賈紅玲 ，周振勇，阿曼古麗·朱馬漢，楊 倩，劉 慶

（1.新疆華凌農(nóng)牧科技開發(fā)有限公司，烏魯木齊 830000；2.新疆畜牧科學(xué)院，烏魯木齊 830000）

近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展與居民膳食營養(yǎng)需求的結(jié)構(gòu)性調(diào)整，肉類產(chǎn)品在日常生活中的比重與消費(fèi)呈上升趨勢(shì)。我國的肉類生產(chǎn)總量多年來保持世界第一，為保障需求提供了好的基礎(chǔ)。然而，由于肉類產(chǎn)品營養(yǎng)豐富、極易受到微生物的污染，食品安全風(fēng)險(xiǎn)較大，控制質(zhì)量、優(yōu)化品質(zhì)是肉類生產(chǎn)與供給的重要目標(biāo)。從食品安全角度出發(fā)，物理保鮮的方法規(guī)律易掌握和可控，易于研發(fā)設(shè)備提高生產(chǎn)效率，具有較大的應(yīng)用前景。隨著肉類市場(chǎng)產(chǎn)品需求的提高，低溫、冷滅菌技術(shù)受到產(chǎn)業(yè)界的關(guān)注，技術(shù)與方法不斷升級(jí)迭代。隨著學(xué)術(shù)界成果的推廣應(yīng)用步伐加快，越來越多的技術(shù)在物理、化學(xué)、生物學(xué)領(lǐng)域融合并創(chuàng)新發(fā)展，以電磁生物學(xué)相關(guān)理論為主導(dǎo)的生物保鮮技術(shù)快速應(yīng)用發(fā)展。以高壓靜電場(chǎng)為方式方法的高壓靜電滅菌技術(shù)相比加熱滅菌技術(shù)、化學(xué)滅菌技術(shù)對(duì)食品營養(yǎng)物質(zhì)破壞較少，產(chǎn)品的感官、理化和營養(yǎng)特性均得到較好的保留。為提高肉類產(chǎn)品的保鮮能力與效率，本文圍繞電磁與生物學(xué)基本原理、參數(shù)及作用結(jié)果，針對(duì)性的探究高壓靜電場(chǎng)（HVEF）在肉類保鮮中的應(yīng)用效果，了解掌握電場(chǎng)保鮮技術(shù)的諸多假說與機(jī)理機(jī)制，為高壓靜電場(chǎng)（HVEF）保鮮技術(shù)在不同場(chǎng)景的優(yōu)化應(yīng)用提供參考。

1 電磁場(chǎng)的生物學(xué)效應(yīng)

