静电场对红富士苹果保鲜作用研究

毛一博 马盈盈

摘要：以红富士苹果为试验对象，每天经过50 kV/m的静电场处理2 h后，研究了苹果在经过静电场处理后的感官品质、失重率、褐变度及在500 Hz～1 MHz频率范围内等效电容电学参数的对比变化。对试验结果进行了分析，结果表明：经静电场作用后，苹果的感官质量、失重率、褐变度变化均比未处理的要小。说明静电场处理对苹果保鲜有一定的效果。经静电场处理后，随着测量频率的增大，不同贮藏天数的苹果的等效电容值变化呈现下降趋势，但较未处理的变化幅度小。

关键词：静电场;苹果;保鲜;等效电容

中图分类号：$661.1 文献标识码：A 文章编号：1674-9944（2019）18-0223-05

1引言

苹果果实脆甜可口，其营养物质可溶性大，极易被人体消化吸收，有“活水”之称。其中含有的微量元素钾能扩张血管，对“三高”患者的病情控制有利;含有的微量元素锌是人体内许多重要酶的组成元素，能促进人体的生长发育，同时与人体智力有关的核酸中也含有元素锌，因此锌对人体的智力发育也起到重要的作用。自1993年以来，我国一直保持着世界第一果蔬生产大国的地位。2016年，我国苹果产量约为4380万t·创造了近年来的产量新纪录，在带来巨大经济效益的同时，如何延长苹果的保鲜期成为人们聚焦的问题之一。

苹果是呼吸跃变型果品中的典型范例，采摘后具有明显的后期熟化过程，果实内的淀粉会逐渐转化成单糖即葡萄糖等，果实的酸度下降，果实退绿转黄，硬度也逐渐减小。如果继续贮藏，苹果会因为果实内营养成份的大量消耗而变得果肉绵软、失脆进而腐烂变质。经查阅文献可知，现在常用的苹果保鲜方法有通风库贮藏、冷库贮藏、气调贮藏等。作为新兴的果蔬保鲜技术，静电场保鲜也备受关注。静电场保鲜是一种无污染、能耗少的物理保鲜技术。对于其机理的探究，前人也做过不少的试验研究。吴连连等人认为静电场的保鲜机制是利用高压静电本身带有的高能量使得空气发生电离，产生离子雾和O3。其中离子雾中的O2^-具有抑制果蔬与外界环境的物质交换、使得果蔬的呼吸速率下降以及降低酶活性等作用;O3具有杀菌能力，对苹果表面依附的细菌有一定的消灭抑制的作用。由于O2是一种强氧化剂，所以还能与C2H5OH、C2H4、CH3CHO等果蔬成熟时释放的植物激素发生反应，间接对果蔬起到保鲜的作用㈨。杨光德等人认为果蔬在经过静电场的处理后，吸收了两平行电极板间的能量，进而使得果蔬内部的能量的排布发生了改变，从而导致果蔬細胞膜上的电势改变。场能的改变，正是静电场的作用下的果蔬所获得改变内部相关结构的能量，由于该场能的作用，使苹果内分子的无序排列，在一定水平上变得有规律，从而在细胞膜的里外产生附加电场，使得细胞膜电势发生变化，与电子传递相关的生命现象受到影响，抑制了水份挥发速率，从而达到保鲜的作用。蒋耀庭则从静电场和果蔬细胞膜的电位变化、O3的强杀菌氧化作用和氧负离子的杀菌作用等三方面来阐明如何利用静电场进行保鲜作用的机理。在一般状况下，果实的皮壳带正电，而内部果核带负电，果皮和果核所带的正负电荷大小相等、符号相反。当静电场作用到被保鲜的苹果时，在静电场的作用下，e一向内部果核堆积，同时，负电荷脱离果皮，使得果皮上累积了很多的正电荷，最后作用结果为果实内外U值增大。根据文献可知，电位差之变化对果蔬保鲜有一定的影响。电位差变化使得控制苹果呼吸作用的酶的结构发生改变，使酶的活性受到影响，呼吸作用减弱，由呼吸作用引起的损耗也降低，从而起到果蔬保鲜的效果。

本试验以静宁红富士苹果为样品，采用负高压直流静电场，对不同保存时间的苹果进行静电场处理。通过对其感官评价、失重率、电学参数、褐变度等参数的分析，确定静电场处理对苹果保鲜的影响。

2材料与方法

2.1材料与仪器

2.1.1实验材料

实验所用苹果采自甘肃静宁县，在果实成熟阶段在果园中选取树龄、生长情况相同的红富士采摘，摘后装箱带回实验室2℃条件下储存6个月。实验前挑选大小均一，外观色泽和成熟度相近的苹果进行实验。苹果样品平均直径为74.50～81.20 mm，质量均在157.43～205.64 g的范围内。

