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淺談果蔬高壓靜電保鮮技術(shù)

www.kjdzwh.cn  2015-03-20 14:31  

  隨著電磁學(xué)和生物學(xué)的發(fā)展,利用電場(chǎng)調(diào)節(jié)生物體生命活動(dòng)的研究也越來(lái)越廣泛。在果蔬采摘后保鮮方面,利用高壓靜電技術(shù)可以提高貯藏期果蔬硬度、色澤等外觀指標(biāo),推遲呼吸高峰,提高機(jī)體內(nèi)相關(guān)酶活,延長(zhǎng)貯藏期。因此,高壓靜電技術(shù)在果蔬保鮮中的利用逐漸受到研究者們的關(guān)注。并且,利用高壓靜電保鮮技術(shù)效果明顯、能耗小、操作靈活、無(wú)二次污染,對(duì)果蔬的品質(zhì)幾乎無(wú)影響。這種果蔬保鮮的新技術(shù)無(wú)論從節(jié)能角度,還是從果蔬保鮮品質(zhì)方面都具有巨大的研究和開(kāi)發(fā)價(jià)值。

  高壓靜電保鮮技術(shù)原理

  高壓靜電技術(shù)在果蔬采摘后生理上的研究始于20世紀(jì)末,研究發(fā)現(xiàn),經(jīng)過(guò)高壓靜電處理的果蔬在貯藏期間外觀和推遲后熟的生理指標(biāo)都有所提高。并且,可以通過(guò)調(diào)節(jié)電場(chǎng)強(qiáng)度,影響機(jī)體內(nèi)代謝相關(guān)酶,從而延長(zhǎng)果蔬貯藏期。目前,國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)高壓靜電保鮮進(jìn)行的研究,主要集中在應(yīng)用研究上,對(duì)其作用機(jī)理的研究進(jìn)展緩慢,一些學(xué)者根據(jù)電磁學(xué)原理,結(jié)合實(shí)驗(yàn)研究提出了關(guān)于高壓靜電保鮮原理的猜想。

  ◆改變細(xì)胞膜電勢(shì)

  外加電場(chǎng)通過(guò)改變生物細(xì)胞膜的跨膜電位,影響機(jī)體的生理代謝。生物體細(xì)胞膜的膜電位差大約為107V/m,這個(gè)電位差在細(xì)胞表面分布不均勻,在某些情況下,例如外界環(huán)境的改變或外界環(huán)境刺激時(shí),細(xì)胞的表面會(huì)出現(xiàn)場(chǎng)強(qiáng)峰值,場(chǎng)強(qiáng)峰值會(huì)影響膜系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能。其次,膜電位差的改變伴隨著膜兩邊帶電離子的定向移動(dòng),從而產(chǎn)生生物電流,發(fā)生生化反應(yīng),抑制ATP的生成,延緩細(xì)胞的新陳代謝。同時(shí),細(xì)胞膜具有選擇吸收性,可吸收必需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),排出代謝廢物。適當(dāng)?shù)碾妶?chǎng)強(qiáng)度處理會(huì)影響細(xì)胞膜上鑲嵌的載體蛋白,改變膜的選擇性,延緩果蔬采后的生理代謝,保持果蔬的貯藏品質(zhì)。

  ◆改變機(jī)體內(nèi)部生物電場(chǎng)

  外加電場(chǎng)通過(guò)影響機(jī)體內(nèi)部生物電場(chǎng),從而干擾呼吸系統(tǒng)電子傳遞。該觀點(diǎn)認(rèn)為,果實(shí)在采摘后常表現(xiàn)為果皮帶正電,果心帶負(fù)電,在外加電場(chǎng)處理后,果實(shí)組織被外加電場(chǎng)極化,產(chǎn)生極化電荷,改變了果實(shí)內(nèi)外的電性,電位差加大,從而影響了果實(shí)內(nèi)部氧化還原反應(yīng),對(duì)果蔬采后的貯藏和保鮮產(chǎn)生一定的作用。并且,有研究者認(rèn)為,由于生物體內(nèi)氧化還原反應(yīng)主要是以鐵充當(dāng)電子傳遞中間體,因此,由于組織電位差的變化導(dǎo)致鐵的氧化還原態(tài)發(fā)生改變,影響采后機(jī)體正常的電子傳遞,從而影響果蔬采后新陳代謝。其次,果蔬內(nèi)部電場(chǎng)的極化也會(huì)影響自由基的活動(dòng)和一些酶蛋白活性中心金屬離子的狀態(tài),從而影響自由基參與的氧化作和酶在新陳代謝反應(yīng)中的活性,進(jìn)而影響果蔬采后的貯藏與保鮮品質(zhì)。

