连续流脉冲电场（PEF）处理对马铃薯纤维微生物载量、理化性质及功能特性的影响

《Foods》：Continuous-Flow Pulsed Electric Field Treatment of Potato Fiber: Effects on Microbial Load, Physicochemical Properties, and Functional Characteristics

　　

研究人员评估了连续流脉冲电场（PEF）处理在非热微生物减菌和改善马铃薯纤维特性方面的效果。马铃薯纤维是马铃薯淀粉加工中一种有价值的副产物，但残余淀粉和微生物载量可能限制其质量和作为食品配料的适用性。初始批次试验表明，低电场强度下微生物灭活有限，而较高电场强度可提高微生物减少效果。随后，研究人员在24 kV/cm条件下开展连续流处理，比能量分别为50和100 kJ/L，分别记为PEF50和PEF100。PEF100使需氧菌平板计数（APC）约减少1.6个对数周期（96%），酵母减少超过2.5个对数周期（99%），霉菌减少超过1个对数周期（97%）。PEF100还显著将残余淀粉从31.7%降至26.8%，并将估算纤维含量从54.9%提高至59.3%。PEF处理未显著降低持水能力（WHC），而PEF100处理后的持油能力（OHC）略有增加。灰分含量不受影响，而蛋白质含量经PEF处理后从5.8%降至4.7%。本研究结果表明，100 kJ/L连续流PEF处理可有效降低马铃薯纤维的微生物载量和残余淀粉，同时保持甚至在某些方面改善关键理化与功能特性。

研究背景与目的

马铃薯（Solanum tuberosum L.）是全球重要的食品原料，在薯条、薯片、脱水产品和淀粉加工中会产生大量富含淀粉、蛋白质和膳食纤维的侧流。消费者对可持续、清洁标签和纤维强化食品的需求，推动了马铃薯加工副产物的回收与高值化利用。马铃薯纤维因膳食纤维含量高、持水能力（WHC）、持油能力（OHC）和溶胀性优良、风味中性，适用于烘焙、肉制品、零食和植物基食品。然而，湿法加工和转运过程中的微生物污染、高水分含量引起的微生物增殖、残余淀粉含量偏高等问题，限制了其质量、安全性和商品化应用。传统热杀菌和强化干燥虽能降低微生物，但容易导致颜色劣变、结构降解、营养损失和功能特性下降；尤其马铃薯纤维浆料具有高持水能力、高黏度和非均质颗粒结构，传热不均，局部区域微生物难以充分灭活，因而难以在保证微生物安全的同时保留功能品质。因此，需要探索非热加工技术。脉冲电场（PEF）通过短时高压脉冲使细胞膜产生跨膜电位差并形成电穿孔，可在低热负荷条件下灭活微生物，同时改变植物组织的微观结构。已有PEF研究多集中于马铃薯切分、油炸和提取等环节，针对马铃薯纤维配料的系统研究仍有限。本研究旨在评估连续流PEF处理对马铃薯纤维微生物载量、理化性质、微观结构和功能特性的影响，以判断其作为非热加工手段的可行性。

研究总体结果与意义

研究人员采用批次预实验筛选电场强度和比能量，再以24 kV/cm连续流处理马铃薯纤维浆料，比较0、50、100 kJ/L三种比能量条件。结果表明，100 kJ/L（PEF100）能显著降低需氧菌平板计数（APC）、酵母和霉菌，显著降低残余淀粉并提高估算纤维含量，同时保持持水能力，并使持油能力略有提高。这表明连续流PEF可在接近实际生产工况下，实现微生物减菌和组成纯化，为马铃薯淀粉加工副产物的高值化利用提供了一种工艺相关且具有放大潜力的非热/微热处理方案。

主要技术方法

研究人员以新鲜马铃薯（cv. Gogu Valley，购自美国爱达荷州Glenn’s Ferry的Genesis Organics）为原料，经清洗、切块、搅拌、卧式离心和多次筛洗制备纤维浆料。连续流PEF处理采用PEF-Pilot Dual（Elea Technology GmbH）系统，配备DN10连续处理池，电极间隙1 cm；用CaCl₂将浆料电导率调至0.7 mS/cm，流量80 L/h，电场强度24 kV/cm，脉冲宽度6 μs，比能量50和100 kJ/L。微生物分析由外部认证实验室Analytical Laboratories Inc.（Boise, ID, USA）按AOAC等方法完成；WHC和OHC采用Luo等（2017）改良法；总淀粉用Megazyme试剂盒测定；粗蛋白用LECO氮分析仪燃烧法测定；水分和灰分按重量法；纤维含量以差减法估算；扫描电镜（SEM）观察微观结构；统计使用SPSS 26进行方差分析（ANOVA）、多元方差分析（MANOVA）及Tukey HSD多重比较。

研究结果

3.1 PEF对纤维微生物载量的影响

批次实验结果显示，3 kV/cm、5–20 kJ/L条件下APC和酵母几乎无显著灭活；15 kV/cm、100和150 kJ/L时APC减少不足1个对数周期，而酵母在150 kJ/L时降至检测限以下。连续流PEF在24 kV/cm条件下，MANOVA显示PEF对微生物整体影响显著（Pillai’s trace，p < 0.001）。PEF100使APC显著降低约1.6个对数周期（约96%），PEF50与对照无显著差异；酵母对PEF最敏感，PEF100使酵母降低超过2.5个对数周期（>98.8%），PEF50也降低1.5个对数周期；霉菌在PEF50和PEF100下分别降低约0.5和1.6个对数周期。敏感性顺序为酵母＞霉菌＞APC。由于原料中未检出大肠杆菌（Escherichia coli）、沙门菌（Salmonella）和单核细胞增生李斯特菌（Listeria monocytogenes），本研究无法直接评价PEF对致病菌的灭活效果。PEF100中欧姆加热使浆料温度升至约50 °C，该温度本身不足以产生显著杀菌作用，但可能参与理化性质的改变。

3.2 PEF对纤维理化与功能特性的影响