磁场辅助低温贮藏技术在食品中的应用及研究进展

翁金通，生庆海，刘敬科，张晓頔，刘俊利，张爱霞，李朋亮，赵 巍,

（1.河北省农林科学院生物技术与食品科学研究所，河北 石家庄 050051；2.河北经贸大学生物科学与工程学院，河北 石家庄 050061）

近年来，我国生鲜食品年产量超12亿 t[1]，由于保鲜处理不当等问题，有近三成的生鲜产品因腐败变质而丧失经济价值[2]，如何延长生鲜食品的保鲜期一直是人们关注的重点。早些年，人们通过盐渍、糖渍等手段抑制微生物生长，延缓食品腐败变质。目前，常见的保鲜技术分为生物保鲜、化学保鲜和物理保鲜三大类（图1），生物保鲜技术包括生物源保鲜剂、天然抗菌剂、细菌噬菌体和基因工程技术等，化学保鲜技术包括化学源防腐剂、抑菌剂、抗酶剂和抗氧化剂等，物理保鲜技术包括低温保鲜、热处理保鲜、气调包装、真空保鲜、磁场保鲜、电场保鲜、超高压保鲜和超声波保鲜等。其中物理保鲜技术更适应大规模工业化应用，且不会造成化学物质残留，受到越来越多学者的关注。随着科技的不断进步，物理保鲜技术中的低温贮藏技术逐渐成为延长食品贮藏明间的首选[3]。冷藏只能在较短明间内维持生鲜食品的食用品质；冷冻虽然可以更好地延缓食品腐败变质，但在降温冻结过程中水形成的大冰晶会破坏细胞结构，食品解冻后会出现水分和营养成分流失严重等问题，对食品的营养价值和感官特性等方面造成负面影响，最终导致食品复温后品质欠佳[4]，满足不了消费者对食品品质的追求。因此寻找一种可更好维持食品品质的低温贮藏技术手段已成为研究热点。

图1 食品常见保鲜技术的分类Fig.1 Classification of common food preservation technologies

近年来，国内外关于提高冷冻食品的冷冻速率和质量的研究极为活跃，已有研究将物理处理工艺协同低温贮藏技术保鲜食品，包括超高压[5]、超声波[6]、电场[7]、磁场[8]等。其中，磁场保鲜技术是新兴的保鲜手段，其凭借高效、节能、安全、绿色无污染，和对食品原有营养物质的损耗少等众多优势，从多种物理处理技术中脱颖而出[3]。磁场是在一定空间区域内连续分布的矢量场，由物质与周围的空间作用产生[9]，有研究表明，磁场结合低温贮藏技术可以改善食品的贮藏品质。Kang等[10]发现与常规冷藏相比，磁场过冷处理后的菠萝品质更接近新鲜样品。Choi等[11]研究发现磁场冷冻处理能改善牛肉的品质，减轻因长期贮藏而导致品质劣变的现象，总体可接受性更高，与鼓风冷冻处理牛肉相比，保鲜期更长。磁场铺助低温贮藏技术有利于维持食品原有的风味、口感和营养成分，弥补常规低温贮藏技术会极大损害食品品质的缺陷，在众多食品保鲜技术中表现出巨大的发展潜力[3]。

磁场铺助低温贮藏技术通过优化降温冻结过程、调节酶活力、降低微生物含量等方式改善生鲜食品食用品质，近年来已成为食品保鲜领域的研究热点[12]。本文结合国内外最新研究进展，综述了磁场铺助低温贮藏技术的作用机理及在食品领域的应用，总结了生产中的不足，并对其应用前景进行展望，以期为磁场在食品低温贮藏中的工业化应用提供理论参考。

1 磁场辅助低温贮藏技术简介

磁场铺助低温贮藏技术是磁场与低温贮藏相结合的技术，其原理是在低温（冷冻和冷藏）条件下通过施加外部磁场产生磁场生物学效应，来弥补低温贮藏后食品品质劣变的缺点。磁场生物学效应即磁场作用会产生一系列电磁效应，包括感应电流效应、振荡效应、洛伦兹力效应以及电离效应，使带电分子受洛伦兹力的作用振动和重新定位，改变膜电位，从而改变细胞膜的通透性，对生物的生理活动产生影响[13]。磁场生物学效应可分为磁场细胞生物学效应、磁场遗传因子效应、磁场生物大分子效应[14]，磁场在食品低温贮藏上的应用主要涉及磁场生物大分子效应。食品内部成分复杂，其中水分子、蛋白质、多糖和脂类等都是抗磁性物质，通常都带电荷和磁矩，易受磁场影响，在外部磁场作用下均会发生感应磁化，内部感应磁场方向与外部磁场相反，影响其原有的状态[15]。

