王麗平，李 苑，余海霞，楊水兵，胡亞芹,,*

（1.浙江大學(xué)生物系統(tǒng)工程與食品科學(xué)學(xué)院，馥莉食品研究院，浙江省食品加工技術(shù)與裝備工程中心，浙江省農(nóng)產(chǎn)品加工技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 杭州 310058；2.浙江大學(xué)舟山海洋研究中心，浙江 舟山 316021）

高壓電場(chǎng)對(duì)生鮮食品保鮮機(jī)理研究進(jìn)展

王麗平1，李 苑1，余海霞2，楊水兵2，胡亞芹1,2,*

（1.浙江大學(xué)生物系統(tǒng)工程與食品科學(xué)學(xué)院，馥莉食品研究院，浙江省食品加工技術(shù)與裝備工程中心，浙江省農(nóng)產(chǎn)品加工技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 杭州 310058；2.浙江大學(xué)舟山海洋研究中心，浙江 舟山 316021）

生鮮食品新鮮程度直接影響市場(chǎng)需求，其產(chǎn)后腐敗帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失也不可估量，因此保鮮技術(shù)研究至關(guān)重要。高壓電場(chǎng)在處理食品時(shí)具有無(wú)熱效應(yīng)、能耗極小、食品溫度上升幅度小、對(duì)食品本身品質(zhì)基本無(wú)影響等特點(diǎn)，是目前生鮮保鮮領(lǐng)域應(yīng)用前景最好的技術(shù)之一。本文介紹了高壓電場(chǎng)的基本原理，分別從膜電位、酶活性和微觀質(zhì)地等方面系統(tǒng)分析了其在果蔬、水產(chǎn)品和肉類食品中的保鮮作用機(jī)理，并進(jìn)一步對(duì)高壓電場(chǎng)未來(lái)的研究前景進(jìn)行展望。

高壓電場(chǎng)；機(jī)理；果蔬；水產(chǎn)品；肉類制品

隨著社會(huì)的進(jìn)步，人們的消費(fèi)觀念的轉(zhuǎn)變，消費(fèi)者對(duì)食品安全和營(yíng)養(yǎng)愈加重視，生鮮食品的新鮮度成為購(gòu)買時(shí)參考的重要因素，而我國(guó)因保鮮方法不當(dāng)、物流冷鏈不到位等因素導(dǎo)致生鮮食品產(chǎn)后腐敗高達(dá)生產(chǎn)總量的40%～50%[1]，由此帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失不可估量。近年來(lái)，運(yùn)用在生鮮食品保鮮方面的方法主要有生物保鮮劑、化學(xué)保鮮法和物理保鮮法[2-4]。其中高壓電場(chǎng)在處理食品時(shí)具有無(wú)熱效應(yīng)、能耗極小、食品溫度上升幅度小、對(duì)食品本身品質(zhì)基本無(wú)影響等特點(diǎn)，是一種應(yīng)用較為廣泛的物理保鮮法。

1 高壓電場(chǎng)簡(jiǎn)介

目前電場(chǎng)保鮮中應(yīng)用較多的是高壓靜電場(chǎng)和高壓脈沖電場(chǎng)。高壓靜電場(chǎng)是一種人工綜合效應(yīng)場(chǎng)，普通低壓電源（220 V）經(jīng)電子線路處理后產(chǎn)生高頻矩形波，再經(jīng)整流、濾波、多諧振變換和多級(jí)倍壓整流等電路，變換成連續(xù)可調(diào)的穩(wěn)定直流高電壓。電源正負(fù)極分別連接兩塊平行的電極板，通電后生成高壓靜電場(chǎng)。同時(shí)通過控制臺(tái)調(diào)節(jié)輸出電壓或改變兩極板間距離來(lái)調(diào)節(jié)電場(chǎng)強(qiáng)度，即E＝U/d（E為電場(chǎng)強(qiáng)度/（V/m）；U為電壓/V；d為板間距/m）。高壓靜電場(chǎng)裝置如圖1所示[5]。

