食品原料温度愈高，导电度也愈高；加热速率随着食品原料温度上而增大，电压梯度不同，加热速度不一样，如图1所示。
图l 电阻加热与传统加热的加热速率曲线
3.2 电解质的浓度
将颗粒食品先浸泡在不同浓度的食盐水溶液中，以提高颗粒电解质含量，再进行电阻加热，结果发现，电解质浓度高的颗粒，其导电性高，使得加热速度更高，另外还发现，颗粒先预热后再电阻加热，会有较高的导电度，其加热速率也增加。因为预热在某种程度上破坏了细胞组织，使颗粒内部的水流动性增加。
3.3 食品的组成及颗粒的大小
食品组成成分对电阻加热的加热效果有影响。例如，食品富含油脂，其导电度与加热速率均容易产生不规则的变化，低温时加热较慢，高温时加热较快，含淀粉质的颗粒，对电阻加热也有影响，主要是淀粉糊化使液体粘度增加。固体颗粒种类不同，大小不一，数量多少也会影响食品的导电度，加热速度也随之变化，其重点在于如何判定冷点，以及冷点受热是否足够商业杀菌。
4．续式电阻加热系统
由英国APV公司设计制造的连续式电阻加热系统在无菌加工中高温短时杀菌的应用，如图2所示。电阻加热管根据电流供应规模，一般由四支电极构成一组三个加热段的加热器，输出功率有75kW和300kW二种，相对于750kg／h和3000kg／h的产能。加热管以直立角度安装，使产品流向为向上流动。食品由混合桶或缓冲桶进入系统经定量输送泵输送入直立的电阻加热器加热杀菌，为使系统内食品能达到140℃高温杀菌不沸腾，必须维持足够的背压为4bar的压力，产品在电阻加热器加热达杀菌温度后，于保持管内滞留足够的杀菌时间，完成杀菌后进行管式热交换器冷却，使产品达到常温即可充填。
图2 运用电阻加热器在无菌加工中的流程
电阻加热技术的加工生产设备，必须满足下列的加工过程和安全条件：
(1)系统的电气设计必须避免造成食品电解作用及因电极解离或食品局部过热烧焦而导致污染食品；
(2)有效控制食品的加热速率和其流速；
(3)具有无菌环境下充填和密封包装含颗粒流体食品的无菌包装技术；
(4)系统设备投资和运转费用可以接受。
5．用电阻加热技术的优点
5.1 产品连续生产旦直接加热不需借助热交换表面，与传统热交换方式比较，减少了热交换表现的粘附问题，延长系统运转周期。
5.2 快速、均匀加热液体和颗粒，使两者的热破坏和滞留时间的差异减少，能保留较高的产品营养和颗粒完整性，比其它加热方式更具有新鲜、美味的品质。
5.3 系统没有机械搅拌部分，产品流速较慢，适合易磨损的产品。
5.4 系统可处理较高固／液比的产品，使用范围广，投资成本回收快。
5.5 配合无菌包装技术可生产具有高档的保健食品。
6 结论
电阻加热不同于传统利用热媒加热的方式，电阻加热的优点主要能使产品在生产中较容易控制，并达到加热杀菌的均一性，提高产品品质，在生产过程中较易自动化，不依赖操作人员的加工技术的水准，采用高温短时杀菌，使能源消耗量减少，从而降低生产成本。这一技术目前只应用于含颗粒食品的无菌加工系统中，对于大块固体食品的解冻和其它方面的加热应用仍有广大研究发展空间，开创电阻加热在食品工业运用的市场。
高强度脉冲电子场（PEF）
高强度脉冲电子场（PEF）是将食品置于两个电极间进行高压的短时不超过1秒的电击。高压过程要求通过建立一个蓄电器贮存电能，然后释放来实现。
决定微生物失活是因为电子场而不是产品的电解或欧姆、电阻加热。PEF技术能破坏微生物的细胞壁。整个过程不会导致食品中的化学或物理变化特征发生变化。
PEF加工过程条件由食品特性决定。对任何一种食品PEF条件由以下各可变参数决定，电子场峰强度（KV/cm）（千伏每厘米），脉冲周期（微秒），脉冲数量，最初温度，最高处理温度，有关微生物种类和微生物数量。在处理中提高加工温度能加速微生物死亡。
高强度脉冲电子场杀灭微生物的特点
优 点 缺 点
消灭大量致病菌和腐败有机体 对孢子需要高剂量和长时间
产品中有轻微的温度升高 只能用于液体或灌制食品
可能比较热处理价格低 同时只能用于货架稳定酸性食品和冷藏食品 产品没有变化，维生素和酶无损失 必须设计每一种产品的具体过程。
欧姆加热技术(ohmic heating)是近年来发展起来的新型加热杀菌技术之一。近年来在国外食品加工领域中，受到广泛的重视。欧姆加热法具有逐步取代刮板式加热法和管式加热法的趋势。该加热方法与传统的食品加热方法截然不同，是诱使导电性流体自身内部产生电阻热的加热方法，它不但可以处理高黏性食品，甚至可以加热含25mm方丁颗粒状物的固液混合食品。在设备方面，除进料泵外，它几乎不需要刮板式那样的运动部件，因此对剪切敏感食品的机械损伤可以控制在最低程度。
欧姆加热法与以前含粒状物的热处理方法相比具有如下优点：
①可以生产新鲜的、含固形物的高营养价值的产品；
②没有热传导界面，因此可以连续加热；
③可以处理鲜美的食品；
④污染少；
⑤对流体和固体快速均匀加热，具最少热破坏和最短加工时间；
⑥生产很安静；
⑦维修成本低；
⑧启动、停止操作简单，加工控制方便；
⑨具有降低前处理、生产制造和包装成本的可能性。
在欧姆加热方法中，产品中心位置的热渗透率和其导电性相关，但几乎不受物体的大小及传热系数的影响。在实际应用该法过程中，被加热物质自身内部不会产生温度梯度，而且液体物和粒状物同时被加热，因此，不必为确保大颗粒固形物中心部位的杀菌而让液体物质加热过度的现象出现。
欧姆加热没有传热界面，所以减少了产生沉积物的可能性。在电费高的地区使用欧姆加热法可能热能成本比其它加热方法高，但本法热能转换率可高达90％，而其它方法热能效率只有45%~50%，因此，最终吨产品的加热成本大致相同。如在APV食品研究中心有供客户试验用的试验设备，设备生产能力为400kg/h，最高处理温度可达140℃。
高压脉冲电场杀菌
1 灭菌机理
关于高压脉冲电场杀菌的机理，现有多种假说：主要有细胞膜穿孔效应、电磁
机制模型、粘弹极性形成模型，电解产物效应、臭氧效应等，大多数学者倾向于认同电磁场对细胞膜的影响，并以此为基础对抑菌动力学进行探索。
细胞膜穿孔效应 假说认为，细胞膜由镶嵌蛋白质的磷脂双分子层构成，它带有一定的电荷，具有一定的通透性和强度。膜的外表面与膜内表面之间具有一定的电势差。当细胞上加一个外加电场、这个电场将使膜内外电势差增大。此时，细胞膜的通透性也随着增加，当电场强度增大到一个临界值时，细胞膜的通透性剧增、膜上出现许多小孔，使膜的强度降低。此外当所加电场为一脉冲电场时，电压在瞬间剧烈波动，在膜上产生振荡效应。孔的加大和振荡效应的共同作用使细胞发生崩溃，从而达到杀菌目的。穿孔效应假说可以通过两种方法来证实，一是电子显微镜下的照片显示、酵母菌被处理后可以见到菌体上有明显的裂痕。另一证据是检测杀菌前后菌液中的离子浓度c。JayaMm对磷酸盐缓冲液中的乳酸杆菌进行高压脉冲电场杀菌，比较杀菌前后的阴离子浓度，发现在乳酸杆菌被杀灭后Cl-离子浓度高了很多。由于实验排除了Cl-的其它来源、故而只能得出因为乳酸杆菌细胞膜破裂，细胞内物质外泄的结论。
电磁机制理论 是建立在电极释放的电磁能量互相转化基础上。电磁理论认为电场能量与磁场能量是相互转换的，在两个电极反复充电与放电的过程中，磁场起了主要杀菌作用，而电场能向磁场的转换保证了持续不断的磁场杀菌作用。这样的放电装置在放电端使用电容器与电感线圈直接相连、细菌放置在电感线圈内部，受到强磁场(场强6．87特斯拉，功率16KJ)作用。
粘弹极性形成模型认为，一是细菌的细胞膜在杀菌时受到强烈的电场作用而产生剧烈振荡，二是在强烈电场作用下，介质中产生等离子体，并且等离子体发生剧烈膨胀，产生强烈的冲击波，超出细菌细胞膜的可塑性范围而将细菌击碎。 电解产物理论指出在电极点施加电场时，电极附近介质中的电解质电离产生阴离子，这些阴阳离子在强电场作用下极为活跃，穿过在电场作用下通透性提高的细胞膜，与细胞的生命物质如蛋白质、核糖核酸结合而使之变性。但其不足之处是难以解释PH值变化剧烈的条件下，杀菌效果没有什么变化的结果。
臭氧效应理论认为在电场作用下液体介质电解产生臭氧，在低浓度下臭氧已能有效杀灭细菌。
以上各理论均有其独到之处，但是，都不十分完善．要完整而清晰地描述电场对细胞的杀灭作用，还有许多工作要做。
2 处理系统设计
良好的高压脉冲处理系统是高压脉冲电场杀菌技术得以应用的前提。高压脉冲处理系统设计的关键是脉冲发生器和处理腔的设计。目前，国内外学者对此进行了大量研究，美、法等国建立起了一批可商业化应用的设备。但是这些设备少则数万美元，多则数十万美元．价格非常昂贵，从而限制了这一技术的工业化应用。
2．1脉冲发生器
具有最佳处理效果的脉冲发生器的设计、制造是当前高压脉冲杀菌技术工业化应用的最大障碍。因为高压脉冲处理系统的脉冲可以采用方波、指数波、交变波等三种形式，所以脉冲发生器也可有三种设计电路。这三种处理系统的作用效果以方波最好，指数波次之，交变波处理系统最差。但是方波脉冲发生电路价格过于昂贵，以此为基础的处理系统尚不适于在规模工业化应用。相对来讲．指数
脉冲发生电路价格比较便宜．适合于工业化应用。然而传统高压脉冲发生器高昂的价格和高压脉冲电场杀菌技术对高压脉冲发生器工业化应用的需求也促使高压脉冲发生器研究者从新的角度对高压脉冲发生器进行改进与重新设计。从某种角度来说，磁压缩脉冲发生器是传统脉冲发生器的良好替代品。这种脉冲发生器将电能以磁能的形式储藏起来，然后突然释放，从而形成指数脉冲。这种脉冲发生器消除了传统高压脉冲发生器对高速开关和触发电路的要求，并且电源也可以改用交流电源，从而消除了传统直流电源中整流的耗费。只是目前适于高压脉冲杀菌技术应用的磁压缩脉冲发生器还有待于高压脉冲发生器设计者进行研究。
2．2处理轻设计
静态分批式处理腔规模小、考虑影响因素较少，不适于大规模工业化应用。为此，人们设计了各种连续式处理腔，主要有平行盘式、线圈绕柱式、柱—柱式、柱—盘式、同心轴式。其中，平行盘式和同心轴式处理腔结构被广泛报道。为了保持处理腔内电场的均匀分布国外学者运用有限元分析法对这两种处理腔的设计进行了研究，使得处理腔不仅能够保持腔内电场的均匀分布，而且能够保证被处理食品的稳定流动，具有较大的工业应用价值。
3 影响高压脉冲电场灭菌的因素
3．1 对象菌的种类：不同菌种对电场的承受力有很大的不同。无芽孢细菌较有芽孢细菌更易被杀灭，格兰氏阴性菌较阳性菌易于被杀灭。在其它条件均相同的情况下用电场灭菌，霉菌、乳酸茵、大肠杆菌、酵母茵等不同菌种的存活率由高到低排列。特别需要指出的是，对象菌所处的生长周期也对杀菌效果有一定的影响，处于对数生长期的茵体比处于稳定期的菌体对电场更为敏感。
3．2 菌的数量：研究中发现，对菌数高的样品与菌数低的样品加以同样强度、同样时间的脉冲，前者菌数下降的对数值比后者要多得多。
3．3 电场强度：电场强度在各因素中对杀菌效果影响最明显，增加电场强度、对象菌存活率明显下降。
3．4 处理时间：杀菌时间是各次放电释放的脉冲时间的总和。随着杀菌时间的延长，对象菌存活率开始急剧厂降、然后平缓，逐渐变平，最后增加杀菌时间亦无多大作用。
3．5 处理时的温度：随着处理温度上升(在24℃—60℃范同内)，杀菌效果有所提高，其提高的程度一般在10倍以内。
3．6 介质电导率：由于介质的电导率提高，脉冲频率上升、因而脉冲的宽度下降。这样，电容器放电时、脉冲数日不变，即杀菌脉冲时间下降，从而杀菌效果相应下降。介质电导率影响放电时的脉冲强度和脉冲次数、如空气导电、则无脉冲产生。
3．7 脉冲频率：提高脉冲频率，杀菌效果上升。原因是频率提高后．对应于每一次电容器放电来说，具有更多的脉冲数目，因而指数衰减曲线的下降得到减缓。从而保证了更长的杀菌处理时间。
3．8 介质的PH值：在正常的PH值范围内、对象菌存活率天明显变化。可以认为，pH与高压脉冲电场灭菌无增效作用
4 处理效果
高压脉冲电场杀菌主要是利用食品的非热物理性质，温升小(一般在50℃以下)、耗能低。一个35千伏的处理系统每处理1毫升液体食品只需20J的能量，而对超高温瞬时灭菌热处理系统来说却至少需要100J以上的能量。国内邓元修等实验证明高压脉冲电场对酵母和大肠杆菌的杀灭耗能只有1．8—6．0×l05J／
m3[2]。据国外资料报道，一个脉冲处理系统的操作费用据估计只有大约0.4—0.8美分，并且物料流率可达1000L／h。
国内外研究人员使用高压脉冲电场对培养液中的酵母、各类格兰式阴性菌、格兰式阳性菌、细菌袍子，以及苹果汁、香蕉汁、菠萝汁、牛奶、蛋清液等进行了大量研究，并取得了良好的结果。研究结果表明抑菌效果可达到4—6个对数周期，其处理时间一般在几个微秒到几个毫秒，最长不超过1秒，该处理没有对食品的感官质量造成影响，其货架期一般都可延长4—6周。1998年，国内曾新安等对高压交流电场的灭菌效果进行了研究，结果表明在22．5kv／cm的场强处理下乳酸杆菌数降低近6个数量级。1997年，陈键在40kv／cm条件下，用50个脉冲处理脱脂乳中的大肠杆菌后，99％大肠杆菌失活，4I。MingyuJia在1999年通过SPME—GC连用分析了高压脉冲处理后的香蕉汁中所含的五种典型香味成分,结果表明高压脉冲处理后的香蕉汁中五种典型香味成分的含量明显高于热处理后的香蕉汁.Yeom Hye Won在2000年不仅通过SPME—CC分析了被处理香蕉汁中的五种典型香味成分外,还进一步分析了vc含量、颜色品质，以及处理后香蕉汁中颗粒大小等，结果表明高压脉冲处理后的香蕉汁各方面指标均优于热处理后的香蕉汁。
总之，高压脉冲电场杀菌的应用研究在实验室水平上已经取得了可喜成果。但是，由于处理系统电路设计的复杂性使得高压脉冲电场杀菌系统的造价非常昂贵，从而限制了这种方法当前的工业化应用。另外，高压脉冲电场在粘性食品及含固体颗粒食品中杀菌的应用还有待于进一步研究，操作条件还有待于进一步优化。应该说高压脉冲电场杀菌技术的工业化应用目前还存在着许多困难，但是高压脉冲电场处理以其优良的处理效果，低廉的操作费用展示出了诱人应用前景，随着高压脉冲技术的发展和高压脉冲电场在食品处理中研究的深入，我们完全可以相信在不久的将来高压脉冲电场杀菌技术必将被大规模工业化应用。
超声波杀菌技术
一、超声波及其特性
声波是机械振动能量的一种传播形式。振动频率在1.6×104Hz的声波称为超声波，它是不为人耳所听见的一种声波。
声波可在气体、液体和固体中传播。声波及其所带的能量的传递是基于介质；粒子（原子、分子或弹性单元系统）相对于平衡位置的来回振动。声粒子振动时压缩和碰撞相邻粒子，由于弹性和运动惯性的关系，将形成压缩区（即粒子密度增加区）；当粒子反向振动时，又形成稀疏区（即粒子密度减小区）。介质的这种疏密相间，依次不断向外传递运动和能量的形式，就形成了由振动源向四面八方传播的声波。
必须指出的是，声波传播时，介质粒子并未向外传播，而只是相对于它的平衡位置作振动，向外传播的只是运动形式和能量。
声波具有下列性质：
1．超声波能够传递很强的能量
被超声波充满的空间称为超声场。超声波的作用主要是对超声场的障碍物施加交变的压力（声压）。超声场中某一点在某时间所具有的压力p1与没有超声波存在时的静压力p0之差称为声压p，单位为Pa。当有声波传播时，在传播介质中形成的压缩区内，压力将增高；而在稀疏区内压力则降低。传声介质中任何一点的声压p可按照下列公式计算。
式中：p－超声场中任何一点的声压，Pa
T－振动的某一时刻，s
ξm－位移振幅，即最大位移，m
ω－圆周率，rad/s
即 ω＝2πf＝2π / T
f－振动频率，Hz
T－振动周期，s
υ－振动粒子的速度，m/s
ρ－介质密度，kg/m3
c－介质中的声速，m/s
φ－离开振动源x处的振动粒子的相移（初相位），即相滞后
φ＝ωx /c (rad)
当不考虑阻尼时，每个粒子相对于自己的平衡位置都以相同的振幅振动，但具有不同的相位。在一次振动时间内波通过的路程称为波长λ，它也就是相邻的同位相点之间的距离，故
c＝λ•f
由上式可知，声压与声速c和振动频率ω成正比。声压可用来表示超声波的强度。即表示传播的振动能量强度。声压越大，表示超声波的强度越大，传递的能量也越强。但在实践中，为衡量超声振动能量的强弱常用声强这个物理量。在垂直于超声波的传播方向上单位面积、单位时间内通过的声能量称为声强I（J/s•m2）,或W/m2即I＝E/St（E为能量，S为面积，t为时间），可以进一步推导出：
无公式
式中 I－声强（J/s•m2,或W/m2，在实践中最常用W/m2）
υm=ω•ξm－速度振幅，即最大振动速度，m/s
pm－声压振幅，即最大声压值，Pa。
由上式可知，声强与质点振动位移振幅的平方成正比，与质点振动的角频率平方成正比，也与质点振动速度的平方成正比，或与声压的平方成正比。声强可通过质点振动速度υm 和声压pm来测定。同时可以看出，在超声场中，若ρc越大，越要靠提高频率来提高声强。为了提高声强，一般常常采用两种方法：一是设计正确的变幅杆（能量集中器）；二是像光那样采用适当的透镜和反射镜来集中能量。
由于超声波的频率很高，故声强也很大，可达100 W/m2以上，当在液体或固体中传播超声波时，由于介质密度和振动频率都比空气中传播超声波时高许多倍，因此，同一振幅时，液体、固体中的超声波强度，声强比空气中的声波高千万倍。
Ρc的乘积称为介质的声特性阻抗Zc，则Zc＝ρc＝P/υ
在相同的声压下，Zc与质点振动速度成正比，Zc越大，υ就越小，反之亦然。因此，Zc反映介质的声学性质，它是超声场中重要的物理量之一。
以上三大参数即声压、声强及特性阻抗，是反映超声波特性的主要物理量，称为超声波的三大特性参数。
2．超声波通过不同介质时会在界面上发生波速突变
波都有反射和折射现象。能量反射的大小，决定于两种介质的特性阻抗，介
质的特性阻抗值越大，超声波通过界面是能量的反射率越高。当超声波从液体或固体传入到空气或者相反从空气传入到液体或固体的情况下，反射率都接近100％。这表明若把超声波辐射到某一玻璃化学反应器内的液体中时，那么声波能量将在容器内表面全部被反射，不会投射到容器外边的空气中。
在超声技术中，往往要求超声波在两种声特性阻抗不同的介质间传播时，或者在同一介质中传播但用薄板之类的物件分开时，传播时的声能损耗为最小。 当超声辐射到薄板上时，部分能量被反射，部分能量透过它。当薄板的厚度δ与声波波长λ之比满足下列两种条件时，超声能的穿透性最好，即能量的损失最小：
（1）δ＝n•λ / 2（n＝1，2，3…），即薄板厚度是半波长的整数倍，可与超声波发生谐振。
（2）δ《λ，这时薄板厚度已经不影响超声波从一个介质传入另一介质。
上述条件对在液体中建立所谓的声窗口有很大意义，窗口可以得到最大的机－声比，即可以保证最大限度地传递超声能量。当需要提高窗口膜片的“强度”和“刚度”时，膜片也应该取满足上述条件的谐振厚度。
此外，空气有可压缩性，更阻碍了超声波的传播。为了改善超声波在相邻介质中的传递条件，往往在声学部件的各连接面间加入机油、凡士林作为传递介质以消除空气及因它而引起的衰减。
3．散射现象
当声波在弹性介质中传播遇上障碍时，将发生散射和绕射，一般说来，每一个障碍物，都成为二次声源，使散射声波向各个方向传播。
散射现象与声波频率有关，一般说来，频率增高，散射增强，但对散射现象影响最大的是障碍物（散射元）的尺寸，数量及它的声阻抗。
声波散射改变了声波部分能量的传播方向，构成了声的散射衰减。特别是在悬浮液介质中散射更强些。但对于频率为20～50kHz的超声波，其波长为7.5～3cm，则在一般情况下声散射现象将微不足道。
4．超声振动在介质中传播时，它的强度会随传播距离的增加而衰减
衰减的第一个原因是影响超声波的几何因素所引起的波的反射、折射、绕射和散射，这是介质的非均匀性，具有反射面和介质中具有异物等。
第二个原因是介质吸收其能量。这是因为所以三种介质（气体、液体和固体）的振动质点之间均存在内摩擦（粘滞性相互作用），其结果是把部分机械能转变为热能，介质获得一定的温升。
在以上因素的作用下，声波强度将随传播距离的增加而减弱，即
Ix＝Ioe－2ax
式中：Io－声波辐射的声波强度
x－声波传播距离（从声源处起算）
Ix－距离为x处的声强
a－衰减系数（亦称吸收系数），Np / m
计算与实验表明，对于一定温度的液体和气体介质而言，a / f2≈常数，即声波频率f的提高将导致衰减系数a的迅速增加，从而使声波能量随传播距离的增加而衰减更甚。声波的吸收基本上由内摩擦和热传导所决定，通常是很小的，但在两交界面处，当声强足够高时可使材料发热，这种热效应在超声焊接方面有很大用途。在超声波传播过程中，一般将离声源距离L＝r2/ λ以内的区域称为近场区，r为声源半径，λ为声波波长。当x>L时，即进入远场区。在远场区内，轴
