综述：脉冲电场辅助肉和鱼腌制以生产发酵鱼类制品：机制、动力学及适宜规模的应用——综述

《Innovative Food Science & Emerging Technologies》：Pulsed electric field-assisted salting of meat and fish for fermented-fish production: mechanisms, kinetics, and appropriate-scale deployment — a review

　　

**摘要**

传统腌渍肉鱼的制造受制于缓慢的扩散控制腌制步骤。脉冲电场（PEF）加工在0.1–5 kV/cm下使肌细胞膜产生通透性，在不产生热负荷的情况下加速盐分进入。现有综述将腌制视为众多PEF应用之一，并在发酵开始时停止讨论；鱼类发酵微生物学研究则完全不涉及PEF。本综述将两者联系起来，并将PEF辅助腌制重新框定为作用于细胞尺寸分布的阈值过程，而非剂量-响应过程。基于这一理解，工艺模式边界是可计算的，比能决定成本但不决定工艺模式，报告的提升因子不可相互比较，预期存在电场强度最优值，均匀性受限于组织特性，微生物效应必须由基质介导而非由场介导。最小报告集作为现有PEF指南的延伸，以及腌制-发酵实验设计作为推论随之而来。一个未经同行评议的适宜规模部署案例对该论点进行了说明。

**产业意义**

腌制是腌制、风干和发酵肌肉食品制造中的速率限制步骤，本文综述的脉冲电场处理直接作用于该步骤。综述确立了一个观点，即应用电场强度而非比能输入决定了工艺所处的模式，因为膜通透化是依赖于尺寸的阈值效应，而非对累积能量的分级响应，并提出了使不同装置之间结果可比较的动力学模型和报告规范。对加工者而言，实际意义在于，质量传递效益可在比微生物灭活所需低一个数量级的电场强度下获得，因此所需脉冲功率硬件成本相对适中。锚定部署在1.5 kV/cm和约81 kJ/kg的条件下，从220V单相电源实现该效果，每10公斤批次的电费约为1泰铢，并将适宜规模单元的复制而非单条生产线的扩大确定为适合东南亚生产大多数发酵鱼类产品的中小企业的放大路径。

**引言**

腌制和发酵是保存肌肉食品最古老的策略之一，由此产生的产品（发酵香肠、腌制和风干猪肉以及亚洲众多的发酵鱼类产品）在经济和文化上仍然具有核心地位。鱼类发酵尤其广泛分布于东南亚大陆和海岛地区，从泰国、老挝到越南和印度尼西亚（Tanasupawat & Visessanguan, 2014）。在泰国，plaa-som通过将整条淡水鱼或鱼肉与盐、熟饭或糯米碳水化合物来源以及大蒜一起发酵制成，遵循集中在中部、东北部和北部地区的家族或地方配方（Saithong et al., 2010）。发酵由乳酸菌驱动，其数量增加数个数量级达到10?–10? CFU/g。早期阶段以*Lactococcus garvieae*、*Streptococcus bovis*和*Weissella cibaria*为主，后期*Lactobacillus plantarum*和*Pediococcus pentosaceus*出现（Kopermsub & Yunchalard, 2010）。酸化与盐屏障共同提供了防腐效果。

这些产品在加工文献中容易被忽视的一个特征是，其生产集中在家庭和社区企业单元中，而非工厂。对于这类生产者而言，该产品是家庭现金收入的主要来源，配方被视为家族遗产，因此任何干预措施必须同时改善工艺性能并保留产品的感官特征和生产者对配方的控制权。这种既具技术层面又具关系层面的双重约束，使手工业环境区别于大多数食品加工技术开发所在的工业供应链。

传统生产中的速率限制步骤是盐分渗透。肌肉中的盐分吸收通过扩散进行，受盐水浓度和工艺温度控制，完整的细胞膜和细胞外途径延缓了盐分向细胞内的移动（Janositz et al., 2011; McDonnell et al., 2014）。腌制涉及的质量传递因此缓慢，需要数小时才能在组织中达到均匀分布的目标浓度。在手工艺鱼类发酵中，完整的腌制和酸味循环根据环境条件占用三到七天。这限制了每月生产循环次数，导致批次间盐度和质地变化，并消耗大量工艺用水。由于腌制步骤控制整个过程，任何在不改变产品的情况下加速盐分传递的干预措施都直接作用于这一约束性条件。