圖1 高壓靜電場(chǎng)裝置[[55]]Fig.1 The device of high voltage static fi eld[5]

圖2 高壓脈沖形成系統(tǒng)原理圖[[66]]Fig.2 Schematic diagram of high voltage pulse formation[6]

高壓脈沖電場(chǎng)主要包括電源裝置、脈沖發(fā)生裝置、示波器、樣品處理室等系統(tǒng)[7-8]。高壓直流電源將220 V交流電通過變壓器變成幾十千伏的交流電，然后經(jīng)過整流變成高壓直流電；脈沖發(fā)生器中由高壓直流電源向電容充電，貯存在電容器上的電能在高速電子開關(guān)的閉合瞬間向處理室釋放。即普通電源經(jīng)充電模塊、能量?jī)?chǔ)存模塊、開關(guān)模塊、升壓模塊和負(fù)載模塊形成高壓脈沖（圖2）。不同的開關(guān)控制電路形成不同的脈沖形式，主要有方波、指數(shù)和交變脈沖3 種。處理室有平行盤式、線圈繞柱式、柱-柱式、柱-盤式、同心軸式等。脈沖電壓、電流及波形可通過示波器監(jiān)測(cè)，以期選擇合適的參數(shù)使食品單位體積受到脈沖電場(chǎng)作用后能夠保持產(chǎn)品新鮮度、延長(zhǎng)貨架期。

2 高壓電場(chǎng)對(duì)生鮮食品的保鮮機(jī)理

2.1 果蔬

2.1.1 改變果蔬細(xì)胞膜電位

一般認(rèn)為，外加電場(chǎng)能夠改變果蔬細(xì)胞中的跨膜電位。當(dāng)離子穿過細(xì)胞膜時(shí)，可通過載體經(jīng)兩種驅(qū)動(dòng)力進(jìn)行跨膜運(yùn)輸：一是膜內(nèi)外兩側(cè)本就存在的（濃度）化學(xué)梯度；二是由于透過膜的電荷運(yùn)動(dòng)所造成的電勢(shì)梯度。這兩種統(tǒng)稱電化學(xué)梯度并決定著離子的運(yùn)動(dòng)方向[9]。有研究表明電場(chǎng)會(huì)對(duì)細(xì)胞跨膜電位的影響，當(dāng)外加電場(chǎng)強(qiáng)度與膜電位正方向相同時(shí)，膜電位差增加；當(dāng)其與之相反時(shí)，膜電位差減小[10-11]。膜電位的變化導(dǎo)致膜兩邊帶電離子定向移動(dòng)而產(chǎn)生生物電流，從而促進(jìn)生化反應(yīng)的進(jìn)行。

李里特等[12]曾將黃瓜和豇豆放置在場(chǎng)強(qiáng)為150 kV/m，溫度為（9±1） ℃，相對(duì)濕度≥90%的電場(chǎng)中每天處理60 min，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明電場(chǎng)能較好地保持黃瓜瓜刺完好、減少失水程度并推遲豇豆銹斑出現(xiàn)和豇豆果皮的老化。Parniakov等[13]利用高壓脈沖電場(chǎng)處理反復(fù)凍融的蘋果，發(fā)現(xiàn)果肉組織間滲透壓分布均勻、質(zhì)感更佳且果皮顏色持久。高壓電場(chǎng)引起的去極化作用使它們細(xì)胞的膜電位差發(fā)生改變，從而改變了細(xì)胞代謝的生理過程，進(jìn)而使得呼吸強(qiáng)度降低、衰老延遲。

