高压静电场保鲜技术原理及应用现状研究

第８期总第２６６期　农业科技与装备　Ｎｏ．８　Ｔｏｔａｌ　Ｎｏ．２６６　２０１６年８月　Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　Ａｕｇ．２０１６　高压静电场保鲜技术原理及应用现状研究　叶春苗　（辽阳职业技术学院，辽阳１１１０００）　摘要：近年来高压静电技术在食品工业中逐渐得到应用。从细胞膜电势、果蔬内部电场、水结构的角度分析高压静电场保鲜技术的　原理，概述高压静电场技术在果蔬贮藏保鲜中的应用现状，并对高压静电场保鲜技术的前景进行展望，以期为该技术今后的深入　研究提供参考。　关键词：高压静电场；保鲜；果蔬；原理；现状；前景　中图分类号：￥６０９　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７４—１１６１（２０１６）０８—００５８—０２　地球表面的一切生物体都是在电场强度约１３０　势梯度（膜电位差）。这两者总起来叫做电化学梯度。　Ｖ／ｍ的自然静电场的作用下生长、繁殖。生物环境电　也就是说，电化学梯度将决定离子的运动方向以及对　场的改变，特别是外加高压静电场，必然对构成生物　膜的透过情况。在外加电场作用下，若外加电场方向　体的细胞内外的电荷分布、排列、运动产生一定的影　与膜电位正方向一致，则膜电位差增大，反之则减小。　响。目前．国内许多研究人员正在进行相关试验。且其　膜电位差的改变必然伴随着膜两边的带电离子的定　试验结果已经得到了一定的证实。　向移动，从而产生生物电流，带动了生化反应。国外的　近年来，静电技术在食品工业中的应用研究悄然　一些试验已经初步证实了这种影响方式存在的可能　兴起，这主要得益于微能源、静电生物效应和电场等　性。例如：细胞内的线粒体内ＡＴＰ（三磷酸腺苷）的合　理论基础研究的发展。目前，高压静电生物技术在食　成就是由于膜内外电位差造成电子在从膜外流进膜　品领域的应用研究主要包括：高压静电场在食品保鲜　内的过程中驱动ＡＴＰａｓｅ（三磷酸腺苷酶）产生ＡＴＰ供　中的研究，高压静电场对酶的活性的影响研究，高压　细胞利用。这样，当外加高压静电场处理后，将会直接　静电场加速冷冻食品解冻的试验研究，高压静电场在　影响细胞的氧化磷酸化水平。　食品杀菌中的应用研究，高压静电场的生物效应影响　１．２从果蔬内部生物电场的角度分析　研究，以及高压静电场对食品其他功效的影响研究　果蔬作为一个生物体，本身存在着其固有的电　等。本文对目前国内外运用高压静电场技术延长果蔬　场，当这种固有电场遭到外部干扰时就可能表现为某　保鲜贮藏期的技术原理及研究现状进行概述和探讨。　种生理上的变化。细胞内有很多正常代谢活动与金属　１　高压静电场处理对样品品质影响的原理　离子有关，如细胞呼吸链中执行电子传递的细胞色素　特定的高压静电场处理能显著地保持所处理果　Ｃ（ＣｙｔＣ）和一些以金属离子为辅基的酶类，而外加电　蔬的品质，具体表现在：增加可溶性固形物、ＶＣ、还原　场处理正好能影响与这些金属离子活动有关的细胞　糖、总酸等的含量，减少丙二醛（ＭＤＡ）、过氧化物酶　代谢过程。在这个过程中，适当的电场处理正好有助　（ＰＯＤ）的含量；但另外的一些静电场处理则出现与该　于延缓细胞相关活动而达到保鲜的效果。而另一些电　结论不太一致的结论。现就这些现象从高压静电场保　场处理则也可能会刺激细胞活动而出现另一些试验　鲜作用机理方面做出如下讨论分析。　结果。从这一点上讲，正好能解释在一些处理中过氧　１．１　从细胞膜电势的角度分析　化物酶（ＰＯＤ）和过氧化氢酶（ＣＡＴ）的酶活高于对照．　据报道，静电场处理对果蔬有保鲜作用，主要是　而在另一些处理中ＰＯＤ和ＣＡＴ的酶活低于对照　由于电场改变了果蔬细胞膜的跨膜电位。生物化学理　１．３从水结构的角度分析　论认为，在水溶液中一个离子要穿过细胞膜，除了需　随着物理学和物理化学的进步，人们发现生物体　要一定的载体来传送外，更重要的是它要受到２种驱　内的水本身并非单纯的液体，而是具有一定构造的物　动力的作用：一种来自膜内外两侧的化学梯度（浓　质，许多科学家提出的有关水分子构造理论认为，细　度），另一种则是由于透过膜的电荷运动所造成的电　胞内的水分子是一种由氢键结合而成的具有一定结　构［称作水分子团（ｃｌｕｓｔｅｒ）］的液体。由于水分子是极　收稿日期：２０１６—０７—１９　性分子，所以这种结构并非固定不变的，而是一种动　作者简介：叶春苗（１９７９一），女，硕士，讲师，从事食品生物技　态结构。