利用脉冲电场处理保存液体食物的方法技术

本发明专利技术涉及借助电阻加热用于快速且均匀地将液体产品加热到预定温度的方法。根据本发明专利技术，基于将0.1‑5.0kV/cm之间的电场强度施加延长的时间段，从而通过选择相对低的电场强度和至少10微秒的脉冲持续时间达到了充分的且有效的微生物灭活，同时在电阻加热期间液体产品的最高温度自主地保持低于92℃。本发明专利技术的方法在中性pH处和在小于7的pH处是有效的。此外，本发明专利技术的方法在灭活广泛的相关微生物方面是有效的。本发明专利技术还涉及所述方法，其中在将方法作用于液体产品之前将液体产品预加热。本发明专利技术也涉及通过根据本发明专利技术的方法可获得的液体产品。

Method for treating liquid food by pulsed electric field treatment

The present invention relates to a method for rapidly and uniformly heating liquid products to a predetermined temperature by means of resistance heating. According to the present invention, based on the time period of extending the electric field strength between 0.1_5.0 kV/cm, sufficient and effective microbial inactivation is achieved by selecting relatively low electric field strength and at least 10 microseconds of pulse duration, while the highest temperature of the liquid product is independently maintained below 92 degrees during resistance heating. . The method of the invention is effective at neutral pH and at less than 7 pH. In addition, the method of the invention is effective in inactivating a wide range of related microorganisms. The invention also relates to the method in which the liquid product is preheated before the method is applied to the liquid product. The invention also relates to liquid products obtained according to the method of the invention.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】利用脉冲电场处理保存液体食物的方法
本专利技术涉及借助电阻加热用于快速且均匀地将液体产品加热到预定温度的方法。本专利技术还涉及所述方法，其中在将方法作用于液体产品之前将液体产品预加热。
技术介绍
脉冲电场(PEF)是被用作通过施加借助高强度外电场的短时间段的脉冲诱导细胞膜的电穿孔的技术。对于该现象最广为接受的理论是通过在生物膜上施加外电场，诱导磷脂双层中的局部不稳定性，最终引起孔形成。孔的形成(电穿孔)促进了穿过膜的通透性(电透化作用)，取决于所施加的电场的强度，其或者是可逆的过程，或者当施加在高电压下时，是不可逆的，引起细胞死亡。在连续流PEF处理系统中，必须考虑不同的临界时间(Mastwijk等人,2007)，包括脉冲持续时间、两次脉冲之间的时间(停歇时间)、高电场区域中流体元的停留时间、渡越时间和进入冷却区段前离开高电场区域的时间。总(有效的)处理时间被定义为脉冲次数与当被抽运经过处理装置时由流体元在高电场条件下接收到的每次脉冲的时间的乘积。