高压静电场（HVEF）在肉类保鲜中的应用研究进展

贾红玲 ，周振勇，阿曼古丽·朱马汉，杨 倩，刘 庆

（1.新疆华凌农牧科技开发有限公司，乌鲁木齐 830000；2.新疆畜牧科学院，乌鲁木齐 830000）

近年来，随着我国经济的快速发展与居民膳食营养需求的结构性调整，肉类产品在日常生活中的比重与消费呈上升趋势。我国的肉类生产总量多年来保持世界第一，为保障需求提供了好的基础。然而，由于肉类产品营养丰富、极易受到微生物的污染，食品安全风险较大，控制质量、优化品质是肉类生产与供给的重要目标。从食品安全角度出发，物理保鲜的方法规律易掌握和可控，易于研发设备提高生产效率，具有较大的应用前景。随着肉类市场产品需求的提高，低温、冷灭菌技术受到产业界的关注，技术与方法不断升级迭代。随着学术界成果的推广应用步伐加快，越来越多的技术在物理、化学、生物学领域融合并创新发展，以电磁生物学相关理论为主导的生物保鲜技术快速应用发展。以高压静电场为方式方法的高压静电灭菌技术相比加热灭菌技术、化学灭菌技术对食品营养物质破坏较少，产品的感官、理化和营养特性均得到较好的保留。为提高肉类产品的保鲜能力与效率，本文围绕电磁与生物学基本原理、参数及作用结果，针对性的探究高压静电场（HVEF）在肉类保鲜中的应用效果，了解掌握电场保鲜技术的诸多假说与机理机制，为高压静电场（HVEF）保鲜技术在不同场景的优化应用提供参考。

1 电磁场的生物学效应

电磁场生物学效应是技术应用的基础与关键，电磁场辐射使生物体产生的和生命现象有关的各种响应均可称为电磁辐射的生物学效应，磁共振成像促进了医学中影像学的发展。已有的研究从分子、细胞、组织、整体等水平对电磁辐射的生物学效益进行了分析但结果不尽一致。电磁辐射具有窗效应的特点，影响电磁生物学效应的窗效应是频率窗和强度（功率）窗，从生物学效应的作用方式上分为热效应和非热效应。应用中离散的、区间极窄的电磁波能产生特异的生物学窗效应。相关的研究结果认为，电磁辐射能影响细胞乃至整体生物效应，某些频段的电磁辐射对生物体的细胞增殖、基因表达、细胞因子有诱导作用[1]。生物体是一种特殊的电场等势体且具有复杂的生理特性。机体各组织介电常数与电导率也不完全相同，目前趋向认为其对细胞作用的初始位点是细胞膜，生物膜可能是电磁辐射作用的靶体之一，细胞膜内外有约70～80 mV的电位差，是细胞新陈代谢所必需[2-4]。细胞膜中的大分子物质多含有带电基团，参与细胞的结构与功能，在外加电场作用下，细胞膜电位差发生改变，产生不同程度的跨膜电位，影响信息、能量的的分子水平表达。同时，具有基于人们对电磁生物学窗效应的认识，电磁场强度较高时，特定强度区间对生物组织易产生热效应。在外加电场的作用下，细胞的跨膜电位可携带能量改变组织电场强度，促使组织内分子极性改变并影响细胞膜的结构功能与生理，分子的运动与相互作用最终影响生物体的一系列生命活动，特定情况下会引发蛋白质变性、生物酶活性的改变。由于生物体与环境密切相关，生物体内部物质组成与信息互作网络复杂，电磁生物学的诸多机理机制仍在探索中。相关应用研究结果认为，细胞内诸多带电粒子在酶及生物电场作用下维护功能并有序分布和运动，在外加电场作用下，细胞内荷电基团与粒子运动与分布改变，细胞膜的通透性改变[5-9]。高强度的电磁场对生物的影响可能是负面的，外加静电场使细胞内的Ca2+离子浓度发生变化，改变细胞膜电位与通透性，影响信号转导与生物学系统和功能。A1dinucci等研究认为，细胞经强静磁场作用后Ca2+离子浓度变化对动物机体的细胞免疫功能有影响，窗效应下的动物实验结果显示，特定高压正静电场对雏鸡血液和免疫器官的细胞免疫功能有促进作用，高压正静电场则对比具有抑制细胞免疫作用[10]。一系列研究表明，电磁场的强弱与方式对生物活性物质具有影响和调节免疫功能作用，对动物的体重、精子活力、受精率、禽类孵化率及免疫系统的功能等均有一定影响[11]。

