磁场处理在果蔬贮藏保鲜中的应用

高　山，王秀娟，王国泽，2，*（.内蒙古科技大学数理与生物工程学院食品科学与工程系，内蒙古包头0400；2.内蒙古自治区生物质能源化利用重点实验室，内蒙古包头0400）

专题论述

磁场处理在果蔬贮藏保鲜中的应用

高山1，王秀娟1，王国泽1，2，*
（1.内蒙古科技大学数理与生物工程学院食品科学与工程系，内蒙古包头014010；2.内蒙古自治区生物质能源化利用重点实验室，内蒙古包头014010）

摘要：目前，磁场在农业与医学上已有广泛的应用，但将其作为食品保鲜技术方面的研究相对匮乏，本文总结了磁场在细胞、遗传因子以及生物大分子层面的生物学效应，并对其在果蔬贮藏保鲜上的应用进行分析和展望，以期为磁场在贮藏保鲜上的研究提供参考。

关键词：磁场；保鲜；贮藏特性

早在1896年，磁场对神经系统作用的研究就已被报道[1]。后来，磁场抗炎、促进骨生成、促进血管神经再生等作用[2]也相继被发现。近年来，磁场对于贮藏性质方面的研究也取得了一定的进展，磁场已经被证明对延长多种果蔬的贮藏期有效果。

磁场应用于果蔬保鲜具有操作简便，经济实用，无毒无害，对果蔬和环境不残留不污染等优点；但是，操作不当也可能会出现反效果。国内外已经对生物磁场进行了很多研究，对其保鲜机理也进行了多方面的探讨，本文对近年来生物磁学和其对保鲜方面影响的研究工作的一些进展进行小结和分析。

1　生物磁学概述

1.1磁场的产生

磁场是在一定空间区域内连续分布的矢量场，磁体周围存在磁场，磁体间的相互作用就是以磁场作为媒介的。由于磁体的磁性来源于电流，电流是由电荷的运动所产生的，大量向同一方向运动的电子产生的磁子气旋叠加起来，形成了导线周围的旋转磁场，这就是电流流过导体产生磁场的整个过程，持续不断的电流则维持了这一过程[3]。因而概括地说，磁场是由运动电荷或电场的变化而产生的，而交变磁场则是磁场强度和方向在规律变化的磁场，一般情况下只有在通以交流电的电磁线圈周围才会产生交变磁场。稳恒磁场是磁场强度和方向保持不变的磁场，通常在通以直流电的情况下产生。

1.2磁场的生物学特性

生物是具有磁性的，生物体内存在着顺磁性物质与逆磁性物质。磁性、外加磁场、环境磁场和生物体内的磁场都会对生物组织和生命活动产生影响，即磁场的生物效应。磁场生物效应宏观现象包括临界磁场效应，磁场矢量效应，磁场积累效应，磁场滞后效应，放大效应以及磁场影响生物体的磁水效应等。磁场在很宽的范围内（10 GS～104 GS）均可产生生物学效应，不同剂量的磁场对生物体也会产生不同的效应[4-5]。在磁场生物效应研究中，通常使用的外加磁场有恒定磁场、交变磁场、脉冲磁场等。在低频范围（频率为0～300 Hz）内，磁场对生物体器官、组织、细胞、大分子等不同层次的影响主要表现为非热效应的特点[6]。

1.3磁场的生物学效应及其机理

当生物体处于适合于自身生长发育的磁场强度范围内时，才会使生物体内产生一系列的生物效应。磁场对于动植物的作用是多方面的，只有完善、全面的认识磁场的生物学效应机理，才能找到合适的磁场参量从而达到治疗疾病及优化相应特点的最佳效果。目前国内研究较成熟的成果[7]主要有：1）磁场对生物细胞的影响；2）磁场对遗传因子的影响；3）磁场对生物大分子的影响。

1.3.1磁场的细胞生物学效应

磁场通过对蛋白和酶中的过渡金属离子的作用影响酶活性，进而影响酶参与的新陈代谢反应。电磁场对生物膜的离子转运能力的影响会导致一些生理和生化过程的变化，从而影响生物电活动的相关过程[8]。交变磁场又因频率高低不同、作用时间长短不一也会产生不同的生物效应，磁场生物学效应是磁场和生物体两者共同作用的结果[9]。