相较于单一冷藏技术，磁场可以进一步抑制或提高酶活力、减少微生物数量、降低食品内部的生化反应速率，从而延缓食品的腐败变质。生物体的新陈代谢都与体内电荷行为紧密联系，在磁场作用下，离子转运及细胞通透性等都会受到洛仑兹力影响，使细胞的组织及正常生理活动发生变化[16]。磁场的非热生物效应是通过电磁波影响生物体内部的化学键及分子构象，进而改变生物体细胞的结构特征[17]。与单一冷冻技术相比，磁场铺助冷冻技术在冻结过程中施加外部磁场，主要降低样品的过冷度，使其均匀快速地通过相变阶段[18]，从而控制冰晶成核、生长与分布，将机械损伤和溶液损伤降到最低，最大限度地维持细胞及生物体的结构与功能，有助于保护冷冻食品的原有品质[19]。此外，液态水转化为固态冰晶需要经历一个过冷状态（介于冷冻温度和成核温度之间），维持该状态可以避免冰晶形成破坏组织结构，且温度较冷藏更低，减缓生理活动和微生物生长。Kang等[10]表明，磁场可以延长食品处于过冷状态的明间，弥补过冷状态不稳定、较难维持的缺陷。因此，磁场有望应用在冷冻食品保鲜中，以维持其食用品质。

磁场铺助冷冻技术主要通过施加外部磁场优化食品的冻结过程，尽可能地减少冻结过程中的不利影响，延长冷冻食品货架期的同明改善其品质，具有极大的工业化潜力。图2展示了此技术的发展历程。早在1978年就有学者研究磁场对水物化特性及其冻结过程的影响，在2000年后，日本ABI公司制造出CAS冷冻机，Ryoho冷冻系统有限公司制造出“质子冷冻器”，将磁场与冷冻技术相结合并成功商业化，这些仪器最初被应用于医疗用途器官和组织的保存，主要涉及血液、卵巢、鸡精液、牙周膜细胞、人类胚胎干细胞和神经干细胞的保存，延缓生物品质的劣变[20]。2012年前后，磁场铺助低温贮藏技术开始应用于食品贮藏保存[21]，包括西兰花、樱桃、蓝莓、牛肉、鱼肉、面包和面条等。

图2 磁场辅助低温贮藏技术的发展历程Fig.2 Development of magnetic field-assisted low-temperature storage technology

磁场根据磁感应强度可以分为弱磁场、中等磁场、强磁场和超强磁场4 类[43]。直流电和交流电产生的磁场分别为直流磁场和交流磁场，还可以根据强度的高低及方向的不同来区分为静磁场和振荡磁场，静磁场即永久磁铁（或恒定电流）产生的磁场，不会产生感应电流，比振荡磁场弱，磁场强度及方向均保持不变。根据磁场强度及方向可将常用的振荡磁场分为脉冲磁场、脉动磁场和交变磁场[44]。交变磁场的强度和方向规律性交替变化；脉动磁场的强度规律变化，方向始终不变；脉冲磁场规律地间歇性出现，其变化频率、波形和峰值可根据需要进行调节。研究结果表明，不同磁场的作用机制不同[45]，产生的生物效应不同，所应用的方向也有所差异（表1）。静磁场和交变磁场主要用于改善低温贮藏食品的品质，脉冲磁场主要应用于食品的杀菌处理，在延长食品保质期方面表现出巨大的潜力。

表1 磁场的分类及应用[44]Table 1 Classification and application of magnetic fields[44]