一般自由水分子团的存在时间极短，随着氢　术理论教学与研究工作。　键的形成与断裂，水分子之间存在着小分子缔合为大　２０１６年第８期　叶春苗：高压静电场保鲜技术原理及应用现状研究　５９　分子团、大分子团解聚为小分子的不停的变化过程。　压静电场的保鲜作用拓宽了范围。　影响果蔬生理反应的主要是果蔬内酶的活性．而　３高压静电场保鲜技术研究前景展望　酶蛋白周围的水分不仅是果蔬生存的条件．更是果蔬　食品工程中的各种操作单元随着现代科学的发　细胞的重要组成部分。水结构上的任何变化理所当然　展都在向着高效率、低能耗、商品化等方向发展。许多　要引起果蔬生理上的改变。当外加静电场作用于酶周　领域的新兴技术都在不断地向食品工业渗透。随着食　围的水分使其结构发生变化时。在一定条件下极可能　品工业的快速发展，由于当今世界石油、煤炭和天然　改变水与酶的结合状态，使酶的活性不能发挥出来．　气等自然资源的不可再生性，高压静电场以其能耗　从而失去活性。酶的失活必将延缓果蔬的生理代谢过　低、卫生、容易操作控制、操作使用过程中维护费低等　程，达到保鲜的目的。从这方面讲，高压静电场处理正　特点，将可能逐渐成为食品工业发展的主流之一。高　是通过影响果蔬内含的水分子结构而影响被这些水　压静电场处理技术除可对果蔬进行保鲜贮藏之外．还　分子结合的一些相关酶的活性而达到保鲜的目的。　可用于食品的杀菌、干燥、加速冷冻食品的解冻过程　２高压静电场技术在果蔬贮藏保鲜中的应用　等许多食品工业的操作单元之中。在人们越来越重视　目前，虽然高压静电场技术作为一种节能、高效、　高效、节能和环保的今天，其应用开发前景十分广阔．　高品质处理得到高效益食品的保藏方法而被广泛用　尤其是将其应用于延长果蔬产品的货架期方面更是　于包括食品工业在内的各个领域之中，但是，将该技　有诱人的潜力和开发前景。　术用于果蔬保鲜的研究却只是近年来才兴起的一门　由于该技术目前在国内外仍是出于对其应用开　新兴技术。其研究现状主要表现在以下几个方面：高　发的探索阶段，特别是其作用机理问题更是该技术运　压静电场对果蔬硬度、呼吸、内溶相关酶、电导率的影　用和推广的关键核心问题之一，又由于静电场贮藏保　响。有学者就番茄贮藏期短、呼吸跃变及保鲜期短等　鲜以及其他作用效应受到诸多因素的影响，所以研究　特点．通过大量试验研究了静电场对番茄贮藏期内呼　起来难度不小，导致前期研究进展及在实践中推广运　吸速率、腐烂指数、好果率、可溶性固形物含量、相对　用等方面不是很理想，进程较慢。所以今后有待于进　电解质渗出率、还原糖、可滴定酸、ＶＣ含量、过氧化物　行更加深入的研究．将高压静电场在食品工业中的应　酶、过氧化氢酶、丙二醛等的影响，为从理论上解释高　用推上一个更高的水平。　参考文献　［１］黄炜，陈忆凤，程德林．高压静电场用于流质食品杀菌初探［Ｊ］．淮海工学院学报，１９９８，７（２）：７３—７５．　［２］黄炜，薛婉丽，钱蕾芸．高压静电场在食品杀菌中的应用［Ｊ］．食品与机械，２００１（４）：１３—１４．　［３］黄振勇．高压静电场对绵羊精子存活率的影响［Ｊ］．生物物理学报，１９９５（１２）：５９１—５９４．　［４］景德礼，方胜，李里特．高压静电场在食品保鲜中的应用研究［Ｊ］．食品与科技，１９９８（６）：１２—１３．　［５］江慎华，张佰清，魏宝东．高压静电场保鲜技术的研究现状［Ｊ］．农产品加工，２００４（３）：２５—２６．　［６］蒋耀庭．高压静电场催陈酒和醋综述［Ｊ］．中国制造，１９９９（５）：１－４．　［７］蒋耀庭，罗家忠．高压静电场在酿造品生产中的应用［Ｊ］．中国调味品，２０００（１）：３－５．　［８］蒋耀庭，孙英扁压静电场催陈酒和醋综述［Ｊ］．中国酿造，１９９９（５）：１－４．　［９］蒋耀庭，孙英，张强．高压静电场食醋成分变化实验研究［Ｊ］．中国调味品，１９９１（１１）：１８—２２．　［１０］李里特，方胜．对静电场下果蔬保鲜机理的初步分析［Ｊ］．中国农业大学学报，１９９６（２）：６２—６５．　［１１］叶青．高压静电场保鲜装置改进及对几种呼吸跃变型果实的影响［Ｄ］．北京：中国农业大学，２００４．　［１２］原超，范三红．高压静电场处理在果蔬贮藏中的研究进展［Ｊ］．农产品加工，２０１１（２）：６４—６６．　『１３］张刚．静电场对菜豆、青椒和茄子冷害的作用及生理生化影响［Ｄ］．北京：中国农业大学，２００５．　［１４］孙敏华．变频脉冲及高压静电场对电厂循环水中异养菌的灭活实验研究［Ｄ］．