[0049] 如图1所示，食品杀菌保鲜系统包括高压电源1、脉冲发生器控制单元2、第一电极3和第二电极4，所述高压电源1的输出端与脉冲发生器控制单元2相连，脉冲发生器的第一输出端与第一电极3电连接，脉冲发生器的第二输出端与第二电极4电连接，第一电极3与第二电极4之间形成电场。
[0050] 食品杀菌保鲜系统还包括与脉冲发生器控制单元2电连接的智能移动终端5。智能移动终端5包括手机、平板电脑等。
[0051] 所述第一电极3和第二电极4为相互平行的平板电极。
[0052] 本实施方式中，聚能脉冲产生模块是基于MARX发生器产生的聚能脉冲。所述脉冲发生器控制单元2包括第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一电容C1、第二电容C2和第三电容C3；高压电源1的第一端、第一开关K1、第一电阻R1、第二开关K2、第二电阻R2、第三开关K3、第三电阻R3、第三电容C3、高压电源1的第二端依次串接；第一电容C1的一端接入第一电阻R1与第二开关K2之间，第一电容C1的另一端与高压电源1的第二端相接；第二电容C2的一端接入第二电阻R2与第三开关K3之间，第二电容C2的另一端与高压电源1的第二端相接；第三电容C3的一端与第一电极3相接，第三电容C3的另一端与第二电极4相接。
[0053] 食品杀菌保鲜系统首先将初始能源转化为中间储能，再通过脉冲发生器控制单元2将中间储能压缩和变换，最后转化为负载施加在食品上。
[0054] 本发明食品杀菌保鲜方法利用所述的食品杀菌保鲜系统，将食品置于第一电极3与第二电极4之间，高压电源1通过脉冲发生器控制单元2、第一电极3和第二电极4产生高压脉冲电场，利用高压脉冲电场对食品杀菌保鲜。可利用智能移动终端5控制脉冲发生器控制单元2产生高压脉冲电场。
[0055] 本发明杀菌原理如下：
[0056] 一切生物细胞都可视为一个充满液体的生物体，也可视为一个注满电解质的电容器，在正常情况下细胞膜内外电压差很小，但在外加电场的作用下，细胞膜上的电荷可分离，形成跨膜电压差，这个电位差与外加电场强度和细胞直径成比例，如外加电场强度进一步增强，细胞膜膜内外电位差增大，将导致细胞膜厚度减少，当细胞膜上的电位差达到临界击穿电位差时，细胞膜就开始崩解，导致细胞膜穿孔，进而在膜上产生瞬间放电，使膜分解。当细胞膜上孔的面积占细胞膜的总面积很少时，细胞膜的崩解是可逆的；如果细胞膜长时间处于高于临界电场高强度的作用，致使细胞膜大面积的崩解，由可逆变成不可逆，最终导致微生物死亡。也可认为高聚能脉冲电场穿孔是由于微生物细胞在高强度脉冲电场的反复作用下细胞表膜上的脂层和膜内细胞质暂时变得不稳定导致的一种现象。在外加电场的作用电击下其细胞膜刺穿形成小孔，最后导致细胞膜破裂，细胞内液体外漏，使细胞死亡。
[0057] 早在1967年，英国学者就发现25kV/cm直流脉冲能有效致死营养细菌和酵母菌。由公式E＝V/d可得，在距离为1cm的两块极板间需加上25kV电压(及足够的时间)才能有效杀死细菌，可推得，若要保证足够的空间容纳将要被杀菌的食物，所需电压是巨大的。例如想要杀灭一碗面里的细菌(假设碗高度为10cm)，那么所需的电压即为10cm*25kV＝250kV，再乘以时间，能耗无疑极大的。这时若将电压进行脉冲处理，在能量相等的情况下，等同于将时间缩小，电压升高，那么使用这种方法杀菌，将会减少很大的能源消耗。
[0058] 在外加强电场作用下，细胞膜内外堆积的异号电荷相互吸引或排斥，引起挤压或拉压，当排斥力和拉力到达最大限值时，细胞膜破裂。
[0059] 且当一个细胞处于外部电场中，就会产生跨膜电位。对半径为“r”且处于均匀场强“E”中的球形来说，其跨膜电位可由下式得出：
[0060] U(t)＝1.5rE
[0061] 式中：u——沿电场方向的跨膜电位
[0062] r——细胞半径μm
[0063] E——电场强度(kV/mm)
[0064] 并且认为当跨膜电位达到1V时，细胞膜就会失去功能。
[0065] 如图2所示为聚能脉冲原理图。脉冲电源的工作就其本质而言，是能量的压缩过程，常见的能量压缩方法有两种，一种是空间上的压缩，纯空间上的压缩，只能使能量的体密度增大，而时间上的压缩，则可让能量功率放大。聚能脉冲正是利用了这一点，让能量在时间上压缩，将1w/s充电的能量，压缩到1w/μs时间内释放，等同能量放大了100万倍，而这种方法所消耗的能量，只有1w/s。
[0066] 脉冲波形对细胞作用效果的影响：
[0067] 如图3所示，在正负脉冲影响下，跨膜电位也会在正负之间不断变化，而电位差引起的电荷运动则会作用在细胞膜上，随着脉冲频率上升，细胞膜的“震动”频率也在不断上升，由此可致细胞膜疲劳，同时会加速细胞内的液体分子运动，因而导致温度升高，细胞液体积增大，最后将细胞膜涨破。故知：在低能耗的情况下，聚能脉冲杀菌是多种因素的共同结果。
[0068] 电极形状对杀菌效果的影响：