2.1.2 影響果蔬呼吸系統(tǒng)電子傳遞

通常認(rèn)為剛采摘的果實(shí)表面帶正電荷，果芯內(nèi)部帶負(fù)電荷，且兩者所帶電荷等量異號(hào)。以蘋果為例，在外加負(fù)電場(chǎng)的作用下負(fù)電荷向果芯堆積，同時(shí)使果皮表面失去更多的負(fù)電荷而帶更多的正電荷，表現(xiàn)為果皮和果芯之間的電位差加大，電場(chǎng)感應(yīng)加強(qiáng)[14]。生物體內(nèi)的氧化還原反應(yīng)主要以Fe原子作為電子傳遞體，利用Fe2＋和Fe3＋之間的循環(huán)轉(zhuǎn)變，從某反應(yīng)物獲得電子再傳遞給另一反應(yīng)物，實(shí)現(xiàn)細(xì)胞內(nèi)的生化反應(yīng)。果蔬貯藏中調(diào)節(jié)呼吸作用強(qiáng)弱的氧化酶輔基是含F(xiàn)e的有機(jī)物，當(dāng)處于負(fù)電場(chǎng)中時(shí)，F(xiàn)e3＋極易得到一個(gè)電子變成還原態(tài)的Fe2＋，即控制果蔬呼吸的酶在外加電場(chǎng)作用下以Fe3＋為中心的構(gòu)象發(fā)生變化，酶活力在一定程度上被降低，果蔬的呼吸作用減弱，其采后品質(zhì)劣變速率減緩。

葉青[15]利用100 kV/m場(chǎng)強(qiáng)的靜電場(chǎng)每天對(duì)呼吸躍變型水果（蘋果、桃和鴨梨）處理2 h，實(shí)驗(yàn)顯示3 種水果貯藏中均出現(xiàn)明顯的呼吸高峰，但它們呼吸強(qiáng)度的最大值與對(duì)照組相比都顯著降低。另外，水果在成熟期內(nèi)可溶性糖含量上升，但它作為果實(shí)呼吸作用的底物隨著呼吸作用的進(jìn)行而有所消耗。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)高壓電場(chǎng)處理可抑制這3 種果實(shí)可溶性糖的積累，減緩了淀粉等物質(zhì)向可溶性糖的轉(zhuǎn)化。果實(shí)呼吸作用是經(jīng)糖酵解后在有氧條件下通過三羧酸循環(huán)生成水和二氧化碳，這一過程中產(chǎn)生的煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（nicotinamide adenine dinucleotide，NADH）和H＋不與游離氧分子結(jié)合，經(jīng)呼吸鏈電子傳遞后方可結(jié)合。外加電場(chǎng)的作用下幾種果實(shí)的呼吸強(qiáng)度總體趨勢(shì)未改變，說明其未打亂原先的電子傳遞過程，只是減弱了電子傳遞的速率，從而影響NADH和H＋與游離氧分子的結(jié)合，控制呼吸強(qiáng)度。Benkeblia[16]認(rèn)為與傳統(tǒng)的保鮮方法（冷藏、熏蒸和輻照）相比，高壓脈沖電場(chǎng)能有效降低棕櫚果呼吸速率、延長(zhǎng)保質(zhì)期。狄建兵等[17]研究高壓靜電場(chǎng)對(duì)草莓采后生理的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，電場(chǎng)明顯抑制草莓的乙烯釋放，使草莓果實(shí)的呼吸強(qiáng)度降低，保持了草莓果肉最大破斷應(yīng)力。

