磁场技术在食品领域中的应用及展望

曾冬杰，高梦祥 (长江大学生命科学学院，湖北 荆州 434025)

磁场技术在食品领域中的应用及展望

曾冬杰，高梦祥 (长江大学生命科学学院，湖北 荆州 434025)

在介绍了磁场技术原理的基础上，综述了磁场技术在食品领域的应用进展，并对磁场技术的发展作了展望。

食品；磁场技术；应用

地球周围存在着一个大的相对稳定的磁场，一切生命物质内部又都存在着许多荷电物质及带有磁矩的微粒，它们在地磁场的制约下，有规律地分布着、排列着、运动着，也正是由此才形成了千变万化的生命现象。磁场分为稳恒磁场和交变磁场，作为一种重要的物理场，它可以对生物体产生明显的生物学效应[1]。磁场技术最初只应用于物理领域，随着超导技术、计算机技术和一些辅助仪器的迅速发展，磁场技术的应用领域正在逐渐扩大[2-3]。磁场技术在医疗卫生、化学和农业的应用也有大量的报道[4]，但在食品领域的应用还没有广泛展开，然而随着磁场技术的发展，其在食品中的应用和发展也会越来越广泛。为此，笔者在介绍了磁场技术原理的基础上，综述了磁场技术在食品领域的应用。

1 磁场技术的基本原理

磁场对带电离子和极化分子产生洛仑兹(Lorenz)力而改变其运动状态，从而对生物产生不同层次的效应。根据电磁感应原理，变化的磁场在它所通过的空间内产生感应电场，而与该空间的电导率无关，在该空间中任意闭合圆周上产生感应电势，如果圆周上有导电介质，便会产生感生电流，假设圆周上具有均匀导电的生物组织，则生物组织内会产生的感生电流。磁场的生物效应就是生物体在磁场的作用下会产生一系列生理甚至遗传方面的变化，是生物体内能量的传递和物质的交换的结果，这些效应与生物体内电荷有关，是由磁感应强度、感应电场强度和感应电流密度3个参量单独或共同作用的结果[5]。

2 磁场技术在食品领域中的应用

2.1 改良、优化传统食品加工工艺

磁场在改变传统的食品加工工艺方面主要应用于蔗糖转化和谷氨酸结晶。食品用的糖类主要是由蔗糖转化来的，蔗糖酸催化水解得到葡萄糖和果糖的混合物。该催化反应速率受温度、pH影响较大。金增瑗等[6]研究表明，在一定的磁场强度下，蔗糖转化的反应速率常数增加，磁场在动力学上影响反应进程。谷氨酸作为食品添加剂味精的主要成分，在实际的生产过程中，从母液流出的谷氨酸总量的仅为12%～15%[7]，而且晶体生长习性较差，结晶时间长、成本高、控制和操作难度大。而磁场—溶剂协同起晶法运用到谷氨酸起晶过程，制得的晶种则比常用的工业晶种晶型完整、纯净、细小、均匀[8]，而且结晶收率比目前工业上常用的结晶工艺提高了约5个百分点，晶体的纯度也有较大提高[9]。

2.2 改善食品的品质

陈酿是葡萄酒生产过程中的一个重要环节，但是自然陈酿过程缓慢，造成葡萄酒生产和上市周期过长。为了缩短葡萄酒的陈酿，提高葡萄酒的品质，张庆华等[10]在陈酿过程中引入磁场来强化和加速葡萄酒陈酿。磁场催陈是使酒中的极性分子在磁场作用下，极性键能减弱，增加游离氧的含量，促进氧化反应，从而有利于陈酿的进行[11-12]。磁场强化和加速葡萄酒的陈酿，缩短了陈酿时间，节省了大量贮酒容器和空间，减少了工厂生产成本与周期，尽快地使葡萄酒达到最佳饮用期，缩短了葡萄酒的上市时间，提高了品质。