[0069] 把时间压缩了的电脉冲，加在两个电极或平板上，把食品放入电极或平板之间放电，经过试验，电极的形状对电场均匀度对食品杀菌有很大的影响，要将细菌杀灭干净，必需给食品一个均匀电场，实验最后用了图4(a)的平行平板电场形式。
[0070] 实际实验情况：
[0071] 试验一：
[0072] 实验过程：
[0073] (1)将马铃薯、猪肉、面包分别置于28℃的恒温恒湿细菌培养箱中，三到五天后用接种环取不同菌落种子涂抹至培养板上，继续培养；
[0074] (2)分别从不同菌落取少许样本，制片，用显微镜观察；
[0075] (3)将涂片进行高压脉冲电场杀菌处理；
[0076] (4)再将涂片置入显微镜观察；
[0077] 实验现象：如图5所示，以猪肉为例，由猪肉表层刮取物所培养出的细菌(大肠杆菌)经高压脉冲电场处理后，细菌活性大幅降低(较处理前而言)，再次处理后，基本致死。
[0078] 实验二：
[0079] 实验过程：
[0080] (1)准备面包、米粉、猪肉、肉汤，并各取适量分为20组，编号；
[0081] (2)将为同种食材的四组样品置入高压脉冲电场进行杀菌处理(电场强度25kV/cm，频率为10Hz)，处理时间分别为0s(不处理)、5s、10s、15s、20s；
[0082] (3)20组样品处理完毕后置入细菌培养箱中以28℃，80％的湿度培养，并同步观察，记录变质发霉时间。
[0083] 实验结论：保质期/灭菌率与处理时间呈正相关关系，。
[0084] 实验三：
[0085] 实验过程：
[0086] (1)取50ml等量脱脂乳三杯，分别编号A、B、C，并进行细菌检测；
[0087] (2)将三杯脱脂乳分别置于强度为30kV/cm、35kV/cm、40kV/cm的脉冲电场中，并分别加以2、4、8、16、32、64个脉冲，并在每次加完脉冲后进行残菌率检测。
[0088] 实验结论：如图6所示为对脱脂乳中大肠杆菌的灭菌实验中关于脉冲电场作用的剂量及效果的实验结果。可知，当场强40kV/cm，脉冲宽度2μs时，约五十个脉冲后99％的大肠杆菌失活。即当场强40kV/cm，脉冲宽度2μs时，灭菌效果最佳。
[0089] 实验四：
[0090] 实验过程：
[0091] (1)取乳链球菌、黄金色葡萄球菌、大肠杆菌、霍乱弧菌、迂回螺菌、枯草芽孢杆菌、德氏乳细菌母本各一份接种在细菌培养板上，放入生化恒温箱中培养24h；
[0092] (2)将七种细菌菌落分别置入恒定场强为40kV/cm的聚能脉冲电场下，不断加以脉冲，实时监测细菌存活率；
[0093] (3)通过观察得出100％致死各种细菌所需的脉冲数，加以统计制成表格。
[0094] 实验结论：如图7所示为100％致死上述七种细菌各需要的脉冲数。
[0095] 聚能脉冲杀菌在食品杀菌中的应用研究：
[0096] (1)聚能脉冲电场对脱脂乳杀菌的研究
[0097] 将未经处理的脱脂乳、热杀菌处理后的脱脂乳与聚能脉冲电场杀菌处理后的脱脂乳进行对比：
[0098] ①感官评定没有任何区别
[0099] ②pH值、维生素A质量分数、乳糖质量分数、蛋白质质量分数均无明显差距[0100] ③仅有维生素C质量分数减少
[0101] (2)聚能脉冲电场对苹果汁杀菌的研究
[0102] 将未经处理的苹果汁、热杀菌处理后的苹果汁与聚能脉冲电场杀菌处理后的脱脂乳进行对比：
[0103] ①脉冲电场对新鲜苹果汁的理化指标影响不大，基本保持了原有的色泽和风味，维生素C的损失很小
[0104] ②轻微加速了苹果汁氧化过程，但远小于热杀菌处理
[0105] (3)聚能脉冲电场对绿茶杀菌的研究
[0106] 将未经处理的绿茶、热杀菌处理后的绿茶与聚能脉冲电场杀菌处理后的绿茶进行对比：
[0107] 经聚能脉冲电场杀菌处理后，绿茶的茶多酚、氨基酸含量和色泽等相对于之前没有发生明显变化，综合杀菌效果说明聚能脉冲电场杀菌不仅能够使绿茶饮料达到检测无菌的水平，还可以保持其原有品质。
[0108] (4)聚能脉冲电场对干、湿米粉的研究
[0109] 将未经处理的干、湿米粉，热杀菌处理的干、湿米粉与聚能脉冲电场杀菌处理的干、湿米粉进行对比：
[0110] ①聚能脉冲杀菌处理后的干、湿米粉相对于热杀菌处理的干、湿米粉来说保留了良好的口感与色泽、风味
[0111] ②聚能脉冲杀菌处理后的干、湿米粉中，对湿米粉的杀菌效果要大于对干米粉的杀菌效果
[0112] 可见，聚能脉冲杀菌是一种全新的非热处理杀菌方法，由于其杀菌方法是利用高电位而非强电流杀菌，所以这种杀菌方法全程具有温度低(最高温度低于50℃)、能耗低、杀菌时间短等优点，可以使食物的新鲜度及营养价值等得到很好的保存。在食品安全问题愈发严重的今天，这样一种具有极大优势的杀菌方法必有极大的利用价值和广阔的应用前景。相信无论是在冰箱保鲜、超市酒店、食品仓储还是食品运输乃至军事方面，这种高效节能的杀菌保鲜方法都能给人们的生活带来极大的便利。
[0113] 上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是局限性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。