线上的声强周期起伏。远场区声束开始发散，声场发散使声波能量向更大的空间扩展，因此在给定方向上单位面积内的能量减小，这是造成声波衰减的另一个因素。
5．波的叠加原理
声波在介质中传播时，介质的质点随波振动，倘若有二列或三列以上的声波同时传到空间某点时，则该点的质点振动是各列声波单独引起的振动之合成。质点的位移是各个声波在该点所引起的位移的矢量和，这就是波的叠加原理。一般说，振幅、频率、周期都不同的几个波在某一点叠加时，这点的振动将产生时而加强，时而减弱的现象，情况是很复杂的。但由两个频率相同、振动方向相同，相位相同或相位差恒定的声波叠加时，则会使空间某些质点的振动始终加强，而另一些质点的振动始终减弱或完全抵消，这种现象就称为波的干涉现象。这种产生干涉现象的波称为相干波，它们的波源称为相干波源。
两个振幅相同的相干波在同一直线上沿相反方向彼此相向传播使叠加而成的波，称为驻波。它是波的干涉现象的特例。
二、杀菌原理
（一）热效应机制
超声波在介质中传播时往往会使介质的温度升高，如果此时超声波还对介质产生某种效应，而且如果采用其它加热方法也可获得同样的温升和效应时，那么就可以说该超声波效应的原因是热学机理。
超声波形成热的主要原因有：
1．超声振动能量在通过介质中不断地被介质吸收，部分振动能被转变为热能。
2．由于超声波的振动，使介质质点产生强烈的高频振荡，介质间相互摩擦而发热。
3．在不同组织的分界部分由于组织分层介质声阻抗不同，将产生反射，形成驻波引起分子间相对运动，产生摩擦而形成热，此时在与驻波引起分子间相对运动，产生摩擦而形成热。
在以上因素中，介质的吸收是形成热的主要因素，不同组织对声波的吸收不同，产生的热也不相同。而且吸收还与介质的内摩擦、热传导以及分子结构等因素有关。当强度为I（W/cm2）的平面超声行波在声吸收系数为a（cm－1）的介质中传播时，单位体积介质中超声波作用ts产生的热量为
Q＝2aIt （J/cm2）
即产生的热量与介质的吸收系数，超声强度及作用时间成正比，如生物组织的声吸收系数是超声频率f（MHz）的函数：
a＝0.026f1.1 （cm－1）
（二）机械效应
当超声波在介质中传播时，将引起传播空间内介质质点的振动，使它们具有交变的速度、加速度、位移、声压、压力、张力、切应力（弹性的或粘滞的）、膨胀、压缩等。如果超声波对介质作用所引起的效应与上述一个或几个力学量有关，便可把产生效应的机理归纳为机械（力学）效应。由于介质质点在超声波作用下的振动加速度与振动频率的平方成正比，虽然振动质点的位移和速度不大，由于频率很高，故振动加速度却相当大，有时超过重力加速度的数万倍。例如超声波频率为20kHz，位移幅值为20μm，由前述公式可求得速度和加速度的幅值分别为2.5m/s和3.2×105m/s2≈3.2×105g（g为重力加速度），这表明此时介质质
点的最大加速度为重力加速度的3.2万倍。如此大的加速度足以造成对介质极大的机械效应，甚至起到破坏介质的作用。
当超声介质是不均匀的分层介质时，各层介质声阻抗不同将使传播的声波产生反射、形成驻波，驻波的波腹、波节造成压力、张力和加速度的变化。由于不同介质质点的质量不同，则压力变化引起的振动速度有差异，使得介质质点间的相对运动所造成的压力变化，是引起超声机械效应的另一原因。
利用超声的机械效应进行加工处理（打孔、切割、表面强化、焊接、清洗、抛光以及去除不希望的薄膜和赃物等），也用于加速分散、均质、乳化、粉碎、杀菌及其它过程。
（三）空化效应
当超声波在液体中传播时，会产生一种特殊现象－空化。广义地说，超声空化是指激活气泡或空穴的各种动力学表现。也就是说，当超声波在液体中传播时，液体中的微小气泡（或空穴），在声场的作用下被激活，它表现为这些气泡（空化核）的振荡、生长、收缩及崩溃等一系列动力学过程。空化泡收缩及崩溃瞬间，泡内可呈现5000℃以上的高温和几百到上千个大气压的高压，温度变化率高到109K/s，逐渐导致产生自由基及声致发光、次谐波、噪声等现象，并伴随有强大的冲击波（对均相液体介质）或时速达400km的射流（对非均相介质），会产生一系列物理、化学或生物效应。
（四）化学效应
超声波还引起化学作用，促进化学作用，尤其是氧化还原、聚合、电化学及其它过程。例如在溶有氮的水中，经超声波处理后就产生硝酸。超声还有还原作用和影响金属的电离分解作用。
超声对高分子物质有分解作用，超声在有机体内能引起分子产生高振动速度，高速振动分子间产生摩擦力，此力能使聚合的高分子遭到破坏，起到解聚的作用。可使淀粉变为糊精，糖原还原。超声波能分裂葡萄糖、果糖、乳糖、麦芽糖、蔗糖及核酸等。超声有脱氨（NH3），分裂NH键的作用，还可破坏维生素C，时氧化酶、脱氢酶失去活力，提高转化酶的作用，影响蛋白酶及胰岛素作用的发挥。超声还能使丝状巨型分子解聚，蛋白质凝固，这是超声波杀菌、消毒的原因之一。超声还引起氢离子浓度的峨峨改变，引起生物组织pH发生变化。根据超声强度、作用时间、辐照方法的不同，被辐照组织会有不同程度的变酸或变碱现象。
（五）弥散效应
超声能量可以强化和加速渗透通过薄膜、筛网、过滤器、半透膜等的扩散过程，强化搅拌过程，会减薄固－液分界面有效厚度从而提高扩散速度。超声能使药物更易进入微生物体内。将消毒药物与超声合并使用，可提高细菌对药物的敏感性，增强药物的杀菌作用，这就是药物的透入疗法的原理。
（六）声流效应
发生在超声场中的宏观和微观稳定的液体涡流称为声流。在空化泡振荡时，在固体（或微粒）表面附近会形成这种特殊的声流；当超声射入不同声阻抗的介质截面上，动量发生变化，所产生的辐射压力也会引起声流。在声流的作用下，液体介质也会出现一些特殊的物理、化学和生物效应。例如会引起生物组织分子的移动或转动，当这种运动的幅度足够大时，会引起组织的损伤甚至撕裂。
（七）毛细效应
在转动介质的稀疏相内，液体的沸点降低，水分穿过孔隙和毛细孔的过程加剧，结果加快了低温下粉末状材料及多孔材料的干燥过程。这些效应促使液体或
液态金属更快、更好地渗透到多孔材料和其它非均质材料中。在超声能量的作用下，能大大提高毛细管内液体上升的速度与水平。声致毛细效应在包含有多孔介质的声化学反应中可能具有至关重要的意义。
（八）触变效应
超声波的作用还会引起生物组织结合状态的改变，如引起粘滞性降低，造成血浆变稀，血球沉淀等。这种效应称为触变效应。当声强过高时，触变效应是不可逆变化，会使组织造成损伤。
三、超声波杀菌技术
（一）超声杀菌效果
超声杀菌的机理是基于超声生物、物理和化学效应。研究发现在含有空气或其它气体的液体中，在超声辐射下，主要由于空化的强烈机械作用能有效地破坏和杀死某些细菌与病毒或使其丧失毒性。例如荧光细菌在超声作用下会受到破坏，大肠杆菌族细菌也有同样的结果。伤寒沙门氏菌可以用4.6MHz频率的超声来全部杀死。用960kHz的超声在水溶液和生理盐水中作用于百日咳菌，发现超声对这些微生物有显著的破坏作用。
在辐射各种细菌时发现，在细菌死亡的同时，发生了细菌的自溶，即形态结构也受到破坏，以至在超声作用以后不仅培养物中的菌落数目减少，而且在形态上保留原状的细菌也减少了。受过辐射的杀菌悬浮液的浑浊程度也减小，透明度提高，这是由于每个单个细胞组成胶体的分散程度的减小和细胞囊的溶解（这表现为溶液中含氮化合物的增加和细菌的减小）所致。
（二）影响杀菌效果的因素
1．声强
为了在液体介质中产生空化效应（这是杀菌的主动力），声强的必要条件是大于具体情况下的空化阈值。据研究，杀菌所用的声强最低也要大于1W/cm2。 声强增大，声空化效应增强，杀菌效果增强，但也使声散射衰减增大；同时，声强增大所引起的非线性附加声衰减亦随之增大，因而为取得同样的杀菌效果所付出的功率消耗增加。当声强超过某一界限时，空化泡在声波的膨胀相内可能增长过大，以至它在声波的压缩相内来不及发生崩溃，使空化效应反而减弱，杀菌效果会下降。可见，为获得满意的超声杀菌效果，没有必要无限制的追求提高声强，一般情况杀菌声强宜于取在1－61W/cm2的范围内。
2．频率
频率越高，越容易获得较大的声压和声强。另一方面，随着超声波在液体中传播，液体中微小核泡被激活，有振荡、生长、收缩及崩溃等一系列动力学过程所表现的超声空化效应也越强，从而超声波对微生物细胞繁殖能力的破坏性也就越明显，宏观上表现出来的微生物灭菌效果就越好。
但频率升高，声波的传播衰减将增大。因此，一般说来，为了获得同样的杀菌效果，对于高频声波则需要付出较大的能力消耗。例如有报道，为了在水中获得空化，使用400kHz超声所消耗的功率，要比使用10kHz的超声高出10倍。由于这个原因，目前用于超声杀菌的超声频率多选择早20－50kHz。
3．杀菌时间
随着杀菌时间增加，杀菌效果大致成正比增加，但进一步增加杀菌时间，杀菌效果并没有明显增加，而趋于一个饱和值。对其它的声化学反应也如此。因此一般的杀菌时间都定在10min内。另外还有一个问题必须引起充分注意，随着杀
菌时间的增加，介质的温升会加大，这对于某些热敏性的食品杀菌是不利的。
4．超声波形的影响
超声杀菌可取连续波和脉冲波两种波形。连续波工作时，声能在整个杀菌过程中不断连续作用。而脉冲是间断作用的，可防止介质的显著热效应，这对与热敏性食品的杀菌是有利的。有研究认为在进行超声杀菌时，利用混响声场要比行波声场有效得多，在同样的超声能量输入条件下，可达到高得多的杀菌效果。当使用脉冲超声波时，为使稳定的混响场得以建立，以期获得高的杀菌效率，应使脉冲宽度有足够的宽余（一般取10ms左右）；在保证稳定的混响场声场得以建立的情况下，所获得的杀菌效率等效于连续波辐射。
四、超声波杀菌设备
超声波杀菌设备只宜用于液态食品的杀菌，其基本形式有三种：液动式超声发生器，清洗槽式超声发生系统和变幅杆式超声发生系统。超声波杀菌设备形式多种多样。在此不多做介绍。
五、超声波在食品工业上的具体应用
1.超声波解冻
大块冻结食品在空气、水中解冻很慢，增加加工成本，浪费时间。
Shore等人(1986)发现，超声波在冻结肉制品中比在末冻结组织中衰减程度大，也就是说，已冻结的区域对超声波的吸收比未冻结的区域要高出几十倍，而且这种衰减随着温度显著增加，在起始冷冻点达到最大值。即，超声波大部分能量将被食品中处于冻结临界区域的组织吸收。
Miles等发现，500kHz 0.5W每平方厘米，10～15cm厚的冷冻牛肉，猪肉在1.5～
2.5h内即可完全解冻。
超声波解冻后局部最高温度与超声波的加载方向、超声波的频率和超声强度有关。
2.干燥、除沫
超声波在液体表面形成超声喷雾（可用来除沫），并使液体产生空化，大大增加了液体的蒸发面积。具有干燥速度快、温度低，最低含水率低且具有物料不被破坏等优点而适用于食品、药品及生化制品的热敏性物质的干燥。
超声波干燥常用频率为16～50kHz，声强大于150dB。Boucher 超声波干燥蔗糖，迅速使水分降至1.2％，继续处理16min，可除去所有水分。
一般的喷雾干燥只能用与粘度比较低的物料，而超声波干燥可用于粘度较高的物料。
3.分离、提取
超声波能够增大溶剂向原料细胞的渗透量并强化传质，因此它可以明显地加速植物体和种子中有机成分的提取过程。功率超声波还能破坏细胞壁，释放细胞内的物质。
功率超声用于过滤系统，可以防止过滤阻塞，使过滤速度提高几倍至几百倍，原因：1.超声辐照会使过细的颗粒发生凝聚，从而使过滤速度加快；2.超声辐照向系统提供足够的振动能量，使部分粒子保持悬浮，为溶剂的分离提供较多的自由通道。在食品加工中应用超声可以使膜分离的效率提高若干倍。
甜菜提蔗糖，19.3kW超声波，提取时间缩短一半，产量提供10％；400kHz超声波处理酱油，1～2min可使酱油澄清，1年内可保持稳定；葡萄酒常规方法
澄清要4～10天，超声波1～2小时。
4.乳化、均质
超声波产生的空化气泡在崩溃时会产生冲击波合射流作用，使细胞壁破裂，从而剪切生物大分子或液体中的分散物质，达到乳化均质效果。
对水剂胡萝卜素进行超声波乳化，粒径可以达到1.2um。超声波处理牛乳使脂肪球的大小显著降低，在75.5℃，20KHz的超声波处理102.3s，能使脂肪球由2.79～3.05um降到0.57～0.95um。产生更加良好的分子分布态，形成均质牛奶，避免乳油化，提高消化率。
5.辅助结晶
超声波能影响溶液成核及冰晶生长，改善溶液的结晶过程，其空化效应还能有效地阻止晶体在冷却表面上的积聚，从而确保连续高效的换热。因此，超声波能用于需要控制结晶过程的场合。
超声波加速结晶效应在酒类催陈中得到应用，据报道，超声波能使重酒石酸钾盐的沉淀时间由4～10天减少到1.5～2小时。
对于草莓等质软的水果，冷冻后口味边差。其原因：在冻结过程中形成的冰晶量少个大，使大量细胞破裂。超声波，导致“热点效应”，形成改温度下最小晶体的晶胞及晶核，加快冰核的形成，使冰核数增多，冰晶最终的尺寸减小，对细胞的破坏作用减少。而且，由于冰晶分布更加均匀，加速了传热过程，使冻结时间大大缩短。
6.杀菌
超声波对传播媒介的相互作用使其蕴藏着巨大的能量，这种能量能在短时间内足以起到杀灭和破坏微生物的作用：
利用频率大于20kHz的超声波处理对液态食品的杀菌是有效的，当累积灭菌时间达4min时。所处理的酱油样品的微生物总数指标达到了合格标准。
在一定压力下，将超声波与加热处理相结合的处理比单独使用超声波处理需要时间短，效果更好，国外特此法称为MTS法，但对处理时间、压力、温度、声频或声强的具体参数需大量时间进行试验而确定，在这方面的研究目前尚很缺乏，有待进一步研究，且对超声波杀茵的具体原理也应深究。
7.超声波检测
根据声波在流动媒质中的传播速度与静止媒质中的不同而制成的，从测量超声波在顺流方向与逆流方向的传播速度差值,即可确定媒质的流速。
在生产麦芽汁等产品时，将超声波探头安装在生产管道的外侧，就可以测定管内介质的浓度和温度，且精度优于千分之二。
通过对乳液或肉质的超声频谱分析，可以鉴别牛奶中水分含量和肉质结构。超声波还可以测定混合体系中各组分的含量。
油脂中固态组分含量、方便面中油脂的含量；尤其是能够检测活体畜禽如猪、羊等肉的质地、脂肪含量和脂肪厚度等。提高原料的质量具有重要意义。
超声波能迅速定量化检测充气食品中气泡大小和气体含量。在卑酒、冰棋淋、面包、饼干等生产中应用较多。
8.生物学、生物化学效应
研究表明，超声波能够在不破坏细胞壁的情况下促进细胞生长，这一特性已被用于提高食品的产量。
例如，用低功率超声波活化液体营养介质，能够促进藻类细胞的生长，将蛋白质的产量提高三倍。超声波对鱼卵的孵化过程也有明显影响。每天用频率为
1MIh的超声波辐照鱼卵三次，每次35分钟，会使泥锹的孵化时间从72小时减少到60小时。不仅如此，超声辐照还能提高鱼卵的孵化率以及已孵化出的小鱼的成活率。
此外，还能促进种子发芽。
以强度为0.7w每平方厘米的超声波对浸在水中的莲花种子进行10分钟的辐照，能将其发芽率提高30％。
适当的超声波处理，可以增强或减弱某些酶的活性、激活固定化酶、加速细胞新陈代谢等。
如，生产低乳糖酸奶，超声波可激活β-半乳糖酶，使乳糖水解。用7MHz超声波处理固定于多孔聚苯乙烯上的α-淀粉酶，可使其活力提高2.5倍。用低功率超声波处理液体营养液可增加其中藻类细胞的生长速度。
激光杀菌技术
一、 激光杀菌机理
激光作为一种电磁波，一种能量流，一种常用的柔性工具，投射到物质面，除会发生反射、折射、散射和衍射等一般常见的光学现象之外还会根据激光功率密度的大小及作用时间的长短，在物质上产生以下几种不同程度的效应：
1.热效应
在激光作用下，任何物质的分子吸收光子能量后其震动和转动加剧，同时也加剧了受激分子和周围分子的碰撞，由此逐渐失去所获得的能量，转化为热能。在宏观上表现为受照射的局部逐渐变热，温度升高。尤其当激光聚焦后，在聚焦光斑处有很高功率密度（可达108——1010W/cm2或更高），故在光斑及其附近能产生几千甚至上万度的高温，因此当激光波长与研究目标的吸收带非常接近时，激光能量被目标组织吸收，引起发热，表层熔化、汽化，形成等离子体，热爆炸，诱发冲击波等。
任何激光的照射都有热效应，尤其以可见红外光谱区的长波脉冲激光和连续激光的热效应更为明显。激光热效应的强弱是可调节的，通过各种手段改变聚焦光斑处的功率密度及照射时间长短，以达到按需要不同级别的热效应。
当激光照射生物组织时，同样会产生热效应，而且由于生物组织细胞内含有诸如黑色素/血红蛋白/胡萝卜素等多种色素的存在，能增加光能的吸收，从而使激光的热效应更加显著，例如，功率密度M=（1-1000W/cm2）/作用时间（1~106μs）时，会使蛋白质变性，组织和血液凝固，甚至出现汽化、炭化；当M=1M W/cm2，作用时间为1ns时，回迅速产生热爆炸，出现所谓的非线性光烧蝕过程。
激光的热效应除了由于功率密度高直接引起的升温外，还有激温作用。例如，将能量为100J的激光，照射到容积比热容约为4.2J/cm3•℃（因细胞含水约为60～90％故相对于水的比热容）的0.1cm3的生物体上，几微秒的时间就能使其温度大约升高200℃，而温度的下降温度却很慢。遗传学研究表明，激温是诱发突变的重要因素之一。这是因为每个基因分子大约由1000个原子组成，在新陈代谢过程中，基因中的原子受到高能量的热作用有可能改变其位置，变成异构分子，因而引起突变发生。
2.光化学效应
激光会引起、激发和控制化学反应，能形成一些新的化合物。利用特定波长
和功率的激光，将会激励某些特定的原子和原子团，使它们处于谐振状态，这种激励是异常激烈的，会导致受激的化学键——分子撕裂，被撕裂的分子键是空位的，不稳定的，将和其它的原子和活性原子团化合，也就是说，产生了新的化合物。
当激光照射能量未达到破坏生物组织的程度时，光化学作用是非常重要的。由于生物大分子吸收激光能量而被激活，震动和电离产生受激原子、分子和自由基等，引起组织内发生一系列化学反应。导致酶、氨基酸、核酸与蛋白质等生物大分子活性降低，或失去活性或引起DNA分子中的某些化学键断裂，在激光照射下，产生的单线态氧和有毒的自由基能通过细菌薄膜上的小孔而杀死细菌。
3.电磁效应
激光是一种很强的电磁波，伴随着激光的强光必然产生一个很强的电磁场，例如聚焦激光束在焦点出的功率密度为106W/cm2时，就可产生105V/cm2的电场强度。如此强大的电磁场与生物分子的直接作用，可能对细胞和组织本身所固有的、由一定游离电荷产生的生物电磁场产生干扰，影响其生理状态。另外还可使有机体组织的电子、原子核、原子或分子产生激励、振动、离化、跃迁以及形成等离子体和活性很高的自由基，影响酶活性等，引起一些非正常的生物化学变化，扰乱正常的生理活动，甚至引起组织的变异和损伤。高的电场强度还可通过电场伸缩产生超声波，而超声波的振动或空化作用可使细胞破裂等。
4.生物刺激效应
激光生物刺激作用的上述机理只是一个推理假设。在国外，有关弱激光生物刺激作用机理学说很不一致。有生物电场假设、光调节系统假设、细胞膜受体假设和偏振刺激假设等四种不一致的假设。表明这一理论尚不成熟，有待进一步探讨。
5.压力效应
任何光脉冲都具有一定的动能，光压效应就是光子把它的动能传给吸收体的结果。激光的压力效应来自三个方面：一是激光聚焦后会产生极大的功率密度，因而产生极大的辐射压力（光压），如当功率密度为1018W/cm2时，其辐射压力约可达3.92MPa。二是由于聚焦激光在物质中产生局部瞬间热效应，造成组织膨胀、变形、气化等现象，从而产生所谓次生冲击波压（二次压力）。激光引起材料表面热膨胀是在很短的时间（ns）内完成，故会产生很大的加速度（可达重力加速度的几万倍），可使得吸附在材料表面的微粒被喷射出去。有时物质表面有液膜或表面有液体或水分的情况，在高能量的激光作用下，液体介质的温度瞬间就超过其汽化温度形成爆炸性蒸发。另外，当激光波投射到物体表面时，其中部分能量转化成声波，当声波接触到物体表面时，会被反射回来，这部分反射的声波与激光器发出的光波会产生碰撞，导致力量很小的“爆炸”，可使物体表面的污物与物体本身分离剥落。以上原理加上选择激性挥发与分馏，热与化学剂腐蚀，以及激光波效应等就构成了激光清洗技术的基础。三是因为聚焦处光子密度极高，当光子数和能量超过某一阈值之后，会使电子在光致离子化或电离过程中从原子上剥落，这些电子形成俘获剩余光子的高度激发的气态云（即等离子体）。由于焦点及其附近的温度极高，可达华氏数万度，并使等离子体迅速膨胀，产生冲击波向各个方向传播，形成极大的冲击压力，而且产生冲击波的强度与所吸收的能量成正比。当然只有光子能量达到某一阈值之后才会产生这种情况。
激光的压力效应是以上各种压力效应的总和，当达到一定值时，也会产生极强的物理和生物作用。例如，光子引起的冲击波在生物有机体组织内以超声速传播，