L一抗坏血酸、聚乙烯吡咯烷酮（PVPP）、质量分数为99.9%的乙醇、蒸馏水。所用试剂的纯度均为分析纯。

2.1.2实验仪器

LCR测试仪（型号：TH2828A，常州同惠电子股份有限公司），JM-B20002型电子天平，离心机（型号：TDL80-2B，上海安亭科学仪器厂），722N型可见分光光度计，GJ-2008型高压静电电源，PC机。

图1的静电场处理装置，其工作原理是：交流电压（220 V）一整流电路一滤波一震荡电路一驱动电路一升压系统一整流一高压静电场。

2.2方法

2.2.1苹果的感官评价

挑选两个同样大小，外观色泽和成熟度基本一致的苹果作为一组实验材料，共挑选15组。从苹果的表皮皱度、色泽、大小3个指标来进行评价。

对苹果感官评价的方法为加权评分法。该方法的具体内容为：先把苹果质量规定为5级，每级的分数定为Hm（H分别取值极好为90分、好为85分、次好为80.分、一般为75分、差为70分），并限止评判人员在评分时只能在这5个分值上取。然后规定被评苹果的感官指标ui（i=表皮皱度、色泽、大小）、各指标相应的权重记为Xi（i=0.5、0.3、0.2），当有K（K=3）个评委进行评分后，统计对同一指标评相同分数的评委人数。设对第i个感官指标Ui有Fij个评委将其评分为Hm分（m=1、2、3），那么由Ui及Xi所对应的各Fij/K值所形成的评判矩阵可用表1的形式表示。

计算苹果权值，对苹果进行感官评价。随着贮藏时间的延长，苹果的感官品质不断发生着变化，由于苹果失水率的增大，苹果表面会出现萎蔫以及腐烂等情况，感官品质明显下降，所以在苹果贮藏15 d后，对苹果的感官品质等其他参数指标停止测量。

2.2.2苹果的失重率测定

使用电子天平（精度为0.01 g）测定苹果果实的质量，每个果实重复测量3次取平均值。然后计算失重率，失重率（%）=损失的质量/初始质量。计算得出失重率并绘制曲线。称量时间为每天晚上8：40～9：00。

2.2.3苹果等效电容的测定

将每组苹果分两类：一类不处理;一类經50 kV/m的高压静电场处理2 h。将处理前后的苹果放置在铜网箱内两块平行电极板间，然后用LCR测试仪自带的终端夹具与两电极板连接。LCR测试仪选取1 MHz～500 Hz范围内的34个频率点，在不同的频率下测试苹果的等效电容。最后对实验数据进行整理分析，构建等效电容在不同频率以及在不同频率下的变化曲线。

2.2.4苹果褐变度测定

分光光度计测量法根据褐变产物在420 nm波长下吸光度最大的特点测定苹果果肉的褐变度。

在距离果心外围O～1.5 cm处称取果肉组织6 g，立即在冰浴上研磨，同时加入0.2 g的聚乙烯吡咯烷酮（PVPP）和0.2 g的L一抗坏血酸，防止研磨过程中果肉褐变，再用12 mL蒸馏水分次转移到离心管中，在4000r/min下离心20 min，取2.4 mL上清液，加入95%的乙醇3.6 mL，摇匀，用722N型可见分光光度计在420 nm下测定吸光度值（A）。用吸光值代替褐变度。实验重复三次，取平均值。

3结果与分析

3.1苹果感官品质随保存时间的关系

由图3分析可得，随着保存天数的增加，经50 kV/m的静电场处理过和未经静电场处

理的苹果其感官品质均呈下降趋势。保存天数在1～5 d，处理后和未处理的苹果，其感官品质接近且都在85分之上，品质很好。第六天之后，两组的苹果的感官质量开始迅速下降，但是处理过的苹果品质下降速度较未处理的苹果品质下降速度小。11 d之后，经静电场处理和对照组未处理的苹果感官品质变化趋缓，其中处理过的苹果感官品质为75.5，属于次好。未处理组的苹果感官品质在72～70之间，属于一般。后对两组数据进行线性拟合y=a+b*x后，得到处理过的线性拟合直线斜率b1=0.748小于未处理的线性拟合直线斜率b2=1.385，说明经静电场处理的苹果感官品质下降速率比未处理过的小，可以采用静电场对苹果进行处理，从而达到保鲜的目的。