  ◆改變生物體內(nèi)水分存在狀態(tài)

  果蔬內(nèi)酶的活性影響著機(jī)體的生理反應(yīng),酶蛋白周圍的水分不僅是果蔬生存的條件,更是果蔬細(xì)胞的重要組成部分。外加電場(chǎng)會(huì)引起水狀態(tài)的改變,該觀點(diǎn)認(rèn)為,外加電場(chǎng)使水發(fā)生共鳴現(xiàn)象,導(dǎo)致水的結(jié)構(gòu)以及水與酶的結(jié)合狀態(tài)改變,從而使酶失活。這一觀點(diǎn)可以解釋經(jīng)過(guò)高壓靜電場(chǎng)處理的果實(shí)多聚半乳糖醛酸酶和羧甲基纖維素酶的活性降低,抑制了果蔬貯藏期間的軟化。

  ◆其他

  高壓靜電場(chǎng)作用于果蔬時(shí),場(chǎng)內(nèi)的空氣會(huì)發(fā)生電離,產(chǎn)生離子霧和一定量的臭氧。其中的負(fù)離子具有抑制果蔬新陳代謝、降低呼吸強(qiáng)度、降低酶活性等作用。而臭氧是強(qiáng)氧化劑,可以殺菌,愈合果蔬傷口,提高果蔬抵抗微生物的能力,因此可以減緩果蔬的腐爛。同時(shí)臭氧還能與乙烯、乙醇和乙醛等發(fā)生反應(yīng),間接對(duì)果蔬起到保鮮作用。研究發(fā)現(xiàn),在高壓靜電場(chǎng)處理過(guò)程中,臭氧的產(chǎn)生量很少,并且排除臭氧后沒(méi)有顯著改變高壓靜電處理的保鮮效果,這說(shuō)明臭氧的影響并非主要因素。
  還有觀點(diǎn)認(rèn)為,由于生物體的生命活動(dòng)是由相關(guān)基因先后表達(dá)而實(shí)現(xiàn),因此,高壓靜電場(chǎng)也可能是通過(guò)對(duì)細(xì)胞內(nèi)相關(guān)基因的表達(dá)調(diào)控而實(shí)現(xiàn)。

  目前,關(guān)于高壓靜電保鮮技術(shù)的原理還需要大量的科學(xué)研究來(lái)證明。并且對(duì)于不同的果蔬保鮮機(jī)理會(huì)存在差異,每種果蔬的保鮮效果可能是由一種或多種靜電作用引起。這都需要進(jìn)一步的科學(xué)研究來(lái)確定,以便更好的應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐。

  高壓靜電技術(shù)的應(yīng)用

  從19世紀(jì)開(kāi)始研究電磁生物學(xué)起,到20世紀(jì)末高壓靜電保鮮技術(shù)的提出,如今高壓靜電技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)加工方面已獲得了一些成果,可應(yīng)用于果蔬保鮮、食品殺菌、干燥、結(jié)凍與解凍以及食品催陳中。在果蔬保鮮方面,高壓靜電技術(shù)可以延長(zhǎng)果蔬的保鮮期,降低果蔬的腐爛率,抑制呼吸作用,減少乙烯釋放,減緩果蔬硬度、可溶性固形物、Vc等在貯藏期間的減少,干擾活性氧的代謝等,以此達(dá)到果蔬保鮮的目的。

  ◆設(shè)備

  高壓靜電保鮮的設(shè)備主要由實(shí)驗(yàn)冷庫(kù)、高壓靜電保鮮實(shí)驗(yàn)臺(tái)、電場(chǎng)發(fā)生裝置、輔助裝置等構(gòu)成。其中,實(shí)驗(yàn)冷庫(kù)可調(diào)節(jié)貯藏環(huán)境的溫度和濕度。高壓靜電保鮮實(shí)驗(yàn)臺(tái)由不銹鋼極板組成,可通過(guò)調(diào)節(jié)極板間距調(diào)整電場(chǎng)強(qiáng)度。電場(chǎng)發(fā)生裝置包括高壓電源、放電接地體、高壓導(dǎo)線、絕緣套筒等。其中,高壓電源通常為電壓0-60kV,電流0-2.5mA的高壓變壓器,輸出負(fù)高壓。另外,高壓靜電保鮮設(shè)備還有控制器、傳感器、安全閥、濕溫度控制等輔助裝置。