会产生超声空化现象，引起生物有机体组织和结构的改变，甚至引起性状的变异。有时压力效应对生物组织的损伤，远远大于热效应造成的损伤，而且可远离照射部位。
二、激光杀菌效果
激光杀菌的机理是基于前述的激光与物质的相互作用效应。激光可用于杀菌、消毒，不同剂量和波长的激光可以杀死不同的细菌，病毒，各种寄生虫。在250——800nm之间的任何单色光都有杀菌能力，256nm的最易被吸收，比600nm的高30000倍。激光杀菌可以是利用它的热效应杀菌，也可以是它的非热效应杀菌。而且激光消毒、杀菌效率高，速度快，效果好。国外已用于食品的无菌包装自动线中。
但由于激光光束很细，照射面积小，加之激光设备昂贵，使用维修也比较麻烦，故直接把激光用于食品的杀菌实践中很少见。
三、影响激光杀菌效果的因素
单用激光杀菌时，影响激光杀菌效果的主要因素如下：
（1）激光工作方式 激光工作方式主要有以下几种：连续输出：脉冲输出（又分单脉冲和重复频率脉冲输出）；巨脉冲输出。一般情况下，连续输出激光功率比较大，也比较稳定，效率也高，但热效应也比较显著。一般作为杀菌的激光多用脉冲输出的。因为一到几个脉冲就解决问题了，并且不会有很大的热效应。
（2）激光能量参数 激光能量参数对连续激光器来说指激光功率，对脉冲激光器是指（单）脉冲能量。这根据需要进行选定。
（3）时空参数 时空参数对连续激光来说是指激光照射时间。照射时间越长，及激光对被照物的作用时间越长，则激光的各种生物学效应持续时间越长，同时被照物质所获得的激光能量也越大。时空参数对脉冲输出的激光来说是指脉冲次数，对周期重复脉冲激光来说还有以下几项：脉冲宽度（即脉冲持续时间）、脉冲频率。
（4）光学参数 激光器的光学参数主要有三个：激光波长、发散角及谐振腔输出端光束直径。激光的波长应尽量选用与被杀菌物质的光学吸收带相应的，使物质能更好更多的吸收激光能量。谐振腔输出端光束直径主要影响激光的有效作用面积。
（5）被杀菌材料的特性 被杀菌材料的吸收带pH,颜色，透明度及所含杂质的种类、性质、颗粒大小等等也会大大影响激光的杀菌效果。
四、激光杀菌设备
一般激光杀菌设备有以下几部分组成：激光器为发射激光和供给能量的装置；冷却系统用于冷却激光工作物质和光泵；抽运系统给激光工作物质提供能量，以实现粒子数反转；电能供给系统给抽运系统、光泵系统提供电能；计算机数控系统控制和监测坐标工作台及抽运系统的工作；坐标工作台用于安装和固定杀菌容器并实现激光束与杀菌容器间的相对运动；杀菌容器，即杀菌室，放置杀菌物料和进行杀菌的装置；光学系统用于把激光束形成一定形状，传输到杀菌室内同时观察光束的工作情况；激光器输出能量的自动稳定系统；激光输出能量的调制和控制系统。
五、激光杀菌的应用
直接把激光用于食品的杀菌，目前国内外都应用极少，这主要是单用激光杀
菌有一个很大的缺陷，就是激光器发出的激光束，其辐照面积不可能做得很大，就因为辐照面积一大，功率密度就下降，影响杀菌效果。为了提高杀菌密度，势必加大激光器功率。着又带来了成本的提高。当然，可以采用一些特殊措施，例如特殊光纤可把集中的激光束散射成一定面积，但毕竟有限。故有前途的是把激光与其他技术结合使用，这才能为把激光运用于工业上食品杀菌开辟了广阔的前景。下面简单介绍一下这方面的情况。
（1）声光杀菌技术（超声波-激光联合杀菌） 众所周知，在液体中，当超声声强超过某一空化阈值，将产生空化效应，这时气泡的闭合破裂产生激波，其峰值将达108N/m2。这样高的爆炸压力，将杀死液体中的某细菌，但对杂菌中一类顽固细菌，往往由于空化微阈离散离散，致使逃脱受击。但当超声与激光联合使用时，超声是一种机械波，振动的传播表现为纵波，激光是一种电磁波，波动过程表现为横波。声光的联合应用，即纵波和横波的叠加产生了一种新的声光特性，形成了两种能量的叠加，产生更高的能量，杀菌效果更加明显只要激光和超声剂量都掌握得好，就能达到理想的灭菌效果。声光联合杀菌也为无菌包装工艺开辟了新的途径。
（2）电光杀菌技术（脉冲放电-激光联合杀菌） 高强度脉冲放电杀菌技术，显然有很多优点，但它有一个致命的弱点，就是要使用高电压9几万到几十万伏），使得杀菌技术的设计、制造、安全、调试都十分复杂，而且有很大的危险性，令使用者望而生畏，而且杀菌室也不能过大，故使它的推广受到了很大的限制。为了克服高压脉冲放电技术的上述缺点，可采用激光-脉冲联合杀菌的方式。引入激光有以下几个特点：
○1激光是一种高能的光子流，它照射到液体的介质中，光子能量与放电能量的叠加，大大强化了脉冲放电的过程，产生了更大的能量和更激烈的爆炸特性与冲击波。
○2另外，激光也是一种强电磁波，激光照射也强化了电脉冲放电的电磁效应，两种强电磁场的叠加，增加了细菌细胞膜穿孔的概率和细胞死亡的数量，激光照射还能产生活性很大的单线态氧和有毒的自由基，进而通过细胞膜上的孔杀死细菌。
○3激光还有强的化学效应，它能产生光致离解作用。打断了细菌分子的某些化学键，造成细胞死亡。
○4激光是一种横波，脉冲放电产生的是纵波，激光与脉冲放电的联合使用，就产生了横波与纵波的叠加，从而产生了新的光电特性：原来方向性极强，光束细的激光，穿过了电脉冲放电的纵波场时，受到脉冲放电纵波的干扰，强化了激光的反射、散射和折射等现象，引起了激光的强烈发散，大大扩大了激光的作用范围，使整个容器内都充满了激光与脉冲放电冲击波的作用，使细菌无处逃遁而死亡。
○5由于脉冲放电引入了激光，因而可使脉冲放电的电压大大降低。
在线问答
Q: 这些新技术目前都用在什么类型的产品上？好象都挺贵的，用在传统产品比如罐头、饮料什么的好象不划算吧?
A: 国内还处于实验室研究阶段，国家十五期间有些学校在进行设备方面研究，国外已经有产品问世。主要是果汁和果酱.
Q: 主要是设备比较贵,作为新技术,似乎还有应用方面的难题要解决。
A: 超高压杀菌设备现在除了最初的间歇式，现在国外已经有连续式设备。主要是材料和密封。
加压食品开发课题
高压处理技术是一种新技术，在工业化过程中也会出现新的课题，主要有：
（一）加热与加压并用
如何利用二者之关系产生理想之结果，值得进一步研究，可从下面几方面考虑：
1.杀菌 加热与加压组合使用可降低食品杀菌所需压力，例如将新鲜果汁适当加热就可以在较低的压力下进行杀菌。如果温度和压力选用不当往往会降低杀菌效果，出现压力保护热致死，或者热抵消压力致死的现象，除大肠杆菌外，病毒和蛋白质也会发生这种情况。
2.杀菌与物性的变化 在进行食品压力杀菌时常常要顾及食品物性变化，例如生鲜食品会由于压力发生物性变化。为了避免这一现象发生，需要严格设定压力和温度的条件。物性的变化也是热杀菌同样遇到的问题。
（二）产品风味之保存方法
加压产品可以保存原有之风味与色泽，但须注意的是其于食品贮藏过程中亦会受到光、氧、酶、温度等条件影响，且比生鲜状态更易变化。此外加热食品所遭遇之处理后品质变化问题，在加压食品加工过程或贮藏运输期间亦可能同样面临，同时更为迫切且重要。
（三）包装材料
为了防止加压产品伴随之变形及内容物漏失，避免其它如加热产生之变质问题，从食品包装的观点，新的包装材料必须受到重视和开发。
（四）高压装置的改良
高压装置有处理量少、设备成本高、使用寿命短等缺点。食品高压处理装置不能直接使用陶瓷等粉末材料冷压成型加工用的设备，需要从满足使用要求、经济性等粉末设计和制造合适的高压装置。
（五）名词术语
为了使食品高压处理技术成为日常使用的技术，需要规定一些与加热法相区别、并适合加压法的名词术语。
（六）法规问题
人类自古以来依赖加热法杀菌，食品杀菌法规、法律都是以加热法为前提制定的，因此如何实验数据证明加压杀菌也适用食品加工，使之符合食品卫生标准规定。
Q: 微波加热杀菌是不是同微波炉是一样的道理？
用臭氧杀菌会影响产品的品质，口感吗？我认为会的，特别是有颜色要求的产品用臭氧杀菌后它的感官不就下降了吗？
用辐射过的产品会不会对人体有害，日本现禁止进口辐射过的产品
A1（phfspeccom）: 1.微波加热杀菌是不是同微波炉是一样的道理？
微波炉就是产生微波，道理应该一样的，只是微波炉的频率基本为2450MHz，生产线上的微波的频率有的为915MHz。
微波杀菌致死的原因，有一说法是由热力和电磁力这2种致死因素叠加的结果。另一说法微波杀菌是基于食品中微生物同时受到微波热效应和非热效应的共同作用，在极短时间内达到杀菌效果，又不影响产品的色，香、味、形。
食品加工中利用微波的原理主要是它的热效应。食品中的水分、蛋白质、脂肪和碳水化合物等部属于电介质，是吸收微波的最好介质。这些极性从分子原来的随机分布状态，转变为依照电场的极性排列取向，这一过程促使分子高速运动和相互摩擦，从而产生热量，这种效应称介电感应加热效应。由于水分子的特殊结构，在微波作用下，它是引起食品材料发热的主要成分。现以水分子为例，阐明微波感应加热的原理。水是极性分子，其共价键电子的分布并不在中心，即正负电荷中心不重叠在一起，整个分子呈现电荷的极性，当水分子在自由状态下，这些分子杂乱无章的排列。正负电荷相互抵消，总体不显电性。当将水放在电磁 场中时，这些相当于一个个小磁针的水分子就有呈方向排列的趋势，当电场方向变化时就会引起水分子极的转动。也就是说在交变电场感应下，水分子有转动的趋势，当电场频率很小时，不会引起整个分子运动动能很大变化；当频率足够高时，就相当于使水分子1s内要发生180度 来回转动245000万次，这样就会引起分子间强烈地摩擦，使分子运动加剧，这就是微波加热的原理。对于食品中其他成分如蛋白质、脂肪等极性分子具有同样的效应。分子高速运动产生的热量是以不同于传统加热方式而传导的，传统加热方式采用传导、对流、辐射的方式将热量由表及里传人物料的内部，加热速度馒，受热不均匀；而微波加热采用的是内部加热方式。微波除了有热效应外，还具有某些非热效应。1965年，Olsen等人揭示了微波对镰刀霉芽抱的非热效应。他们指出，微生物在微波场中比其他介质更易受微波的作用，因此提出了微波杀菌机理的非热效应理论。在此基础上，研究人员纷纷提出了不同的解释模型c从生物物理角度来解释微波的非热效应理论较易为大多数人接受，其模型主要包括细脑膜离子通道模型、蛋白质变性模型和生物体的非热效应等。但这些解释仍处在假说阶段，其真正作用机理仍有待进一步探讨。
2、http://bbs.foodmate.net/viewthread.php?tid=614
A2: 微波炉加热实际上和微波杀菌是一个道理，但杀菌除了微波热效应外，还有非热效应。
臭氧杀菌对品质有影响，现在用于表面消毒和水杀菌多。
辐射杀菌只要控制计量对人体没有影响。现在不同国家有不同规定。
Q: 用微波杀菌有：杀菌速度块（可以尽可能的保持食品原有的风味、质地）、加热均匀、安全无害等优点。
微波杀菌的前景如何？现在还有微波方面的哪些问题有待解决？成本是不是很高?
A: 在此引用中国农大王绍林先生的在一篇有关微波加热的文章中一个论述 微波加热技术应用前景
微波加热技术应用范围极广阔，可涉及下列行业：纺织和印染(干燥固色)、造纸和印刷(烘干、因色和定型)、制烟(烟叶复烤)、药物和药材(干燥、杀菌灭霉和杀虫，虫卵)、木材(烘干、解冻)、皮革(皮张干燥定型)、陶瓷(高温烧结)、煤炭(解冻、脱硫)、黄金提炼、橡胶(d口热脱硫)、铸造(型砂固化、干燥)、化妆品和卫生用品(杀菌)、化纤(干燥脱水、定型)、化工产品〔干燥脱水)、医疗(微波手术刀．治疗癌症、颓lJ腺、肝脏、眼脸下垂等疾病)以及微波加速催化化学反应和微波等离子体应用等等。微波加热技术在食品加工业中应用等等。微波加热技术在食品加工中应用仅是其中的一小部分。可以这样说，人们在认识微波加热特点的过程中，同时正在与现有技术相结合去开发出越来越多的新装置和仪器。例如，微波炉和冰箱的组合冰箱；微波水壶和微波卷发器，微波加热和洗衣机组合的微波烘干、洗衣机；微波热水器，低温水分测量仪等。微波加热技术的发展与人们的认识和掌握，以及市场需求是密切相关的。其中完善微波加热设备和加工工艺尤为关键。因而必需要求： (1)微波技术的应用需要设备设计制造与加工]：艺相结合，缺一不可。所以，制造厂商除精心设计制造外，在销售时还应向用户提供加工工艺并保证达到应用要求。 (2)用户应正确理解和掌握微波加热的性能及百关知识，扬长避短、发挥微波的优势。例如，微波加热升温快，使用B他须考虑物料对热和温升的耐受程度，否则将适得其反。又如，微波能透人物料内部加热，但是透人深层有限度。 (3)提倡制造厂商与科研院校结合，尊重知识共同开发。简单仿造、闭门造车是短期商业行为，会有损微波加热技术的声誉。
Q: 加热和加压处理同样会使酶和蛋白质失去活性，但它们是两个不同的物理过程。
高温会引起“共价键”的变化，导致蛋白质不可逆变性；
而高压则会生成或破坏维持酶的空间结构的“非共价键”（氢键、离子键、疏水键、双硫键）等，使蛋白质的变性情况更为复杂，有的是可逆性，也有的是不可逆性。
两种的作用分别是共价键和非共价键，两种差很多哦。不懂！
A1: 必须指出，在加热杀菌中，有将高压杀菌釜杀菌食品除称之为高温杀菌食品外，又偶尔称之为高压杀菌食品。后者实为误称。因为常温加热杀菌中常用加热介质的较高温度与其体系较高压力密不可分所致。在热杀菌中，只要体系压力在常规范围内，其杀菌机制实为“热致”而非“压致”。
食品物系是多成分的分散系，其中以水为分散介质的水分散系和以油为分散介质的油分散系占主要的地位。在这些物系中，水或油都是液体，作为分散介质，它在物系中是连通的，故称为连续相。根据帕斯卡原理，压力在这些连续相内部的传递是均衡的、瞬时的。在物系处于高压的情况下，若忽略重力影响不计，这个原理用于互相接触的两相之间仍然成立。这样，水等液体既是分散介质，又是压力的均衡传递介质。
以水分散系食品为例，其分散介质是可以是简单分子、高分子、晶质或非晶质粒子、细菌、生物细胞组织残片等。这些生物材料中的蛋白质本身结构中就含有水分子，而且对外围介质是开放的，又如细菌其外表面虽有细胞壁膜，但它对周围的水介质也是可透的。对于食品物系来说，这些生物材料不仅是水可透的，而且是可压缩变形的。有了这些条件，整个物系内部各点的压力都能基本达到均衡的状态。
可见，食品加压处理的可行性，其关键在于采用如水之类液体作为传递压力
的介质。如果水一旦变成了冰，它便失去了创造体系内部各点压力均衡的条件。因此必须考察水的状态与压力温度之间的变化关系。通常水不论在多高的压力下，冰点总是在0℃左右。这就确定了压力处理的温度下限值。压力处理和热处理是两种不同的处理方法，压力处理不一定要求多高的温度进行，所以一般在常温下实施即可。但在常温下，若给水施加高于1000MPa的压力，其状态便成为固态（VI状态的冰）。这一压力便是实施高压处理的压力上限。
蛋白质的热变性和压力变性的原因，在研究蛋白质物理化学变化的早期就引起科学家的关注。并形成了其物理化学的理论。蛋白质一般具有四级结构。一级结构是由多肽链中的氨基酸顺序决定的，迄今为止还没有关于高压对蛋白质一级结构影响的报道。二级结构是由肽链内和肽链间的氢键维持，一般高压有利于这一结构的稳定。三级结构是由于二级结构间相互作用而包接在一起形成球形，高压对三级结构有较大的影响。一些三级结构的球状蛋白体结合在一起形成四级结构，这一结构靠非共价键间的相互作用来维持，对压力非常敏感。蛋白质的高压变性要简单地说清楚是不容易的，不过，蛋白质的高压变性起因于加压后溶液体积减少已获得结论。蛋白质的水溶液加压遵循勒•夏特列埃（Le Chatelier）法则，高压下趋向发生体积缩小的反应。高压下水和蛋白质等的结构都发生变化，水溶液整体体积减小。这个变化的主要原因是：比起以自由水存在的水分子，“水溶液中”离子或疏水基的周围是各自的电子及疏水性水合作用，使体积减小，再者水分子与氢键结合体积也会减小。因此给蛋白质溶液施加很高的压力，水分子就容易向电离、疏水性水合、与氢键结合的方向运动，这就使氨基酸侧链的离子、疏水基等从内部暴露在水中，这就意味着蛋白质变性。
A2: 因此给蛋白质溶液施加很高的压力，水分子就容易向电离、疏水性水合、与氢键结合的方向运动，这就使氨基酸侧链的离子、疏水基等从内部暴露在水中，这就意味着蛋白质变性。
Q: 冒昧地问一下，对酱腌菜投资不多且比较有效的杀菌方法有哪些?谢谢
A: 投资不多且比较有效的杀菌方法就是热水杀菌了，根据包装袋大小及内容物的量确定杀菌时间,要注意加热的均匀性。
结束语
在这一个多周的时间里，曾教授和林老师就食品杀菌领域的新技术新方法做了详尽而系统的介绍，许多朋友认真地聆听了曾老师的讲课，并参与讨论。
论坛的专业性是我们追求的目标，但由于大家的工作和视野的限制，我们过去讨论的问题始终局限于一个比较窄的范围，这次讲座，是论坛第一次关于食品生产技术方面的讲座，对于提高大家的知识水平，开拓视野，起到了很大的作用，得到了大家的喜欢。
杀菌技术是曾老师食品新技术讲座的一部分，希望在以后的时间中，曾老师有兴趣完成关于其它新技术的讲座，形成一个完整的系列，让论坛的朋友们能系统地学习。
感谢曾老师和林老师，感谢所有参与的朋友。
这次杀菌新技术的讲座，到此结束，本帖锁定。
现代食品工程高新技术－食品杀菌新技术
主讲：fkzeng-phfspeccom
主办：食品伙伴网
制作：幸福赌注 版权所有：食品伙伴网
目 录
Foodmate陈词............................................................................................................... 2
课堂讲述........................................................................................................................ 3
超高压杀菌............................................................................................................ 3
微波装置：.......................................................................................................... 12
微波加热存在问题（Ι） .................................................................................... 13
微波加热存在问题（II） ................................................................................... 14
微波加热存在问题（III）.................................................................................. 14
微波杀菌存在问题（IV） ................................................................................. 15
食品电阻加热杀菌技术...................................................................................... 15
高强度脉冲电子场（PEF）............................................................................... 18
激光杀菌技术...................................................................................................... 30
在线问答...................................................................................................................... 34
结束语.......................................................................................................................... 38
