高压静电场保鲜技术原理及应用现状研究

叶春苗

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：S609 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 V/m的自然静电场的作用下生长、繁殖。生物环境电场的改变，特别是外加高压静电场，必然对构成生物体的细胞内外的电荷分布、排列、运动产生一定的影响。目前，国内许多研究人员正在进行相关试验，且其试验结果已经得到了一定的证实。

近年来，静电技术在食品工业中的应用研究悄然兴起，这主要得益于微能源、静电生物效应和电场等理论基础研究的发展。目前，高压静电生物技术在食品领域的应用研究主要包括：高壓静电场在食品保鲜中的研究，高压静电场对酶的活性的影响研究，高压静电场加速冷冻食品解冻的试验研究，高压静电场在食品杀菌中的应用研究，高压静电场的生物效应影响研究，以及高压静电场对食品其他功效的影响研究等。本文对目前国内外运用高压静电场技术延长果蔬保鲜贮藏期的技术原理及研究现状进行概述和探讨。

1 高压静电场处理对样品品质影响的原理

特定的高压静电场处理能显著地保持所处理果蔬的品质，具体表现在：增加可溶性固形物、VC、还原糖、总酸等的含量，减少丙二醛（MDA）、过氧化物酶（POD）的含量；但另外的一些静电场处理则出现与该结论不太一致的结论。现就这些现象从高压静电场保鲜作用机理方面做出如下讨论分析。

1.1 从细胞膜电势的角度分析

据报道，静电场处理对果蔬有保鲜作用，主要是由于电场改变了果蔬细胞膜的跨膜电位。生物化学理论认为，在水溶液中一个离子要穿过细胞膜，除了需要一定的载体来传送外，更重要的是它要受到2种驱动力的作用：一种来自膜内外两侧的化学梯度（浓度），另一种则是由于透过膜的电荷运动所造成的电势梯度（膜电位差）。这两者总起来叫做电化学梯度。也就是说，电化学梯度将决定离子的运动方向以及对膜的透过情况。在外加电场作用下，若外加电场方向与膜电位正方向一致，则膜电位差增大，反之则减小。膜电位差的改变必然伴随着膜两边的带电离子的定向移动，从而产生生物电流，带动了生化反应。国外的一些试验已经初步证实了这种影响方式存在的可能性。例如：细胞内的线粒体内ATP（三磷酸腺苷）的合成就是由于膜内外电位差造成电子在从膜外流进膜内的过程中驱动ATPase（三磷酸腺苷酶）产生ATP供细胞利用。这样，当外加高压静电场处理后，将会直接影响细胞的氧化磷酸化水平。

1.2 从果蔬内部生物电场的角度分析

果蔬作为一个生物体，本身存在着其固有的电场，当这种固有电场遭到外部干扰时就可能表现为某种生理上的变化。细胞内有很多正常代谢活动与金属离子有关，如细胞呼吸链中执行电子传递的细胞色素C（CytC）和一些以金属离子为辅基的酶类，而外加电场处理正好能影响与这些金属离子活动有关的细胞代谢过程。在这个过程中，适当的电场处理正好有助于延缓细胞相关活动而达到保鲜的效果，而另一些电场处理则也可能会刺激细胞活动而出现另一些试验结果。从这一点上讲，正好能解释在一些处理中过氧化物酶（POD）和过氧化氢酶（CAT）的酶活高于对照，而在另一些处理中POD和CAT的酶活低于对照。

1.3 从水结构的角度分析

随着物理学和物理化学的进步，人们发现生物体内的水本身并非单纯的液体，而是具有一定构造的物质，许多科学家提出的有关水分子构造理论认为，细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。由于水分子是极性分子，所以这种结构并非固定不变的，而是一种动态结构。一般自由水分子团的存在时间极短，随着氢键的形成与断裂，水分子之间存在着小分子缔合为大分子团、大分子团解聚为小分子的不停的变化过程。

影响果蔬生理反应的主要是果蔬内酶的活性，而酶蛋白周围的水分不仅是果蔬生存的条件，更是果蔬细胞的重要组成部分。水结构上的任何变化理所当然要引起果蔬生理上的改变。当外加静电场作用于酶周围的水分使其结构发生变化时，在一定条件下极可能改变水与酶的结合状态，使酶的活性不能发挥出来，从而失去活性。酶的失活必将延缓果蔬的生理代谢过程，达到保鲜的目的。从这方面讲，高压静电场处理正是通过影响果蔬内含的水分子结构而影响被这些水分子结合的一些相关酶的活性而达到保鲜的目的。

2 高压静电场技术在果蔬贮藏保鲜中的应用

目前，虽然高压静电场技术作为一种节能、高效、高品质处理得到高效益食品的保藏方法而被广泛用于包括食品工业在内的各个领域之中，但是，将该技术用于果蔬保鲜的研究却只是近年来才兴起的一门新兴技术。其研究现状主要表现在以下几个方面：高压静电场对果蔬硬度、呼吸、内溶相关酶、电导率的影响。有学者就番茄贮藏期短、呼吸跃变及保鲜期短等特点，通过大量试验研究了静电场对番茄贮藏期内呼吸速率、腐烂指数、好果率、可溶性固形物含量、相对电解质渗出率、还原糖、可滴定酸、VC含量、过氧化物酶、过氧化氢酶、丙二醛等的影响，为从理论上解释高压静电场的保鲜作用拓宽了范围。

3 高压静电场保鲜技术研究前景展望

食品工程中的各种操作单元随着现代科学的发展都在向着高效率、低能耗、商品化等方向发展，许多领域的新兴技术都在不断地向食品工业渗透。随着食品工业的快速发展，由于当今世界石油、煤炭和天然气等自然资源的不可再生性，高压静电场以其能耗低、卫生、容易操作控制、操作使用过程中维护费低等特点，将可能逐渐成为食品工业发展的主流之一。高压静电场处理技术除可对果蔬进行保鲜贮藏之外，还可用于食品的杀菌、干燥、加速冷冻食品的解冻过程等许多食品工业的操作单元之中。在人们越来越重视高效、节能和环保的今天，其应用开发前景十分广阔，尤其是将其应用于延长果蔬产品的货架期方面更是有诱人的潜力和开发前景。

由于该技术目前在国内外仍是出于对其应用开发的探索阶段，特别是其作用机理问题更是该技术运用和推广的关键核心问题之一，又由于静电场贮藏保鲜以及其他作用效应受到诸多因素的影响，所以研究起来难度不小，导致前期研究进展及在实践中推广运用等方面不是很理想，进程较慢。所以今后有待于进行更加深入的研究，将高压静电场在食品工业中的应用推上一个更高的水平。

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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-voltage electrostatic field technology used in preservation and freshness of fruit and vegetables. It also looked into the future of high-voltage electrostatic 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