  高壓靜電場(chǎng)對(duì)果蔬進(jìn)行保鮮的過(guò)程是:將整個(gè)裝置放入冷庫(kù),果蔬有序放置在保鮮實(shí)驗(yàn)臺(tái)的平行極板上,接通電源,利用兩塊平行電極板產(chǎn)生高壓靜電場(chǎng),通過(guò)變壓器升壓產(chǎn)生很高的直流電壓,對(duì)處于極板間的果蔬進(jìn)行處理。

  ◆應(yīng)用

  高壓靜電保鮮技術(shù)作為一種新型的果蔬保鮮技術(shù),以其良好的保鮮效果受到研究者們的關(guān)注。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果看,高壓靜電技術(shù)在果蔬貯藏外觀和生理活性方面都有較好的保鮮效果。

  1)對(duì)果蔬外觀的影響

  經(jīng)高壓靜電處理的果蔬貯藏期延長(zhǎng)、腐爛率降低、表面色斑減少、果肉褐變降低、水分損失減少。經(jīng)過(guò)高壓靜電場(chǎng)處理的鴨梨未發(fā)生果心褐變,而未處理組在貯藏240天后果心褐變率為25%。經(jīng)過(guò)高壓靜電場(chǎng)處理的藍(lán)莓,貯藏一定時(shí)間后果實(shí)腐爛率為50%,而未經(jīng)電場(chǎng)處理的果實(shí)腐爛率達(dá)到90%。

  2)對(duì)果蔬硬度的影響

  果實(shí)硬度是衡量果實(shí)品質(zhì)的一項(xiàng)重要感官質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)。研究表明,經(jīng)高壓靜電場(chǎng)處理過(guò)的果蔬在存放期的硬度明顯高于對(duì)照組的硬度。處理組蘋果硬度值在15天后下降速度比對(duì)照組緩慢。草莓在貯藏12天后,高壓靜電處理的果實(shí)硬度比對(duì)照組高。

  3)對(duì)細(xì)胞膜透性的影響

  果蔬細(xì)胞的細(xì)胞膜具有選擇透過(guò)性,各種逆境傷害或衰老都會(huì)造成細(xì)胞膜選擇透過(guò)性的改變或喪失。高壓靜電場(chǎng)對(duì)細(xì)胞膜具有一定的修復(fù)作用,可降低組織外滲液的電導(dǎo)性。柑桔采收后經(jīng)高壓靜電場(chǎng)處理,果皮細(xì)胞透性低于對(duì)照組。

  4)對(duì)果蔬呼吸強(qiáng)度的影響

  果蔬在采后仍進(jìn)行著一定程度的生理活動(dòng),以進(jìn)一步后熟,提高自身免疫能力。但太過(guò)旺盛的呼吸作用會(huì)快速分解營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),加快果蔬的腐敗,縮短果蔬貯藏期。因此,控制貯藏期間的呼吸強(qiáng)度至關(guān)重要。經(jīng)高壓靜電處理的果蔬其呼吸強(qiáng)度低于未經(jīng)處理組,紅元帥蘋果是呼吸躍變型果實(shí),若每天用100kV/m的高壓靜電場(chǎng)處理,蘋果在貯藏的20天至35天,處理組果實(shí)的呼吸強(qiáng)度明顯低于對(duì)照組果實(shí)。并在采后第30天出現(xiàn)呼吸高峰,其呼吸強(qiáng)度比對(duì)照相降低了15.3%。

  5)對(duì)乙烯釋放的影響

  在果蔬生長(zhǎng)代謝過(guò)程中會(huì)釋放出內(nèi)源乙烯促進(jìn)自身的成熟,因此,在果蔬貯藏期間應(yīng)盡量減少乙烯的釋放量,延緩果蔬后熟。高壓靜電處理可在一定程度上減少乙烯的釋放。經(jīng)高壓靜電處理的青椒,乙烯釋放量小于對(duì)照組。高壓靜電場(chǎng)處理鴨梨后,將其乙烯釋放高峰推遲了60天,并且處理組峰值不到對(duì)照組的1/2。