当前，总处理时间和电场强度被认为是决定不可逆电穿孔的效率的关键因素(SaulisandWouters,2007)。当使用2微秒持续时间的脉冲100-400微秒的总处理时间时，在10-20kV/cm范围内的电场强度下，不可逆电穿孔对营养微生物是有效的(图1)。Reynard和同事(1998)研究了用于基因转移的单脉冲的脉冲持续时间的临界效应。他们发现取向所需要的最小脉冲时间是～1毫秒并且指出在1-2.7kV/cm的电场强度下使用24毫秒持续时间的脉冲用于透化的临界响应时间为3到5毫秒。与直流电(DC)脉冲相反，交流电(AC)电流用于引起液体中的高电场条件。虽然具有固定频率(f)的AC电流可以被视为具有1/f持续时间的脉冲，但是考虑于此的特征脉冲波形是矩形的，意味着脉冲的重复频率小于带宽(1/脉冲持续时间)。在US2010/0297313中考虑了在大于1MHz的频率(或脉冲持续时间小于1微秒)下的AC电流。对于特定处理条件的选择与电穿孔的目的和不同的应用有关。可逆电穿孔是经常使用在分子生物学和临床生物技术中的步骤，以将小的或大的分子引入细胞，即将药物、寡核苷酸、抗体和质粒引入细胞质，旨在保持细胞存活。不可逆电穿孔可以用于从细胞提取分子或使细胞失活。在本专利技术中，我们旨在将不可逆电穿孔作为非热保存方法，其中由PEF加工获得的最高温度和保持时间小于常规热巴氏灭菌法。这导致了例如在其他有益方面之中更好地保存产品的新鲜味道和营养价值。当以微生物灭活为目的时选择用于脉冲电处理的加工条件取决于若干因素，但可以被分类为三组：工艺参数、微生物特性和处理基质特性。对于通过PEF的微生物灭活的效力，除了电场强度和处理时间之外，温度也被认为是关键的(Raso等人,2014)。增加电场强度和处理时间将引起PEF致死率的增加。由于这些条件，每质量单位将施加更多的能量，引起产品升温更高。用于不可逆电穿孔的典型的加工条件处于高电压(5-80kV/cm)下数微秒短脉冲的范围内。即使在对微生物无致命的温度范围内，在PEF处理前通过增加基质(例如液体食物产品)的温度，促进通过PEF的微生物灭活的程度。不希望被理论束缚，该预加热效应对细胞膜的磷脂双层结构具有影响，使细胞更易于PEF加工(Wouters等人,1999)。微生物特性对通过PEF的微生物灭活的效力具有影响。通常，已经报道相对大的微生物比较小的微生物对于PEF更敏感，并且革兰氏阴性的微生物比革兰氏阳性的微生物对于PEF更敏感。常常在悬浮有微生物的液体基质中研究PEF处理的效力。已对该处理基质的特性进行了研究，并且已经报道pH对于处理的功效至关重要。即是说，PEF在低pH基质中比在中性pH基质中更有效。不可逆PEF加工的商业应用旨在通过单次通过处理装置来灭活连续流中的微生物。如在US2012/0103831中所描述的通过将已处理产品和未处理产品混合来提供多于一次通过处理装置的循环回路由于加工复杂性而被规避。如前面所提及的，外部脉冲应用于产品，将能量引入产品，引起产品的温度升高。该温度升高取决于所选择的加工条件和产品特征(Heinz等人,2002)。为避免过度加热产品，在某些应用中在两个处理室之间设置冷却区段(Sharma等人,2014)；然而，该方法中更多的电能和用于冷却的能量是必要的。避免过分加热所描述的另一种可能性是在应用脉冲之后或在一串脉冲之后引入暂停(ElZakhem等人,2006)；然而，这在商业应用中是不可能的，因为在该研究中总处理时间增加到5200s-7800s(ElZakhem等人,2007)而用于在线热巴氏灭菌法的典型时间是在数秒到数分钟的范围内。脉冲之间或一系列脉冲之间至少一分钟的暂停也应用于在CA2758678中描述的批量系统中。商业上所应用的处理条件是这样的，利用10和30kV/cm之间的电场强度进行PEF，因为施加较高电场强度具有技术限制，并且可能造成食材的介电击穿。所应用的加工条件适于具有低pH的液体食物产品，即高酸性水果汁，具有低于约4.6的pH。这些加工条件出现在若干有待适于使液体食物产品中较大尺寸的微生物灭活的应用中。此外，与革兰氏阳性微生物相比，可以更有效地灭活革兰氏阴性微生物。特别地，在目前已知的PEF加工条件下，灭活小尺寸革兰氏阳性细菌在大多数情形中是麻烦的。此外，当前的低pH工艺条件在不是适于具有pH高于约4.6的食物产品的有效方式。当前用于液体食物产品的PEF加工包含相对高的电场强度，即5kV/cm以及更高，典型地10-30kV/cm。这些相对高的电场强度通常通过峰值功率的要求和通过最大存储脉冲能量对单脉冲持续时间的限制阻碍将PEF加工放大至大量。这些技术边界将用于保存低导电性酸性水果汁的单线的最大生产量限制到5000L/h。这样，存在对这样的PEF加工条件的需要：-有效灭活具有相对小尺寸的革兰氏阳性细菌和/或微生物，优选地在灭活革兰氏阴性细菌和/或具有相对大尺寸的微生物方面不损失效率；和/或-灭活具有pH高于约4.6和pH低于4.6的液体食物产品中的微生物和/或孢子；和/或-比现存灭活技术在商业上更有利可图；和/或-适用并且具有使用单线放大至比所使用的本领域条件的现有状态更大的生产量容量的可能性。