1.3.2磁场的遗传因子效应

DNA或RNA具有靠氢键等次级键作用形成的三维结构。而这些弱作用力容易受到外界的干扰。在磁场作用下，DNA结构也会发生相应的变化[10]。黄德盈等[11]发现经磁场作用过的DNA区段内产生了新序列，证明了磁场作用能引起DNA点突变。

1.3.3磁场的生物大分子效应

磁场不仅可以对DNA、RNA等核物质产生作用，同时也能使氨基酸、可溶性蛋白酶等的含量发生变化，研究表明磁场对光合细菌脱氢酶影响的研究中发现磁场有累积效应，在最佳磁场条件下，随着磁场作用时间的增长，脱氢酶活力增加[12]。同时，磁场也可以对自由基产生作用，在很多生命活动中都伴有自由基的产生、变化、减少或消失。细胞的程序化死亡，光合反应，种子萌发过程中过氧化物酶体的活动等生命过程中都有自由基的活动。自由基既带电荷，又有磁矩，所以在外界磁场的作用下，自由基也会受到磁场力的作用[13]。

2　磁场处理在果蔬贮藏保鲜中的应用实例及分析

磁场作为一种物理技术，在近些年逐步被应用于生物、化学、医学等各个学科领域，其在果蔬贮藏保鲜方面的作用也逐步被应用于实际生产操作中。磁场能通过影响果蔬采后内部的生理生化反应，从而延缓其衰老、腐烂过程，国内外相关研究已经能够很清晰地解释其相关的生理机制。

2.1磁场处理对凤尾菇生长效应的影响

凤尾菇为真菌，含有丰富的蛋白质、氨基酸及多种维生素、矿物质。同时其含有大量生理活性物质，能够诱发干扰素的合成，从而提高人体免疫力，鉴于其丰富的营养物质及功效，凤尾菇正在被越来越多的人所青睐。邹凯等[14]的研究结果表明：在磁感应强度1 000 Gs～6 500 Gs时，对凤尾菇生长都有促进作用，这是由于磁化水对钙、镁、碳酸盐和其它无机物的溶解度增加，对氧的溶解度也增加，从而促进凤尾菇的生长。

2.2交变磁场处理对草莓保鲜效果的影响

草莓是非跃变呼吸型果实，含水量高，极易受机械损伤和微生物侵染腐烂变质，而且由于其果实属浆果，采后寿命极短，在常温情况下，放置不久就会开始变色、变味和腐烂[15]。金江涛、郑必胜等[16]的实验结果表明：在较高的磁感应强度下，钝酶、杀菌效果总体上随磁感应强度的增强而增强，随脉冲数的增加而增强。

草莓经过不同强度的交变磁场处理后，各项生理指标都会随处理时间的长短不同而发生变化，贮藏效果也不同。在4.22 A/m磁场强度下，经处理的草莓，其腐烂率和失重率明显优于未处理过的草莓，其贮藏的效果明显优于未处理的草莓，VC含量也比未经处理的大，但其可溶性糖含量比未处理的小；pH和呼吸速率也比未处理的要小。从而有效地延长了草莓的贮藏时间，增进了草莓的保鲜效果[17]。

2.3交变磁场处理对莲藕切片保鲜效果的影响

莲藕是一种多年生水生植物，含水量高、皮薄、容易损伤，加之生长在水中，收获后由于改变了生存条件，生理变化加剧，在一般条件下放置5 d就会出现表皮褐变、萎蔫等现象，严重时内部可食部分也出现褐变，同时组织纤维化，严重影响食用品质[18]，通过磁场对莲藕进行处理，可有效延长鲜切莲藕贮藏期。高梦祥、张长峰等[19]的研究结果表明：鲜切莲藕切片经过不同强度的磁场处理后，各项生理生化指标会随着贮藏时间的增加发生了显著的变化，贮藏的效果也都有所不同。磁场强度为1.2 A/m的交变磁场处理的鲜切莲藕切片与对照组相比，保鲜贮藏效果明显占优，外观评定最好。此强度的磁场能够抑制多酚氧化酶活性，减慢莲藕切片褐变速度，延长其贮藏时间，最大程度的保持莲藕切片的新鲜度。1.2 A/m的交变磁场处理期间，鲜切莲藕切片中还原糖含量比对照组的消耗量小；VC含量损失比对照组小；pH比对照组小。从而保持了莲藕采后呼吸作用缓慢进行，更好地保持其新鲜程度，延长了莲藕切片的贮藏寿命。

