高压脉冲电场技术在杨梅保鲜中的应用研究

张 雯，韩其国，朱英俊，郑兴华，何 晶，刘珂舟，杨 勇

(1.杭州电子科技大学自动化学院，浙江杭州310018; 2.杭州电子科技大学生命信息与仪器工程学院，浙江杭州310018)

高压脉冲电场技术在杨梅保鲜中的应用研究

张 雯1，韩其国1，朱英俊1，郑兴华1，何 晶2，刘珂舟2，杨 勇2

(1.杭州电子科技大学自动化学院，浙江杭州310018; 2.杭州电子科技大学生命信息与仪器工程学院，浙江杭州310018)

高压脉冲电场灭菌技术是国际上研究较为热门的非热灭菌技术之一。实验目的是探讨高压脉冲电场技术用于杨梅保鲜的可行性。工作电压100kV的高压脉冲电场由本实验室研制，将新鲜杨梅置于高压脉冲电场产品处理室中，设置不同电场参数(脉宽、频率、电场作用时间)对杨梅进行处理，通过分析对照组和处理组杨梅的pH变化以及气味、色泽等感官指标的变化来验证高压脉冲电场对杨梅的保鲜效果。结果显示影响杨梅保鲜的最主要因素是电场脉冲宽度，最佳的参数组合是脉宽10μs，频率80Hz，作用时间10s。结论:高压脉冲电场对杨梅保鲜有一定的效果。

杨梅，保鲜，高压脉冲电场，正交实验

杨梅产于我国浙江、福建及广东等南方省份，每年6至7月出果，正值高温炎热季节，有“一日色变、两日味变、三日色香味全变”的特点，是不易保鲜储藏的水果之一。杨梅的这些特点使得其销售半径受到限制，影响杨梅产业的发展。目前还没有适合杨梅的物理保鲜技术，因此，实现杨梅保鲜技术的突破，对发展杨梅产业、增加果农收入具有重要意义。杨梅的保鲜期之所以很短，原因是杨梅本身的酶活性很高和细菌等微生物的存在。因此，要延长杨梅的保鲜期就必须杀灭微生物和钝化酶活性。传统的灭菌和钝化酶活性的方法如高温处理、化学处理等不适用于杨梅的保鲜处理。辐照处理有较好的效果，但照射后的食品对人体有可能造成危害，消费者难以接受，而且设备造价太高。高压脉冲电场灭菌技术是目前国际上最热门、最先进的冷杀菌技术之一，其基本原理是利用在两个电极间产生的瞬时高压，以脉冲电场作用于需灭菌的物料，通过高压脉冲电场杀灭微生物和钝化酶活性，使食品得以长期贮藏。和现有热力灭菌方法相比，这一技术具有能耗低、无辐射、对食品、果品风味的破坏小、工艺简单、方便推广等一系列优点。该技术用于饮料、牛奶等的灭菌已有初步研究［1－3］，但用于杨梅灭菌保鲜的研究还未见报道。我们利用自行研制的100kV高压脉冲电场装置，开展杨梅保鲜研究，为该技术走向产业化应用提供前期的可行性分析。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

实验用杨梅 要求大小相对均一、表面无机械撞伤、无病虫害、成熟度基本一致、当日采摘;pH试剂 可精确到0.1级;烧杯若干，塑料框。

高压脉冲电场灭菌装置 杭州电子科技大学研制开发，整个装置包括:高压脉冲发生器、电极板、产品处理室和控制系统等，能够实现输出高压脉冲的电压、脉宽、频率和脉冲数等参数的精确控制。输出电压0～100kV可调，脉冲宽度1～10μs可调，频率1～100Hz可调，输出方波，以适应300mm×300mm极板的电场，在极板间距在0～10cm之间平行可调的情况下实现多种电场强度满足灭菌实验的各种要求。图1为高压脉冲电场处理室示意图。

图1 高压脉冲电场处理室示意图Fig.1 The diagram of high pulse electric field processing room

1.2 实验方法

杨梅处理实验在室温下进行。被处理后的杨梅置于温度恒设定为4℃的冰箱中，通过对高压脉冲电场主要的四个参数:电场强度、宽度、频率以及电场作用时间的不同设置，进行不同参数处理效果的对比实验。

杨梅的保鲜效果判定方法，根据文献通过测定杨梅在经过处理后的pH、色泽、气味等变化来判定。

1.2.1 正交实验设计 正交实验的三因素分别为:脉宽、频率、电场作用时间。根据高压脉冲电场的输出特性，将每个因素设置为3个合理水平。根据脉冲电场的击穿电压及介质的情况，将电场的场强设定为30kV/cm。参考以前的灭菌实验，设置正交实验具体参数见表1。

1.2.2 实验材料新鲜杨梅采摘及分组 当日采摘新鲜无损的杨梅。首先取出5颗，用于测量杨梅的初始pH。将剩余杨梅分成10组，每组40颗，其中1组作为对照组，而另外9组则将分别进行不同的高压脉冲电场处理。将10组杨梅分别盛在塑料框中。

1.2.3 高压脉冲电场处理 共进行三次实验，每次10组杨梅，每组40颗，其中一组作为对照组，其余9组为进行三因素三水平的正交实验组。根据正交实验的参数设置，进行不同参数的高压脉冲电场处理，处理后，将10组杨梅置于4℃冰箱中保存。