技术实现思路
本专利技术涉及一种借助电阻加热用于快速且均匀地将液体产品加热到预定温度以获得被加热的液体产品的方法，包括：(a)提供液体产品；(b)提供借助电阻加热用于快速且均匀地将液体产品加热到预定温度的设备；(c)连续地向所述设备的入口供应所述液体产品并使所述液体产品流经所述设备；(d)连续地产生经过所述设备中的流动的液体产品的电流，其中在通过期间向每个流体元(fluidelement)施加最少一个脉冲，脉冲持续时间至少10微秒，并且其中电场强度为0.1至5kV/cm；并且其中在所述电阻加热期间所述液体产品的最高温度自主地保持低于92℃。本专利技术的一部分在于单脉冲的脉冲持续时间是关键因素，而非总的有效处理时间。在2微秒(τ)的脉冲持续时间和10kV/cm的电场强度(E)处，本专利技术人发现灭活不是有效的，尽管总的有效处理时间计算为E2·τ，是采用常规PEF处理的20kV/cm处的4倍。在0.1-5kV/cm的条本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种借助电阻加热用于快速且均匀地将液体产品加热到预定温度以获得被加热的液体产品的方法，包括：(a)提供液体产品；(b)提供借助电阻加热用于快速且均匀地将液体产品加热到预定温度的设备；(c)连续地向所述设备的入口供应所述液体产品并使所述液体产品流经所述设备；(d)连续地产生经过所述设备中的流动的液体产品的电流，其中在通过期间向每个流体元施加最少一个脉冲，脉冲持续时间至少10微秒，并且其中电场强度为0.1至5kV/cm；并且其中在所述电阻加热期间所述液体产品的最高温度自主地保持低于92℃。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.07.05 EP 16177902.0;2015.11.17 US 62/256,4971.一种借助电阻加热用于快速且均匀地将液体产品加热到预定温度以获得被加热的液体产品的方法，包括：(a)提供液体产品；(b)提供借助电阻加热用于快速且均匀地将液体产品加热到预定温度的设备；(c)连续地向所述设备的入口供应所述液体产品并使所述液体产品流经所述设备；(d)连续地产生经过所述设备中的流动的液体产品的电流，其中在通过期间向每个流体元施加最少一个脉冲，脉冲持续时间至少10微秒，并且其中电场强度为0.1至5kV/cm；并且其中在所述电阻加热期间所述液体产品的最高温度自主地保持低于92℃。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述液体产品的pH在pH1.5和9.0之间，优选地高于4.6，优选地在4.8和9.0之间，更优选地在5.5和8.0之间，更优选地在6.0和7.5之间。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述液体产品20℃下测量的电导率在0.01和10S/m之间，优选地在20℃下测量的电导率在0.1和3S/m之间，更优选地在20℃下测量的电导率在0.2S/m和0.8S/m之间。4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中所述液体产品是液体食物产品或液体饲料产品。5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中所述液体产品是原料、半成品或最终液体产品，如水果汁、...

【专利技术属性】
技术研发人员：里安·阿德里安娜·亨德里卡·蒂默曼斯，里卡多·埃尔米里奥·德·莫赖斯，亨德里克斯·科内利斯·马斯特瑞克，
申请(专利权)人：斯蒂奇瓦格宁根大学研究中心，
类型：发明
国别省市：荷兰,NL