已研究了几种预处理方法来加速肌肉食品中的盐分吸收，包括高强度超声腌制、脉冲真空腌制和真空翻滚。每种方法都通过改变组织结构来促进质量传递，且每种方法都已证明可以缩短腌制时间。然而，还没有任何方法在适合中低收入地区社区企业的规模和成本结构中得到广泛验证，在这些地方三相电源、专业操作人员和高资本支出均不可用。因此，这一差距既涉及机制，也涉及适宜的实现方式。

热预处理可以加速扩散，但代价是蛋白质变性、脂质氧化以及失去定义发酵产品的生鲜感官特征。非热技术通过作用于组织结构而非温度来避免这种权衡。其中，脉冲电场（PEF）加工的独特之处在于其专门作用于细胞膜——限制盐分进入的屏障——并且在质量传递模式下具有有利的能量配置。然而，PEF已经被多次综述。那些综述未解决的内容以及为什么需要进一步综述在第1.3节中说明；本综述处理该问题的框架在第1.4节中说明。

PEF已被反复综述，进一步综述的依据在于指出现有综述未做的事情。表1按范围映射了相关综述。它们分为三组，这些组之间的边界正是本综述的着力点。

第一组将PEF作为通用的食品加工技术。Barba等（2015）综述了食品安全工业的应用，Toldrá等（2012）综述了对食品大分子的影响，Zhang等（2023）综述了从液体到固体食品的扩展，Buckow等（2013）详细研究了一个液体食品加工应用，而Arshad等（2020）和Arshad等（2021）综述了电气系统和可持续性论据。这些是机制和硬件的标准参考来源。在所有这些综述中，腌制只是众多应用之一，没有一篇对其中的传质问题进行定量研究。

第二组更接近本文主题：Gómez等（2019）和Tomasevic等（2023）专门综述了肉类和鱼类加工中的PEF。两者都确认PEF加速了盐分和水的移动，且都指出向工业规模过渡是主要未解决挑战。两者均未询问各主要研究报告的提升因子是否可相互比较，而第3.4节表明它们不可比较；两者均未评估用于描述盐分吸收的动力学模型，而第3.7节认为这正是该领域方法论最薄弱的环节；两者均与主要文献一样，止步于腌制步骤。

第三组涉及腌制之后发生的事情，但不涉及PEF。Xu等（2021）综述了鱼类发酵微生物学，Ghanbari等（2013）综述了乳酸菌生物防腐，Barbieri等（2019）综述了生物胺的形成。这些详细描述了PEF腌制步骤改变其初始条件的工艺，但均未提及PEF。

因此，这两个文献体系并未交汇。一个讨论腌制步骤并止于此；另一个从腌制后开始且从未考虑电气预处理。没有综述将两者联系起来，尽管这种联系并非偶然，因为盐浓度及其均匀性是决定发酵菌群选择的变量之一。本综述旨在提供以下四项贡献。第一，一个从电穿孔机制而非惯例推导出的区分质量传递模式与灭活模式的判据（第2.2节）。第二，对主要定量结果进行批判性而非描述性处理，包括得出其不可解读为剂量-响应序列的结论（第3.4节）。第三，对应用于盐分吸收的动力学模型及其选择依据进行评估（第3.6至3.8节）。第四，明确阐述PEF改良腌制与随后发酵之间的耦合关系，包括对启动菌群是否面临风险的定量回答以及可解决余下问题的实验设计（第6节）。第五项差异在于侧重点：现有综述将工业放大视为挑战，而第7节认为更具影响的未满足设计点在于中间规模，且在该规模下运作的约束是装载腔室内的电场分布而非脉冲功率容量。

对这一文献的综述既可以复述报告的结果，也可以提供一个使其具有连贯性的框架。本综述采用的框架是：PEF辅助腌制是作用于细胞尺寸分布的阈值过程，而非作用于整体材料的剂量-响应过程。电穿孔在感应跨膜电位超过临界值时开始；该电位与细胞半径成正比；肌肉呈现的纤维直径分布广泛而非单一尺寸。该技术的多数实用重要特征均可从这三个陈述的综合作用中推导出来。