Foodmate陈词
食品论坛过去是主要关注食品质量和检验技术，随着论坛的发展，更多朋友的加入，论坛的视野也在扩大，食品生产技术板块已经成为论坛关注的重点。
食品大讲堂荣幸地邀请fkzeng斑竹主持本期讲座，题目是“现代食品工程高新技术”，和大家一起探讨食品生产方面的一系列新技术，并邀请phfspeccom斑竹协助。
本期主要探讨食品杀菌技术方面的问题，根据情况，可能会在以后的时间继续进行系列讨论。
fkzeng斑竹和phfspeccom斑竹都是大学老师，从事食品生产技术和工艺方面的教学和科研。
本次讲座从2月27日晚开始，到3月7日结束。
欢迎大家参加。更多的参与，更多的讨论，更多的收获！
课堂讲述
谢谢大家的支持，感谢foodmate的信任，希望能吸引更多的专家指导我们的学习，也希望是能够起到一个抛砖引玉的作用，希望大家踊跃参与。
易腐食物的保藏是食品技术中一个极具挑战性的课题。食品保藏工艺起源于17世纪末期，从各种食品的保藏方法被授予专利权开始，人类的食物基本上来源于植物和动物。食品的腐败变质是由于微生物的生长和（或）食物内部的化学或生物化学反应引起的。微生物引起的腐败变质往往比生物化学变质更显著，其危害性更大。因此，成功并可行的食品保藏技术最关键的一点是设法抑制微生物的生长繁殖或杀灭微生物。
赋予人类营养的食物对许多腐败菌都很敏感。总的来讲，任何一种抑制微生物生长或使微生物失活，并防止随后的食物污染的工艺都可以用于食品保藏。食品杀菌保鲜新技术在全世界可望得到双倍以上的食物，这并不是通过生产更多的食物，而是通过防止目前的贮藏食物（主要是粮食）和流通食物（主要是加工后的食品）不受病虫害及霉菌危害。消费者越来越迫切要求食品保持新鲜的质量，尽量避免加热引起的营养和感官质量的下降。因而，导致开发不需要加热的食品保藏工艺。开发新食品也需要新一代非高温杀菌技术。近年来，国外开发出一系列食品杀菌新技术，如静电场或磁场、离子辐射、光脉冲、高压以及使用二氧化碳、细菌素等化学物质，使用如聚氨基葡萄糖等多阳离子聚合物，使用如葡萄糖过氧化氢酶、绿过氧化物酶等抗微生物酶，以及使用葡萄糖酶、壳聚糖酶等溶菌酶。这些技术与传统食品杀菌技术相比，不仅避免了高温，而且还增强了杀菌保鲜效果，从而提高了食品质量。
超高压杀菌
食品超高压技术（ultra—high pressure processing 简称UHP）是当前备受各国重视、广泛研究的一项食品高新技术它可简称为高压技术（High pressure
processing，简称HPP）或高静水压技术（High Hydrostatic process，简称HHP）。
一、 前言
食品贮藏加工是食品工业的关键环节，也是影响食品工业发展的限制因素之一。传统的热加工在杀菌的同时也改变了食品的味道，风味及食品特有的其它特色，更有甚者，食品中的营养成分维生素遭到大量破坏或流失。多少年来科学家一直在寻找和研究工人能够好的食品加工方法。随着高科技的产生和发展，多种新的食品加工和贮藏方法得以发明和发展，如化学保藏法，辐射保鲜法，高压电场加工法以及近年来成为热门的高压加工法。所谓“加压食品”与加热食品同样地是将食品密封于弹性容器或无菌泵系统中，以水或其它流体作为传递压力的媒介物，在高压（100MPa以上,常用400～600MPa）下和在常温或较低温度下（一般指在100℃以下）作用一段时间，以达到加工保藏的目的，而食品味道、风味和营养价值不受或很少受影响的一种加工方法。即以加压取代加热而成。
在1899年一位美国化学家Bert Hite首次发现450MPa的高压能延长牛奶
的保存期，他和他的同事做了大量研究工作，证实了高压对多种食品及饮料的灭菌效果；美国的物理学家P.W.Briagman （1914）年就提出了在静水压下卵白变成硬的凝胶状和蛋白质变性的报告。但在很长的一段时间里，限于当时的条件如高压加工设备、包装材料、市场对新的加工方法的需求及有关技术等，并没有把这种技术用到食品加工上，虽然P.W.Briagman 于1946年荣获诺贝尔物理学奖。之后，美国人Eyring 、Kauzmann，日本的归山、柳本、铃木等先后深入研究蛋白质的高压变性。这些发现一直没能引起食品工业界的足够重视，以致于该发现被忘却了约一个世纪。
直到上世纪八十年代，人们重新发现它的价值，很多国家正投入大量的人力物力财力开展高压食品加工的研究及应用。1986年日本京都大学农学博士林立凡教授发表了用高压加工食品的研究报告，随之而纷纷开展试验。到1989年在日本高压加工食品用试验机就达到了30台以上。1991年4月日本明治屋食品公司举世首创的应用高压处理技术制造出来的果酱，因未受到传统式加工的热处理，其色香味与组织质地都与新鲜果肉相若而受到消费者欢迎。这期间很多发达国家如德国、美国及欧洲也参与了这方面的研究和竞争。据报道，南朝鲜市场业出售了高压加工的鲜果酱、果汁等。可以说高压加工食品技术是目前世界食品加工业的一个高新技术，是食品长期保存技术上的一种震撼。
二、高压加工食品的原理
高压处理食品是先将食品原料充填到塑料等柔软的容器中，密封后再投入到有数千静水压的高压装置中加压处理。
简单的说，食品领域利用高压处理和加工主要是基于食品的主成分水的压缩效果，即高压对液体的压缩作用，导致微生物的形态结构、生物化学反应、基因机制以及细胞壁膜发生多方面的变化，从而影响微生物原有的生理活动机能，甚至使原有功能破坏或发生不可逆变化。它是利用了帕斯卡定律：加在液体上的压力可以瞬间以同样大小转到系统的各个部分。水在高压下体积只被压缩14%，随之而发生的热量也很少，水系中被包着食品中的蛋白质、淀粉等物质，在静水压下也向自身体积减少的方向变化，即形成生物体高分子立体构造的氢键结合、离子结合、疏水结合等非共有结合发生变化。其结果是生命活动停止，蛋白质、淀粉原来的构造破坏、发生变性，酶失去机能，细菌也被杀死。食品工业上就利用这一原理使高压处理后的食品得以安全长期保存。以此相反，形成蛋白质一次构造的氨基酸的缩氨酸结合，是共有结合在数千高压下其构造不发生变化；同样食品中的维生素、香气成分等低分子化合物也具有共有结合，在高压下不发生变化。
食品中的微生物是食品加工过程中主要考虑对象之一，也是衡量食品贮藏期的关键指标。大量实验证明高压具有良好的灭菌效果。Hite等（1899）曾进行有关高压处理和牛乳、果汁、蔬菜等食品中微生物之死灭的相关研究，结果指出微生物会因高压而有死灭现象，可惜未引起大家注意。此后研究高压影响完整细胞的工作多半集中在生物界常遇压力下所微生物方面。例如海洋11000m深处细菌的生长情况，这里压力达到100Mpa。多数细菌能够耐流体静压，但在常压下生长最好。直到1988年林立凡研究结果发现不只是蛋白质变性，凡是以较弱的结合构成的生物体高分子物质如核酸、多糖、脂肪等物质或细胞膜都会受到高压的影响，于是生物体的生命活动就会受到影响甚至停止，也就是说高压处理可达到
的保存期，他和他的同事做了大量研究工作，证实了高压对多种食品及饮料的灭菌效果；美国的物理学家P.W.Briagman （1914）年就提出了在静水压下卵白变成硬的凝胶状和蛋白质变性的报告。但在很长的一段时间里，限于当时的条件如高压加工设备、包装材料、市场对新的加工方法的需求及有关技术等，并没有把这种技术用到食品加工上，虽然P.W.Briagman 于1946年荣获诺贝尔物理学奖。之后，美国人Eyring 、Kauzmann，日本的归山、柳本、铃木等先后深入研究蛋白质的高压变性。这些发现一直没能引起食品工业界的足够重视，以致于该发现被忘却了约一个世纪。
直到上世纪八十年代，人们重新发现它的价值，很多国家正投入大量的人力物力财力开展高压食品加工的研究及应用。1986年日本京都大学农学博士林立凡教授发表了用高压加工食品的研究报告，随之而纷纷开展试验。到1989年在日本高压加工食品用试验机就达到了30台以上。1991年4月日本明治屋食品公司举世首创的应用高压处理技术制造出来的果酱，因未受到传统式加工的热处理，其色香味与组织质地都与新鲜果肉相若而受到消费者欢迎。这期间很多发达国家如德国、美国及欧洲也参与了这方面的研究和竞争。据报道，南朝鲜市场业出售了高压加工的鲜果酱、果汁等。可以说高压加工食品技术是目前世界食品加工业的一个高新技术，是食品长期保存技术上的一种震撼。
二、高压加工食品的原理
高压处理食品是先将食品原料充填到塑料等柔软的容器中，密封后再投入到有数千静水压的高压装置中加压处理。
简单的说，食品领域利用高压处理和加工主要是基于食品的主成分水的压缩效果，即高压对液体的压缩作用，导致微生物的形态结构、生物化学反应、基因机制以及细胞壁膜发生多方面的变化，从而影响微生物原有的生理活动机能，甚至使原有功能破坏或发生不可逆变化。它是利用了帕斯卡定律：加在液体上的压力可以瞬间以同样大小转到系统的各个部分。水在高压下体积只被压缩14%，随之而发生的热量也很少，水系中被包着食品中的蛋白质、淀粉等物质，在静水压下也向自身体积减少的方向变化，即形成生物体高分子立体构造的氢键结合、离子结合、疏水结合等非共有结合发生变化。其结果是生命活动停止，蛋白质、淀粉原来的构造破坏、发生变性，酶失去机能，细菌也被杀死。食品工业上就利用这一原理使高压处理后的食品得以安全长期保存。以此相反，形成蛋白质一次构造的氨基酸的缩氨酸结合，是共有结合在数千高压下其构造不发生变化；同样食品中的维生素、香气成分等低分子化合物也具有共有结合，在高压下不发生变化。
食品中的微生物是食品加工过程中主要考虑对象之一，也是衡量食品贮藏期的关键指标。大量实验证明高压具有良好的灭菌效果。Hite等（1899）曾进行有关高压处理和牛乳、果汁、蔬菜等食品中微生物之死灭的相关研究，结果指出微生物会因高压而有死灭现象，可惜未引起大家注意。此后研究高压影响完整细胞的工作多半集中在生物界常遇压力下所微生物方面。例如海洋11000m深处细菌的生长情况，这里压力达到100Mpa。多数细菌能够耐流体静压，但在常压下生长最好。直到1988年林立凡研究结果发现不只是蛋白质变性，凡是以较弱的结合构成的生物体高分子物质如核酸、多糖、脂肪等物质或细胞膜都会受到高压的影响，于是生物体的生命活动就会受到影响甚至停止，也就是说高压处理可达到
杀菌、杀虫、惰化酶的效果。
各种微生物或病原体的耐压性（Baroduric）不尽相同。铃木（1989）曾经以猪肉火腿（腌制肉）加压以探讨一般微生物的消长，结果加压405MPa以上，一般微生物就大量减少。该试验条件是加压时的品温为10℃以下,达到202、405、607MPa所需时间分别为2、4、7min,达到压力后各保持30min，结果见表1。 表1加压处理后猪肉中微生物数量变化
加 压 压 力（Mpa）一般微生物数（个/g）
05.4×104
2022.7×104
3036.7×104
404＜300
506＜300
607＜300
大森（1991）曾将肉品中常见的腐败菌及食物中毒菌接种在猪肉浆中，在25℃下加压101～607MPa以探讨杀菌可行性，结果发现，大肠杆菌在202.0MPa下未见减少，而303.0MPa以上可达杀菌目的。另外，绿脓菌、沙门氏菌、Campylobacter或Y等都与大肠杆菌一样，在303.0MPa以上就可杀菌。微球菌、葡萄球菌、肠球菌等在303MPa下都未减少，但达到405MPa以上就开始减少，而607MPa就可杀菌。酵母（Sacchaomyces Cereuisiae. Candida Utilis）在 303MPa下几乎减少，但405MPa以上就有杀菌效果。总之，微生物的耐压性依种类而异，但607MPa以上都可杀菌。对芽胞则只观察到极少菌数的减少，同时利用高压杀菌除考虑压力高低之外，加压时间与处理温度都应留意。
易子（1991）曾以鲤鱼背肉浆在0℃下加压0～506MPa30ｍin.以及在506MPa下不同时间处理后探讨生菌数，经303MPa处理后生菌数明显减少，增至506MPa后杀菌效果更高，但无法减至0，即无法完全杀菌（如图3所示）。小川浩史（1989）曾以0～607MPa处理柑桔类榨汁以探讨微生物的消长，结果发现随着压力的增高，酵母与真菌的杀菌效果如使用303～404MPa时约需要10min. 但对细菌孢子而言，即使600MPa也会看到残存，但是在原汁或调整pH3.5的培养基中是不会发芽生育。
进一步研究发现高压对微生物的影响是对微生物细胞结构的影响。细胞壁是维持细胞形状和强度的部分，细胞膜则是细胞与外界进行物质、能量交换门户。一旦细胞壁和细胞膜的结构发生变化，其功能势必随之变化，并最终导致细胞死亡。试验证明，高压可以引起细胞形状、细胞膜及细胞壁的结构和功能都发生了变化。David指出啤酒酵母（S.cerevisiae）以405MPa处理后细胞膜的结构和细胞质内细胞器完全变形，同时大量的核内物质渗出细胞，当施压至506MPa时，细胞核及其细胞核内物质完全被破坏而无法辨认。Kriss等利用SEM研究了另一菌属假单孢菌（Pseudomonas spp.）经过30.0～46.0 MPa压力下作用后，以电子显微镜观察其细胞形态变化，发现其细胞呈长条状、细胞膜同细胞壁分离、细胞壁加厚、细胞膜变得清晰可见、产生无膜构造的细胞壁以及核糖体（Ribosome）之数目减少等现象。Chong和Cossins发现在高压下，随着细胞膜磷脂分子的横切面的减少，细胞膜的双层结构的体积也随之降低，细胞膜的通透性因此而改变。 目前已知，高压可使微生物的形态、生化反应、基因作用机制、细胞膜及细胞壁等产生许多变化，如Zobell和Cobert发现大肠杆菌在40.5MPa压力下长度由正常的1～2μ变成10～100μ；在303MPa下微生物体内的重要酶类因分子内结构
及活化中心的组织发生不可逆变性，而产生抑制作用（Hoover et al 1989）。压力造成细胞膜双层的容积及单位磷脂质分子之截面积同时变小，使渗透性发生变化，造成细胞膜功能降低，间接抑制了对氨基酸的摄取作用。例如已经证明当压力增加到405MPa时，酿酒酵母的细胞核结构和细胞质中的细胞器基本上已经变形；在506MPa下细胞核不能够再被识别。当压力得到405MPa时，核内物质从细胞中丢失；而当压力超过405MPa时；核内物质几乎完全丢失。另外，因为生化反应一般都包括体积的改变，所以施压能影响大多数生化反应。通过施压可以抑制增溶反应，而有利于减容反应。施压通过影响酶的产生也可以抑制能量的获得。很显然高压对微生物的影响是以上诸因子的总和。
三、高压处理影响因素
1. 压力的大小和受压时间 一般地，压力越高，杀菌效果越好；在相同压力下，延长受压时间并不一定能提高灭菌效果。研究证明，灭活曲线（inactivation curve）随压力的升高呈对数下降，受压时的温度也可能改变曲线的形状。Ludwig 等报导当大肠杆菌在40℃或50℃时受压250MPa 20min,灭活曲线呈一次性线性关系（first order），但当温度低于30℃时，该曲线的形状就变成对数曲线。这种结果在多数细菌中亦有发现。这可能是因为大肠杆菌的细胞膜在30℃附近其成分因为液体变换而导致结构变化。孢子对压力的反应与细菌不一样，Sale 等研究表明，Bacillus spp的孢子在101～303MPa下的致死率高于更高压力下的致死率。这可能是因为在此压力下可以诱导孢子萌发，而萌发的孢子对环境包括压力更为敏感。
2. 种间差异 一般来说，处于指数生长期的细菌比处于静止期细胞对压力反应更为敏感。革兰氏阳性G+的细菌比革兰氏阴性G－的细菌对压力更具抗性，孢子对压力的抵抗力则更强，可以在高达1000MPa的压力下生存，病毒对压力也有较强的抵抗力。有人提出革兰氏阴性的细菌因其细胞膜结构更为复杂而更容易受环境包括压力变化的影响而发生结构变化。Patterson 等综合了许多微生物对压力反应的种间差异的实验结果指出，一种鱼及鱼产品中的常见细菌Vibrio Parahamolyticus，呈革兰氏阴性，对压力非常敏感，只需200MPa的压力处理20min.，就可以时细菌的数目下降106倍；其它革兰氏阴性细菌如Y. enterocolitica C.jejuni和S. typhimurium 则需要300MPa以上的压力处理20min.才能取得相当的灭菌效果。至于革兰氏阳性细菌L.mono－cytogenes 和 St.aureus则需要更高的压力才能达到相当（106）的灭菌效果。
3. 与温度的关系 受压时的温度对灭菌效果具有明显的影响。1989年7月，日本农林水产省成立食品产业超高压利用技术研究部门。日冷株式会社商品开发部Takahashi等（1991）指出至今常温域（室温）及高温域（约70℃为止）的高压杀菌研究为数不多，但低温域的研究除Timson使用芽胞杆菌(Bacillus)属的研究及神田对大肠杆菌(E.coli)等研究外就很少见，所以高桥以13种微生物为对象，其中枯草杆菌(B.subtilis)、生芽胞梭状芽胞杆菌(C.sporgenes)等芽胞形成菌是使用芽胞，而孢子形成菌米曲霉(Asp. oryzae)、R. javanicus 则采用其孢子，在100～400Mpa、pH7.0, ＋20℃及－20℃下处理20min.，发现大部分微生物在200～300Mpa都死灭，但是耐热性高的枯草杆菌、生芽胞梭状芽胞杆菌芽胞在＋20℃及－20℃都未死灭。除这些芽胞外，大致上在－20℃下杀菌效果都比＋20℃高，特别是微生物在200Mpa＋20℃下只死灭1～2次方，而在－20℃却几乎全部死灭，但也有几乎没有差异的例子。此外，Carlez等研究了Citrobacter freundii（用
于Salmonella spp）在不同温度和压力下的反应，发现在280MPa压力下和20℃温度下取得的灭菌效果与230MPa.40℃或150MPa,50℃的灭菌效果相近。因此在低温域虽有较高的杀菌效果属多，但在应用上仍有许多课题尚待研究。例如在冰点下对食品品质的影响或被加压物质固体化后的压力传达性等问题，pH及其它共存物质影响以及容易操作的加压装置等都有待继续以及克服。
林立凡（1991）曾引用 Howell的有关蛋白质（kimotryptorinogen）变性与温度及压力之关系研究。其一是温度与压力的并用效用，如20℃、458MPa的变性与50℃、101MPa的变性都是一样的，因此加压时如将温度提高则加压变性所需的压力就可降低。其二是热变性与压力变性的拮抗现象，即压力引起的变性有被因加热而削减效果的现象。例如在常压44℃下有些蛋白质已变性80%，但相同温度下提高压力152～303MPa时，变性的比率反而减少。相反压力变性也可能由加热而消减变性效果。
4. 与pH的关系 长期以来，pH一直被看作影响微生物在受压条件下生长的主要因素之一。在受压条件下，培养基的pH值可能发生变化，与此同时，细菌的最适生长pH范围也变得较为狭窄。Johnson 等发现pH=7的磷酸盐缓冲溶液在69.1MPa下变为pH=6.6。Dring 报导海水在101.325kPa和1℃的条件下pH为
8.10，在101MPa的压力下，pH则变为7.87。Marquis 报导粪链球菌（Streptococcus faecalis）在pH9.5常压下生长受到抑制，在40.5MPa当pH8.4时生长受阻；灵杆菌（Serratia marcescenns z）在常压下当pH10.0时生长受到抑制，而在40.5MPa下，当pH9.0时就受到抑制。小川等（1991）报告将柑桔果汁以阴离子交换树脂去除酸以后、再以柠檬酸调整pＨ为2.5～4.5，进行0～405MPa的加压处理，以探讨S. bayanus、 M. plumbens、裂殖酵母属(Schizosaccharo-myces pombe)、啤酒酵母属(Saccharomyces cerevisiae)、膜醭毕赤氏酵母(Pichia membranaefaciens)、汉森酵母（Hansenula anomala）、胶红酵母(Rhodo-torula glutinis)、Aspergillus awamori等微生物的耐压性，结果都不认为pH有影响。
5.培养基：在高压下，食品的化学成分对灭菌效果也有影响。蛋白质、碳水化合物和脂类对微生物具有保护作用；强化的培养基因富含可供细菌利用的氨基酸和维生素等营养物质，从而对细菌在高压下具有更好的保护作用。关于食品添加剂在高压下对灭菌效果的影响目前尚未见报道。
四、加压食品的特点
1.高压处理技术可以创造新物性的食品素材。
2.高压可并用加热而创新食品加工方法。利用加压法以及广泛利用加热法可以开发适合各种食品的加工过程。