2 肉类生物学特性与电磁生物学技术

保持肉类产品原有的的感官、理化、微生物特性不发生较大改变是保鲜的关键，肉中肌原纤维蛋白是含量最高、最重要的蛋白质，约占肌肉蛋白总量的40%～60%，贮藏保鲜过程中蛋白质容易发生氧化，影响结构与功能，氧化破坏了蛋白质中C=O和N=H基团与水分子之间的结合能力，氧化后凝胶网络孔隙增多，降低了蛋白质的水合作用，保水性下降促使品质变差[13]。冻肉的缓化解冻过程中发生一系列生化反应，导致肉汁液损失、品质下降。基于窗效应使用电磁场技术可对肉类的生物活性进行优化控制，保持组织和细胞膜结构，降低热效应的破坏。工业中常用的交流电的频率是50hz，是典型极低频电磁场，易与生物体互作产生感应电场[12]，实际生产应用中常利用稳恒磁场和低频交变磁场开展生物体生长与代谢调控研究，高压静电场保鲜是电磁生物学技术的良好拓展与应用实践。

大量应用研究结果证实，电场的强弱与方式对生物活性物质有作用，调整生物酶的构象与催化活性，减缓或改变蛋白等结构分子的降解进程。不同种类的生物酶对高压静电场强度和频率的耐受能力不同。在不同条件参数下，高压静电场的应用可在一定程度抑制了微生物生理活性，减弱腐败菌微生物对组织与细胞的破坏，同时通过影响细胞内各种酶的活性延缓细胞生命进程维持组织的结构与状态。细胞膜的电穿孔理论[14]为高压电场抑菌与灭菌提供了可能存在的机理，食品经过高压脉冲电场处理后微生物细胞表面变得粗糙，细胞表面出现孔洞，细胞内原生质体变形，显微观察可见细胞膜破损和细胞质外渗，导致细胞死亡从而达到抑菌效果。

3 高压静电场在肉类保鲜中的应用进展

基于电磁生物学效应的高压电场相比其它常规技术在应用于食品加工和保鲜处理时具有耗能低、升温幅度小、对产品品质影响小等特点，是最具前景的低温保鲜应用技术之一。例如：鱼肉极易腐败变质，为提高贮藏保鲜效果，国内有学者探讨了高压静电场对鲜罗非鱼片的保鲜能力，结果证实在高压静电场环境中鱼肉中的微生物数量得到了有效抑制，鱼肉汁液渗出率在5%以内[15-16]，鲜度指标TVB-N参照限值可使鱼肉的保质期延长到30 d，并具备较好的感官评分。高压静电场还可以应用与肉类的低温解冻，相关研究证实高压静电场解冻金枪鱼具有提高解冻率、降低挥发性盐基氮水平，硬度和咀嚼性等质构特性指标无明显变化的技术优势与特点。并与静电场的类型、强弱、作用时间、周围环境参数等存在协调效益。有研究结果证实，以场强为140 kV／m、脉冲宽度20 us、频率50 Hz为参数的的高压脉冲电场处理牛肉中的半腱肌能极大地影响牛肌肉的保水性和微观结构[17]。同时，反复施加高压脉冲电场(10 kV、90 Hz、20 us)处理的熟牛肉具有改善嫩度作用[18]。

4 展 望

基于高压静电场技术在生物抗氧化、抑菌方面的显著效果，同时又具有低温、节能高效的特点，静电场保鲜技术在延长产品保质期，提高产品品质方面技术显著优势，今后应更加深入研究掌握技术的适用范围、产品、加工贮藏方式等要点，优化技术参数，以生产过程中的生物安全性评价为前提，做好技术推广应用与安全生产防护工作。