電磁場(chǎng)生物學(xué)效應(yīng)是技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)與關(guān)鍵，電磁場(chǎng)輻射使生物體產(chǎn)生的和生命現(xiàn)象有關(guān)的各種響應(yīng)均可稱為電磁輻射的生物學(xué)效應(yīng)，磁共振成像促進(jìn)了醫(yī)學(xué)中影像學(xué)的發(fā)展。已有的研究從分子、細(xì)胞、組織、整體等水平對(duì)電磁輻射的生物學(xué)效益進(jìn)行了分析但結(jié)果不盡一致。電磁輻射具有窗效應(yīng)的特點(diǎn)，影響電磁生物學(xué)效應(yīng)的窗效應(yīng)是頻率窗和強(qiáng)度（功率）窗，從生物學(xué)效應(yīng)的作用方式上分為熱效應(yīng)和非熱效應(yīng)。應(yīng)用中離散的、區(qū)間極窄的電磁波能產(chǎn)生特異的生物學(xué)窗效應(yīng)。相關(guān)的研究結(jié)果認(rèn)為，電磁輻射能影響細(xì)胞乃至整體生物效應(yīng)，某些頻段的電磁輻射對(duì)生物體的細(xì)胞增殖、基因表達(dá)、細(xì)胞因子有誘導(dǎo)作用[1]。生物體是一種特殊的電場(chǎng)等勢(shì)體且具有復(fù)雜的生理特性。機(jī)體各組織介電常數(shù)與電導(dǎo)率也不完全相同，目前趨向認(rèn)為其對(duì)細(xì)胞作用的初始位點(diǎn)是細(xì)胞膜，生物膜可能是電磁輻射作用的靶體之一，細(xì)胞膜內(nèi)外有約70～80 mV的電位差，是細(xì)胞新陳代謝所必需[2-4]。細(xì)胞膜中的大分子物質(zhì)多含有帶電基團(tuán)，參與細(xì)胞的結(jié)構(gòu)與功能，在外加電場(chǎng)作用下，細(xì)胞膜電位差發(fā)生改變，產(chǎn)生不同程度的跨膜電位，影響信息、能量的的分子水平表達(dá)。同時(shí)，具有基于人們對(duì)電磁生物學(xué)窗效應(yīng)的認(rèn)識(shí)，電磁場(chǎng)強(qiáng)度較高時(shí)，特定強(qiáng)度區(qū)間對(duì)生物組織易產(chǎn)生熱效應(yīng)。在外加電場(chǎng)的作用下，細(xì)胞的跨膜電位可攜帶能量改變組織電場(chǎng)強(qiáng)度，促使組織內(nèi)分子極性改變并影響細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)功能與生理，分子的運(yùn)動(dòng)與相互作用最終影響生物體的一系列生命活動(dòng)，特定情況下會(huì)引發(fā)蛋白質(zhì)變性、生物酶活性的改變。由于生物體與環(huán)境密切相關(guān)，生物體內(nèi)部物質(zhì)組成與信息互作網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜，電磁生物學(xué)的諸多機(jī)理機(jī)制仍在探索中。相關(guān)應(yīng)用研究結(jié)果認(rèn)為，細(xì)胞內(nèi)諸多帶電粒子在酶及生物電場(chǎng)作用下維護(hù)功能并有序分布和運(yùn)動(dòng)，在外加電場(chǎng)作用下，細(xì)胞內(nèi)荷電基團(tuán)與粒子運(yùn)動(dòng)與分布改變，細(xì)胞膜的通透性改變[5-9]。高強(qiáng)度的電磁場(chǎng)對(duì)生物的影響可能是負(fù)面的，外加靜電場(chǎng)使細(xì)胞內(nèi)的Ca2+離子濃度發(fā)生變化，改變細(xì)胞膜電位與通透性，影響信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)與生物學(xué)系統(tǒng)和功能。A1dinucci等研究認(rèn)為，細(xì)胞經(jīng)強(qiáng)靜磁場(chǎng)作用后Ca2+離子濃度變化對(duì)動(dòng)物機(jī)體的細(xì)胞免疫功能有影響，窗效應(yīng)下的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，特定高壓正靜電場(chǎng)對(duì)雛雞血液和免疫器官的細(xì)胞免疫功能有促進(jìn)作用，高壓正靜電場(chǎng)則對(duì)比具有抑制細(xì)胞免疫作用[10]。一系列研究表明，電磁場(chǎng)的強(qiáng)弱與方式對(duì)生物活性物質(zhì)具有影響和調(diào)節(jié)免疫功能作用，對(duì)動(dòng)物的體重、精子活力、受精率、禽類孵化率及免疫系統(tǒng)的功能等均有一定影響[11]。

2 肉類生物學(xué)特性與電磁生物學(xué)技術(shù)

保持肉類產(chǎn)品原有的的感官、理化、微生物特性不發(fā)生較大改變是保鮮的關(guān)鍵，肉中肌原纖維蛋白是含量最高、最重要的蛋白質(zhì)，約占肌肉蛋白總量的40%～60%，貯藏保鮮過程中蛋白質(zhì)容易發(fā)生氧化，影響結(jié)構(gòu)與功能，氧化破壞了蛋白質(zhì)中C=O和N=H基團(tuán)與水分子之間的結(jié)合能力，氧化后凝膠網(wǎng)絡(luò)孔隙增多，降低了蛋白質(zhì)的水合作用，保水性下降促使品質(zhì)變差[13]。凍肉的緩化解凍過程中發(fā)生一系列生化反應(yīng)，導(dǎo)致肉汁液損失、品質(zhì)下降?；诖靶?yīng)使用電磁場(chǎng)技術(shù)可對(duì)肉類的生物活性進(jìn)行優(yōu)化控制，保持組織和細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)，降低熱效應(yīng)的破壞。工業(yè)中常用的交流電的頻率是50hz，是典型極低頻電磁場(chǎng)，易與生物體互作產(chǎn)生感應(yīng)電場(chǎng)[12]，實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中常利用穩(wěn)恒磁場(chǎng)和低頻交變磁場(chǎng)開展生物體生長與代謝調(diào)控研究，高壓靜電場(chǎng)保鮮是電磁生物學(xué)技術(shù)的良好拓展與應(yīng)用實(shí)踐。