3.可利用为半调理食品加工。如上所述，高压可在保持食品原有风味的条件下进行杀菌，这种食品可简单加热后食用，扩大了半调理食品的用途。普及高压处理的半调理食品将会使饮食生活发生较大变化。
4.可以保持生鲜食品或发酵食品的风味，但应考虑压力处理可能带来的物性变化。
5.没有色香味及营养成分之劣变，相反的无法期待由加热产生之着色或香气之发生。
6.比热加工而言能耗较低。高压处理仅是水的压缩过程，比较安全，可以用油压泵瞬时传递压力，保持压力无需供给能量，因此高压处理能量消耗少于加热法。
五、展望
1 超高压技术开发的重点
食品工业中超高压处理技术研究经过近10年的发展，在取得大量成果的基础上，目前开发的重点有以下几个方面：加热和加压的相乘和拮抗效果的利用；高压在食品化学反应方面的特殊效桌利用；植物细胞由于加压体积缩小，细脑膜功能消失，成为单纯的半透膜，可利用此特点来提取动植物的精华和制造咸菜等；超高压酒类催陈技术；加压装置成本的降低和高效率生产。
2 目前超高压技术存在的问题
由于超高压是基于对食品主成分水的压缩效果，它是利用了帕斯卡定律，因此对于不适合这一定律的干燥食品、粉状或粒状食品，不能采用超高压处理技术；由于高压下食物的体积会缩小，故只能用软材料包装；一些产芽抱的细菌，特别是低酸性食品中的肉毒梭茵，需在70℃以上加压到600MPa或加压到1000MMPa以上才能杀死；酶因其分子量和分子结构不同，超高压下活性变化也不一样，故需加压到所有酶失活为止。若允许残存酶时为防止流通中质量下降需采用低温流通的方法；超高压装置必须采用耐高压的金属材料和结构，故装置笨重，且基本建设费用高；因反复加减压，高压密封体易损坏，加压容器易发生损伤，故实用的超高压装置目前压力在500MPa左右；虽然已经进行了蛋白质、淀粉等天然高分子物质及微生物的基础研究，但实际应用时仍需根据加工的食品设定处理条件。
超高压食品加工技术虽然还有些问题需研究解决，但由于经超高压处理的食品更接近原来食品，具有爽脆、风味好、营养价值高等优点，所以有可能部分代替辐射杀菌和加热杀菌的方法。目前日、美、英、法等国正在积极开发这一高新技术，还将其用于研制军用食品。我国在食品加工方面也存在着许多希望以冷加工代替热加工的迫切问题，也许高压处理是目前解决问题的最好途径之一。抓住机遇，加快超高压技术的研究和应用，将有利于我们在国内和国际食品市场竞争中取得有利地位。
关于高新技术分类，好像没有统一，这里用这个ppt简单介绍一下，仅供参考
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超高压技术研究（Ι）
超高压杀菌研究（II）
高压对酶的影响
多年来，食品高压处理技术的研究比较注重于高压对微生物的杀灭作用。如今食品中酶在高压下的压力反应，如研究酶活性丧失规律和条件等也越来越受到重视。酶的化学本质是蛋白质，因此，对压力的反应与蛋白质有共同之处。（有时，也可以使某些在常压受到抑制的酶激活，从而提高一些酶的活性）。加热和加压处理同样会使酶和蛋白质失去活性，但它们是两个不同的物理过程。高温会引起共价键的变化，导致蛋白质不可逆变性；而高压则会生成或破坏维持酶的空间结构的非共价键（氢键、离子键、疏水键、双硫键）等，使蛋白质的变性情况更为复杂，有的是可逆性，也有的是不可逆性。长滨等（1988）发表加压对酶活性影响之报告，结果认为曲霉的葡萄糖糖化酶(α-Glucoamlase)及酸性蛋白酶和中性蛋白酶(Protease)、羧基肽酶(Caroxypeptidase)等酶在25℃、600MPa下加压10分钟只能惰化（不可逆）20～60%，尤其是Glucoamylase的抗压最强。惰化程度随加压时间的延长、温度的提高（15℃～40℃）、酒精浓度（5～25%）的提高而
增加。
Fukuda h和Kungi 报道胰蛋白酶（Trypsin）和羧基肽酶Y（Carboxypeptidase Y）的活性在高压下受到抑制，而嗜热菌蛋白酶（Thermolysin）和纤维素酶（Cellulase）在高压下则被激活。Ohmori等测定了高压下牛肉中蛋白酶的活力后发现，氨肽酶（Amino peptidase）和羧基肽酶分别在506MPa和405MPa下活性受到抑制，中性蛋白酶在405MPa以上压力下受到一定的影响，而酸性蛋白酶则几乎不受影响。小川等（1989）研究柑桔果胶酯酶（PE酶,Pectinesterase）活性随处理压力的提高而惰化，但是高至6000bar仍有部分残存，而过氧化物酶(Peroxidase)的耐压性则更高，在相同压力下提高处理温度可提高酶活性惰化的比率。
1. 多酚氧化酶（Polyphenol oxidase）
多酚氧化酶广泛地存在于各种植物中，主要影响保鲜、冷冻、干制和罐藏等过程中产品的颜色变化。传统加工中主要采用热处理或化学处理的方法使食品中的多酚氧化酶失活。在高压处理新技术中，当制品受压时，若压力较低，也有增强酶活力的效果。如切片的马铃薯、苹果和洋梨在加压时，可激活组织中的多酚氧化酶，使苯酚类物质氧化，形成褐变。若加压到400MPa以上，则酶很快失活。因此，要抑制植物原料中的酶促褐变，则可迅速加压到400MPa以上处理适当时间。
2. 果胶酶（Pectinase）
果胶酶是植物中广泛存在的另一大酶类，在自然界的分布比较复杂，包括能催化果胶解聚的果胶裂解酶和催化果胶分子中的酯水解的果胶酯酶。Ogawa 等将未经杀菌的鲜榨伊予柑汁与有机酸混匀，在100～600MPa压力条件下处理一段时间。随着果汁浓度的增加，其中果胶酯酶受压力钝化的程度降低，但pH值（2.5～4.5）及有机酸的种类（柠檬酸、苹果酸、酒石酸、乳酸或醋酸）对压力作用影响不大。尽管在300或400MPa的压力下处理10min后，果汁中的果胶酯酶并未完全失活，但在正常储运条件下失活的酶没有再生。
3. 纤维素酶（Cellulase）
纤维素酶主要作用于纤维素及其衍生物。使植物性食品中的纤维素增溶和糖化。由于目前纤维素酶制剂活力的限制，尚未能在食品工业中大量应用。Murao 研究发现纤维素酶的活性随着压力的升高而增强，并在400MPa达到最大值。此时的酶活力是常压下酶活力的1.7倍。300MPa时的酶活力也可达到常压时的1.5倍。
4. 过氧化物酶（Peroxidase）
过氧化物酶属于最耐热的酶类，在果蔬加工中常被用作热处理是否足够的指标。Isabel 等将过氧化物酶配制的缓冲液（pH7.0）进行高压处理，发现它的耐压性也是很高的。23℃、600MPa处理10min，其酶活力只降低了30%，而相同条件下处理的果胶酯酶仅存20%的活力。如果将缓冲液换成食品基质，则过氧化物酶的耐压性更高。pH值对过氧化物酶的活性有显著影响。中性环境中，60℃、600MPa处理10 min，过氧化物酶的残存活力仍高达90%，当pH从7变成9，酶活力减少了50%。鉴于过氧化物酶的高耐压性，可以建议选择其作为低酸性食品（尤其是果蔬制品）高压灭酶效果的指标酶。
5. 蛋白酶（Protease）
蛋白酶是食品工业中最重要的一类酶，在干酪生产、肉类嫩化和蛋白质改性中都大量地使用。高压对酶类的影响不同于对微生物的作用，它既可能钝化酶的
活性，在一定范围内也能使酶的活力增强。例如胰凝乳蛋白酶与羧肽酶的活性都会被高压所抑制，而嗜热菌蛋白酶在高压条件下活力反而增加。Ohmori等检测了在高压下牛肉中蛋白酶的活力，发现在400或500MPa的压力下氨肽酶和羧肽酶完全失活；在400MPa或更高的压力下酸性蛋白酶的活性却几乎不受影响，中性蛋白酶的活性也仅经受轻微影响。对于压力激活的嗜热菌蛋白酶,Hayashi等对比了它在常压和200Mpa两种压力下的消化性。数据表明，在200MPa时，该蛋白酶的活性有很大的提高，常压时只部分消化B-乳球蛋白，200MPa时则完全消化。对a-乳球蛋白，两种消化值基本不变。究其原因主要是二硫键支撑的刚性结构对蛋白质水解作用具有抗性。a-乳球蛋白分子带有4个二硫键，而B-乳球蛋白分子只有两个，因此后者比前者易于被蛋白酶消化。此项原理适用于乳清蛋白的高压酶解，去除乳清中的B-乳清蛋白，生产变性乳添加剂等。
6. 脂酶（Lipase）
主要分解脂肪产生游离脂肪酸，通常所说的水解酸败就是脂酶引起的。在Aoyama的实验中，室温、600Mpa、10min.的处理可使脂酶的活力降低40%；若升温升压，则700MPa、45℃处理10Min.就可完全钝化脂酶。值得注意的是，类似一些过氧花物酶和葡萄糖氧化酶，脂酶的高压失活速率也符合一级反应方程，可表示为：A=A0e(-kt)。其中，A和A0分别代表残存酶活和粗始酶活，t表示加压时间，k为失活系数。这样就可以根据k值及残存酶活来确定对象酶耐压性。无疑为高压酶处理工艺的量化提供了有利条件。
7. 溶菌酶（Lysozyme）
是一种具有防腐性能的酶制剂，它能降低细菌芽孢的抗热性，对延长制品的货架期起有效作用。一般酶类在数千大气压下也不会完全失活。Mansei等在食品中添加溶菌酶后进行高压杀菌处理，不仅能较完整地保持维生素，氨基酸之类的营养成分，而且有很好的杀菌效果。
8. 固定化酶（Immobilized Enzyme）
固定化酶在食品工业中的运用日益广泛，其在高压下的性质及调控也引起了研究者的浓厚兴趣。Schmid等将酶固定在水不溶性的载体上进行加压处理，其对压力的敏感性低于溶解态的酶。溶解态的胰蛋白酶钝化温度是50℃，而固定化后钝化温度升至60℃。同时稳定性也随之压力升高而增强了。用盘尼西林酰基态酶做实验也有类似的结果。在40℃，300MPa的条件下保温处理两个小时，酶活未见降低。因此用适当的压力条件提高酶的稳定性对于酶学的研究及工业上的分析与运用是很有价值的。
微波杀菌
Xmh：微波杀菌技术
微波是一种高频电磁波，当它在介质内部起作用时，水、蛋白质、脂肪、碳水化合物等极性分子受到交变电场的作用而剧烈振荡，引起强烈的摩擦而产生热，这就是微波的介电感应加热效应。这种热效应也使得微生物内的蛋白质、核酸等分子结构改性或失活；高频的电场也使其膜电位、极性分子结构发生改变；这些都对微生物产生破坏作用从而起到杀菌作用。利用微波杀菌，处理时间短，容易实现连续生产，不影响原有的风味和营养成分；并由于其穿透性好的特点，可进行包装后杀菌。
有报导利用 2450 MHz的微波处理酱油，可以抑制霉菌的生长及杀灭肠道致病菌。用于啤酒的灭菌，取得良好的效果，且使啤酒风味保持良好。用于处理蛋
糕、月饼、切片面包和春卷皮，结果表明，这些食品的保鲜期由原来3d－4d，延长到30d。吴晖报导微波杀菌与一般加热灭菌法相比，在一定的温度下，微波灭菌缩短了细菌和真菌的死亡时间；以枯草芽抱杆菌为材料，微波法的D100为0.65，而对照巴氏法的则为5.5。在相同条件下微波灭菌的致死温度比常规加热灭菌时的低。国外在60、70年代就开始考虑将微波技术应用到鲜奶、啤酒、饼干、面包、猪、牛肉的加工等实际生产中。到90年代，工艺参数和优化已成为研究的热门课题。
微波杀菌原理 phfspeccom 和xmh已经有介绍（phfspeccom的介绍见后面在线问答），这里补充一下，微波灭菌研究总起来存在两大致死效应：即所谓的非热效应和热效应。非热效应可用如下研究来证明，有人发现微波处理106的60ml枯草芽胞杆菌悬浮液，维持悬浮液温度60℃、80℃、100℃，以巴氏灭菌法维持悬浮液60℃、80℃、100℃为对照。通过测定细菌残存菌数与处理时间的关系，研究结果发现，微波灭菌法Ｄ100＝0.65min，而巴氏灭菌法Ｄ100 ＝5.50min，按照食品灭菌理论，腐败菌及其芽胞的耐热性规律可以认为在相同菌种、浓度和温度情况下所得Ｄ值的差异，只能从它们分别所受处理方法的不同来解释。如前所述，可能是由于在强大的电磁场作用下，细胞壁受到某种机械性损伤而破裂，结构受到破坏，细胞的核酸和蛋白质等渗漏体外，正常代谢出现障碍，从而达到灭菌的效果。还有人把微波杀菌的非热效应认为是微波的电离作用，把微波理解为射线，认为如果物体受到大量的微波辐射，则会象χ射线γ射线那样，引起电离作用而杀菌，持这种观点的人热衷于利用微波来实现低温杀菌。然而更多的学者认为：微波的量子能级非常低，只有0.000012ev，大约是红外线的千分之一，紫外线的百万分之一，即使是H-OH、H-CH3、H3C-CH3这样的弱化学结合能也有3～6ev。如果只用微波辐射来破坏这些化学结构，相当于要同时吸收105个量子，这是不可能的。可见促进食品化学反应和杀菌的只能是微波的热效应。
Rosen从量子能量的观点得出结论，认为微波的能量是不足以拆开微生物蛋白质分子结构的结合键，他举出γ射线和微波能量的量子计算结果：以E＝hv量子能量方程计算，分别为1.2×106ev和1.2×10－5ev，而H－oH能级为5.2ev，由此结论，γ射线能量足以拆开H－OH健而微波则不行。
微波装置：
在食品的制造过程中，利用微波能改进杀菌效果，提高成品的保存期限。微波加热杀菌装置都有以下共同点：产生微波的部分，主要由电源和微波管或微波发生器，微波导管等；炉体或炉腔部分，用可反射微波的材料制成，能产生微波谐振。炉内还有微波搅动或分散装置；密封门部分。可防止微波泄露；操作控制部分包括安全连锁装置。现在大批量的生产主要是采用输送带式隧道炉；如果数量少时采用分批式微波炉比较方便。
目前在食品工业中具体使用的微波加热设备有驻波场谐振腔型加热器，行波场波导型加热器，辐射型加热器和慢波型加热器。
选择微波加热器主要是选择微波频率和加热器形式。微波频率根据被加工的食品体积和厚度；食品的含水量和损耗因素；总产量和成本以及设备体积四个方面来选择。加热器类型的选择则取决于被加热食品的形状，数量和工艺要求。
微波加热存在问题（Ι）
（一）微波加热不均匀
1.微波加热不均匀的原因：
（1）微波加热的选择性，即使在相同的微波场中，不同的食品材料以及这些材料温度、状态的不同，都会引起食品各部分温度上升的差异；
（2）微波随有好的穿透性，可是它在实际加热中受反射、穿透、折射、吸收等影响，使被加热物体各部分产生的热能可能产生较大的差异；
（3）电场的尖角集中性，有的也称菱角效应（edge effect），微波作为电波的一种，其电场有尖角集中性，这是造成食品微波加热不均匀的主要原因。因为食品的形状大小一般都比较复杂，在匀强电场中一旦将食品放入，即使食品形状单一，但由于其形状的复杂性，也会使电场向有角的地方集中，这些部分就产热多，升温快。微波加热中把这样热集中的地方称作热点“hot spot”，热点出现表示加热不均匀。人们对热点的产生和分布规律作了大量研究。对于复杂形状的食品，由于反射、穿透、折射、吸收等影响，用电磁理论对热点进行计算是几乎不可能的。目前大家多用实验的方法测定热点。微波场中温度的测定方法是发现热点的关键问题，常用的方法有红外线测温法、光纤维传感器测温法和温度敏感物质显示法等。由微波加热特点看，要完全消除加热不均匀是不可能的，尤其是对含水量70%以上和含盐量较多的食品。
2.为了克服加热不均匀的弱点，人们总结了许多方法。
1) 要了解被加热物体的电容特性 在此基础上对加热设备进行合理设计，并对加热程序进行控制。例如采用间歇式方法，使热点集中的热量得以向周围扩散。
2) 按照半衰深度的大小，将食品分割成适当体积。分割厚度一般为半衰深度的2～2.5倍。例如半衰厚度大的冰冻食品解冻，可大一些,一般为15cm左右；半衰深度小的食品要分割成6cm以下的小块。
3) 为了克服菱角效应和热点的不良以下，人们在容器上作了许多改进。例如尽量使用大小合适的圆角容器，环状容器。对有尖角的食品进行整形处理。
4) 因为微波加热很快，自然传热往往来不及使各部分温度均一，所以对于液体食品可采用搅拌的方法，对固体食品要用旋转或翻转的方法使各部分加热温度均匀；对冷冻食品要先解冻后加热，解冻时要使表面和拐角部分尽量保持低温，不要溶解。
5) 为了克服微波加热的局限性，把微波与远红外等加热方法组合在一起的设备，成了当前微波炉开发的新趋势。红外线、光电纤维测温技术和电脑控制也使微波炉的性能得到大大改善。
关于微波加热的优点或特点前面已经有很多介绍，这里补充说明一点
微波穿透深度
微波能被物质吸收后，电波强度则变弱，终于成零。微波渗透的半衰深度（亦称Half Power Depth）受介质体损失角（tanδ）及介质常数（εr）的影响，如穿透深度（m）为D时，其关系为：
由上式可知，频率、介质常数及介质体损失角越小则微波穿透深度越大；介质体损失是与温度成反比，因此温度上升则电波吸收就变小，于是Ｄ值就变大；
水分较少或干燥后Ｄ值会增大；完全冷冻或冰的Ｄ值比水显著地大；频率低，如915ＭHz的穿透性比高频率如2450ＭHz为高，因此比较适合形状较大或较厚食品的加热；在2450ＭHz下，油脂的Ｄ值约为水的5倍，但在915ＭHz下，二者的差异仅1.5倍，此亦表明油脂和水混合的食品如以2450ＭHz微波照射会比915ＭHz的照射产生加热不均的现象。
微波加热存在问题（II）
（二）微波加热的特殊效果
微波炉已经广泛应用在煮、烧、蒸、解冻、干燥等诸多方面。除了加热快、经济和简单自动化外，对食品品质还有特色。
1.升温快、加热时间短，使食品的色香味损失少。这在食品的解冻干燥方面和对于烹调好的食品再加热方面均匀巨大的优势。尤其是对于一些需要膨化的食品，微波有特殊作用。但是对于某些食品并非优点，如烤红薯，由于微波加热快，淀粉酶来不及把淀粉水解为糖，因此没有慢火烤得甜。微波烤肉虽快，但肉内难以变得软烂。
2.微波由于内外同时加热，所以加热后的食品风味与一般方法不同。对于汤汁食品在用微波煮制时产生对流很少，汤汁不易翻动，这样可以保持其稳定形态，有利于宴会菜的造型。另外微波处理还有一些用加热原理难以说明的特点，微波加热的鸡肉，骨和肉易于分离；微波干燥的面条口感韧性增加等等。相反对于面包食品，由于内外同时升温，表面难以形成均匀漂亮的烤色，甚至有些生的感觉。
3.微波加热的硬化与软化现象，微波加热淀粉类食品时，刚出炉很软，但要马上吃，不然很快会变硬。软化的原因是在微波的作用下，使与淀粉相结合的结合水游离出来软化了整个食品组织。但由于自由水增加，引起蒸发加大，当凉下来时，自由水的一部分又成为结合水，时组织急速失水而硬化。
微波加热存在问题（III）
（三）微波对人体的影响
从微波的作用原理看，人体也会吸收微波，因此微波的辐射也会对人体产生一定的危害，与微波杀菌一样，也有人把微波理解为象χ射线，γ射线那样，因此对微波的泄漏和辐射大有谈虎色变之感，微波危害人体的原因虽然还不清楚，但基本上可以从微波的热效应来理解它的影响。通常人体受到辐射时，总是皮肤先感到灼热，因而可以及时避让，然而受微波辐射时，由于其穿透性，体内组织也会同时发热，而人体内神经又比较少，所以往往在还未感到灼热时，那些耐热新低的器官已经受到损伤。如起冷却作用的血管少的眼睛和睾丸易受微波侵害。雷达工作人员常见的病是白内障和男性不育。由于波长较长穿透深，对人体危害较大，因此美国的ANSI机构制定的微波辐射安全基准为：100MHz附近，电力密度应在1mw/cm2以下，在1GHz以上时，电力密度应在5mw/cm2以下。各国一般都按此标准制定微波设备的泄漏限制规格和使用安全标准。对微波的使用既要注意安全，但也不需要像对待放射性那样过分紧张。
微波杀菌存在问题（IV）
1、微波杀菌破袋
我们在微波杀菌操作过程中，除了注意不能采用金属容器和镀铝或铝复合袋，还存在杀菌过程中密封好的袋子破袋问题，不好解决。亦不好采用杀菌后在封口。目前采用微波杀菌可以在包装前进行，也可以在包装好以后边料锡膜或复合薄膜。包装好的食品在进行微波加热奉菌时，由过高时会胀破包装袋，因此整个微波加热杀菌过程应在压力下进行，或将包装置于加压的玻璃容器中进行处理
2、变色问题。
在对榨菜等产品微波杀菌时还发现榨菜产品变色问题。
现在产品杀菌方式主要是加热杀菌，已经被普遍接受。至於其它方式肯定和产品、技术、经济等发展有关，和逐渐推广应用
食品电阻加热杀菌技术
电阻加热技术(ohmic heating，又称为欧姆加热)近年来在国外食品加工领域中，受到广泛的重视。该加热方法与传统的食品加热方法截然不同，是将电流通过食品利用其电阻抗产生热能来加热食品，主要是针对含颗粒流体食品的无菌加工，减少液体和固体颗粒间的加热杀菌程度不均匀，配合机械制造技术发展，新材料出现，新电极零组件，绝缘装置制造技术改善，使得连续式电阻加热系统的技术比较成熟且设备成本降低，而使其成为商业生产可行的技术。
1．电阻加热技术的发展