2.4交变磁场对葡萄贮藏保鲜效果的影响

葡萄果皮薄，果浆丰富，采后极易失水，在常温下贮藏1 d～2 d即会发生果柄萎蔫、褐变、果粒脱落、皱皮及腐烂，大大降低了葡萄的品质和商品价值。因此，在葡萄保鲜贮藏实践中需采取特殊的保鲜处理技术。

高梦祥等[20]的实验结果表明：磁场强度为0.87 A/m 和1.79 A/m的交变磁场处理果实的腐烂率、脱果率、出糖率均明显降低，外观也很好。其可溶性糖含量比对照组的降低幅度小；pH比对照组小；细胞膜的通透性降低；多酚氧化酶活性受到抑制，从而有效地延长了葡萄的贮藏时间。

同时，交变磁场可以同气调包装同时使用，可以促进葡萄的果蔬，最大限度地延长其保质期，相关实验结果表明[21]：经电磁场处理与气调包装相结合的葡萄试样，贮藏期间各项指标均优于空白对照试样，适当强度电磁场处理的试样也优于只用气调包装的对照试样，说明电磁场处理可以对葡萄保鲜造成影响。其中以经过电流强度为1A的电磁场处理结合气调包装保鲜效果最佳。

3　生物磁学农用、医用技术与磁场保鲜的联系及分析

3.1磁化水对保鲜的影响

今年来，磁化水的研究渐渐引起重视，且已经一定程度应用在农业生产中[22]。水经由磁处理器处理时产生了杀菌、除垢、分离净化和矿化等多种效果[23]，其多种物理、化学性质都发生了变化，例如：表面张力系数、电导率、pH、溶氧量、化学位移等[24]。这种处理过的水，经由植物体吸收会对各种生理指标产生一定的影响。

生物体的组成成分中很大部分是水，那么经由磁场处理后，生物体内的水会产生相同的物理、化学性质变化；这些体内的磁化水很可能会对果蔬的贮藏特性产生影响。合理利用这些性质的变化，应该会对果蔬的贮藏产生有益的影响。

3.2骨组织磁化效应与保鲜的联系

骨组织主要表现出来的磁性为抗磁性，在不均匀的磁场中会受到抵抗磁场的磁化力。当这个力足够大，并且与重力的方向相反时，便可以产生模拟失重的效应[25]。在磁场保鲜应用中，处理过的果蔬可能也能产生模拟失重的效应，进而发生物理、化学性质方面的变化，是果蔬的贮藏特性发生改变。

4　展望

磁场对于生命体影响的研究已经取得一些进展，但是在很多方面还没能形成结论，甚至很多的试验结果都存在疑问。对于磁场保鲜，更是没有权威性的机理阐明。所以，在今后的研究中应该注意以下几个方面：

1）磁场随着地域和时间的不同存在着很大差异，所以在设计试验时应当充分考虑这些方面的问题，需要更加的系统化和严谨化，对于试验方法的确认和误差的干扰应加强注意。只有在大量准确系统的数据支持下才能得到正确的结论。

2）对于磁场各种因素的考虑应该更加的完善，不能片面的只考虑个别的方向，对于磁场对生物体的可能的影响因素都应予以重视，以期对磁场保鲜乃至磁生物学理论形成多方面的补充，使其能更准确指导各领域的应用研究。例如：直流磁场是否会影响生物体内的正负离子，进而影响信号转导，导致生理指标的变化；交流磁场是否会扰乱生物体的电流信号等。

3）磁场计量学的研究也应提起重视，不同的磁场强度，不同的处理时间都将对结论产生巨大影响。这点对于磁场保鲜方面尤其重要，不恰当的使用很可能导致反效果。

4）如文中介绍，磁场保鲜的应用可以和很多其他方面联系起来，互相指导，为本方面的研究提供新思路。

参考文献：

[1]GEDDDS L.History of magnetic stimulation of the nervous system [J].Neorophysiol,1991,8(1):3-9

[2]HENRY D Levy.Magneto therapy:New technology[J].Neurol Res, 1993,15(2):142-143

[3]MALMIVUO J,PLONSEY R.Bioelectromagnetism:principles and applications of bioelectric and biomagnetic fields[M].New York: Oxford University Press,1995

[4]庞小峰.生物电磁学[M].北京:国防工业出版社,2008

[5]ZHANG Y,DING J,DUAN W.A study of the effects of flux density and frequency of pulsed electromagnetic field on neurite outgrowth in PC12 cells[J].Journal of Biological Physics,2006,32(1):1-9