2.1.3 水共鳴導(dǎo)致果蔬內(nèi)酶失活

有研究表明水本身并非單純的液體，而是具有一定構(gòu)造的物質(zhì)[18]。從水的構(gòu)造角度分析，外加能量場(chǎng)使水產(chǎn)生共鳴現(xiàn)象，引起水結(jié)構(gòu)及水與酶結(jié)合狀態(tài)發(fā)生變化，最終導(dǎo)致酶失活。另外一些學(xué)者認(rèn)為水和其他物質(zhì)一樣具有固有的頻率，若施加高壓電場(chǎng)，水產(chǎn)生共鳴并改變構(gòu)象，使酶失活或鈍化[19]。Leong等[20]在研究利用脈沖電場(chǎng)使酶失活，從而降低胡蘿卜切削力的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，胡蘿卜樣品經(jīng)磷酸鹽緩沖溶液預(yù)處理后放置于10 ℃低溫環(huán)境中，施加高壓脈沖電場(chǎng)后樣品溫度升高，當(dāng)溫度達(dá)到25 ℃時(shí)停止加壓。當(dāng)場(chǎng)強(qiáng)達(dá)0.8 kV/cm時(shí)，抗壞血酸氧化酶活力降低30%，過氧化物酶降低到8%～10%，胡蘿卜塊平行和垂直位上電流變化不同，即電場(chǎng)改變的微環(huán)境中水共鳴狀態(tài)，使得這兩種與呼吸作用有密切聯(lián)系的內(nèi)源性酶極易失活。劉振宇等[21]利用高壓脈沖電場(chǎng)對(duì)蘿卜、胡蘿卜和蘋果進(jìn)行預(yù)處理時(shí)發(fā)現(xiàn)電場(chǎng)強(qiáng)度和脈沖個(gè)數(shù)對(duì)VC氧化酶活性影響顯著，從而可以有效保持VC的含量。當(dāng)高壓電場(chǎng)作用時(shí)，水的共鳴會(huì)間接引起酶分子活性部位的局部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，如活性基團(tuán)立體構(gòu)型改變或其氫鍵、疏水鍵等受到破壞，從而導(dǎo)致酶的生物活性被鈍化或喪失。

2.1.4 臭氧的作用

高壓電場(chǎng)能夠電離空氣產(chǎn)生微量的臭氧，它具有一定的殺菌作用，同時(shí)會(huì)與果蔬釋放的乙烯發(fā)生反應(yīng)生成CO2和水，抑制果蔬采后的成熟衰老，達(dá)到一定的保鮮效果[22-23]。丹陽(yáng)[24]在探尋高壓電場(chǎng)產(chǎn)生的臭氧對(duì)毛霉作用規(guī)律時(shí)發(fā)現(xiàn)，高壓靜電場(chǎng)產(chǎn)生的臭氧對(duì)毛霉有抑制作用：當(dāng)場(chǎng)強(qiáng)為50 kV/m時(shí)，抑菌率為2.03%；當(dāng)場(chǎng)強(qiáng)為100 kV/m時(shí)，抑菌率為3.74%；當(dāng)場(chǎng)強(qiáng)為150 kV/m時(shí)，抑菌率為8.69%。隨電場(chǎng)強(qiáng)度的升高，電場(chǎng)所產(chǎn)生臭氧對(duì)毛霉的抑制作用有所增強(qiáng)。臭氧雖能抑制毛霉菌生長(zhǎng)，但效率較低，并不能滿足工業(yè)殺菌的要求，可視為是對(duì)保鮮有益的補(bǔ)充。漿果柔軟多汁，常溫條件下很難貯存（比如葡萄），李明科[25]建議利用高壓放電形成離子空氣和臭氧抑制其生理活性，延長(zhǎng)貯藏期。蔣耀庭等[26]采用高壓靜電場(chǎng)處理鮮切青花菜發(fā)現(xiàn)電暈產(chǎn)生的臭氧對(duì)其表面微生物有明顯殺滅效果，和負(fù)離子結(jié)合能使青花菜釋放出來(lái)的乙烯、乙醇、乙醛等氣體氧化分解，延緩后熟和衰老。