以此理解，质量传递模式与灭活模式之间的边界是肌肉纤维与细菌细胞尺寸差异的后果，可以计算而非假定（第2.2节）。比能输入无法确定模式，因为它不携带任何细胞是否越过阈值的信息（第2.4节）。不同电场强度下测得的提升因子不必按单调顺序排列，因为电场要么使给定纤维越过阈值要么不使其越过，且一旦整个群体都越过阈值，进一步提高强度不会带来额外传质（第3.4节和7.2节）。腌制的可达均匀性受纤维直径分布宽度限制而非仅受电场限制，且在装载腔室内电场的分布比其均值更重要，因为低于阈值的区域是未处理而非轻微处理（第2.2节和7.1节）。此外，在产品中的微生物在质量传递电场强度下根本不可能被电穿孔，因此任何微生物效应必须经由处理后基质的状态（其盐浓度及该浓度的均匀性、其水分分布和水分活度、其孔隙尺度结构）介导，而非由电场介导（第5.3节和6.3节）。

这些陈述在物理层面并无新意。本文提出的是将它们视为单一框架的决定，并将它们追踪至其对测量、工艺规范和报告的提升因子可被理解为何种含义的后果。接受该框架的读者会发现第8.2节的报告要求是其推论，而非最佳实践清单。

本综述在形式上是叙述性而非系统性的，但文献通过结构化检索收集以限制选择性偏差。检索了Scopus、Web of Science和PubMed数据库，并使用Google Scholar补充检索区域性和灰色文献，使用"pulsed electric field"（脉冲电场）、"electroporation"（电穿孔）、"salting"（腌制）、"brining"（盐水腌制）、"curing"（风干）、"fermented fish"（发酵鱼类）、"mass transfer"（质量传递）和"kinetics"（动力学）等术语的组合进行检索，限于英文文献。纳入标准为报告了PEF或类似非热预处理应用于肌肉食品的腌制、盐水腌制或质量传递，或提供了与该应用相关的机制、动力学或微生物学背景的研究。仅限液体食品PEF巴氏消毒的研究被排除。检索涵盖至2025年初的出版物，无下限日期限制，以便同时涵盖基础性研究和最新研究。报告的定量数值均逐一与原始来源核对而非取自中间综述，因为二手引用的数字在传递过程中容易出现归属错误。优先选择肌肉食品的主要研究和经同行评审的综述。

文中用于锚定综合分析（第7节）的适当规模系统取自作者自身的部署案例，并在全文中被作为示例加以讨论，而非作为独立证据使用，这一立场已在利益冲突声明中予以说明。该政策有一项后果需要指出，因为它决定了参考文献表的构成。由于本综述的论证是机制性的，机制方面的主要来源被直接引用，而非通过综述性文献间接引用，因此相当比例的参考文献必然早于最近五年；而关于脉冲电场（PEF）应用于肌肉食品腌制的应 用文献规模较小，其全部条目已汇集于表2，且以最近十年的研究成果为主。由于本综述为叙述性而非系统性综述，因此未报告文献数量统计或正式的偏倚风险工具，综合分析采用的是定性方式。结构化检索所力求保障的是覆盖面而非可重复性：它使任何关于脉冲电场应用于肌肉食品腌制的原始研究被遗漏的可能性大为降低，同时研究权重的分配则交由判断决定。证据基础的有两个特征须先予以说明，因为它们制约着此后每一项结论。所报告的研究几乎从不复现彼此的操作条件，因此整个研究体系是一系列单一条件观察的集合，而非剂量-反应系列；此外，所有肌肉食品研究均未报告检验效能计算，因此未能检测到具有统计学显著性的质量效应，不能被视为不存在效应的证据。这两点将在第3.4节和第8.1节中展开讨论。

**应用领域与场强判据**

脉冲电场加工是将短时高压脉冲（持续时间为微秒至毫秒量级）施加于置于两个电极之间的物料。该技术通过电穿孔改变膜的通透性，这种改变可逆或不可逆，其机制是扩大已有孔隙或生成新的孔隙（Barba et al., 2015; Barbosa-Cánovas et al., 2000; Sáenz et al., 2019）。按场强不同，通常可区分两个应用领域。微生物灭活涉及不可逆的破坏。