[6]赵梅兰,王德文.射频电磁场生物学效应的某些研究进展[J].生物物理学报,2000,16(3):439-443

[7]陈文芳,何蓉,齐浩,等.磁场的生物学效应[J].陕西师范大学学报(自然科学版),2004,32(S2):77-80

[8]ZHU J,ZhANG Y J.Biological effects of different kinds of magnetic fields on tumors[J].Journal of Magnetic Materials and Devics,2005, 36(4):16-19

[9]杨丽,乔晓艳,董有尔.磁场生物效应的研究现状与展望[J].中国医学物理学杂志,2009,26(1):1022-1024,1037

[10]朱杰.磁场的生物学效应及其机理的研究[J].生物磁学,2005,5 (1):26-29

[11]张沪生.超低频脉冲梯度磁场诱导癌细胞凋亡[J].生物磁学, 2004,4(1):14-15

[12]李国栋.2003-2004年生物磁学研究和应用新进展[J].生物磁学,2004,4(4):25-27

[13]傅中朝.心肌细胞自律性与磁场、液晶的关系及临床研究[J].生物磁学,2004,4(1):23-25

[14]ZOU K,ZHAO D F,HU R,et al.Application of ozone in storage of fresh-cut fruits and vegetables[J].Science&Technology of Food Industry,2012,33(14):376-379

[15]杨文雄,方政,冯双庆.草莓贮藏保鲜技术[J].中国食品添加剂, 2006(2):137-143

[16]金江涛,郑必胜,肖凯军.强脉冲磁场对草莓过氧化物酶的钝化及对草莓汁的杀菌效果研究[J].食品工业科技,2010,31(3):99-101,105

[17]高梦祥,王春萍.交变磁场对草莓保鲜效果的影响[J].食品研究与开发,2010,31(1):155-158

[18]张有林,朱芬.莲藕贮期褐变机理与防褐变技术研究[J].食品工业科技,2003(1):86,87-89

[19]高梦祥,张长峰,吴光旭,等.交变磁场对鲜切莲藕切片保鲜效果的影响[J].食品科学,2008(1):322-324

[20]高梦祥,张长峰,樊宏彬.交变磁场对葡萄保鲜效果的影响研究[J].食品科学,2007,28(11):587-590

[21]黄利强.磁场结合气调包装对葡萄保鲜效果的研究[J].包装工程,2010,31(11):23-26

[22]周胜,张瑞喜,褚贵新,等.磁化水在农业上的应用[J].农业工程, 2012(6):44-48

[23]LI Y T,XUE Y J.Magnetic treatment and its applications to water sustems[J].Industrial Water Treatment,2007(11):11-15

[24]BASANT L M,HARSHAM S G.Magnetic treatment of irrigation water:Its effects on vegetable crop yield and water productivity[J].A－gricultural Water Management,2009(96):1229-1236

[25]QIAN A R,YIN D C,Yang P F,et al.Application of Diamagnetic Levitation Technology in Biological Sciences Research[J].Applied Superconductivity,IEEE Transactions on,2013,23(1):3600305

DOI：10.3969/j.issn.1005-6521.2015.20.047

收稿日期：2013-12-24

基金项目：国家自然基金项目（31260406）；内蒙古自然科学基金项目（2012MS0502）

作者简介：高山（1989—），男（汉），在读硕士，研究方向：生化与分子生物学。

*通信作者：王国泽（1975—），女（汉），教授，博士，主要从事农产品加工与贮藏方向的研究。

Application of Magnetic Field to Fruit and Vegetable Preservation

GAO Shan1，WANG Xiu-juan1，WANG Guo-ze1，2，*
（1.Department of Food Science and Engineering，School of Mathematical Physics and Biology Engineering，Inner Mongolia University of Science and Technology，Baotou 014010，Inner Mongolia，China；2.Inner Mongolia Key Laboratory of Biomass-Energy Conversion，Baotou 014010，Inner Mongolia，China）

Abstract：Nowadays，the magnetic field has been widely used in agriculture and medicine areas，but rarely applied in fresh-keeping.The biological effect of magnetic field on cell，genetic factors and biological macromolecule was summarized in this paper，and also some magnetic field application examples about freshkeeping was analysed，wishing to provide a technical reference of fresh-keeping in fruits and vegetables.

Key words：magnetic field；preservation；storage characteristic