3.2苹果失重率的变化

在苹果的贮藏过程中，苹果失重率主要是指苹果水分的流失。由图4可知，处理过的和对照组即未处理组，其失重率均呈上升趋势。随保存时间的延长.苹果失重率不断增大。但可以明显看出，经50 kV/m的静电场处理后的苹果，其失重率变化幅度均在未处理组之下。将两条曲线进行线性拟合y=a+6*x后，得出处理过的直线斜率（b1=0.11369）小于未处理的直线斜率（b2=0.14667）。更直观的得出，经静电场处理的苹果其失重率较未处理的苹果失重率小。说明静电场处理对苹果的失重损失有明显的抑制作用，采用静电场对苹果保鲜是一种有效方法。

3.3等效电容的频率特性

3.3.1 Cp的变化规律

并联等效电容Cp是指LCR电桥测试仪接通并联电路时，物体容纳电荷的能力，它表示在一定的电位差下的电荷累积量。从图5可以看出，在1 MHz～500Hz频率范围，随着测试频率的升高，苹果果实处理前和未处理的并联等效电容不断减小。图6为处理后的苹果果实并联等效电容的变化曲线，可以看出随着测试频率的升高，苹果果实的并联等效电容呈下降趋势，但其趋势较处理前的趋势变化较缓，且曲线分布较集中。在不同保存时间下，苹果的Cp随频率变化趋势相似。

3.3.2Cs的变化规律

串联等效电容Cs是指LCR电桥测试仪接通串联电路时，物体容纳电荷的能力。从图8可以看出串联等效电容均呈缓慢下降趋势。图9为处理后的Cs的变化曲线，Cs值较处理前及未处理的苹果Cs大，且下降趋势较前两幅图缓慢，同时曲线分布集中。在不同保存时间下，苹果的Cs随频率变化趋势相似。

3.4电学参数的时间特性

3.4.1

1 MHz频率各电参数的变化曲线

在固定频率1 MHz下，随着保存天数的延长，无论处理与否，图中Cp的变化趋势均不断上升。通过对数据进行线性分析y=a+b*x，得处理前斜率b1=0.3871，处理后斜率b2=2.9671，处理差值斜率b2=0.9140，未处理斜率b1=1.3409，看出处理后斜率远远大于处理前和未处理的拟合直线斜率，即经过高压静电场处理后，苹果的电参数Cp值增大，苹果内储存的电荷较处理前增多。

在固定频率1 MHz下，随着保存天数的延长，Cs值呈上升趋势，但各曲线上升幅度不同，通过对数据进行线性分析y=a+b*x，得处理前斜率b1=0.2518，处理后斜率b2=3.2706，处理差值斜率b3=1.1908，未处理的直线斜率b4=1.0682。处理后拟合直线斜率远远大于处理前和未处理的拟合直线斜率，即经过高压静电场处理后，苹果的电参数C5值增大（图11、图12）。

3.4.2 100 kHz频率各电参数的变化曲线

在100 kHz频率下，随着保存天数的延长，不同状态下Cp值均不断增大。但其上升幅度均不同。处理前拟合直线斜率b1=0.02907，处理后拟合直线斜率6：=0.37086，未处理拟合直线斜率b4=0.11775。贮藏到第七天时，从拟合直线可以看出处理后和未处理的cp值相等，约为4×10^-11F，7 d后，处理后cp以大于未处理的Cp值继续上升，到第九天时，处理前后值相同，大约5.5×10^-11F。9 d后，处理后的Cp值继续上升，而处前的Cp值变化趋缓。

在100 kHz频率下，随着保存天数的延长，不同状态下cs值均不断增大。通过对cp图的分析，可以看出Cs值和Cp值的变化呈相同趋势（图13、图14）。

3.5苹果的褐变度的变化规律

苹果褐变是由于果肉中的酚类物质与空气中的氧气相遇而被氧化，使得果肉呈褐色的现象。由图15可知，经静电场处理过和未处理过的两组果实褐变度均呈波动状态。且经静电场处理过的果实褐变度较未处理过的果实褐变度要小，对两条曲线进行线性分析得：处理过拟合直线斜率b1=0.000325小于未处理的拟合直线斜率b2=0.00108。因此可以得出结论，经静电场处理后，果肉的褐变程度小于未经处理的，所以利用静电场对苹果进行保鲜是一种有效方法。

4结语

通过本次研究，得出利用静电场处理对苹果进行保鲜有一定的效果。经50 kV/m的静电场处理后，通过对试验结果的分析表明。

（1）经静电场作用后，苹果的感官质量、失重率、褐变度变化均比未处理的要小。说明静电场处理对苹果保鲜有一定的效果。

（2）经静电场处理后，苹果各项电参数的频率特性为：随着测量频率的增大，不同保存天数的苹果的Cp、Cs值均下降，较未处理的变化幅度缓慢。