  6)對(duì)Vc、可溶性糖、花青素、葉綠素等物質(zhì)含量的影響

  果蔬在貯藏期間,仍進(jìn)行著生命活動(dòng),體內(nèi)的各種物質(zhì)不斷分解,影響果蔬的貯藏品質(zhì)及營(yíng)養(yǎng)價(jià)值,因此,測(cè)定貯藏期間各種物質(zhì)含量的變化也是評(píng)價(jià)貯藏品質(zhì)的指標(biāo)。高壓靜電處理使得某種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的含量高出對(duì)照組,蘋果在貯藏過(guò)程中其Vc含量隨貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)而減少,電場(chǎng)處理組的Vc含量在40天后明顯高于對(duì)照組。經(jīng)高壓靜電場(chǎng)處理的柑桔果實(shí)各項(xiàng)營(yíng)養(yǎng)成分含量均比對(duì)照組高,如采后110天,總糖含量比對(duì)照組高14.2%,還原糖高42.6%,有機(jī)酸高7.7%,Vc高l0%。說(shuō)明柑桔果實(shí)經(jīng)高壓靜電場(chǎng)處理后,其營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)化和消耗緩慢.有利于貯藏。

  7)對(duì)果蔬貯藏期相關(guān)酶活性的影響

  生物體內(nèi)的一切代謝活動(dòng)都是在眾多酶的催化下進(jìn)行的,果蔬采后仍然經(jīng)歷著繼續(xù)后熟直至最終衰老死亡等一系列生理生化變化,其中參與這些變化的酶種類繁多。有研究者認(rèn)為,果蔬采后的衰老過(guò)程實(shí)際上就是活性氧代謝失調(diào)與積累的過(guò)程,高壓靜電場(chǎng)之所以能夠延長(zhǎng)果蔬保鮮期,可能是由于在一定強(qiáng)度的電場(chǎng)作用下,使得清除活性氧的相關(guān)酶活性提高。生物體內(nèi)的過(guò)氧化物酶(POD)、過(guò)氧化氫酶(CAT)、超氧化物歧化酶(SOD)經(jīng)高壓靜電場(chǎng)處理后均有一定程度的提高,同時(shí),其衰老產(chǎn)物也明顯降低。植物體內(nèi)的多酚氧化酶(PPO)會(huì)使組織中的酚類物質(zhì)轉(zhuǎn)變成醌及其聚合產(chǎn)物,不僅影響果實(shí)外觀,而且營(yíng)養(yǎng)成分也會(huì)隨之下降,經(jīng)高壓靜電場(chǎng)處理后草莓果實(shí)的多酚氧化酶(PPO)活性低于對(duì)照組。丙二醛是組織膜脂過(guò)氧化產(chǎn)物,其含量的高低直接反映組織衰老水平,經(jīng)過(guò)高靜電場(chǎng)處理的草莓果實(shí)丙二醛含量低于對(duì)照組。

  8)對(duì)冷害的影響

  果蔬遭受冷害后容易誘發(fā)生理病害,減低其抗病性,高壓靜電場(chǎng)具有抑制果蔬冷害的作用。

  高壓靜電場(chǎng)處理能降低貯藏于5℃下菜豆的冷害指數(shù)、銹斑指數(shù)、膜透性和膜脂過(guò)氧化程度,抑制冷害。對(duì)于貯藏于2℃下的青椒、茄子也同樣有一定的抑制冷害作用。

  高壓靜電保鮮技術(shù)是一種應(yīng)用效果好,經(jīng)濟(jì)節(jié)能的新型保鮮技術(shù)。目前,對(duì)于高壓靜電在果蔬保鮮方面的應(yīng)用主要集中在科學(xué)研究上,代表性的研究有,高壓靜電對(duì)番茄采后保鮮的研究、對(duì)青椒鮮度保持的影響、對(duì)蘋果保鮮的影響等。

  展望

  目前,對(duì)于果蔬高壓靜電保鮮技術(shù)的研究剛剛起步,對(duì)其所產(chǎn)生的物理、化學(xué)和生物效應(yīng)及應(yīng)用優(yōu)化仍處于探索階段。但果蔬高壓靜電保鮮技術(shù)作為新型的保鮮技術(shù),在科學(xué)研究和生產(chǎn)實(shí)踐上都有著很大的空間和很廣闊的發(fā)展前景,是當(dāng)今果蔬保鮮方面的熱點(diǎn)技術(shù)。隨著研究的不斷深入,對(duì)這門技術(shù)的疑點(diǎn)、難點(diǎn)的了解會(huì)更加透徹,從而使我們?cè)趹?yīng)用過(guò)程中可以更好的調(diào)控各種因素,達(dá)到果蔬高效保鮮、延長(zhǎng)貯藏期的目的。

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