2.2 水產(chǎn)品

2.2.1 細(xì)胞膜穿孔致細(xì)菌死亡

高壓電場(chǎng)滅菌的機(jī)理已較為深入，其中最成熟的理論觀點(diǎn)是細(xì)胞膜的電穿孔模型。外加電場(chǎng)作用下細(xì)胞膜跨膜電壓將增加，超過其自身絕緣強(qiáng)度時(shí)會(huì)在膜上形成微孔；跨膜電壓大過臨界值，微孔變大，細(xì)胞膜穿孔至無(wú)法愈合，膜通透性增強(qiáng)，細(xì)胞內(nèi)質(zhì)流出導(dǎo)致細(xì)胞死亡[27]。水產(chǎn)品中常見的致病微生物主要有副溶血性弧菌（Vibrio parahaemolyticus）、單核增生李斯特菌（Listeria monocytogenes）、沙門氏菌（Salmonella）、志賀氏菌（Shigella）、大腸桿菌（Escherichia coli）和金黃色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）等[28-29]。Dutreux等[30]發(fā)現(xiàn)大腸桿菌和李斯特菌經(jīng)高壓脈沖電場(chǎng)處理后細(xì)胞表面變得粗糙，電子顯微鏡下可觀察到細(xì)胞外膜部分破損致使細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)外泄。Tao Xiaoyun等[31]在研究高壓電場(chǎng)對(duì)大腸桿菌和釀酒酵母的滅菌率時(shí)發(fā)現(xiàn)，電場(chǎng)對(duì)它們具有顯著的滅活效果，可使細(xì)胞表面出現(xiàn)孔洞，且細(xì)胞內(nèi)原生質(zhì)體變形，細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)和核酸外滲，該結(jié)果也進(jìn)一步支持了“膜穿孔”理論。Ko等[32]發(fā)現(xiàn)羅非魚在高壓靜電場(chǎng)中處理到第8天時(shí)實(shí)驗(yàn)組菌落總數(shù)比對(duì)照組低一個(gè)數(shù)量級(jí)，殺菌效果明顯。

2.2.2 改變酶活性

魚蝦中含有豐富的酶類，與其自身的脂肪氧化、蛋白分解的速率密切相關(guān)。眾多研究高壓電場(chǎng)技術(shù)對(duì)酶活性影響的實(shí)驗(yàn)表明，酶的失活程度與酶的類型有關(guān)。不同的酶其活性部位和結(jié)構(gòu)都不同，從而使得在相同的操作條件和介質(zhì)條件下酶的失活程度也不同[33]。鐘葵等[34]利用高壓脈沖電場(chǎng)處理脂肪氧化酶，其二級(jí)結(jié)構(gòu)特征負(fù)峰顯著下降，三級(jí)結(jié)構(gòu)熒光強(qiáng)度隨電場(chǎng)增加而增大，可見電場(chǎng)既破壞了該酶的二級(jí)結(jié)構(gòu)又改變了它的三級(jí)結(jié)構(gòu)。褚江永[35]發(fā)現(xiàn)電場(chǎng)對(duì)過氧化氫酶的三級(jí)結(jié)構(gòu)沒有影響，但是會(huì)改變過氧化氫酶的二級(jí)結(jié)構(gòu)，改變其活性。電場(chǎng)使酶活性中心的結(jié)合基團(tuán)局部構(gòu)象改變或酶活中心的催化基團(tuán)局部構(gòu)象改變，從而影響酶催化活性，這些酶活力的降低有利于魚蝦的保鮮與貯藏。然而，并非所有的酶都會(huì)受到高壓電場(chǎng)的破壞。最新研究表明，相比于對(duì)照組，高壓靜電場(chǎng)可以更有效地抑制羅非魚肌動(dòng)球蛋白的Ca2＋-ATP酶活力下降（0.9 倍）且酶活力保持不變[36]。