表1 三因素三水平正交实验参数设置Table 1 Orthogonal experimental parameter

1.2.4 杨梅保鲜效果观察 每隔24h，即24、48、72h等时间点上，从10组杨梅中各取出4颗，分别观察饱满度、外观和气味等情况，并分别将每组取出的杨梅压榨取汁，测pH并记录，未取出的杨梅置于冰箱中继续观察。直至保存至第10d。

整个实验完成后，进行第二、三次重复实验。每次实验的具体流程见图2。

图2 杨梅保鲜实验具体流程图Fig.2 Experimental flow chart

2 结果与分析

2.1 pH变化判定

通过对相关文献的查阅可知，杨梅果实在贮藏期间的总酸会被逐渐消耗，含量总的呈下降趋势，而pH会总的呈现上升趋势［7－11］。

对于第一次实验，我们根据灭菌选取24、48、72h三个时间点分别测试每组杨梅的pH，具体结果见图3。

图3 第一次实验中各组杨梅pH变化情况Fig.3 The change of pH value in the first experiment

从图3可见，杨梅保存过程中pH呈升高的趋势，但经高压脉冲电场处理的杨梅pH上升速度慢于未处理的对照组。说明高压脉冲电场处理对杨梅保鲜有一定的效果。

各时间点杨梅pH变化显著性分析见图4。

表2 正交实验结果平均值分析表(%)Table 2 The mean value analysis table of orthogonal experiment results(%)

图4 第一次实验中各时间点杨梅pH变化显著性分析Fig.4 The significance analysis of pH value change in the first experiment

图4为pH差异显著性分析，即T检验的结果。结果表明，三个时间点上所测杨梅的pH较对照组杨梅的pH都有显著性变化。

2.2 感官指标判定

作为判定高压脉冲电场对杨梅保鲜的效果，pH的变化只是其中的一个方面，因此，我们从饱满度、气味和形态方面等感官指标进行了验证。

我们将第一次实验的杨梅保存10d，很明显的发现，同一时间点观察时，未处理的杨梅水分流失较多，较不饱满，而处理后的杨梅相对饱满。存放至第5d时，未处理的杨梅出现腐烂的现象，杨梅变软，处理过的杨梅则比较正常。至第7d时，未处理的杨梅已经完全腐烂，酸腐气味明显，处理过的则略有变软，气味略酸。

2.3 正交实验

为了研究脉宽、频率、作用时间三个因素对实验结果的重要程度，我们进行了第二、三次正交实验，以得到对杨梅保鲜效果最佳的因素和组合。对重复实验的结果的平均值进行分析。正交实验平均值结果分析见表2、图5。

其中R为极差，表示各个因素对杨梅pH的影响程度。R值越大，说明这项参数对杨梅保鲜效果的影响越大，保鲜效果越好。可知R(A1)＞R(C1)≈R (B1)，R(A2)＞R(B2)＞R(C2)，R(A3)＞R(C3)＞R(B3)，综合分析可知，所选的三个因素中，脉宽对杨梅保鲜效果的影响最大，而频率和作用时间对杨梅保鲜的效果是差不多的。

分析图表中的各因素水平变化趋势，变化越小对杨梅的保鲜效果越好，通过综合分析24、48h的情况，杨梅保鲜效果最佳的条件组合是:脉宽10μs，频率80Hz，电场作用时间10s。

图5 各参数对保鲜效果的影响程度Fig.5 The effect of parameters on the extent of preservation

3 结论

本研究发现，经过高压脉冲电场处理后的杨梅在pH、气味、色泽和饱满度方面较未处理的杨梅都有一定的变化，高压脉冲电场对杨梅保鲜有一定的效果。通过合理设置电场的各项参数，能将杨梅的保鲜效果达到最佳。

杨梅保鲜仍是一个值得探讨的课题。本研究关于高压脉冲电场对杨梅的保鲜效果仅是一个初步的探讨，关于高压脉冲电场作用过程中灭菌和酶钝化的机理有待进一步研究。另外，由于杨梅成熟具有季节性，系统性实验很难一次性完成，需要多次实验来进一步深入研究。

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Study on the application of high pulse electric field technology in preserving Myrica rubra fruits

ZHANG Wen1，HAN Qi－guo1，ZHU Ying－jun1，ZHENG Xing－hua1，HE Jing2，LIU Ke－zhou2，YANG Yong2
(1.College of Automation，Hangzhou Dianzi University，Hangzhou 310018，China; 2.College of Life Information＆Instrument Engineering，Hangzhou Dianzi University，Hangzhou 310018，China)

High pulse electric field(HPEF)is a highly developing non－thermal sterilization technique in recent years. The aim was to investigate the feasibility of HPEF technique on keeping Myrica rubra fruits fresh.Samples of Myrica rubra fruits were put in the HPEF operate chamber，and then processed by setting different electric field parameters.By analyzing the changes of pH value，and sensory indexes such as smell and colour between the control group and dealing groups，the effect of Myrica rubra preservation by high pulse electric field could be invistigated.Results showed that:there was significant difference in pH value between control group and dealing groups;among the parameters(pulse width，frequency and effect time)，the most influencing factor to keep Myrica rubra fruits fresh was the pulse width;the optimal parameter combination was pulse width for 10μs with frequency for 80Hz，and effect time for 10s.The results indicated that it was feasible by using high pulse electric field technology to keep Myrica rubra fruits fresh.

Myrica rubra;fresh－keeping;High Pulse Electric Field(HPEF);orthogonal experiment

TS255.3

A

1002－0306(2012)02－0373－04

2010－12－29

张雯(1987－)，女，硕士，从事自动化方面的研究。

浙江省重大科技专项(2008C13061);浙江省研究生创新科研项目(新苗人才计划)。