连续式电阻加热器的开发设计是由英国电气研究发展中心开始研究，80年代取得专利，90年代制造商业型电阻加热系统。以产品加热杀菌的热传递模式来看，传统的灭菌技术，无论是先包装后灭菌或是先灭菌后包装，其加热介质均为蒸汽。罐头食品的色香味及营养价值已渐渐无法满足消费者的要求，而无菌包装技术只用于低粘度流质产品如果汁、牛奶、茶、运动钦料等。对于颗粒流体食品，其灭菌效果及产品品质不如预期。因为以蒸汽为热源，采用刮面式或管式热交换杀菌机，其热的传递方式是热煤通过热交换先加热流体，然后由载流液体以对流方式将热能传递给固体颗料，然后颗粒本身再以热传导方式将热能传递到固体中心，所以有热传递速度慢且加热不均匀的问题，就商业杀菌而言，为使颗粒中心点达到足够的杀菌条件，通常必须牺牲液体的品质将其过度加热，造成品质下降，风味营养流失。若不使流体过热，则固体将不能完全杀菌，必定危及产品安全，也无法被消费者接受。故传统杀菌无法适应高浓度流体及含颗粒流体食品，如浓汤、粥等。
电阻加热技术是以交流电电流通过食物，因食物中所含的盐分或有机酸均为电解质，无论流体或固体电流均可通过。热由食品内部产生，其原理是利用食品本身的导电性，及不良导体产生大的电阻抗特性来产生热能，将电阻电热技术运用在含颗粒流体食品时，其加热形态与传统的加热方法明显不同，而传统蒸汽加热时，固体颗粒的温度必然小于液体的温度，反过来，电阻加热时，固体颗粒的温度常与周围液体的温度相当，有时甚至会超过液体温度。由此可知，对于
含颗粒流体食品(尤其是低酸性者)的电阻加热技术有突破性发展，目前电阻加热技术在欧洲及日本已有商业生产装置，美国也同意以电阻加热技术为含颗粒流体食品的商业杀菌技术。
2．电阻加热技术的原理
欧姆加热和微波加热有相似之处，其电能转变成热能遍及整个被加热物体。但它与微波加热不同之处是渗透的深度没有明显的限制，加热范围由被加热物质的导电性和在加热器中停留时间而定。欧姆加热效果是当电流流过导电物质时产生的热效应。实际应用时，可直接使用来自电力公司的50HZ频率的交流电。食品能否适合欧姆加热取决于该食品的导电性。绝缘体不能直接使用欧姆加热法，如不能离子化的共价键流体如油脂、乙醇、糖浆以及非金属的固体物质如骨质成分、纤维素、冰的结晶等。但所幸的是绝大多数食品均含有溶解了一定量离子盐的游离水，因此便成了导体。能用泵送的食品其水份含量都在30％以上，具有导电性，所以可有效地使用欧姆加热法进行杀菌。在欧姆加热法中，为了增加导电性，一般不适宜使用未加盐的自来水。
交流电通过一导电物质时，产生热能，其热能产生机制可用下列公式表示：
上述公式可知，在固定电压下，电阻加热的热能产生与食品的导电度成正比，因此食品的导电度在加热中起关键作用。若食品本身各部份导电均匀，由电极接触使电流通过时，其内外整体均以同一速率产生热能，这一加热方式较微波加热方式更具能源效益，几乎所有的电能都在食品内被转化成热能。一般而言，大部分可输送的流体食品只要其水分含量超过30％且溶有盐类，已具有足够的导电性来使电阻加热。但非离子化的物质如脂肪、油、糖、糖浆或不添加盐类的纯水等因不具导电性，故不适合应用电阻加热。另外，必须配合专利设计的电极设计来提供电流，才能排除食品因电流而产生电化学反应及电极腐蚀的可能性，提高安全性，降低成本，有利于电阻加热在食品商业杀菌的运用。
3．影响电阻加热技术的因素
食品的导电度是电阻加热技术的关键因素，任何影响电阻加热的因素均直接影响导电度，而导电度的高低决定电阻加热技术的表现。
3.1 温度
在加热过程中温度对食品原料导电度的影响表现为下式：
无公式
由公式(2)可知，食品原料温度愈高，导电度也愈高；加热速率随着食品原料温度上而增大，电压梯度不同，加热速度不一样，如图1所示。
图l 电阻加热与传统加热的加热速率曲线
3.2 电解质的浓度
将颗粒食品先浸泡在不同浓度的食盐水溶液中，以提高颗粒电解质含量，再进行电阻加热，结果发现，电解质浓度高的颗粒，其导电性高，使得加热速度更高，另外还发现，颗粒先预热后再电阻加热，会有较高的导电度，其加热速率也增加。因为预热在某种程度上破坏了细胞组织，使颗粒内部的水流动性增加。
3.3 食品的组成及颗粒的大小
食品组成成分对电阻加热的加热效果有影响。例如，食品富含油脂，其导电度与加热速率均容易产生不规则的变化，低温时加热较慢，高温时加热较快，含淀粉质的颗粒，对电阻加热也有影响，主要是淀粉糊化使液体粘度增加。固体颗粒种类不同，大小不一，数量多少也会影响食品的导电度，加热速度也随之变化，其重点在于如何判定冷点，以及冷点受热是否足够商业杀菌。
4．续式电阻加热系统
由英国APV公司设计制造的连续式电阻加热系统在无菌加工中高温短时杀菌的应用，如图2所示。电阻加热管根据电流供应规模，一般由四支电极构成一组三个加热段的加热器，输出功率有75kW和300kW二种，相对于750kg／h和3000kg／h的产能。加热管以直立角度安装，使产品流向为向上流动。食品由混合桶或缓冲桶进入系统经定量输送泵输送入直立的电阻加热器加热杀菌，为使系统内食品能达到140℃高温杀菌不沸腾，必须维持足够的背压为4bar的压力，产品在电阻加热器加热达杀菌温度后，于保持管内滞留足够的杀菌时间，完成杀菌后进行管式热交换器冷却，使产品达到常温即可充填。
图2 运用电阻加热器在无菌加工中的流程
电阻加热技术的加工生产设备，必须满足下列的加工过程和安全条件：
(1)系统的电气设计必须避免造成食品电解作用及因电极解离或食品局部过热烧焦而导致污染食品；
(2)有效控制食品的加热速率和其流速；
(3)具有无菌环境下充填和密封包装含颗粒流体食品的无菌包装技术；
(4)系统设备投资和运转费用可以接受。
5．用电阻加热技术的优点
5.1 产品连续生产旦直接加热不需借助热交换表面，与传统热交换方式比较，减少了热交换表现的粘附问题，延长系统运转周期。
5.2 快速、均匀加热液体和颗粒，使两者的热破坏和滞留时间的差异减少，能保留较高的产品营养和颗粒完整性，比其它加热方式更具有新鲜、美味的品质。
5.3 系统没有机械搅拌部分，产品流速较慢，适合易磨损的产品。
5.4 系统可处理较高固／液比的产品，使用范围广，投资成本回收快。
5.5 配合无菌包装技术可生产具有高档的保健食品。
6 结论
电阻加热不同于传统利用热媒加热的方式，电阻加热的优点主要能使产品在生产中较容易控制，并达到加热杀菌的均一性，提高产品品质，在生产过程中较易自动化，不依赖操作人员的加工技术的水准，采用高温短时杀菌，使能源消耗量减少，从而降低生产成本。这一技术目前只应用于含颗粒食品的无菌加工系统中，对于大块固体食品的解冻和其它方面的加热应用仍有广大研究发展空间，开创电阻加热在食品工业运用的市场。
高强度脉冲电子场（PEF）
高强度脉冲电子场（PEF）是将食品置于两个电极间进行高压的短时不超过1秒的电击。高压过程要求通过建立一个蓄电器贮存电能，然后释放来实现。
决定微生物失活是因为电子场而不是产品的电解或欧姆、电阻加热。PEF技术能破坏微生物的细胞壁。整个过程不会导致食品中的化学或物理变化特征发生变化。
PEF加工过程条件由食品特性决定。对任何一种食品PEF条件由以下各可变参数决定，电子场峰强度（KV/cm）（千伏每厘米），脉冲周期（微秒），脉冲数量，最初温度，最高处理温度，有关微生物种类和微生物数量。在处理中提高加工温度能加速微生物死亡。
高强度脉冲电子场杀灭微生物的特点
优 点 缺 点
消灭大量致病菌和腐败有机体 对孢子需要高剂量和长时间
产品中有轻微的温度升高 只能用于液体或灌制食品
可能比较热处理价格低 同时只能用于货架稳定酸性食品和冷藏食品 产品没有变化，维生素和酶无损失 必须设计每一种产品的具体过程。
欧姆加热技术(ohmic heating)是近年来发展起来的新型加热杀菌技术之一。近年来在国外食品加工领域中，受到广泛的重视。欧姆加热法具有逐步取代刮板式加热法和管式加热法的趋势。该加热方法与传统的食品加热方法截然不同，是诱使导电性流体自身内部产生电阻热的加热方法，它不但可以处理高黏性食品，甚至可以加热含25mm方丁颗粒状物的固液混合食品。在设备方面，除进料泵外，它几乎不需要刮板式那样的运动部件，因此对剪切敏感食品的机械损伤可以控制在最低程度。
欧姆加热法与以前含粒状物的热处理方法相比具有如下优点：
①可以生产新鲜的、含固形物的高营养价值的产品；
②没有热传导界面，因此可以连续加热；
③可以处理鲜美的食品；
④污染少；
⑤对流体和固体快速均匀加热，具最少热破坏和最短加工时间；
⑥生产很安静；
⑦维修成本低；
⑧启动、停止操作简单，加工控制方便；
⑨具有降低前处理、生产制造和包装成本的可能性。
在欧姆加热方法中，产品中心位置的热渗透率和其导电性相关，但几乎不受物体的大小及传热系数的影响。在实际应用该法过程中，被加热物质自身内部不会产生温度梯度，而且液体物和粒状物同时被加热，因此，不必为确保大颗粒固形物中心部位的杀菌而让液体物质加热过度的现象出现。
欧姆加热没有传热界面，所以减少了产生沉积物的可能性。在电费高的地区使用欧姆加热法可能热能成本比其它加热方法高，但本法热能转换率可高达90％，而其它方法热能效率只有45%~50%，因此，最终吨产品的加热成本大致相同。如在APV食品研究中心有供客户试验用的试验设备，设备生产能力为400kg/h，最高处理温度可达140℃。
高压脉冲电场杀菌
1 灭菌机理
关于高压脉冲电场杀菌的机理，现有多种假说：主要有细胞膜穿孔效应、电磁
机制模型、粘弹极性形成模型，电解产物效应、臭氧效应等，大多数学者倾向于认同电磁场对细胞膜的影响，并以此为基础对抑菌动力学进行探索。
细胞膜穿孔效应 假说认为，细胞膜由镶嵌蛋白质的磷脂双分子层构成，它带有一定的电荷，具有一定的通透性和强度。膜的外表面与膜内表面之间具有一定的电势差。当细胞上加一个外加电场、这个电场将使膜内外电势差增大。此时，细胞膜的通透性也随着增加，当电场强度增大到一个临界值时，细胞膜的通透性剧增、膜上出现许多小孔，使膜的强度降低。此外当所加电场为一脉冲电场时，电压在瞬间剧烈波动，在膜上产生振荡效应。孔的加大和振荡效应的共同作用使细胞发生崩溃，从而达到杀菌目的。穿孔效应假说可以通过两种方法来证实，一是电子显微镜下的照片显示、酵母菌被处理后可以见到菌体上有明显的裂痕。另一证据是检测杀菌前后菌液中的离子浓度c。JayaMm对磷酸盐缓冲液中的乳酸杆菌进行高压脉冲电场杀菌，比较杀菌前后的阴离子浓度，发现在乳酸杆菌被杀灭后Cl-离子浓度高了很多。由于实验排除了Cl-的其它来源、故而只能得出因为乳酸杆菌细胞膜破裂，细胞内物质外泄的结论。
电磁机制理论 是建立在电极释放的电磁能量互相转化基础上。电磁理论认为电场能量与磁场能量是相互转换的，在两个电极反复充电与放电的过程中，磁场起了主要杀菌作用，而电场能向磁场的转换保证了持续不断的磁场杀菌作用。这样的放电装置在放电端使用电容器与电感线圈直接相连、细菌放置在电感线圈内部，受到强磁场(场强6．87特斯拉，功率16KJ)作用。
粘弹极性形成模型认为，一是细菌的细胞膜在杀菌时受到强烈的电场作用而产生剧烈振荡，二是在强烈电场作用下，介质中产生等离子体，并且等离子体发生剧烈膨胀，产生强烈的冲击波，超出细菌细胞膜的可塑性范围而将细菌击碎。 电解产物理论指出在电极点施加电场时，电极附近介质中的电解质电离产生阴离子，这些阴阳离子在强电场作用下极为活跃，穿过在电场作用下通透性提高的细胞膜，与细胞的生命物质如蛋白质、核糖核酸结合而使之变性。但其不足之处是难以解释PH值变化剧烈的条件下，杀菌效果没有什么变化的结果。
臭氧效应理论认为在电场作用下液体介质电解产生臭氧，在低浓度下臭氧已能有效杀灭细菌。
以上各理论均有其独到之处，但是，都不十分完善．要完整而清晰地描述电场对细胞的杀灭作用，还有许多工作要做。
2 处理系统设计
良好的高压脉冲处理系统是高压脉冲电场杀菌技术得以应用的前提。高压脉冲处理系统设计的关键是脉冲发生器和处理腔的设计。目前，国内外学者对此进行了大量研究，美、法等国建立起了一批可商业化应用的设备。但是这些设备少则数万美元，多则数十万美元．价格非常昂贵，从而限制了这一技术的工业化应用。
2．1脉冲发生器
具有最佳处理效果的脉冲发生器的设计、制造是当前高压脉冲杀菌技术工业化应用的最大障碍。因为高压脉冲处理系统的脉冲可以采用方波、指数波、交变波等三种形式，所以脉冲发生器也可有三种设计电路。这三种处理系统的作用效果以方波最好，指数波次之，交变波处理系统最差。但是方波脉冲发生电路价格过于昂贵，以此为基础的处理系统尚不适于在规模工业化应用。相对来讲．指数
脉冲发生电路价格比较便宜．适合于工业化应用。然而传统高压脉冲发生器高昂的价格和高压脉冲电场杀菌技术对高压脉冲发生器工业化应用的需求也促使高压脉冲发生器研究者从新的角度对高压脉冲发生器进行改进与重新设计。从某种角度来说，磁压缩脉冲发生器是传统脉冲发生器的良好替代品。这种脉冲发生器将电能以磁能的形式储藏起来，然后突然释放，从而形成指数脉冲。这种脉冲发生器消除了传统高压脉冲发生器对高速开关和触发电路的要求，并且电源也可以改用交流电源，从而消除了传统直流电源中整流的耗费。只是目前适于高压脉冲杀菌技术应用的磁压缩脉冲发生器还有待于高压脉冲发生器设计者进行研究。
2．2处理轻设计
静态分批式处理腔规模小、考虑影响因素较少，不适于大规模工业化应用。为此，人们设计了各种连续式处理腔，主要有平行盘式、线圈绕柱式、柱—柱式、柱—盘式、同心轴式。其中，平行盘式和同心轴式处理腔结构被广泛报道。为了保持处理腔内电场的均匀分布国外学者运用有限元分析法对这两种处理腔的设计进行了研究，使得处理腔不仅能够保持腔内电场的均匀分布，而且能够保证被处理食品的稳定流动，具有较大的工业应用价值。
3 影响高压脉冲电场灭菌的因素
3．1 对象菌的种类：不同菌种对电场的承受力有很大的不同。无芽孢细菌较有芽孢细菌更易被杀灭，格兰氏阴性菌较阳性菌易于被杀灭。在其它条件均相同的情况下用电场灭菌，霉菌、乳酸茵、大肠杆菌、酵母茵等不同菌种的存活率由高到低排列。特别需要指出的是，对象菌所处的生长周期也对杀菌效果有一定的影响，处于对数生长期的茵体比处于稳定期的菌体对电场更为敏感。
3．2 菌的数量：研究中发现，对菌数高的样品与菌数低的样品加以同样强度、同样时间的脉冲，前者菌数下降的对数值比后者要多得多。
3．3 电场强度：电场强度在各因素中对杀菌效果影响最明显，增加电场强度、对象菌存活率明显下降。
3．4 处理时间：杀菌时间是各次放电释放的脉冲时间的总和。随着杀菌时间的延长，对象菌存活率开始急剧厂降、然后平缓，逐渐变平，最后增加杀菌时间亦无多大作用。
3．5 处理时的温度：随着处理温度上升(在24℃—60℃范同内)，杀菌效果有所提高，其提高的程度一般在10倍以内。
3．6 介质电导率：由于介质的电导率提高，脉冲频率上升、因而脉冲的宽度下降。这样，电容器放电时、脉冲数日不变，即杀菌脉冲时间下降，从而杀菌效果相应下降。介质电导率影响放电时的脉冲强度和脉冲次数、如空气导电、则无脉冲产生。
3．7 脉冲频率：提高脉冲频率，杀菌效果上升。原因是频率提高后．对应于每一次电容器放电来说，具有更多的脉冲数目，因而指数衰减曲线的下降得到减缓。从而保证了更长的杀菌处理时间。
3．8 介质的PH值：在正常的PH值范围内、对象菌存活率天明显变化。可以认为，pH与高压脉冲电场灭菌无增效作用
4 处理效果
高压脉冲电场杀菌主要是利用食品的非热物理性质，温升小(一般在50℃以下)、耗能低。一个35千伏的处理系统每处理1毫升液体食品只需20J的能量，而对超高温瞬时灭菌热处理系统来说却至少需要100J以上的能量。国内邓元修等实验证明高压脉冲电场对酵母和大肠杆菌的杀灭耗能只有1．8—6．0×l05J／
m3[2]。据国外资料报道，一个脉冲处理系统的操作费用据估计只有大约0.4—0.8美分，并且物料流率可达1000L／h。
国内外研究人员使用高压脉冲电场对培养液中的酵母、各类格兰式阴性菌、格兰式阳性菌、细菌袍子，以及苹果汁、香蕉汁、菠萝汁、牛奶、蛋清液等进行了大量研究，并取得了良好的结果。研究结果表明抑菌效果可达到4—6个对数周期，其处理时间一般在几个微秒到几个毫秒，最长不超过1秒，该处理没有对食品的感官质量造成影响，其货架期一般都可延长4—6周。1998年，国内曾新安等对高压交流电场的灭菌效果进行了研究，结果表明在22．5kv／cm的场强处理下乳酸杆菌数降低近6个数量级。1997年，陈键在40kv／cm条件下，用50个脉冲处理脱脂乳中的大肠杆菌后，99％大肠杆菌失活，4I。MingyuJia在1999年通过SPME—GC连用分析了高压脉冲处理后的香蕉汁中所含的五种典型香味成分,结果表明高压脉冲处理后的香蕉汁中五种典型香味成分的含量明显高于热处理后的香蕉汁.Yeom Hye Won在2000年不仅通过SPME—CC分析了被处理香蕉汁中的五种典型香味成分外,还进一步分析了vc含量、颜色品质，以及处理后香蕉汁中颗粒大小等，结果表明高压脉冲处理后的香蕉汁各方面指标均优于热处理后的香蕉汁。
总之，高压脉冲电场杀菌的应用研究在实验室水平上已经取得了可喜成果。但是，由于处理系统电路设计的复杂性使得高压脉冲电场杀菌系统的造价非常昂贵，从而限制了这种方法当前的工业化应用。另外，高压脉冲电场在粘性食品及含固体颗粒食品中杀菌的应用还有待于进一步研究，操作条件还有待于进一步优化。应该说高压脉冲电场杀菌技术的工业化应用目前还存在着许多困难，但是高压脉冲电场处理以其优良的处理效果，低廉的操作费用展示出了诱人应用前景，随着高压脉冲技术的发展和高压脉冲电场在食品处理中研究的深入，我们完全可以相信在不久的将来高压脉冲电场杀菌技术必将被大规模工业化应用。
超声波杀菌技术
一、超声波及其特性
声波是机械振动能量的一种传播形式。振动频率在1.6×104Hz的声波称为超声波，它是不为人耳所听见的一种声波。
声波可在气体、液体和固体中传播。声波及其所带的能量的传递是基于介质；粒子（原子、分子或弹性单元系统）相对于平衡位置的来回振动。声粒子振动时压缩和碰撞相邻粒子，由于弹性和运动惯性的关系，将形成压缩区（即粒子密度增加区）；当粒子反向振动时，又形成稀疏区（即粒子密度减小区）。介质的这种疏密相间，依次不断向外传递运动和能量的形式，就形成了由振动源向四面八方传播的声波。
必须指出的是，声波传播时，介质粒子并未向外传播，而只是相对于它的平衡位置作振动，向外传播的只是运动形式和能量。
声波具有下列性质：
1．超声波能够传递很强的能量
被超声波充满的空间称为超声场。超声波的作用主要是对超声场的障碍物施加交变的压力（声压）。超声场中某一点在某时间所具有的压力p1与没有超声波存在时的静压力p0之差称为声压p，单位为Pa。当有声波传播时，在传播介质中形成的压缩区内，压力将增高；而在稀疏区内压力则降低。传声介质中任何一点的声压p可按照下列公式计算。
式中：p－超声场中任何一点的声压，Pa
T－振动的某一时刻，s
ξm－位移振幅，即最大位移，m
ω－圆周率，rad/s
即 ω＝2πf＝2π / T
f－振动频率，Hz
T－振动周期，s
υ－振动粒子的速度，m/s
ρ－介质密度，kg/m3
c－介质中的声速，m/s
φ－离开振动源x处的振动粒子的相移（初相位），即相滞后
φ＝ωx /c (rad)
当不考虑阻尼时，每个粒子相对于自己的平衡位置都以相同的振幅振动，但具有不同的相位。在一次振动时间内波通过的路程称为波长λ，它也就是相邻的同位相点之间的距离，故
c＝λ•f
由上式可知，声压与声速c和振动频率ω成正比。声压可用来表示超声波的强度。即表示传播的振动能量强度。声压越大，表示超声波的强度越大，传递的能量也越强。但在实践中，为衡量超声振动能量的强弱常用声强这个物理量。在垂直于超声波的传播方向上单位面积、单位时间内通过的声能量称为声强I（J/s•m2）,或W/m2即I＝E/St（E为能量，S为面积，t为时间），可以进一步推导出：
无公式
式中 I－声强（J/s•m2,或W/m2，在实践中最常用W/m2）
υm=ω•ξm－速度振幅，即最大振动速度，m/s
pm－声压振幅，即最大声压值，Pa。
由上式可知，声强与质点振动位移振幅的平方成正比，与质点振动的角频率平方成正比，也与质点振动速度的平方成正比，或与声压的平方成正比。声强可通过质点振动速度υm 和声压pm来测定。同时可以看出，在超声场中，若ρc越大，越要靠提高频率来提高声强。为了提高声强，一般常常采用两种方法：一是设计正确的变幅杆（能量集中器）；二是像光那样采用适当的透镜和反射镜来集中能量。
由于超声波的频率很高，故声强也很大，可达100 W/m2以上，当在液体或固体中传播超声波时，由于介质密度和振动频率都比空气中传播超声波时高许多倍，因此，同一振幅时，液体、固体中的超声波强度，声强比空气中的声波高千万倍。