2.3 保鲜果蔬，延长贮藏期

近年来食用新鲜的水果日益受到人们的重视。由于水果多属鲜果储运，呼吸强度高，含水量大，结构松软并易腐烂霉变。为解决水果稳定储存保鲜这一问题，国内外都开展了对水果保鲜技术和方法的研究。目前水果保鲜技术主要有：(1)低温气调法；(2)小包装保鲜；(3)化学保鲜剂法。但是从实际效果来看，这些方法一是成本较高，再是一些水分较多的水果仍达不到理想保鲜效果。因此对这些经济价值较高的水果来说投资少，成本低的新技术成为人们的重要需求[13]。因此，磁场技术作为一种新型保鲜技术可以应用到水果保鲜上。刘剑虹等[14]研究了恒定磁场对番茄、香蕉、苹果、芒果在贮藏期内呼吸强度、外观、失重的影响，结果发现：磁场处理水果具有明显的抑制水果生理活动水平，降低呼吸强度，减少水份蒸发，防止微生物侵入减缓霉变。张武杰等[15]利用冰柜为试验装置，研究磁场对果蔬的保鲜作用，也得到相似的结果：磁场对果蔬冷藏保鲜有一定的作用，且针对不同的种类效果也不同，特别是含水量多的蔬菜如生菜，持水能力有较大的提高。磁场对易保藏的水果如苹果和梨感官影响较小。高梦祥等[16]利用磁感应强度为0.87T和2.28T的交变磁场处理葡萄果实，其腐烂率、脱果率和出糖率更低。葡萄果实采后用交变磁场处理可以有效地提高其商品价值。磁场强度为4.22A/m的交变磁场处理草莓果实后，其腐烂率明显降低，其可溶性糖含量比对照组的降低幅度小；pH比对照组小；VC含量比对照组大和呼吸速率比对照组小，外观也最好[17]。洋葱作为一种日常蔬菜，但因某些品种的洋葱休眠期过短，易于过早萌动发芽，使洋葱完全丧失商品性。因此，有学者利用磁场抑制了洋葱鳞茎的萌发，结果发现：适宜的磁场强度和处理时间降低了可溶性蛋白质含量、可溶性糖含量、总淀粉酶活性，提高IAA氧化酶活性，从而抑制洋葱的发芽[18]，延长贮存期。交变磁场对莲藕切片也有保鲜作用。研究表明，磁场强度为1.2T的交变磁场处理的鲜切莲藕切片，其外观最好，多酚氧化酶活性受到抑制，其还原糖含量比对照组的消耗量小，维生素C含量比对照组的损失量小，pH比对照组小[19]。从以上研究实例可以看出，磁场作为一种新兴的技术，在食品冷藏保鲜中得到应用，这可能是由于磁场对果蔬体内微磁场的作用，影响了生物体内的新陈代谢，延缓了程序化细胞老化死亡从而达到果蔬保鲜。并且磁场技术应用于食品保鲜，无化学污染，不会对人体健康造成危害，具有较高的实用价值。

2.4 提高粮食作物种子、食用菌生长活力

用磁场处理农作物种子的生物学效应已有一些报道[20-21]。研究表明：适宜的磁场可有效地提高苦荞种子萌发期的发芽势、发芽率，降低种子浸出液的电导率，进而提高种子活力和增产潜力[22]。同样，静止磁场磁场处理种子后，种子及幼苗的α-淀粉酶活性提高了8.8%～82.4%，还原糖含量提高了2.9%～27.2%，叶绿素含量提高了7%～56.8%，过氧化物酶活性的变化不规律，平均产量提高了12.5%～42.5%[23]。

此外，在食用菌的生长中进行磁场处理，也可以提高其产量。王式媛等[24]研究了交变电磁场对平菇、姬茹、凤尾菇、香茹、金针菇、灵芝、猴头菌、木耳等8种食用药用菌菌丝生长的影响。结果表明，磁处理可使菌丝生长速度加快，菌丝直径增大，分枝数增多，因而菌落长势旺盛，菌丝粗壮、菌落致密，产量增加。磁感应强度为500～6500Gs的磁场对凤尾菇菌菌丝体生长均具有明显的促进作用[25]，可提高食用菌的产量和质量。

2.5 促进微生物生长、提高产物代谢量

随着现代发酵工程技术的逐渐成熟，用微生物发酵合成各种食品添加剂和各种活性物质越来越普遍，此时，在发酵过程中施加磁场，可以促进微生物的生长，延长世代生长，从而提高发酵产物的产量和质量。用交变磁场处理啤酒酵母可以促进啤酒酵母的生长，菌液浓度最大可增长34.01%[26]。此外，有研究发现，在外加恒磁场的作用下，可以延长大肠杆菌的世代时间及衰亡速率[27]。这样，采用基因工程向大肠杆菌导入其他基因，可以提高代谢产物的产量，降低成本。Alvarez等[28]用5～20mT的磁场作用乳酸乳球菌，0.02T处理12h生物量达到最大，比对照组提高了75%，0.005T处理4h，乳酸链球菌肽的产量达到最大，比对照组提高了37.5%。

3 磁场技术的发展趋势与前景

由于食品工业是产量大、利润低的行业，食品加工企业不太愿意把资金投入到周期长的食品基础研究中。相对而言，商业用的磁场设备比其他一般仪器要昂贵得多，限制了此种仪器在食品领域中的普及和用于食品研究的磁场技术的开发。但许多发达国家的大型食品公司已经开始联手投资对该领域的研究。

尽管磁场生物体的影响涉及到许多物质与生物的微观过程和生理生化反应，与磁场效应相关的一系列问题，目前国内外尚无统一定论，许多磁场技术还处在实验室阶段。但随着磁场技术的进一步完善，仪器新功能的不断开发利用以及成本的进一步降低，磁场技术在食品科学研究中将会有更为广阔的前景。

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10.3969/j.issn.1673-1409(S).2012.08.013

TS201

A

1673-1409(2012)08-S039-03

2012-07-25

曾冬杰(1989 -)，女，河南周口人，硕士生，研究方向为红曲霉代谢的物理调控方法。

高梦祥，E-mail：mxgao0398@yahoo.com.cn。