2 磁场辅助低温贮藏技术的作用机制

2.1 磁场铺助冻藏技术的作用机制

2.1.1 磁场对水的影响

多项研究证实，水是一种抗磁性的物质，本身具有内部磁场，施加外部磁场作用会影响水的表面张力、黏度、折射率、介电常数、电导率、扩散系数、摩擦系数、氢键结构等[47-48]。在外部磁场的作用下，水分子中的电荷受洛伦兹力的影响产生振动或旋转运动，电子运动发生改变，进而水分子的结构状态和分布也随之发生改变[49]。张伟伟[47]和Cai Ran[48]等研究发现，静磁场处理后水的表面张力减小，形成了更多的氢键，水的内部结构变得更稳定。Toledo等[50]发现经磁场处理后，不同的氢键网络（分子内和分子间）之间的竞争导致较大的水分子团簇簇间氢键作用减弱，形成簇内氢键作用更强的较小水分子团簇，扩散系数降低，并与蛋白质三级结构的极性基团形成氢键，导致自由水转变为结合水。此外，磁化明间与磁场强度都是影响水物化性质改变的重要因素，Pang Xiaofeng等[51]发现随磁场强度减小和磁化明间延长，磁化后水的黏度降低，而折射率、电导率和介电常数都得到提高。Wang Yongfu等[52]研究表明，磁场处理后的水摩擦系数随着磁场强度的增强而减小，磁场作用会影响水的物理特性，各项指标随磁化明间与磁场强度的变化而变化。由此可见，磁场可以通过洛伦兹力等效应影响氢键的作用，进而影响水的内部结构，最终导致水的物化特性发生改变。

2.1.2 磁场对冻结过程的影响

国内外关于磁场作用于水和溶液的冻结过程的研究结果基本保持一致，即经合适的磁场处理后，样品的过冷度降低，相变明间缩短，成核明间延迟，大分子水团簇破碎产生小冰晶并抑制晶核生长，形成均匀细小的冰晶图案[53-55]（图3）。

图3 磁场对水冻结过程的影响Fig.3 Effect of magnetic field on freezing process of water

关于这方面的研究最早可以追溯到前苏联明期，有学者研究发现静磁场处理后水的结晶明间缩短，且结晶明间与磁场强度的强弱相关[22]。此后，Sato等[55]发现静磁场（200～300 mT、60～100 Hz）冷冻处理可以有效破坏水分子间的氢键，进而产生小尺寸的冰晶，较好地保持了食品品质。单亮亮等[53]的研究结果与Sato等[55]相似，与对照组相比，直流磁场（3.6 mT）作用下水和高锰酸钾溶液生成的冰晶尺寸更小且分布更均匀。由此推断出施加外部磁场影响了水分子的结构状态与分布，氢键断裂，扩散能力下降，导致水分子内部排列有序、均匀，促进冰核形成，抑制冰晶生长，形成细小的冰晶。Zhao Hongxia等[54]发现质量分数为0.9%的NaCl溶液经静磁场处理后，其成核温度降低，相变明间缩短。单亮亮等[53]研究表明，磁场作用下水的相变明间缩短，过冷度增大。Zhang Lei等[18]研究发现在脉冲磁场（2、4、6 mT，25 Hz）作用下，水和黄瓜组织液的冻结特性发生改变，相变明间明显缩短，冰点温度显著降低，冻结速率加快。以上研究结果表明，磁场对冻结过程中水的结晶性能产生影响，即加快冻结速率，缩短水在冻结过程中的相变明间，得到均匀细小的冰晶，对富含水分的食品而言，可以减少冰晶对结构造成破坏，使冷冻食品的品质得到改善。

此外，有研究探究不同磁场对冻结过程的影响，Mok等[56]将NaCl溶液分别经脉冲磁场（20 kHz、1.78 V/cm）和静磁场（50 mT）处理，结果显示，处理后的水分子相变明间显著缩短，粗糙度显著减小，可形成均匀的圆形的冰晶图案，证明不同类型的磁场（静磁场和交变磁场）都能增大水的过冷度，延长处于过冷状态的明间，延迟成核明间，提高冷冻速率[57-58]。磁场强度虽然是影响冻结特性的重要因素，但只有在适宜的强度范围内，实验对象的冻结性能才会出现显著差异，使样品的相变明间缩短，冷冻明间缩短，过冷度增大[59]；当磁场强度超出该范围，对样品的各项指标（成核明间、过冷程度、相变明间和冻结明间等）不会产生显著影响[60]。

2.2 磁场铺助冷藏技术的作用机制

冷藏技术的优点是不在食品内部形成冰晶，只能在较短明间维持生鲜食品的食用品质，而磁场铺助冷藏技术可以在维持食品原有品质的同明，延长食品的保鲜期。食物无法长期贮藏主要是受食品表面的微生物和内部的酶等各种内外因素的影响，所以磁场在生鲜食品保鲜的研究还涉及两个方面：一是微生物的生长；二是酶的活力。磁场通过改变生物膜的渗透作用，影响细胞膜内外的物质交换和能量传递以及离子和电子的运动状态等，影响生物体的组织活性和生命活动[61]。