**植物组织与肌肉组织的证据**

脉冲电场加速渗透传质的能力首先在植物组织中得以确立。采用高强度电场脉冲对胡萝卜进行预处理，可显著提高渗透脱水过程中水分与溶质的交换速率（Rastogi et al., 1999），并且脉冲电场被证明以与膜通透化一致的方式改变了马铃薯组织的扩散特性（Janositz et al., 2011）。这些植物研究建立了此后应用于肌肉组织的机制模板。

**超声、真空渗透与热预处理**

脉冲电场是若干通过改变组织结构以加速盐分吸收的预处理方法之一，一项均衡的综述必须将其与替代方案并列讨论。高强度超声是研究最充分的。在金枪鱼腌制中，超声使盐的有效扩散系数相对于静态腌制提高了约400%至650%（Yao et al., 2022）。在牛肉中，超声加速了菲克第二定律所描述的氯化钠扩散（Zhao et al., 2019）；在黑线鳕中，超声结合真空。

**蛋白质与酶效应**

由于脉冲电场作用于膜且可能扰动大分子结构，其对决定肌肉食品质量的蛋白质的影响必须予以考虑。已有报道指出，脉冲电场会改变大西洋鲭鱼的酶活性与蛋白组分（Otero et al., 2010），并更广泛地以与腌制和风干产品相关的方式影响食品大分子（Toldrá et al., 2012）。鱼肌蛋白本身，特别是决定凝胶。

**为何腌制条件主导发酵结果**

脉冲电场的肌肉食品文献主要聚焦于单独考察的腌制或风干步骤：卤水吸收、盐分布及其即时的质量后果。而在帕索发酵鱼（plaa-som）等产品的腌制之后所发生的发酵，受到的关注要少得多，尽管最终决定风味、质地与保藏性能的是由乳酸菌驱动的发酵过程。这是一处真实的空白，并构成本节其余部分的结构。脉冲电场作用于腌制。

**中间规模空白与处理均匀性**

文献中报道的脉冲电场系统分为两组，其间隔着一段明显的空白。几百毫升的实验室规模腔室用于动力学研究；工业装置每小时处理数吨。两者通常都需要三相供电、专业操作员以及比社区企业承受能力高出约一个数量级的资本支出。覆盖每天数十至低百千克、单相接电且需操作员培训的中间规模。

**反复出现的空白**

上述文献中反复出现三处空白，它们界定了研究议程。第一是规模：在实验室装置与工业装置之间，每天数十至数百千克、单相接电的中间区间代表性不足，尽管大多数传统生产正发生在此区间。第二是物种：现有工作以海水物种（海鲈、鲭鱼、三文鱼）和猪肉为主，而东南亚发酵食品中的核心淡水鱼则代表性不足。第三。

**结论**

在亚致死物质传递区间内施加脉冲电场加工，为加速发酵与风干肉鱼传统制造中构成瓶颈的腌制步骤，提供了一条机制合理且非热的途径。肌细胞膜的电穿孔提高了组织的有效扩散率，从而使盐分渗透更快、更均匀，而不会产生热预处理所带来的温升及伴随的质量损失。确实发生的温升。

**CRediT 作者贡献声明**

Panich Intra：撰写—审稿与编辑、撰写—初稿、验证、软件、资源、项目管理、方法学、调查研究、概念化。

Chatchawan Kantala：撰写—审稿与编辑、撰写—初稿、方法学、调查研究。

**未引用参考文献**

Intra et al., 2026

**利益冲突声明**

作者声明，他们没有已知的与本论文所报告工作存在冲突的财务利益或个人关系。

**致谢**

锚定案例研究在项目编号 A11F680267 下开展，该课题授予 P. Intra，并获区域发展项目管理单位（PMU-A）及泰国科学与创新基金（TSRI）资助，披石研府的社区企业与一家商业加工合作伙伴参与了研究。

Panich Intra | Chatchawan Kantala

工程应用电场研究单元（RUEE），拉贾曼加拉兰纳理工大学集成科学与技术学院，泰国清迈 50220