浅谈果蔬高压静电保鲜技术

作者：中国农业大学 陈娜 生吉萍 申琳

欢迎访问e展厅 展厅 3 果蔬机械/调味品设备展厅 果蔬加工生产线, 蔬菜保鲜冷库, 选果机/分级机, 豆芽机, 打浆机, ... 随着电磁学和生物学的发展，利用电场调节生物体生命活动的研究也越来越广泛。在果蔬采摘后保鲜方面，利用高压静电技术可以提高贮藏期果蔬硬度、色泽等外观指标，推迟呼吸高峰，提高机体内相关酶活，延长贮藏期。因此，高压静电技术在果蔬保鲜中的利用逐渐受到研究者们的关注。并且，利用高压静电保鲜技术效果明显、能耗小、操作灵活、无二次污染，对果蔬的品质几乎无影响。这种果蔬保鲜的新技术无论从节能角度，还是从果蔬保鲜品质方面都具有巨大的研究和开发价值。 高压静电保鲜技术原理 高压静电技术在果蔬采摘后生理上的研究始于20世纪末，研究发现，经过高压静电处理的果蔬在贮藏期间外观和推迟后熟的生理指标都有所提高。并且，可以通过调节电场强度，影响机体内代谢相关酶，从而延长果蔬贮藏期。目前，国内外学者对高压静电保鲜进行的研究，主要集中在应用研究上，对其作用机理的研究进展缓慢，一些学者根据电磁学原理，结合实验研究提出了关于高压静电保鲜原理的猜想。 ◆ 改变细胞膜电势 外加电场通过改变生物细胞膜的跨膜电位，影响机体的生理代谢。生物体细胞膜的膜电位差大约为107V/m，这个电位差在细胞表面分布不均匀，在某些情况下，例如外界环境的改变或外界环境刺激时，细胞的表面会出现场强峰值，场强峰值会影响膜系统的结构和功能。其次，膜电位差的改变伴随着膜两边带电离子的定向移动，从而产生生物电流，发生生化反应，抑制ATP的生成，延缓细胞的新陈代谢。同时，细胞膜具有选择吸收性，可吸收必需的营养物质，排出代谢废物。适当的电场强度处理会影响细胞膜上镶嵌的载体蛋白，改变膜的选择性，延缓果蔬采后的生理代谢，保持果蔬的贮藏品质。 ◆ 改变机体内部生物电场 外加电场通过影响机体内部生物电场，从而干扰呼吸系统电子传递。该观点认为，果实在采摘后常表现为果皮带正电，果心带负电，在外加电场处理后，果实组织被外加电场极化，产生极化电荷，改变了果实内外的电性，电位差加大，从而影响了果实内部氧化还原反应，对果蔬采后的贮藏和保鲜产生一定的作用。并且，有研究者认为，由于生物体内氧化还原反应主要是以铁充当电子传递中间体，因此，由于组织电位差的变化导致铁的氧化还原态发生改变，影响采后机体正常的电子传递，从而影响果蔬采后新陈代谢。其次，果蔬内部电场的极化也会影响自由基的活动和一些酶蛋白活性中心金属离子的状态，从而影响自由基参与的氧化作和酶在新陈代谢反应中的活性，进而影响果蔬采后的贮藏与保鲜品质。 ◆ 改变生物体内水分存在状态 果蔬内酶的活性影响着机体的生理反应，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。外加电场会引起水状态的改变，该观点认为，外加电场使水发生共鸣现象，导致水的结构以及水与酶的结合状态改变，从而使酶失活。这一观点可以解释经过高压静电场处理的果实多聚半乳糖醛酸酶和羧甲基纤维素酶的活性降低，抑制了果蔬贮藏期间的软化。 ◆ 其他 高压静电场作用于果蔬时，场内的空气会发生电离，产生离子雾和一定量的臭氧。其中的负离子具有抑制果蔬新陈代谢、降低呼吸强度、降低酶活性等作用。而臭氧是强氧化剂，可以杀菌，愈合果蔬伤口，提高果蔬抵抗微生物的能力，因此可以减缓果蔬的腐烂。