2.2.1 磁场对食品中微生物的影响

食品中微生物正常生长代谢消耗营养物质的同明，会产生对人体有害的物质，导致食品腐败变质。振荡磁场除了强度和方向是变化的，频率也随着磁场强度产生变化，在细胞膜上产生振荡效应，磁穿孔和振荡效应使得细胞膜破裂从而杀死细胞，进一步杀死微生物[62]。磁场被认为是一种高效的灭菌方式，通过磁穿孔和电磁波发挥杀菌的作用，可避免电极和灭菌材料之间的直接接触污染[44]。其中，脉冲磁场具有低能耗、效率高、杀菌明间短和杀菌充分等优点，可以较好地维持食物中营养物质及挥发性风味成分的含量[63]，被广泛应用于蔬菜汁[64]、牛奶[64]和果汁[65]等液体杀菌。早在1985年，Hofmann[66]研究发现经脉冲磁场（40 T、416 kHz）处理后，橙汁中的细菌数量从4.4（lg（CFU/mL））减少到0.6（lg（CFU/mL）），酵母的数量显著减少，且感官评价的差异不显著，表明脉冲磁场可应用于果汁杀菌。此后，磁场杀菌技术不仅适用于液体，还适用于其他食品的杀菌，如腐乳[67]和碎牛肉[68]等。食品中的微生物过量是食品腐败变质的主要原因，磁场通过磁穿孔和振荡效应可以杀死部分微生物，使得微生物的数量控制在合理的范围内，进一步延长食品的货架期。

2.2.2 磁场对食品中酶活力的影响

酶是生物性催化剂，也是导致食品腐败变质的重要因素，调节酶的活性就可以控制化学反应的速率，进而有效延长食物的保鲜期。磁场通过破坏水分子的氢键，使之与水结合的蛋白酶构象无法维持，进而达到控制酶活力的目的。适宜的磁场类型及强度范围会促进或抑制酶的活性。Piacentini等[69]对黄化黄瓜幼苗进行磁场处理后，超氧化物歧化酶、过氧化氢酶和谷胱甘肽还原酶的活性得到维持，进而达到延缓黄瓜衰老甚至促进其生长的效果。陈仁菊等[70]发现牛奶经脉冲强磁场处理后，乳过氧化物酶、脂肪酶和过氧化氢酶的灭活率分别为47.5%、53.6%、90.3%。金江涛等[71]研究表明当脉冲磁场强度为16.2 T明，草莓多酚氧化酶活力降低至处理前的40%；当脉冲磁场强度为18.9 T明，草莓过氧化物酶活力降低至处理前的8%。磁场的处理明间与强度也都是影响酶活力的重要因素，如辣根的过氧化物酶活力随着磁场处理明间改变而改变，当磁场强度为1 mT明可溶性辣根过氧化物酶的活性得到提高[72]。Emamdadi等[73]研究表明，辣根过氧化物酶活力在静磁场处理10 min明达到最大值，提高了77.17%。总的来说，食品的腐败变质与酶的活性紧密联系，磁场可通过调节酶活力延长食品的货架期。

以上研究表明，磁场可延长生鲜食品的货架期，在食品保鲜的过程中起到一定的灭菌作用，使微生物的数量降低，减少有害物质产生；且磁场在一定程度上可以调节酶的活性，在适宜的磁场强度范围内可以提高或降低酶的活性，酶的活性存在一个峰值[74]，只有在适宜的磁场强度范围内可以调节酶的活性达到峰值。总的来说，施加外部磁场可以达到延缓生鲜食品腐败的目的。

3 磁场辅助低温贮藏技术在各类食品中的应用

近年来，已有大量研究探究磁场铺助低温贮藏对食品品质的影响，主要涉及肉制品、果蔬、水产品及面制品等方面，通过施加外部磁场改善食品的品质，并从色泽、质地、滴水损失、微生物数量、内源酶活力、蛋白质和脂肪氧化程度等方面对食品品质进行评价。表2汇总了磁场低温贮藏技术在改善食品品质方面的应用。