呼和浩特：内蒙古工业大学，２０１０　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ａｎｄ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　Ｓｔａｔｕｓ　ｏｆ　Ｈｉｇｈ－ｖｏｌｔａｇｅ　Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ　Ｆｉｅｌｄ　Ｐｒｅｓｅｒｖａｔｉｏｎ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ＹＥ　Ｃｈｕｎｍｉａｏ　（Ｌｉａｏｙａｎｇ　Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ　Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｌｉａｏｙａｎｇ　Ｌｉａｏｎｉｎｇ　１１１０００，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｒｅｃｅｎｔ　ｙｅａｒｓ　ｈｉｇｈ—ｖｏｌｔａｇｅ　ｓｔａｔｉｃ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｉｓ　ｇｒａｄｕａｌｌｙ　ｕｓｅｄ　ｉｎ　ｆｏｏｄ　ｉｎｄｕｓｔｒｙ．Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ｔｈｅ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ｏｆ　ｈｉｇｈ—　ｖｏｌｔａｇｅ　ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ　ｆｉｅｌｄ　ｐｒｅｓｅｒｖａｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｆｒｏｍ　ｔｈｅ　ａｓｐｅｃｔｓ　ｏｆ　ｃｙｔｏｍｅｍｂｒａｎｅ　ｐｏｔｅｎｔｉａｌ，ｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｆｉｅｌｄ　ｉｎｓｉｄｅ　ｆｒｕｉｔ　ａｎｄ　ｖｅｇｅｔａｂｌｅｓ　ａｎｄ　ｗａｔｅｒ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ　ｔｈｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｓｔａｔｕｓ　ｏｆ　ｈｉｇｈ－ｖｏｈａｇｅ　ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ　ｆｉｅｌｄ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｕｓｅｄ　ｉｎ　ｐｒｅｓｅｒｖａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｆｒｅｓｈｎｅｓｓ　ｏｆ　ｆｒｕｉｔ　ａｎｄ　ｖｅｇｅｔａｂｌｅｓ．Ｉｔ　ａｌｓｏ　ｌｏｏｋｅｄ　ｉｎｔｏ　ｔｈｅ　ｆｕｔｕｒｅ　ｏｆ　ｈｉｇｈ—ｖｏｌｔａｇｅ　ｅ］ｅｅｔｒｏｓｔａｔｉｅ　ｆｉｅｌｄ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＳＯ　ａｓ　ｔｏ　ｐｒｏｖｉｄｅ　ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ　ｆｏｒ　ｆｕｒｔｈｅｒ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　ｔｈｉｓ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｉｎ　ｆｕｔｕｒｅ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｈｉｇｈ－ｖｏｌｔａｇｅ　ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ　ｆｉｅｌｄ；ｐｒｅｓｅｒｖａｔｉｏｎ；ｆｒｕｉｔ　ａｎｄ　ｖｅｇｅｔａｂｌｅｓ；ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ；ｓｔａｔｕｓ；ｐｒｏｓｐｅｃｔ