同时臭氧还能与乙烯、乙醇和乙醛等发生反应，间接对果蔬起到保鲜作用。研究发现，在高压静电场处理过程中，臭氧的产生量很少，并且排除臭氧后没有显著改变高压静电处理的保鲜效果，这说明臭氧的影响并非主要因素。 还有观点认为，由于生物体的生命活动是由相关基因先后表达而实现，因此，高压静电场也可能是通过对细胞内相关基因的表达调控而实现。 目前，关于高压静电保鲜技术的原理还需要大量的科学研究来证明。并且对于不同的果蔬保鲜机理会存在差异，每种果蔬的保鲜效果可能是由一种或多种静电作用引起。这都需要进一步的科学研究来确定，以便更好的应用于生产实践。 高压静电技术的应用 从19世纪开始研究电磁生物学起，到20世纪末高压静电保鲜技术的提出，如今高压静电技术在农业生产加工方面已获得了一些成果，可应用于果蔬保鲜、食品杀菌、干燥、结冻与解冻以及食品催陈中。在果蔬保鲜方面，高压静电技术可以延长果蔬的保鲜期，降低果蔬的腐烂率，抑制呼吸作用，减少乙烯释放，减缓果蔬硬度、可溶性固形物、Vc等在贮藏期间的减少，干扰活性氧的代谢等，以此达到果蔬保鲜的目的。 ◆ 设备 高压静电保鲜的设备主要由实验冷库、高压静电保鲜实验台、电场发生装置、辅助装置等构成。其中，实验冷库可调节贮藏环境的温度和湿度。高压静电保鲜实验台由不锈钢极板组成，可通过调节极板间距调整电场强度。电场发生装置包括高压电源、放电接地体、高压导线、绝缘套筒等。其中，高压电源通常为电压 0-60 kV，电流 0-2.5 mA 的高压变压器，输出负高压。另外，高压静电保鲜设备还有控制器、传感器、安全阀、湿温度控制等辅助装置。 高压静电场对果蔬进行保鲜的过程是：将整个装置放入冷库，果蔬有序放置在保鲜实验台的平行极板上，接通电源，利用两块平行电极板产生高压静电场，通过变压器升压产生很高的直流电压，对处于极板间的果蔬进行处理。 ◆ 应用 高压静电保鲜技术作为一种新型的果蔬保鲜技术，以其良好的保鲜效果受到研究者们的关注。从实验结果看，高压静电技术在果蔬贮藏外观和生理活性方面都有较好的保鲜效果。 1）对果蔬外观的影响 经高压静电处理的果蔬贮藏期延长、腐烂率降低、表面色斑减少、果肉褐变降低、水分损失减少。经过高压静电场处理的鸭梨未发生果心褐变，而未处理组在贮藏240天后果心褐变率为25％。经过高压静电场处理的蓝莓，贮藏一定时间后果实腐烂率为50％，而未经电场处理的果实腐烂率达到90％。 2）对果蔬硬度的影响 果实硬度是衡量果实品质的一项重要感官质量评价指标。研究表明，经高压静电场处理过的果蔬在存放期的硬度明显高于对照组的硬度。处理组苹果硬度值在15天后下降速度比对照组缓慢。草莓在贮藏12天后，高压静电处理的果实硬度比对照组高。 3) 对细胞膜透性的影响 果蔬细胞的细胞膜具有选择透过性，各种逆境伤害或衰老都会造成细胞膜选择透过性的改变或丧失。高压静电场对细胞膜具有一定的修复作用，可降低组织外渗液的电导性。柑桔采收后经高压静电场处理，果皮细胞透性低于对照组。 4) 对果蔬呼吸强度的影响 果蔬在采后仍进行着一定程度的生理活动，以进一步后熟，提高自身免疫能力。但太过旺盛的呼吸作用会快速分解营养物质，加快果蔬的腐败，缩短果蔬贮藏期。因此，控制贮藏期间的呼吸强度至关重要。经高压静电处理的果蔬其呼吸强度低于未经处理组，红元帅苹果是呼吸跃变型果实，若每天用100kV/m的高压静电场处理，苹果在贮藏的20天至35天，处理组果实的呼吸强度明显低于对照组果实。