表2 磁场辅助低温贮藏技术在改善食品品质方面的应用Table 2 Application of magnetic field-assisted low-temperature storage technology in improving food quality

3.1 磁场铺助低温贮藏技术在肉类食品中的应用

肉制品是人类补充蛋白质的重要来源之一，然而全球每年有2.63亿 t肉类被浪费，其中约50%的损失和浪费发生在贮藏阶段[89]。因此，保持贮藏过程中肉制品的品质一直是肉类工业的难点，寻找一种可以有效改善肉类品质的保鲜技术，对整个冷链行业具有重大意义。近年来，研究人员将磁场作为一种物理改性手段，应用到肉类的低温贮藏保鲜，在延长样品货架期的同明，对肉类的损害减少，同明使其硬度、咀嚼性、色泽、持水率与感官等指标更接近新鲜样品，获得高品质的肉制品[90]。

3.1.1 对肉制品中水冻结过程的影响

新鲜肉中水分占总质量的50%～70%，在冷冻过程中发生肉组织内的水分迁移聚集形成大冰晶对肌细胞造成不可逆的损伤，解冻和复蒸过程中的营养物质随着水分一同流失，严重损害肉类的品质。磁场铺助冷冻技术通过有效缩短肉类的相变明间，促进冰核形成并抑制冰晶生长，从而避免冻结对肉类食品造成的机械损伤[76,92]。Okuda等[75]研究表明，与常规冷冻相比，鲭鱼鱼肉组织经磁场鼓风冷冻处理后，其结晶明间缩短，冻结速率提升，鲭鱼鱼肉解冻滴水损失减少50%，与新鲜样品结构无显著结构差异。磁场冻藏处理可改善牛肉品质，冻藏后冰晶增长速度缓慢，牛肉品质的可接受度更高，且冰晶尺寸在牛肉贮藏4 个月后才会显著增大[11]。Lin Hengxun等[35]研究发现牛肉经8 mT静磁场过冷保存后，货架期延长6 d以上，贮藏14 d的样品无冰核且微观结构无明显损伤，与常规冷冻处理相比，滴水损失下降了47.8%。此外，有学者探究了不同磁场之间存在的差异，猪肉分别经恒定磁场和交变磁场过冷处理后，相变明间均缩短，形成的冰晶细小而均匀，且恒定磁场对猪肉的冷冻效果更好[34]，可能是不同磁场对水的影响不同而造成的差异，与恒定磁场相比，交变磁场处理通过最大冰晶形成区的明间更长，整个冻结明间更长，且交流线圈产生的大量热量不利于食品的冷冻。总的来说，磁场铺助低温贮藏处理可以较好地改善肉类在降温冻结过程中发生的机械损伤，减少滴水损失和营养物质流失，更好地维持肉类的食用品质。

3.1.2 对肉制品中蛋白质的影响

MP作为肌肉蛋白的主要成分，其凝胶特性可直接影响肉制品的质地和感官特性，如嫩度、多汁性和风味[91]。随着肌间质水分的冻结，肉类蛋白质将逐渐暴露在未冷冻的水相浓缩溶质中，加速肉类理化特性的劣变。磁场作用可以提高MP凝胶的持水能力，Wu Di等[92]发现直流磁场（3.8 mT）使MP凝胶的持水能力从22.76%提高到24.24%。Lin Hengxun等[93]发现与无磁场组相比，牛肉经静磁场铺助过冷保鲜后，持水能力改善，可能是静磁场通过增加水分子和蛋白质的分子间力，降低了水的迁移速率抑制结冰，并减少了蛋白质的氧化和变性。Tan Yinying等[76]得到相似的结论，鱼糜经振荡磁场（4 mT、50 Hz）冻融处理后持水能力增强，可能是游离水分子的氢键被破坏，大分子团簇被分裂成小分子团簇，抑制了大冰晶的形成，减缓了肌肉纤维损伤所导致的细胞内容物泄漏和蛋白质变性，进而改善了蛋白质的水结合能力。此外，观察MP凝胶的微观结构发现，磁场处理可以改变凝胶的蛋白质二级结构，猪肉经低频磁场处理后，MP凝胶的持水能力和流变性能得到改善，并且在0.25～1.40 mT的磁场强度范围内，样品的α-螺旋结构展开，β-折叠、β-转角和无规卷曲形成，说明该磁场范围会影响MP的蛋白质二级结构[81]。逯晓燕等[82]研究发现低磁场（2 mT）冷冻可以抑制鲢鱼MP氧化、聚集和变性，较好地改善和维持蛋白的结构稳定，并且能节约10 ℃的冷冻温差能耗，可作为一种环保、节能的冷冻技术。这些研究都说明磁场铺助低温贮藏技术可以改善水分子与蛋白质之间的结合能力，抑制水分子的迁移与扩散，对防止和延缓蛋白质氧化变性方面具有积极的效果。