2.3 肉類

2.3.1 細(xì)胞膜穿孔致細(xì)菌死亡

高壓電場(chǎng)對(duì)肉類的殺菌作用機(jī)理與水產(chǎn)品相似，借助兩個(gè)電極之間的瞬時(shí)高壓電場(chǎng)作用于微生物，使微生物的細(xì)胞膜遭到破壞，從而達(dá)到殺菌目的。高壓電場(chǎng)在肉制品殺菌方面的主要指示菌種有乳酸菌、金黃色葡萄球菌、霉菌、大腸桿菌和酵母菌等[37]。嚴(yán)志明等[38]建立微生物的存活率與電場(chǎng)強(qiáng)度的數(shù)學(xué)模型發(fā)現(xiàn)當(dāng)細(xì)胞的跨膜電位達(dá)到1 V左右，細(xì)胞膜就會(huì)被擊穿形成小孔。酵母菌跨膜電位最易超過1 V被電場(chǎng)擊穿，大腸桿菌對(duì)電場(chǎng)耐受力強(qiáng)一些，比酵母存活率高。陳文波等[39]借助平板菌落計(jì)數(shù)、變性梯度凝膠電泳分析等手段分析高壓靜電場(chǎng)對(duì)白切雞貯藏中微生物生長(zhǎng)的影響。白切雞中主要的腐敗菌為假單胞菌，分離純化后經(jīng)電場(chǎng)處理也表現(xiàn)出了明顯的生長(zhǎng)抑制，貨架期延長(zhǎng)到5 d。

2.3.2 影響微觀結(jié)構(gòu)并改善質(zhì)地

2.3.2.1 抑制冰晶生長(zhǎng)

外加電場(chǎng)對(duì)極性水分子施加力矩的作用后可破壞其在分子簇中的平衡狀態(tài)，能抑制水在降溫過程中成核[40]。采用低溫保鮮方法對(duì)肉品進(jìn)行保鮮時(shí)輔以高壓電場(chǎng)處理，可以抑制冰晶生長(zhǎng)趨勢(shì)，控制冰晶成核大小。Xanthakis等[41]通過增加高壓靜電場(chǎng)強(qiáng)度使豬里脊肉中冰晶成核的過冷度降低2.6 ℃，冰晶尺寸減小，對(duì)其周圍的細(xì)胞機(jī)械擠壓力減小，即高壓電場(chǎng)有助于降低冰晶對(duì)肉的微結(jié)構(gòu)的傷害，提高肉的保鮮品質(zhì)。Zhang Xiangxiong等[42]發(fā)現(xiàn)電場(chǎng)能促進(jìn)冰核的形成且垂直于電場(chǎng)方向，說明單位時(shí)間和體積內(nèi)能形成更多更細(xì)小的冰晶，從另一側(cè)面說明外加電場(chǎng)能減小冰晶對(duì)肌肉微觀結(jié)構(gòu)的損傷。Mok等[43]利用高壓脈沖電場(chǎng)輔助凍結(jié)0.9%的氯化鈉溶液發(fā)現(xiàn)高頻率的脈沖能顯著減低其相變時(shí)間，冰晶尺寸更小更均勻。

2.3.2.2 嫩化肉質(zhì)

已有研究表明電場(chǎng)刺激能夠是肌肉中肌纖維發(fā)生收縮舒張動(dòng)作，在僵直期后促進(jìn)牛、羊等肉的成熟[44]。但Suwandy等[45]采用不同電壓和頻率的高壓脈沖電場(chǎng)處理牛肉，其中肌鈣蛋白-T和結(jié)蛋白加速降解，牛肉剪切力減小19%，肉質(zhì)明顯嫩化。該研究團(tuán)隊(duì)隨后深入地研究了肌原纖維蛋白的分布和宰后牛肉蛋白水解情況，經(jīng)高壓電場(chǎng)處理后牛肉保水率提高，并篩選出控制蛋白水解和肉質(zhì)嫩化的最佳電場(chǎng)強(qiáng)度[46]。Arroyo等[47]在火雞宰殺1 d內(nèi)對(duì)胸脯肉進(jìn)行間歇高壓脈沖處理，其蛋白水解加快、脂質(zhì)氧化減緩、肉質(zhì)嫩化、顏色氣味均符合感官要求。Faridnia等[48]利用場(chǎng)強(qiáng)為140 kV/m，脈沖寬度為20 μs，頻率為50 Hz的高壓脈沖電場(chǎng)處理牛肉半腱肌，發(fā)現(xiàn)電場(chǎng)能極大地影響牛肉的保水性和肌肉微觀結(jié)構(gòu)，貯藏7 d后，牛肉的剪切力顯著下降，肉質(zhì)得到嫩化。Bekhit等[49]利用對(duì)牛里脊肉反復(fù)施加高壓脈沖電場(chǎng)（10 kV、90 Hz、20 μs），經(jīng)過3 次處理的熟牛肉第3天剪切力降低，肉質(zhì)嫩化，但若老化時(shí)間延長(zhǎng)，效果會(huì)下降。姚薇等[50]研究發(fā)現(xiàn)在肉糜解凍過程中施加高壓靜電場(chǎng)會(huì)降低肉糜的汁液流失率，食用品質(zhì)更佳；在凍結(jié)和解凍過程中均施加電場(chǎng)會(huì)使肉糜的色澤更好。