大量應(yīng)用研究結(jié)果證實(shí)，電場(chǎng)的強(qiáng)弱與方式對(duì)生物活性物質(zhì)有作用，調(diào)整生物酶的構(gòu)象與催化活性，減緩或改變蛋白等結(jié)構(gòu)分子的降解進(jìn)程。不同種類的生物酶對(duì)高壓靜電場(chǎng)強(qiáng)度和頻率的耐受能力不同。在不同條件參數(shù)下，高壓靜電場(chǎng)的應(yīng)用可在一定程度抑制了微生物生理活性，減弱腐敗菌微生物對(duì)組織與細(xì)胞的破壞，同時(shí)通過影響細(xì)胞內(nèi)各種酶的活性延緩細(xì)胞生命進(jìn)程維持組織的結(jié)構(gòu)與狀態(tài)。細(xì)胞膜的電穿孔理論[14]為高壓電場(chǎng)抑菌與滅菌提供了可能存在的機(jī)理，食品經(jīng)過高壓脈沖電場(chǎng)處理后微生物細(xì)胞表面變得粗糙，細(xì)胞表面出現(xiàn)孔洞，細(xì)胞內(nèi)原生質(zhì)體變形，顯微觀察可見細(xì)胞膜破損和細(xì)胞質(zhì)外滲，導(dǎo)致細(xì)胞死亡從而達(dá)到抑菌效果。

3 高壓靜電場(chǎng)在肉類保鮮中的應(yīng)用進(jìn)展

基于電磁生物學(xué)效應(yīng)的高壓電場(chǎng)相比其它常規(guī)技術(shù)在應(yīng)用于食品加工和保鮮處理時(shí)具有耗能低、升溫幅度小、對(duì)產(chǎn)品品質(zhì)影響小等特點(diǎn)，是最具前景的低溫保鮮應(yīng)用技術(shù)之一。例如：魚肉極易腐敗變質(zhì)，為提高貯藏保鮮效果，國內(nèi)有學(xué)者探討了高壓靜電場(chǎng)對(duì)鮮羅非魚片的保鮮能力，結(jié)果證實(shí)在高壓靜電場(chǎng)環(huán)境中魚肉中的微生物數(shù)量得到了有效抑制，魚肉汁液滲出率在5%以內(nèi)[15-16]，鮮度指標(biāo)TVB-N參照限值可使魚肉的保質(zhì)期延長到30 d，并具備較好的感官評(píng)分。高壓靜電場(chǎng)還可以應(yīng)用與肉類的低溫解凍，相關(guān)研究證實(shí)高壓靜電場(chǎng)解凍金槍魚具有提高解凍率、降低揮發(fā)性鹽基氮水平，硬度和咀嚼性等質(zhì)構(gòu)特性指標(biāo)無明顯變化的技術(shù)優(yōu)勢(shì)與特點(diǎn)。并與靜電場(chǎng)的類型、強(qiáng)弱、作用時(shí)間、周圍環(huán)境參數(shù)等存在協(xié)調(diào)效益。有研究結(jié)果證實(shí)，以場(chǎng)強(qiáng)為140 kV／m、脈沖寬度20 us、頻率50 Hz為參數(shù)的的高壓脈沖電場(chǎng)處理牛肉中的半腱肌能極大地影響牛肌肉的保水性和微觀結(jié)構(gòu)[17]。同時(shí)，反復(fù)施加高壓脈沖電場(chǎng)(10 kV、90 Hz、20 us)處理的熟牛肉具有改善嫩度作用[18]。

4 展 望

基于高壓靜電場(chǎng)技術(shù)在生物抗氧化、抑菌方面的顯著效果，同時(shí)又具有低溫、節(jié)能高效的特點(diǎn)，靜電場(chǎng)保鮮技術(shù)在延長產(chǎn)品保質(zhì)期，提高產(chǎn)品品質(zhì)方面技術(shù)顯著優(yōu)勢(shì)，今后應(yīng)更加深入研究掌握技術(shù)的適用范圍、產(chǎn)品、加工貯藏方式等要點(diǎn)，優(yōu)化技術(shù)參數(shù)，以生產(chǎn)過程中的生物安全性評(píng)價(jià)為前提，做好技術(shù)推廣應(yīng)用與安全生產(chǎn)防護(hù)工作。