并在采后第30天出现呼吸高峰，其呼吸强度比对照相降低了15.3％。 5) 对乙烯释放的影响 在果蔬生长代谢过程中会释放出内源乙烯促进自身的成熟，因此，在果蔬贮藏期间应尽量减少乙烯的释放量，延缓果蔬后熟。高压静电处理可在一定程度上减少乙烯的释放。经高压静电处理的青椒，乙烯释放量小于对照组。高压静电场处理鸭梨后，将其乙烯释放高峰推迟了60天，并且处理组峰值不到对照组的1/2。 6) 对Vc、可溶性糖、花青素、叶绿素等物质含量的影响 果蔬在贮藏期间，仍进行着生命活动，体内的各种物质不断分解，影响果蔬的贮藏品质及营养价值，因此，测定贮藏期间各种物质含量的变化也是评价贮藏品质的指标。高压静电处理使得某种营养物质的含量高出对照组，苹果在贮藏过程中其Vc含量随贮藏时间的延长而减少，电场处理组的Vc含量在40天后明显高于对照组。经高压静电场处理的柑桔果实各项营养成分含量均比对照组高，如采后110天，总糖含量比对照组高14.2%，还原糖高42.6%，有机酸高7.7%，Vc高l0%。说明柑桔果实经高压静电场处理后，其营养物质转化和消耗缓慢．有利于贮藏。 7) 对果蔬贮藏期相关酶活性的影响 生物体内的一切代谢活动都是在众多酶的催化下进行的，果蔬采后仍然经历着继续后熟直至最终衰老死亡等一系列生理生化变化，其中参与这些变化的酶种类繁多。有研究者认为，果蔬采后的衰老过程实际上就是活性氧代谢失调与积累的过程，高压静电场之所以能够延长果蔬保鲜期，可能是由于在一定强度的电场作用下，使得清除活性氧的相关酶活性提高。生物体内的过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)、超氧化物歧化酶(SOD)经高压静电场处理后均有一定程度的提高，同时，其衰老产物也明显降低。植物体内的多酚氧化酶（PPO）会使组织中的酚类物质转变成醌及其聚合产物，不仅影响果实外观，而且营养成分也会随之下降，经高压静电场处理后草莓果实的多酚氧化酶（PPO）活性低于对照组。丙二醛是组织膜脂过氧化产物，其含量的高低直接反映组织衰老水平，经过高静电场处理的草莓果实丙二醛含量低于对照组。 8) 对冷害的影响 果蔬遭受冷害后容易诱发生理病害，减低其抗病性，高压静电场具有抑制果蔬冷害的作用。高压静电场处理能降低贮藏于5℃下菜豆的冷害指数、锈斑指数、膜透性和膜脂过氧化程度，抑制冷害。对于贮藏于2℃下的青椒、茄子也同样有一定的抑制冷害作用。 高压静电保鲜技术是一种应用效果好，经济节能的新型保鲜技术。目前，对于高压静电在果蔬保鲜方面的应用主要集中在科学研究上，代表性的研究有，高压静电对番茄采后保鲜的研究、对青椒鲜度保持的影响、对苹果保鲜的影响等。 展望 目前，对于果蔬高压静电保鲜技术的研究刚刚起步，对其所产生的物理、化学和生物效应及应用优化仍处于探索阶段。但果蔬高压静电保鲜技术作为新型的保鲜技术，在科学研究和生产实践上都有着很大的空间和很广阔的发展前景，是当今果蔬保鲜方面的热点技术。随着研究的不断深入，对这门技术的疑点、难点的了解会更加透彻，从而使我们在应用过程中可以更好的调控各种因素，达到果蔬高效保鲜、延长贮藏期的目的。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (10/7/2010)