Ρc的乘积称为介质的声特性阻抗Zc，则Zc＝ρc＝P/υ
在相同的声压下，Zc与质点振动速度成正比，Zc越大，υ就越小，反之亦然。因此，Zc反映介质的声学性质，它是超声场中重要的物理量之一。
以上三大参数即声压、声强及特性阻抗，是反映超声波特性的主要物理量，称为超声波的三大特性参数。
2．超声波通过不同介质时会在界面上发生波速突变
波都有反射和折射现象。能量反射的大小，决定于两种介质的特性阻抗，介
质的特性阻抗值越大，超声波通过界面是能量的反射率越高。当超声波从液体或固体传入到空气或者相反从空气传入到液体或固体的情况下，反射率都接近100％。这表明若把超声波辐射到某一玻璃化学反应器内的液体中时，那么声波能量将在容器内表面全部被反射，不会投射到容器外边的空气中。
在超声技术中，往往要求超声波在两种声特性阻抗不同的介质间传播时，或者在同一介质中传播但用薄板之类的物件分开时，传播时的声能损耗为最小。 当超声辐射到薄板上时，部分能量被反射，部分能量透过它。当薄板的厚度δ与声波波长λ之比满足下列两种条件时，超声能的穿透性最好，即能量的损失最小：
（1）δ＝n•λ / 2（n＝1，2，3…），即薄板厚度是半波长的整数倍，可与超声波发生谐振。
（2）δ《λ，这时薄板厚度已经不影响超声波从一个介质传入另一介质。
上述条件对在液体中建立所谓的声窗口有很大意义，窗口可以得到最大的机－声比，即可以保证最大限度地传递超声能量。当需要提高窗口膜片的“强度”和“刚度”时，膜片也应该取满足上述条件的谐振厚度。
此外，空气有可压缩性，更阻碍了超声波的传播。为了改善超声波在相邻介质中的传递条件，往往在声学部件的各连接面间加入机油、凡士林作为传递介质以消除空气及因它而引起的衰减。
3．散射现象
当声波在弹性介质中传播遇上障碍时，将发生散射和绕射，一般说来，每一个障碍物，都成为二次声源，使散射声波向各个方向传播。
散射现象与声波频率有关，一般说来，频率增高，散射增强，但对散射现象影响最大的是障碍物（散射元）的尺寸，数量及它的声阻抗。
声波散射改变了声波部分能量的传播方向，构成了声的散射衰减。特别是在悬浮液介质中散射更强些。但对于频率为20～50kHz的超声波，其波长为7.5～3cm，则在一般情况下声散射现象将微不足道。
4．超声振动在介质中传播时，它的强度会随传播距离的增加而衰减
衰减的第一个原因是影响超声波的几何因素所引起的波的反射、折射、绕射和散射，这是介质的非均匀性，具有反射面和介质中具有异物等。
第二个原因是介质吸收其能量。这是因为所以三种介质（气体、液体和固体）的振动质点之间均存在内摩擦（粘滞性相互作用），其结果是把部分机械能转变为热能，介质获得一定的温升。
在以上因素的作用下，声波强度将随传播距离的增加而减弱，即
Ix＝Ioe－2ax
式中：Io－声波辐射的声波强度
x－声波传播距离（从声源处起算）
Ix－距离为x处的声强
a－衰减系数（亦称吸收系数），Np / m
计算与实验表明，对于一定温度的液体和气体介质而言，a / f2≈常数，即声波频率f的提高将导致衰减系数a的迅速增加，从而使声波能量随传播距离的增加而衰减更甚。声波的吸收基本上由内摩擦和热传导所决定，通常是很小的，但在两交界面处，当声强足够高时可使材料发热，这种热效应在超声焊接方面有很大用途。在超声波传播过程中，一般将离声源距离L＝r2/ λ以内的区域称为近场区，r为声源半径，λ为声波波长。当x>L时，即进入远场区。在远场区内，轴
线上的声强周期起伏。远场区声束开始发散，声场发散使声波能量向更大的空间扩展，因此在给定方向上单位面积内的能量减小，这是造成声波衰减的另一个因素。
5．波的叠加原理
声波在介质中传播时，介质的质点随波振动，倘若有二列或三列以上的声波同时传到空间某点时，则该点的质点振动是各列声波单独引起的振动之合成。质点的位移是各个声波在该点所引起的位移的矢量和，这就是波的叠加原理。一般说，振幅、频率、周期都不同的几个波在某一点叠加时，这点的振动将产生时而加强，时而减弱的现象，情况是很复杂的。但由两个频率相同、振动方向相同，相位相同或相位差恒定的声波叠加时，则会使空间某些质点的振动始终加强，而另一些质点的振动始终减弱或完全抵消，这种现象就称为波的干涉现象。这种产生干涉现象的波称为相干波，它们的波源称为相干波源。
两个振幅相同的相干波在同一直线上沿相反方向彼此相向传播使叠加而成的波，称为驻波。它是波的干涉现象的特例。
二、杀菌原理
（一）热效应机制
超声波在介质中传播时往往会使介质的温度升高，如果此时超声波还对介质产生某种效应，而且如果采用其它加热方法也可获得同样的温升和效应时，那么就可以说该超声波效应的原因是热学机理。
超声波形成热的主要原因有：
1．超声振动能量在通过介质中不断地被介质吸收，部分振动能被转变为热能。
2．由于超声波的振动，使介质质点产生强烈的高频振荡，介质间相互摩擦而发热。
3．在不同组织的分界部分由于组织分层介质声阻抗不同，将产生反射，形成驻波引起分子间相对运动，产生摩擦而形成热，此时在与驻波引起分子间相对运动，产生摩擦而形成热。
在以上因素中，介质的吸收是形成热的主要因素，不同组织对声波的吸收不同，产生的热也不相同。而且吸收还与介质的内摩擦、热传导以及分子结构等因素有关。当强度为I（W/cm2）的平面超声行波在声吸收系数为a（cm－1）的介质中传播时，单位体积介质中超声波作用ts产生的热量为
Q＝2aIt （J/cm2）
即产生的热量与介质的吸收系数，超声强度及作用时间成正比，如生物组织的声吸收系数是超声频率f（MHz）的函数：
a＝0.026f1.1 （cm－1）
（二）机械效应
当超声波在介质中传播时，将引起传播空间内介质质点的振动，使它们具有交变的速度、加速度、位移、声压、压力、张力、切应力（弹性的或粘滞的）、膨胀、压缩等。如果超声波对介质作用所引起的效应与上述一个或几个力学量有关，便可把产生效应的机理归纳为机械（力学）效应。由于介质质点在超声波作用下的振动加速度与振动频率的平方成正比，虽然振动质点的位移和速度不大，由于频率很高，故振动加速度却相当大，有时超过重力加速度的数万倍。例如超声波频率为20kHz，位移幅值为20μm，由前述公式可求得速度和加速度的幅值分别为2.5m/s和3.2×105m/s2≈3.2×105g（g为重力加速度），这表明此时介质质
点的最大加速度为重力加速度的3.2万倍。如此大的加速度足以造成对介质极大的机械效应，甚至起到破坏介质的作用。
当超声介质是不均匀的分层介质时，各层介质声阻抗不同将使传播的声波产生反射、形成驻波，驻波的波腹、波节造成压力、张力和加速度的变化。由于不同介质质点的质量不同，则压力变化引起的振动速度有差异，使得介质质点间的相对运动所造成的压力变化，是引起超声机械效应的另一原因。
利用超声的机械效应进行加工处理（打孔、切割、表面强化、焊接、清洗、抛光以及去除不希望的薄膜和赃物等），也用于加速分散、均质、乳化、粉碎、杀菌及其它过程。
（三）空化效应
当超声波在液体中传播时，会产生一种特殊现象－空化。广义地说，超声空化是指激活气泡或空穴的各种动力学表现。也就是说，当超声波在液体中传播时，液体中的微小气泡（或空穴），在声场的作用下被激活，它表现为这些气泡（空化核）的振荡、生长、收缩及崩溃等一系列动力学过程。空化泡收缩及崩溃瞬间，泡内可呈现5000℃以上的高温和几百到上千个大气压的高压，温度变化率高到109K/s，逐渐导致产生自由基及声致发光、次谐波、噪声等现象，并伴随有强大的冲击波（对均相液体介质）或时速达400km的射流（对非均相介质），会产生一系列物理、化学或生物效应。
（四）化学效应
超声波还引起化学作用，促进化学作用，尤其是氧化还原、聚合、电化学及其它过程。例如在溶有氮的水中，经超声波处理后就产生硝酸。超声还有还原作用和影响金属的电离分解作用。
超声对高分子物质有分解作用，超声在有机体内能引起分子产生高振动速度，高速振动分子间产生摩擦力，此力能使聚合的高分子遭到破坏，起到解聚的作用。可使淀粉变为糊精，糖原还原。超声波能分裂葡萄糖、果糖、乳糖、麦芽糖、蔗糖及核酸等。超声有脱氨（NH3），分裂NH键的作用，还可破坏维生素C，时氧化酶、脱氢酶失去活力，提高转化酶的作用，影响蛋白酶及胰岛素作用的发挥。超声还能使丝状巨型分子解聚，蛋白质凝固，这是超声波杀菌、消毒的原因之一。超声还引起氢离子浓度的峨峨改变，引起生物组织pH发生变化。根据超声强度、作用时间、辐照方法的不同，被辐照组织会有不同程度的变酸或变碱现象。
（五）弥散效应
超声能量可以强化和加速渗透通过薄膜、筛网、过滤器、半透膜等的扩散过程，强化搅拌过程，会减薄固－液分界面有效厚度从而提高扩散速度。超声能使药物更易进入微生物体内。将消毒药物与超声合并使用，可提高细菌对药物的敏感性，增强药物的杀菌作用，这就是药物的透入疗法的原理。
（六）声流效应
发生在超声场中的宏观和微观稳定的液体涡流称为声流。在空化泡振荡时，在固体（或微粒）表面附近会形成这种特殊的声流；当超声射入不同声阻抗的介质截面上，动量发生变化，所产生的辐射压力也会引起声流。在声流的作用下，液体介质也会出现一些特殊的物理、化学和生物效应。例如会引起生物组织分子的移动或转动，当这种运动的幅度足够大时，会引起组织的损伤甚至撕裂。
（七）毛细效应
在转动介质的稀疏相内，液体的沸点降低，水分穿过孔隙和毛细孔的过程加剧，结果加快了低温下粉末状材料及多孔材料的干燥过程。这些效应促使液体或
液态金属更快、更好地渗透到多孔材料和其它非均质材料中。在超声能量的作用下，能大大提高毛细管内液体上升的速度与水平。声致毛细效应在包含有多孔介质的声化学反应中可能具有至关重要的意义。
（八）触变效应
超声波的作用还会引起生物组织结合状态的改变，如引起粘滞性降低，造成血浆变稀，血球沉淀等。这种效应称为触变效应。当声强过高时，触变效应是不可逆变化，会使组织造成损伤。
三、超声波杀菌技术
（一）超声杀菌效果
超声杀菌的机理是基于超声生物、物理和化学效应。研究发现在含有空气或其它气体的液体中，在超声辐射下，主要由于空化的强烈机械作用能有效地破坏和杀死某些细菌与病毒或使其丧失毒性。例如荧光细菌在超声作用下会受到破坏，大肠杆菌族细菌也有同样的结果。伤寒沙门氏菌可以用4.6MHz频率的超声来全部杀死。用960kHz的超声在水溶液和生理盐水中作用于百日咳菌，发现超声对这些微生物有显著的破坏作用。
在辐射各种细菌时发现，在细菌死亡的同时，发生了细菌的自溶，即形态结构也受到破坏，以至在超声作用以后不仅培养物中的菌落数目减少，而且在形态上保留原状的细菌也减少了。受过辐射的杀菌悬浮液的浑浊程度也减小，透明度提高，这是由于每个单个细胞组成胶体的分散程度的减小和细胞囊的溶解（这表现为溶液中含氮化合物的增加和细菌的减小）所致。
（二）影响杀菌效果的因素
1．声强
为了在液体介质中产生空化效应（这是杀菌的主动力），声强的必要条件是大于具体情况下的空化阈值。据研究，杀菌所用的声强最低也要大于1W/cm2。 声强增大，声空化效应增强，杀菌效果增强，但也使声散射衰减增大；同时，声强增大所引起的非线性附加声衰减亦随之增大，因而为取得同样的杀菌效果所付出的功率消耗增加。当声强超过某一界限时，空化泡在声波的膨胀相内可能增长过大，以至它在声波的压缩相内来不及发生崩溃，使空化效应反而减弱，杀菌效果会下降。可见，为获得满意的超声杀菌效果，没有必要无限制的追求提高声强，一般情况杀菌声强宜于取在1－61W/cm2的范围内。
2．频率
频率越高，越容易获得较大的声压和声强。另一方面，随着超声波在液体中传播，液体中微小核泡被激活，有振荡、生长、收缩及崩溃等一系列动力学过程所表现的超声空化效应也越强，从而超声波对微生物细胞繁殖能力的破坏性也就越明显，宏观上表现出来的微生物灭菌效果就越好。
但频率升高，声波的传播衰减将增大。因此，一般说来，为了获得同样的杀菌效果，对于高频声波则需要付出较大的能力消耗。例如有报道，为了在水中获得空化，使用400kHz超声所消耗的功率，要比使用10kHz的超声高出10倍。由于这个原因，目前用于超声杀菌的超声频率多选择早20－50kHz。
3．杀菌时间
随着杀菌时间增加，杀菌效果大致成正比增加，但进一步增加杀菌时间，杀菌效果并没有明显增加，而趋于一个饱和值。对其它的声化学反应也如此。因此一般的杀菌时间都定在10min内。另外还有一个问题必须引起充分注意，随着杀
菌时间的增加，介质的温升会加大，这对于某些热敏性的食品杀菌是不利的。
4．超声波形的影响
超声杀菌可取连续波和脉冲波两种波形。连续波工作时，声能在整个杀菌过程中不断连续作用。而脉冲是间断作用的，可防止介质的显著热效应，这对与热敏性食品的杀菌是有利的。有研究认为在进行超声杀菌时，利用混响声场要比行波声场有效得多，在同样的超声能量输入条件下，可达到高得多的杀菌效果。当使用脉冲超声波时，为使稳定的混响场得以建立，以期获得高的杀菌效率，应使脉冲宽度有足够的宽余（一般取10ms左右）；在保证稳定的混响场声场得以建立的情况下，所获得的杀菌效率等效于连续波辐射。
四、超声波杀菌设备
超声波杀菌设备只宜用于液态食品的杀菌，其基本形式有三种：液动式超声发生器，清洗槽式超声发生系统和变幅杆式超声发生系统。超声波杀菌设备形式多种多样。在此不多做介绍。
五、超声波在食品工业上的具体应用
1.超声波解冻
大块冻结食品在空气、水中解冻很慢，增加加工成本，浪费时间。
Shore等人(1986)发现，超声波在冻结肉制品中比在末冻结组织中衰减程度大，也就是说，已冻结的区域对超声波的吸收比未冻结的区域要高出几十倍，而且这种衰减随着温度显著增加，在起始冷冻点达到最大值。即，超声波大部分能量将被食品中处于冻结临界区域的组织吸收。
Miles等发现，500kHz 0.5W每平方厘米，10～15cm厚的冷冻牛肉，猪肉在1.5～
2.5h内即可完全解冻。
超声波解冻后局部最高温度与超声波的加载方向、超声波的频率和超声强度有关。
2.干燥、除沫
超声波在液体表面形成超声喷雾（可用来除沫），并使液体产生空化，大大增加了液体的蒸发面积。具有干燥速度快、温度低，最低含水率低且具有物料不被破坏等优点而适用于食品、药品及生化制品的热敏性物质的干燥。
超声波干燥常用频率为16～50kHz，声强大于150dB。Boucher 超声波干燥蔗糖，迅速使水分降至1.2％，继续处理16min，可除去所有水分。
一般的喷雾干燥只能用与粘度比较低的物料，而超声波干燥可用于粘度较高的物料。
3.分离、提取
超声波能够增大溶剂向原料细胞的渗透量并强化传质，因此它可以明显地加速植物体和种子中有机成分的提取过程。功率超声波还能破坏细胞壁，释放细胞内的物质。
功率超声用于过滤系统，可以防止过滤阻塞，使过滤速度提高几倍至几百倍，原因：1.超声辐照会使过细的颗粒发生凝聚，从而使过滤速度加快；2.超声辐照向系统提供足够的振动能量，使部分粒子保持悬浮，为溶剂的分离提供较多的自由通道。在食品加工中应用超声可以使膜分离的效率提高若干倍。
甜菜提蔗糖，19.3kW超声波，提取时间缩短一半，产量提供10％；400kHz超声波处理酱油，1～2min可使酱油澄清，1年内可保持稳定；葡萄酒常规方法
澄清要4～10天，超声波1～2小时。
4.乳化、均质
超声波产生的空化气泡在崩溃时会产生冲击波合射流作用，使细胞壁破裂，从而剪切生物大分子或液体中的分散物质，达到乳化均质效果。
对水剂胡萝卜素进行超声波乳化，粒径可以达到1.2um。超声波处理牛乳使脂肪球的大小显著降低，在75.5℃，20KHz的超声波处理102.3s，能使脂肪球由2.79～3.05um降到0.57～0.95um。产生更加良好的分子分布态，形成均质牛奶，避免乳油化，提高消化率。
5.辅助结晶
超声波能影响溶液成核及冰晶生长，改善溶液的结晶过程，其空化效应还能有效地阻止晶体在冷却表面上的积聚，从而确保连续高效的换热。因此，超声波能用于需要控制结晶过程的场合。
超声波加速结晶效应在酒类催陈中得到应用，据报道，超声波能使重酒石酸钾盐的沉淀时间由4～10天减少到1.5～2小时。
对于草莓等质软的水果，冷冻后口味边差。其原因：在冻结过程中形成的冰晶量少个大，使大量细胞破裂。超声波，导致“热点效应”，形成改温度下最小晶体的晶胞及晶核，加快冰核的形成，使冰核数增多，冰晶最终的尺寸减小，对细胞的破坏作用减少。而且，由于冰晶分布更加均匀，加速了传热过程，使冻结时间大大缩短。
6.杀菌
超声波对传播媒介的相互作用使其蕴藏着巨大的能量，这种能量能在短时间内足以起到杀灭和破坏微生物的作用：
利用频率大于20kHz的超声波处理对液态食品的杀菌是有效的，当累积灭菌时间达4min时。所处理的酱油样品的微生物总数指标达到了合格标准。
在一定压力下，将超声波与加热处理相结合的处理比单独使用超声波处理需要时间短，效果更好，国外特此法称为MTS法，但对处理时间、压力、温度、声频或声强的具体参数需大量时间进行试验而确定，在这方面的研究目前尚很缺乏，有待进一步研究，且对超声波杀茵的具体原理也应深究。
7.超声波检测
根据声波在流动媒质中的传播速度与静止媒质中的不同而制成的，从测量超声波在顺流方向与逆流方向的传播速度差值,即可确定媒质的流速。
在生产麦芽汁等产品时，将超声波探头安装在生产管道的外侧，就可以测定管内介质的浓度和温度，且精度优于千分之二。
通过对乳液或肉质的超声频谱分析，可以鉴别牛奶中水分含量和肉质结构。超声波还可以测定混合体系中各组分的含量。
油脂中固态组分含量、方便面中油脂的含量；尤其是能够检测活体畜禽如猪、羊等肉的质地、脂肪含量和脂肪厚度等。提高原料的质量具有重要意义。
超声波能迅速定量化检测充气食品中气泡大小和气体含量。在卑酒、冰棋淋、面包、饼干等生产中应用较多。
8.生物学、生物化学效应
研究表明，超声波能够在不破坏细胞壁的情况下促进细胞生长，这一特性已被用于提高食品的产量。
例如，用低功率超声波活化液体营养介质，能够促进藻类细胞的生长，将蛋白质的产量提高三倍。超声波对鱼卵的孵化过程也有明显影响。每天用频率为
1MIh的超声波辐照鱼卵三次，每次35分钟，会使泥锹的孵化时间从72小时减少到60小时。不仅如此，超声辐照还能提高鱼卵的孵化率以及已孵化出的小鱼的成活率。
此外，还能促进种子发芽。
以强度为0.7w每平方厘米的超声波对浸在水中的莲花种子进行10分钟的辐照，能将其发芽率提高30％。
适当的超声波处理，可以增强或减弱某些酶的活性、激活固定化酶、加速细胞新陈代谢等。
如，生产低乳糖酸奶，超声波可激活β-半乳糖酶，使乳糖水解。用7MHz超声波处理固定于多孔聚苯乙烯上的α-淀粉酶，可使其活力提高2.5倍。用低功率超声波处理液体营养液可增加其中藻类细胞的生长速度。
激光杀菌技术
一、 激光杀菌机理
激光作为一种电磁波，一种能量流，一种常用的柔性工具，投射到物质面，除会发生反射、折射、散射和衍射等一般常见的光学现象之外还会根据激光功率密度的大小及作用时间的长短，在物质上产生以下几种不同程度的效应：
1.热效应
在激光作用下，任何物质的分子吸收光子能量后其震动和转动加剧，同时也加剧了受激分子和周围分子的碰撞，由此逐渐失去所获得的能量，转化为热能。在宏观上表现为受照射的局部逐渐变热，温度升高。尤其当激光聚焦后，在聚焦光斑处有很高功率密度（可达108——1010W/cm2或更高），故在光斑及其附近能产生几千甚至上万度的高温，因此当激光波长与研究目标的吸收带非常接近时，激光能量被目标组织吸收，引起发热，表层熔化、汽化，形成等离子体，热爆炸，诱发冲击波等。
任何激光的照射都有热效应，尤其以可见红外光谱区的长波脉冲激光和连续激光的热效应更为明显。激光热效应的强弱是可调节的，通过各种手段改变聚焦光斑处的功率密度及照射时间长短，以达到按需要不同级别的热效应。
当激光照射生物组织时，同样会产生热效应，而且由于生物组织细胞内含有诸如黑色素/血红蛋白/胡萝卜素等多种色素的存在，能增加光能的吸收，从而使激光的热效应更加显著，例如，功率密度M=（1-1000W/cm2）/作用时间（1~106μs）时，会使蛋白质变性，组织和血液凝固，甚至出现汽化、炭化；当M=1M W/cm2，作用时间为1ns时，回迅速产生热爆炸，出现所谓的非线性光烧蝕过程。
激光的热效应除了由于功率密度高直接引起的升温外，还有激温作用。例如，将能量为100J的激光，照射到容积比热容约为4.2J/cm3•℃（因细胞含水约为60～90％故相对于水的比热容）的0.1cm3的生物体上，几微秒的时间就能使其温度大约升高200℃，而温度的下降温度却很慢。遗传学研究表明，激温是诱发突变的重要因素之一。这是因为每个基因分子大约由1000个原子组成，在新陈代谢过程中，基因中的原子受到高能量的热作用有可能改变其位置，变成异构分子，因而引起突变发生。