3 高壓電場(chǎng)的其他應(yīng)用

除了生鮮食品保鮮，高壓電場(chǎng)還可用于食品干燥、解凍、天然產(chǎn)物提取和酒的快速陳化等方面。季旭等[51]為了使剛收獲的玉米含 水量降至14%以達(dá)到安全貯藏標(biāo)準(zhǔn)，利用針-盤狀高壓電場(chǎng)干燥玉米，不僅電場(chǎng)能量利用率高于9.3%，且干燥效率是熱風(fēng)干燥的10余倍。Mousakhani-Ganjeh等[52]利用高壓靜電場(chǎng)解凍金槍魚，在提高解凍率的同時(shí)還可降低揮發(fā)性鹽基氮水平，硬度和咀嚼性等質(zhì)構(gòu)指標(biāo)無(wú)明顯變化。Medina-Meza等[53]發(fā)現(xiàn)經(jīng)高壓脈沖電場(chǎng)處理后，葡萄皮中花青素和類黃酮的提取量可提高數(shù)倍，生物活性及抗氧化性也相應(yīng)提高。Yang Nannan等[54]采用高壓電場(chǎng)處理紅葡萄酒，酒中的酚類化合物和花色苷含量增加、顏色更為誘人、感官品質(zhì)提高、葡萄酒成熟速率加快。在食品領(lǐng)域之 外，高壓電場(chǎng)也常被用于在育種、靜電除塵、材料制備等方向[55-57]。隨著研究的深入，這一技術(shù)定會(huì)在更深更廣的領(lǐng)域得到有效應(yīng)用。

4 結(jié) 論

高壓電 場(chǎng)保鮮是一種簡(jiǎn)單的物理保鮮過程，滿足熱敏性食品加工要求，能量使用率高，無(wú)藥物殘留，不會(huì)造成二次環(huán)境污染，因此該技術(shù)具有較好的工業(yè)化前景。但要大范圍的推廣和應(yīng)用，仍存在一些問題有待解決：由于電壓較高，具有一定危險(xiǎn)性，操作人員要具備一定的物理電學(xué)知識(shí)進(jìn)行自我防護(hù)；若環(huán)境濕度較大，電場(chǎng)容易擊穿造成短路，損壞儀器；如電極直接與食品接觸，為防止金屬離子遷移對(duì)電極材料的耐腐蝕性有嚴(yán)格要求等。

高壓電場(chǎng)對(duì)生鮮食品保鮮作用主要體現(xiàn)在它的殺 菌效果上：一方面，高壓電場(chǎng)電離空氣產(chǎn)生微量的臭氧起到一定殺菌作用；另一方面，外加電場(chǎng)能使微細(xì)胞膜穿孔且無(wú)法愈合，細(xì)胞內(nèi)質(zhì)流出導(dǎo)致微生物死亡。其次，外 加電場(chǎng)可引起細(xì)胞膜電位差發(fā)生改變，從而減緩細(xì)胞代謝生理過程。對(duì)水產(chǎn)品而言，高壓電場(chǎng)改變了自身酶活性并減緩其脂肪氧化和蛋白分解速率。除滅菌作用，高壓電場(chǎng)主要通過抑制冰晶形成、嫩化肉質(zhì)提高肉類產(chǎn)品的保鮮品質(zhì)。目前，高壓電場(chǎng)在果蔬保鮮方面應(yīng)用較為成熟，但對(duì)水產(chǎn)品和肉制品的研究不多，若能進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)蛋白組學(xué)、酶活性、微觀結(jié)構(gòu)等方面探索，將對(duì)其加工、運(yùn)輸、銷售、出口等產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響，帶來(lái)更多經(jīng)濟(jì)效益。