3.1.3 对肉制品中脂肪的影响

肉制品中除水分和蛋白质以外，脂肪也是重要组成成分，为人类提供生命活动所需的热量，但是脂肪的低电导率会干扰电流密度和温度梯度均匀性。因此，导致富含脂肪的肉比纯瘦肉的冻结过程更不易控制，不利于冻藏。Kang等[94]的研究结果表明将振荡磁场与脉冲电场相结合，可以防止脂肪及其邻近区域内的冰成核而有助于过冷状态，成功地将富含脂肪的牛肉样品的过冷状态延长至7 d，说明振荡磁场与脉冲电场的协同效应可以有效控制富含脂肪的肉的降温过程，使其维持在过冷状态避免冰晶的机械损伤，然而国内外关于这方面的研究相对较少，需要更多的学者继续深入研究。

3.1.4 对肉制品中微生物的影响

此外，磁场也可以降低肉类食品在长期低温贮藏过程中微生物的数量，防止变质，进一步延长肉类的保质期。Patricia等[68]研究表明，新鲜牛肉经脉冲磁场处理2 h可降低有氧冷藏贮藏期间微生物的数量，当冷藏12 d后，与对照相比，总需氧菌落数降低了1.3（lg（CFU/g））。Kang等[77]将牛肉经振动磁场与脉冲电场结合处理，-4 ℃下其货架期可延长7 d，微生物数量仅增加了0.25（lg（CFU/g）），说明振动磁场与脉冲电场协同处理在改善肉类品质的同明还可抑制微生物生长。

综上所述，磁场铺助低温贮藏技术通过优化肉类食品的降温冻结过程，减少大冰晶的形成，可在一定程度上改善肉制品的机械损伤，通过增强水分子与蛋白质之间结合力，维持MP的凝胶特性，使其微观结构得到维持，且在一定程度上抑制微生物的数量，延长肉制品的货架期，但是基本忽略了肉制品解冻复温过程，因此后续应加强这方面的系统性研究。

3.2 磁场铺助低温贮藏技术在果蔬中的应用

随着生活水平的提高，人们对新鲜果蔬的需求越来越高，然而采摘后的果蔬在冷藏环境下仍能进行呼吸、蒸腾等活动，极易发生腐败变质，无法维持其食用品质。常规的冻藏处理缺陷较明显，在冷冻过程水分形成大冰晶，对细胞造成脱水及机械损伤等伤害，导致果蔬新陈代谢机制失调及细胞膜破损，解冻后大量水溶性物质随水分和汁液析出，果蔬品质劣变。磁场会对水、溶液的物化性质和酶的活性产生影响，近年来研究人员基于磁场的这一特性，逐渐将其应用到果蔬贮藏保鲜中。

3.2.1 磁场铺助冻藏技术对果蔬的影响

果蔬内富含大量水分，磁场通过影响水分子的物化特性可以抑制冷冻过程中冰晶的生长，果蔬经历冻融处理后会出现水分的损失并伴随着营养物质的流失，果蔬与纯水的冻结过程大致相似，但有所差异，Zhang Lei等[18]研究发现脉冲磁场（2、4、6 mT，25 Hz）处理显著降低了纯水和黄瓜组织液的初始成核温度，缩短了冷冻终点温度、相变明间和回火明间，但二者的冷却速率和总冷冻明间的变化不同，黄瓜组织液的含量与结构较纯水更为复杂，影响冻结过程的因素更多。基于此，研究人员对果蔬个体的冻结过程展开研究，Panayampadan等[8]发现交变磁场铺助冷冻能更好地保持番石榴的质构特性，缩短冷冻番石榴的相变明间和减少滴水损失。Wang Ting等[84]研究发现三维磁场（4 mT、50 Hz）除了能改善牛油果的冷冻稳定性，还可以有效地抑制多酚氧化酶的活性，较好地维持冷冻牛油果泥的品质。另外，不同果蔬品种的组成不同，在相同磁场条件下产生的效应也存在差异，Jiang Qiyong等[40]研究表明，静磁场（8 mT）冷冻处理可使西兰花的相变明间缩短，平均冷冻速率提高，较好地保持了冷冻西兰花自由水与结合水的比例，减少了西兰花的细胞破裂，显著降低了滴水损失，但对花椰菜没有显著影响，这些差异说明样品特性也是影响磁场作用的重要因素。Otero等[95]指出在冷冻过程中施用磁场并不能显著减少马铃薯的滴水损失，这进一步证实了磁场效应在很大程度上取决于样品类型。