2.光化学效应
激光会引起、激发和控制化学反应，能形成一些新的化合物。利用特定波长
和功率的激光，将会激励某些特定的原子和原子团，使它们处于谐振状态，这种激励是异常激烈的，会导致受激的化学键——分子撕裂，被撕裂的分子键是空位的，不稳定的，将和其它的原子和活性原子团化合，也就是说，产生了新的化合物。
当激光照射能量未达到破坏生物组织的程度时，光化学作用是非常重要的。由于生物大分子吸收激光能量而被激活，震动和电离产生受激原子、分子和自由基等，引起组织内发生一系列化学反应。导致酶、氨基酸、核酸与蛋白质等生物大分子活性降低，或失去活性或引起DNA分子中的某些化学键断裂，在激光照射下，产生的单线态氧和有毒的自由基能通过细菌薄膜上的小孔而杀死细菌。
3.电磁效应
激光是一种很强的电磁波，伴随着激光的强光必然产生一个很强的电磁场，例如聚焦激光束在焦点出的功率密度为106W/cm2时，就可产生105V/cm2的电场强度。如此强大的电磁场与生物分子的直接作用，可能对细胞和组织本身所固有的、由一定游离电荷产生的生物电磁场产生干扰，影响其生理状态。另外还可使有机体组织的电子、原子核、原子或分子产生激励、振动、离化、跃迁以及形成等离子体和活性很高的自由基，影响酶活性等，引起一些非正常的生物化学变化，扰乱正常的生理活动，甚至引起组织的变异和损伤。高的电场强度还可通过电场伸缩产生超声波，而超声波的振动或空化作用可使细胞破裂等。
4.生物刺激效应
激光生物刺激作用的上述机理只是一个推理假设。在国外，有关弱激光生物刺激作用机理学说很不一致。有生物电场假设、光调节系统假设、细胞膜受体假设和偏振刺激假设等四种不一致的假设。表明这一理论尚不成熟，有待进一步探讨。
5.压力效应
任何光脉冲都具有一定的动能，光压效应就是光子把它的动能传给吸收体的结果。激光的压力效应来自三个方面：一是激光聚焦后会产生极大的功率密度，因而产生极大的辐射压力（光压），如当功率密度为1018W/cm2时，其辐射压力约可达3.92MPa。二是由于聚焦激光在物质中产生局部瞬间热效应，造成组织膨胀、变形、气化等现象，从而产生所谓次生冲击波压（二次压力）。激光引起材料表面热膨胀是在很短的时间（ns）内完成，故会产生很大的加速度（可达重力加速度的几万倍），可使得吸附在材料表面的微粒被喷射出去。有时物质表面有液膜或表面有液体或水分的情况，在高能量的激光作用下，液体介质的温度瞬间就超过其汽化温度形成爆炸性蒸发。另外，当激光波投射到物体表面时，其中部分能量转化成声波，当声波接触到物体表面时，会被反射回来，这部分反射的声波与激光器发出的光波会产生碰撞，导致力量很小的“爆炸”，可使物体表面的污物与物体本身分离剥落。以上原理加上选择激性挥发与分馏，热与化学剂腐蚀，以及激光波效应等就构成了激光清洗技术的基础。三是因为聚焦处光子密度极高，当光子数和能量超过某一阈值之后，会使电子在光致离子化或电离过程中从原子上剥落，这些电子形成俘获剩余光子的高度激发的气态云（即等离子体）。由于焦点及其附近的温度极高，可达华氏数万度，并使等离子体迅速膨胀，产生冲击波向各个方向传播，形成极大的冲击压力，而且产生冲击波的强度与所吸收的能量成正比。当然只有光子能量达到某一阈值之后才会产生这种情况。
激光的压力效应是以上各种压力效应的总和，当达到一定值时，也会产生极强的物理和生物作用。例如，光子引起的冲击波在生物有机体组织内以超声速传播，
会产生超声空化现象，引起生物有机体组织和结构的改变，甚至引起性状的变异。有时压力效应对生物组织的损伤，远远大于热效应造成的损伤，而且可远离照射部位。
二、激光杀菌效果
激光杀菌的机理是基于前述的激光与物质的相互作用效应。激光可用于杀菌、消毒，不同剂量和波长的激光可以杀死不同的细菌，病毒，各种寄生虫。在250——800nm之间的任何单色光都有杀菌能力，256nm的最易被吸收，比600nm的高30000倍。激光杀菌可以是利用它的热效应杀菌，也可以是它的非热效应杀菌。而且激光消毒、杀菌效率高，速度快，效果好。国外已用于食品的无菌包装自动线中。
但由于激光光束很细，照射面积小，加之激光设备昂贵，使用维修也比较麻烦，故直接把激光用于食品的杀菌实践中很少见。
三、影响激光杀菌效果的因素
单用激光杀菌时，影响激光杀菌效果的主要因素如下：
（1）激光工作方式 激光工作方式主要有以下几种：连续输出：脉冲输出（又分单脉冲和重复频率脉冲输出）；巨脉冲输出。一般情况下，连续输出激光功率比较大，也比较稳定，效率也高，但热效应也比较显著。一般作为杀菌的激光多用脉冲输出的。因为一到几个脉冲就解决问题了，并且不会有很大的热效应。
（2）激光能量参数 激光能量参数对连续激光器来说指激光功率，对脉冲激光器是指（单）脉冲能量。这根据需要进行选定。
（3）时空参数 时空参数对连续激光来说是指激光照射时间。照射时间越长，及激光对被照物的作用时间越长，则激光的各种生物学效应持续时间越长，同时被照物质所获得的激光能量也越大。时空参数对脉冲输出的激光来说是指脉冲次数，对周期重复脉冲激光来说还有以下几项：脉冲宽度（即脉冲持续时间）、脉冲频率。
（4）光学参数 激光器的光学参数主要有三个：激光波长、发散角及谐振腔输出端光束直径。激光的波长应尽量选用与被杀菌物质的光学吸收带相应的，使物质能更好更多的吸收激光能量。谐振腔输出端光束直径主要影响激光的有效作用面积。
（5）被杀菌材料的特性 被杀菌材料的吸收带pH,颜色，透明度及所含杂质的种类、性质、颗粒大小等等也会大大影响激光的杀菌效果。
四、激光杀菌设备
一般激光杀菌设备有以下几部分组成：激光器为发射激光和供给能量的装置；冷却系统用于冷却激光工作物质和光泵；抽运系统给激光工作物质提供能量，以实现粒子数反转；电能供给系统给抽运系统、光泵系统提供电能；计算机数控系统控制和监测坐标工作台及抽运系统的工作；坐标工作台用于安装和固定杀菌容器并实现激光束与杀菌容器间的相对运动；杀菌容器，即杀菌室，放置杀菌物料和进行杀菌的装置；光学系统用于把激光束形成一定形状，传输到杀菌室内同时观察光束的工作情况；激光器输出能量的自动稳定系统；激光输出能量的调制和控制系统。
五、激光杀菌的应用
直接把激光用于食品的杀菌，目前国内外都应用极少，这主要是单用激光杀
菌有一个很大的缺陷，就是激光器发出的激光束，其辐照面积不可能做得很大，就因为辐照面积一大，功率密度就下降，影响杀菌效果。为了提高杀菌密度，势必加大激光器功率。着又带来了成本的提高。当然，可以采用一些特殊措施，例如特殊光纤可把集中的激光束散射成一定面积，但毕竟有限。故有前途的是把激光与其他技术结合使用，这才能为把激光运用于工业上食品杀菌开辟了广阔的前景。下面简单介绍一下这方面的情况。
（1）声光杀菌技术（超声波-激光联合杀菌） 众所周知，在液体中，当超声声强超过某一空化阈值，将产生空化效应，这时气泡的闭合破裂产生激波，其峰值将达108N/m2。这样高的爆炸压力，将杀死液体中的某细菌，但对杂菌中一类顽固细菌，往往由于空化微阈离散离散，致使逃脱受击。但当超声与激光联合使用时，超声是一种机械波，振动的传播表现为纵波，激光是一种电磁波，波动过程表现为横波。声光的联合应用，即纵波和横波的叠加产生了一种新的声光特性，形成了两种能量的叠加，产生更高的能量，杀菌效果更加明显只要激光和超声剂量都掌握得好，就能达到理想的灭菌效果。声光联合杀菌也为无菌包装工艺开辟了新的途径。
（2）电光杀菌技术（脉冲放电-激光联合杀菌） 高强度脉冲放电杀菌技术，显然有很多优点，但它有一个致命的弱点，就是要使用高电压9几万到几十万伏），使得杀菌技术的设计、制造、安全、调试都十分复杂，而且有很大的危险性，令使用者望而生畏，而且杀菌室也不能过大，故使它的推广受到了很大的限制。为了克服高压脉冲放电技术的上述缺点，可采用激光-脉冲联合杀菌的方式。引入激光有以下几个特点：
○1激光是一种高能的光子流，它照射到液体的介质中，光子能量与放电能量的叠加，大大强化了脉冲放电的过程，产生了更大的能量和更激烈的爆炸特性与冲击波。
○2另外，激光也是一种强电磁波，激光照射也强化了电脉冲放电的电磁效应，两种强电磁场的叠加，增加了细菌细胞膜穿孔的概率和细胞死亡的数量，激光照射还能产生活性很大的单线态氧和有毒的自由基，进而通过细胞膜上的孔杀死细菌。
○3激光还有强的化学效应，它能产生光致离解作用。打断了细菌分子的某些化学键，造成细胞死亡。
○4激光是一种横波，脉冲放电产生的是纵波，激光与脉冲放电的联合使用，就产生了横波与纵波的叠加，从而产生了新的光电特性：原来方向性极强，光束细的激光，穿过了电脉冲放电的纵波场时，受到脉冲放电纵波的干扰，强化了激光的反射、散射和折射等现象，引起了激光的强烈发散，大大扩大了激光的作用范围，使整个容器内都充满了激光与脉冲放电冲击波的作用，使细菌无处逃遁而死亡。
○5由于脉冲放电引入了激光，因而可使脉冲放电的电压大大降低。
在线问答
Q: 这些新技术目前都用在什么类型的产品上？好象都挺贵的，用在传统产品比如罐头、饮料什么的好象不划算吧?
A: 国内还处于实验室研究阶段，国家十五期间有些学校在进行设备方面研究，国外已经有产品问世。主要是果汁和果酱.
Q: 主要是设备比较贵,作为新技术,似乎还有应用方面的难题要解决。
A: 超高压杀菌设备现在除了最初的间歇式，现在国外已经有连续式设备。主要是材料和密封。
加压食品开发课题
高压处理技术是一种新技术，在工业化过程中也会出现新的课题，主要有：
（一）加热与加压并用
如何利用二者之关系产生理想之结果，值得进一步研究，可从下面几方面考虑：
1.杀菌 加热与加压组合使用可降低食品杀菌所需压力，例如将新鲜果汁适当加热就可以在较低的压力下进行杀菌。如果温度和压力选用不当往往会降低杀菌效果，出现压力保护热致死，或者热抵消压力致死的现象，除大肠杆菌外，病毒和蛋白质也会发生这种情况。
2.杀菌与物性的变化 在进行食品压力杀菌时常常要顾及食品物性变化，例如生鲜食品会由于压力发生物性变化。为了避免这一现象发生，需要严格设定压力和温度的条件。物性的变化也是热杀菌同样遇到的问题。
（二）产品风味之保存方法
加压产品可以保存原有之风味与色泽，但须注意的是其于食品贮藏过程中亦会受到光、氧、酶、温度等条件影响，且比生鲜状态更易变化。此外加热食品所遭遇之处理后品质变化问题，在加压食品加工过程或贮藏运输期间亦可能同样面临，同时更为迫切且重要。
（三）包装材料
为了防止加压产品伴随之变形及内容物漏失，避免其它如加热产生之变质问题，从食品包装的观点，新的包装材料必须受到重视和开发。
（四）高压装置的改良
高压装置有处理量少、设备成本高、使用寿命短等缺点。食品高压处理装置不能直接使用陶瓷等粉末材料冷压成型加工用的设备，需要从满足使用要求、经济性等粉末设计和制造合适的高压装置。
（五）名词术语
为了使食品高压处理技术成为日常使用的技术，需要规定一些与加热法相区别、并适合加压法的名词术语。
（六）法规问题
人类自古以来依赖加热法杀菌，食品杀菌法规、法律都是以加热法为前提制定的，因此如何实验数据证明加压杀菌也适用食品加工，使之符合食品卫生标准规定。
Q: 微波加热杀菌是不是同微波炉是一样的道理？
用臭氧杀菌会影响产品的品质，口感吗？我认为会的，特别是有颜色要求的产品用臭氧杀菌后它的感官不就下降了吗？
用辐射过的产品会不会对人体有害，日本现禁止进口辐射过的产品
A1（phfspeccom）: 1.微波加热杀菌是不是同微波炉是一样的道理？
微波炉就是产生微波，道理应该一样的，只是微波炉的频率基本为2450MHz，生产线上的微波的频率有的为915MHz。
微波杀菌致死的原因，有一说法是由热力和电磁力这2种致死因素叠加的结果。另一说法微波杀菌是基于食品中微生物同时受到微波热效应和非热效应的共同作用，在极短时间内达到杀菌效果，又不影响产品的色，香、味、形。
食品加工中利用微波的原理主要是它的热效应。食品中的水分、蛋白质、脂肪和碳水化合物等部属于电介质，是吸收微波的最好介质。这些极性从分子原来的随机分布状态，转变为依照电场的极性排列取向，这一过程促使分子高速运动和相互摩擦，从而产生热量，这种效应称介电感应加热效应。由于水分子的特殊结构，在微波作用下，它是引起食品材料发热的主要成分。现以水分子为例，阐明微波感应加热的原理。水是极性分子，其共价键电子的分布并不在中心，即正负电荷中心不重叠在一起，整个分子呈现电荷的极性，当水分子在自由状态下，这些分子杂乱无章的排列。正负电荷相互抵消，总体不显电性。当将水放在电磁 场中时，这些相当于一个个小磁针的水分子就有呈方向排列的趋势，当电场方向变化时就会引起水分子极的转动。也就是说在交变电场感应下，水分子有转动的趋势，当电场频率很小时，不会引起整个分子运动动能很大变化；当频率足够高时，就相当于使水分子1s内要发生180度 来回转动245000万次，这样就会引起分子间强烈地摩擦，使分子运动加剧，这就是微波加热的原理。对于食品中其他成分如蛋白质、脂肪等极性分子具有同样的效应。分子高速运动产生的热量是以不同于传统加热方式而传导的，传统加热方式采用传导、对流、辐射的方式将热量由表及里传人物料的内部，加热速度馒，受热不均匀；而微波加热采用的是内部加热方式。微波除了有热效应外，还具有某些非热效应。1965年，Olsen等人揭示了微波对镰刀霉芽抱的非热效应。他们指出，微生物在微波场中比其他介质更易受微波的作用，因此提出了微波杀菌机理的非热效应理论。在此基础上，研究人员纷纷提出了不同的解释模型c从生物物理角度来解释微波的非热效应理论较易为大多数人接受，其模型主要包括细脑膜离子通道模型、蛋白质变性模型和生物体的非热效应等。但这些解释仍处在假说阶段，其真正作用机理仍有待进一步探讨。
2、http://bbs.foodmate.net/viewthread.php?tid=614
A2: 微波炉加热实际上和微波杀菌是一个道理，但杀菌除了微波热效应外，还有非热效应。
臭氧杀菌对品质有影响，现在用于表面消毒和水杀菌多。
辐射杀菌只要控制计量对人体没有影响。现在不同国家有不同规定。
Q: 用微波杀菌有：杀菌速度块（可以尽可能的保持食品原有的风味、质地）、加热均匀、安全无害等优点。
微波杀菌的前景如何？现在还有微波方面的哪些问题有待解决？成本是不是很高?
A: 在此引用中国农大王绍林先生的在一篇有关微波加热的文章中一个论述 微波加热技术应用前景
微波加热技术应用范围极广阔，可涉及下列行业：纺织和印染(干燥固色)、造纸和印刷(烘干、因色和定型)、制烟(烟叶复烤)、药物和药材(干燥、杀菌灭霉和杀虫，虫卵)、木材(烘干、解冻)、皮革(皮张干燥定型)、陶瓷(高温烧结)、煤炭(解冻、脱硫)、黄金提炼、橡胶(d口热脱硫)、铸造(型砂固化、干燥)、化妆品和卫生用品(杀菌)、化纤(干燥脱水、定型)、化工产品〔干燥脱水)、医疗(微波手术刀．治疗癌症、颓lJ腺、肝脏、眼脸下垂等疾病)以及微波加速催化化学反应和微波等离子体应用等等。微波加热技术在食品加工业中应用等等。微波加热技术在食品加工中应用仅是其中的一小部分。可以这样说，人们在认识微波加热特点的过程中，同时正在与现有技术相结合去开发出越来越多的新装置和仪器。例如，微波炉和冰箱的组合冰箱；微波水壶和微波卷发器，微波加热和洗衣机组合的微波烘干、洗衣机；微波热水器，低温水分测量仪等。微波加热技术的发展与人们的认识和掌握，以及市场需求是密切相关的。其中完善微波加热设备和加工工艺尤为关键。因而必需要求： (1)微波技术的应用需要设备设计制造与加工]：艺相结合，缺一不可。所以，制造厂商除精心设计制造外，在销售时还应向用户提供加工工艺并保证达到应用要求。 (2)用户应正确理解和掌握微波加热的性能及百关知识，扬长避短、发挥微波的优势。例如，微波加热升温快，使用B他须考虑物料对热和温升的耐受程度，否则将适得其反。又如，微波能透人物料内部加热，但是透人深层有限度。 (3)提倡制造厂商与科研院校结合，尊重知识共同开发。简单仿造、闭门造车是短期商业行为，会有损微波加热技术的声誉。
Q: 加热和加压处理同样会使酶和蛋白质失去活性，但它们是两个不同的物理过程。
高温会引起“共价键”的变化，导致蛋白质不可逆变性；
而高压则会生成或破坏维持酶的空间结构的“非共价键”（氢键、离子键、疏水键、双硫键）等，使蛋白质的变性情况更为复杂，有的是可逆性，也有的是不可逆性。
两种的作用分别是共价键和非共价键，两种差很多哦。不懂！
A1: 必须指出，在加热杀菌中，有将高压杀菌釜杀菌食品除称之为高温杀菌食品外，又偶尔称之为高压杀菌食品。后者实为误称。因为常温加热杀菌中常用加热介质的较高温度与其体系较高压力密不可分所致。在热杀菌中，只要体系压力在常规范围内，其杀菌机制实为“热致”而非“压致”。
食品物系是多成分的分散系，其中以水为分散介质的水分散系和以油为分散介质的油分散系占主要的地位。在这些物系中，水或油都是液体，作为分散介质，它在物系中是连通的，故称为连续相。根据帕斯卡原理，压力在这些连续相内部的传递是均衡的、瞬时的。在物系处于高压的情况下，若忽略重力影响不计，这个原理用于互相接触的两相之间仍然成立。这样，水等液体既是分散介质，又是压力的均衡传递介质。
以水分散系食品为例，其分散介质是可以是简单分子、高分子、晶质或非晶质粒子、细菌、生物细胞组织残片等。这些生物材料中的蛋白质本身结构中就含有水分子，而且对外围介质是开放的，又如细菌其外表面虽有细胞壁膜，但它对周围的水介质也是可透的。对于食品物系来说，这些生物材料不仅是水可透的，而且是可压缩变形的。有了这些条件，整个物系内部各点的压力都能基本达到均衡的状态。
可见，食品加压处理的可行性，其关键在于采用如水之类液体作为传递压力
的介质。如果水一旦变成了冰，它便失去了创造体系内部各点压力均衡的条件。因此必须考察水的状态与压力温度之间的变化关系。通常水不论在多高的压力下，冰点总是在0℃左右。这就确定了压力处理的温度下限值。压力处理和热处理是两种不同的处理方法，压力处理不一定要求多高的温度进行，所以一般在常温下实施即可。但在常温下，若给水施加高于1000MPa的压力，其状态便成为固态（VI状态的冰）。这一压力便是实施高压处理的压力上限。
蛋白质的热变性和压力变性的原因，在研究蛋白质物理化学变化的早期就引起科学家的关注。并形成了其物理化学的理论。蛋白质一般具有四级结构。一级结构是由多肽链中的氨基酸顺序决定的，迄今为止还没有关于高压对蛋白质一级结构影响的报道。二级结构是由肽链内和肽链间的氢键维持，一般高压有利于这一结构的稳定。三级结构是由于二级结构间相互作用而包接在一起形成球形，高压对三级结构有较大的影响。一些三级结构的球状蛋白体结合在一起形成四级结构，这一结构靠非共价键间的相互作用来维持，对压力非常敏感。蛋白质的高压变性要简单地说清楚是不容易的，不过，蛋白质的高压变性起因于加压后溶液体积减少已获得结论。蛋白质的水溶液加压遵循勒•夏特列埃（Le Chatelier）法则，高压下趋向发生体积缩小的反应。高压下水和蛋白质等的结构都发生变化，水溶液整体体积减小。这个变化的主要原因是：比起以自由水存在的水分子，“水溶液中”离子或疏水基的周围是各自的电子及疏水性水合作用，使体积减小，再者水分子与氢键结合体积也会减小。因此给蛋白质溶液施加很高的压力，水分子就容易向电离、疏水性水合、与氢键结合的方向运动，这就使氨基酸侧链的离子、疏水基等从内部暴露在水中，这就意味着蛋白质变性。
A2: 因此给蛋白质溶液施加很高的压力，水分子就容易向电离、疏水性水合、与氢键结合的方向运动，这就使氨基酸侧链的离子、疏水基等从内部暴露在水中，这就意味着蛋白质变性。
Q: 冒昧地问一下，对酱腌菜投资不多且比较有效的杀菌方法有哪些?谢谢
A: 投资不多且比较有效的杀菌方法就是热水杀菌了，根据包装袋大小及内容物的量确定杀菌时间,要注意加热的均匀性。
结束语
在这一个多周的时间里，曾教授和林老师就食品杀菌领域的新技术新方法做了详尽而系统的介绍，许多朋友认真地聆听了曾老师的讲课，并参与讨论。
论坛的专业性是我们追求的目标，但由于大家的工作和视野的限制，我们过去讨论的问题始终局限于一个比较窄的范围，这次讲座，是论坛第一次关于食品生产技术方面的讲座，对于提高大家的知识水平，开拓视野，起到了很大的作用，得到了大家的喜欢。
杀菌技术是曾老师食品新技术讲座的一部分，希望在以后的时间中，曾老师有兴趣完成关于其它新技术的讲座，形成一个完整的系列，让论坛的朋友们能系统地学习。
感谢曾老师和林老师，感谢所有参与的朋友。
这次杀菌新技术的讲座，到此结束，本帖锁定。