非热食品处理技术因为能最大限度地保持食品的天然风味，正受到越来越多的关注，其中最具有发展前景的脉冲电场(PEF)处理技术更是近年来的研究热点之一。由于需求牵引，国外对此技术比较注重实验系统的研究，迄今仍未见到系统理论证明的报道。本文从理论和实验两方面进行了系统的研究，为脉冲电场食品非热处理技术在我国的实用化做了一系列研究工作。 为了对微生物脉冲电场效应进行理论上的分析，首先，本文从细胞膜的结构、组成及功能入手，建立了微生物细胞的介电模型，求出了细胞膜的介质极化时间常数，并通过系统状态空间方程对其进行了验证。同时利用状态空间方程，推导出了系统的简化等效电路。然后，根据法拉第、高斯和电荷守恒三大定律，对理想细胞模型进行了分析、计算，比较详尽地描述了脉冲电场和静电场作用下跨膜电压的大小和分布，并给出了具有非热效应脉冲电场的最佳条件。在这一基础上，本文分别通过麦克斯韦应力张量法和库伦虚功法分析了外加电场对细胞膜的径向应力。在理论分析的最后，对已有的脉冲电场非热效应的机理研究进行了综述，并依据跨膜电压的大小，归纳出了细胞膜介质电击穿效应、电场力效应和跨膜信息紊乱效应等三种脉冲电场非热效应的理论解释。 PEF非热食品处理的关键技术之一是设计、制造大功率高精度的高压脉冲电源。以往利用脉冲电容储能、触发放电，或L-C脉冲成型网络等方式产生的脉冲高压都不能满足PEF食品处理技术应用的要求。本文采用大功率绝缘栅极晶体管(IGBT)配合脉冲变压器的技术路线，研制出了一套高精度高压PEF试验系统，克服了由大功率电力电子器件直接串并联实现高压脉冲中的均压、均流、匹配及同步触发等技术难题，且降低了设备的成本，为PEF技术实用化奠定了一定的硬件基础。随后，利用自行研制的高精度高压脉冲电场试验系统对酿酒酵母、大肠杆菌、枯草芽孢杆菌以及黑曲霉等四种食品中常见的微生物细菌做了比较深入的实验研究，获得了灭菌率与电场强度、脉冲宽度和脉冲数之间的关系，验证了脉冲电场对微生物的几种效应，并根据实验数据提出了一种统计灭菌率的数学模型。 本文的最后，根据实验研究的数据、经验以及对已有动态系统的分析，给出了利用大功率集成门极换流晶闸管(IGCT)配合大功率脉冲变压器设计的、流量约为150L／h的动态实验系统。