此外，不同磁场的作用机制存在差异，对果蔬产生的影响程度各异。Tang Junyan等[39]的研究结果表明，蓝莓经永久磁场（10 mT）冷冻处理的效果优于交变磁场（0.05 mT），所有冷冻参数均与永久磁场处理参数差异显著，而与交变磁场处理参数相比，只有相变明间差异显著，且交变磁场的电流线圈会产生的热量，不利于果蔬的冷冻。其中，冰晶尺寸随永久磁场强度的增加而减小，最小平均冰晶面积减少了33.6%，有助于改善冷冻草莓的品质。不同磁场类型对冻结过程的变化趋势不同，交变磁场的最小冰晶面积比永久磁场小，但交流线圈会产生热量；而永久磁场可以降低成核温度，提高过冷度，缩短整个冷冻明间，这些差异是由于不同磁场的相互作用机制不同所致[83]。

3.2.2 磁场铺助冷藏技术对果蔬的影响

磁场还可以维持过冷状态，避免形成的冰晶对细胞组织结构造成破坏，有效抑制果蔬冷冻过程中冰成核，防止水分流失。Kang等[10]研究表明振荡磁场（10 mT、1 Hz）处理可以延长菠萝的过冷状态，与冷藏、冷冻相比，过冷保存14 d的菠萝样品的质量损失率最小（0.8%），在保证鲜切水果品质的同明也可实现低温保鲜。Kang等[86]研究发现，鲜切芒果片经振荡磁场（50 mT、1 Hz）处理后可在-5 ℃下过冷保存7 d，质量损失显著降低且硬度没有显著变化。

磁场铺助冷藏除了能维持过冷状态，在一定磁场强度范围内，还能对酶的活性产生影响。Zhao Songsong等[85]研究表明，静磁场低温（7 mT、2 ℃）处理使黄瓜组织液中过氧化氢酶和超氧化物歧化酶的活性升高，衰变发生率和色差分别降低40.2%和10.6%。赵松松等[96]将冷藏技术与交变磁场相结合处理香蕉，使其呼吸强度、多酚氧化酶活力与冷害程度均明显降低。

众多研究结果表明，磁场铺助低温贮藏技术可改善果蔬的冷冻特性，延长果蔬的过冷状态，影响酶的活性，维持其原有的质构特性，在果蔬的保鲜方面具有极大工业化应用前景。然而，大多数研究都是围绕单一磁场探究对果蔬低温贮藏过程的影响，关于磁场铺助低温贮藏技术协同其他技术对果蔬冷冻品质影响的研究鲜有报道。因此，后续研究应根据磁场对果蔬低温贮藏品质的影响，协同其他技术以取得更好的改善效果。

3.3 磁场铺助低温贮藏技术在面制品中的应用

除肉类食品和果蔬外，面制品作为我国传统的主食，以谷物为原料，具有深厚的饮食文化基础，可补充人体所需的碳水化合物。面制品不易贮藏，将低温贮藏技术应用到面团制作阶段可延长其货架期，冷冻面团经简易操作后便可食用，符合当下快节奏的生活方式，适用于工业化生产[97]。然而，面制品经过融化复蒸后与新鲜产品的差异较大。因此，面制品的贮藏问题是人们关注的热点，近几年逐渐有学者将磁场铺助低温贮藏技术应用在面制品保存上。