此 外值得關(guān)注的是，近年來(lái)在生物和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域積極研究電場(chǎng)放電和電穿孔滅菌現(xiàn)象，相關(guān)研究 利用聚合酶鏈反應(yīng)法分析發(fā)現(xiàn)把電場(chǎng)施加到副溶血性弧菌等病原性細(xì)菌上會(huì)影響其核糖核酸表達(dá)，進(jìn)一步影響致病性[58]。這表明將來(lái)有望通過電場(chǎng)控制基因表達(dá)，開發(fā)新型功能性食品。基于高壓電場(chǎng)改變細(xì)胞膜通透性的機(jī)理，即膜電現(xiàn)象，將來(lái)有希望通過生物煉制進(jìn)行材料解構(gòu)、植物化學(xué)物質(zhì)提取、發(fā)酵和沼氣生產(chǎn)等，實(shí)現(xiàn)食品、化 工、燃料等生物經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展[59]。

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Progress in the Knowledge of the Preservation Mechanism of Raw Fresh Foods by High Voltage Electric Field

WANG Liping1, LI Yuan1, YU Haixia2, YANG Shuibing2, HU Yaqin1,2,*
(1. Zhejiang R&D Center for Food Technology and Equipment, Zhejiang Key Laboratory for Agro-Food Processing, Fuli Institute of Food Science, College of Biosystems Engineering and Food Science, Zhejiang University, Hangzhou 310058, China; 2. Ocean Research Center of Zhoushan, Zhejiang University, Zhoushan 316021, China)

The market demand is directly affected by food freshness and the post-harvest spoilage of raw fresh foods, which causes incalculable economic losses and therefore motivates the development of preservation technologies. High voltage electric fi eld (HVEF) is a safe and environment-friendly technology for food processing. HVEF is one of the most promising technologies to preserve raw fresh foods that requires very small energy consumption with no heat effect and only a small temperature increase in the processed foods and causes little effect on the quality of the foods themselves. This manuscript outlines the basic principle of HVEF and provides a systematic elucidation of its mechanism for preserving fruits and vegetables, aquatic products and meat products with respect to membrane potential, enzyme activities and microstructure. Furthermore, future research prospects are discussed.

high voltage electric fi eld; mechanism; fruits and vegetables; aquatic products; meat products

10.7506/spkx1002-6630-201703044

TS205.9

A

1002-6630（2017）03-0278-06

王麗平, 李苑, 余海霞, 等. 高壓電場(chǎng)對(duì)生鮮食品的保鮮機(jī)理研究進(jìn)展[J]. 食品科學(xué), 2017, 38(3)： 278-283. DOI：10.7506/ spkx1002-6630-201703044. http：//www.spkx.net.cn

WANG Liping, LI Yuan, YU Haixia, et al. Progress in the knowledge of the preservation mechanism of raw fresh foods by high voltage electric field[J]. Food Science, 2017, 38(3)： 278-283. (in Chinese with English abstract)

10.7506/ spkx1002-6630-201703044. http：//www.spkx.net.cn

2016-03-31

浙江省重大科技專項(xiàng)計(jì)劃項(xiàng)目（2014C02017）；舟山市科技計(jì)劃項(xiàng)目（2015C51023）

王麗平（1992—），女，碩士研究生，研究方向?yàn)樗a(chǎn)品加工。E-mail：zacamille@163.com

*通信作者：胡亞芹（1972—），女，教授，博士，研究方向?yàn)樗a(chǎn)品加工。E-mail：yqhu@zju.edu.cn