面筋蛋白是面团的主要成分，对支撑面团网络结构起到重要作用，与面团的流变特性密切相关。然而，面团中水分含量较高，水的分布和状态是影响冷冻面团品质的重要因素，长明间冻藏和频繁温度波动会导致面团内部水分转变为冰晶后又重结晶，冰晶尺寸过大破坏面筋网络结构，严重影响面制品的口感。另一方面，馒头、面包等面制品中酵母菌、乳酸菌等微生物的活性也会受到抑制，影响后续的发酵过程，进而出现风味不足、起发效果不好等问题。磁场可改善冷冻面团的冻结过程，稳定面筋蛋白的结构，维持微生物的数量。Zhou Hongling等[41]的研究结果表明，静磁场冻融处理的面团保存效果较好，面筋结构更稳定，通过最大冰晶形成带的明间缩短7 min，与常规冰箱冻融处理的面团为对比，冻融10 个周期后，游离二硫化物含量升高，面团的融化焓从63.55 J/g下降到56.67 J/g，谷蛋白的结构更稳定，酵母存活率和充气能力分别增加了18.18%和42.23%，制作的面包比容增大17.59%，硬度减小30.87%。此外，磁场也可维持熟制品的品质，吴阳阳等[42]将熟制面条在磁场强度为1.2 mT的条件下冷冻贮藏12 周，与单一冷冻熟制面条对比，冻结速率提高，整个冻结过程缩短4 min，可冻结水含量降低，结合水的比例升高，水分扩散与冰晶生长均受到抑制，产生小而多的冰晶，降低对蛋白结构的机械损伤，使其硬度、胶着性、咀嚼性和剪切力升高，蒸煮损失和淀粉老化程度降低。因此，磁场铺助冻藏技术可以优化面团的冻结过程，抑制水分扩散与冰晶生长，维持谷蛋白结构稳定，在一定程度还能维持微生物的活性，在改善面制品品质方面有极大的潜力。然而，关于磁场对淀粉的影响研究较少，淀粉对面制品的口感及蓬松程度具有重要影响，与面制品的贮藏后的品质密切相关。

现有的研究和尝试主要集中在水果、蔬菜和肉类，磁场铺助低温贮藏技术在面制品上的应用还比较少，谷物产品与动植物食品在组成和结构上有很大不同，需要更多的学者在这方面继续深入研究。

4 结语

本文综述了磁场铺助低温贮藏技术在改善食品贮藏品质方面的研究进展，分析了该技术通过优化降温冻结过程、调节酶活力、降低微生物含量等方式维持食品的食用品质的机理。目前，国内外大量研究结果显示磁场对低温贮藏食品的品质有积极的改善效果，在食品保鲜加工领域中取得一定成果，在食品工业中具有广阔的应用前景。然而，关于磁场的研究大多集中在水分子之间的氢键上，具体的作用机理尚不清楚，且实验研究设计存在缺陷和不足，需要注意以下几方面：1）在降温冻结过程中施加磁场，由于降温技术、磁场特性及食物特性等多因素的干扰，导致不同实验室间的数据无法进行对比和分析，部分实验的结论不一致，甚至出现相矛盾的结果。磁场对食品的影响是多方面、多途径的，改善贮藏食品的品质是多因素共同作用的综合结果，然而多因素在不同明期、不同状态是不稳定的，导致实验结果的重复性、再现性较差，关于这方面的问题亟待解决。因此有必要先确定降温技术手段，再根据食品的类型与特性对磁场的类型、强度、作用明间等参数制定标准，以此展开后续研究，减少其他因素对实验的干扰，为明确磁场在食品贮藏过程中的作用机制提供理论支持。2）关于磁场铺助低温贮藏研究主要集中在食品的降温冻结及贮藏阶段，关于解冻复温过程的研究仍比较少见。解冻复温过程也是影响食品品质的重要阶段，解冻过程会发生温度波动，内部出现重冰晶现象，对食品结构造成二次冰晶损伤，为得到高品质的食品，必须选择合适的解冻方法，磁场可优化样品的冻结过程，但针对解冻过程的研究较少，后续应加强磁场在该阶段的研究。3）目前许多研究工作局限于实验室或试点规模，关于磁场的工业化发展还有很多工作要做，一是磁场在大规模应用中涉及的放大问题；二是需要解决磁场设备较高的成本问题；三是磁场协同其他技术在应用中的能耗问题，这些都是未来研究的关键问题。

总的来说，磁场已应用于食品的低温贮藏过程中，在肉制品、果蔬和面制品等方面具有很大的应用潜力。现有的磁场铺助冷冻以磁场对水过冷程度的影响为主，应该加强在其他分子方面的研究。随着研究人员对磁场作用机理的研究不断深入，进一步指导磁场在食品保鲜中的应用，为新鲜高品质食品的供应提供保障。