低压静电场对草莓保鲜研究

杜喜玲

1.鹤壁职业技术学院食品工程学院（鹤壁 458030）；2.鹤壁市绿色食品深加工重点实验室（鹤壁 458030）

20世纪末，分子生物学和细胞遗传学领域揭示生物细胞的电磁特性及其互作效应，主要是明确生物体中各类导体、半导体、电介质和带电粒子复杂的凝聚关系。这一进步使得静电场技术逐步向食品保鲜领域发展，20世纪末，李里特等[1-2]将静电场应用到果蔬保鲜中，结果发现其能显著影响果蔬的冰温点及生理活动。静电场技术已成为新兴的非热食品保鲜技术，根据输出电压可将静电场分为高压静电场（＞2.5 kV）和低压静电场（≤2.5 kV）[3]。

高压静电场（high voltaggelectrostatic field，HVEF）对果蔬的保鲜作用，在鲜核桃[4]、香菇[5]等不同的果蔬上也得到验证，但HVEF由于在应用过程中存在较大安全隐患，难以实现产业化应用。低压静电场（LVEF）作为一种新兴的高效保鲜技术，通过空间放电可在冷藏库内形成负离子氛围，避免物料与放电板的直接接触，安全性明显提升，同时也能发挥保鲜效果，近几年来受到广泛关注。最初主要用于海产品及肉类的解冻[6]，其具备低电压条件下的安全性，可避免物料与放电板的直接接触，还可以通过影响果蔬的电荷分布与水分活度，从而影响生物体酶的活性和微生物生长繁殖。周英杰等[7]研究低压静电场结合低温对水蜜桃进行保鲜研究；何定芬等[8]研究低压静电场对爱媛橙保鲜品质的影响；杨亚丽等[9]研究保鲜剂结合低压静电场处理对红梅杏贮藏品质的影响及其相关性分析；李金娜[10]研究LVEF在枣品质保鲜中的应用。

草莓是蔷薇科草莓属多年生草本植物，其果实鲜红美艳，柔软多汁，富含氨基酸、柠檬酸、维生素C、果糖及钙、铁、磷等多种营养物质，且营养物质易被人体消化吸收，是老少皆宜的食品[11]。常温下，由于草莓没有果皮对其果肉的保护，极易受到机械损伤和微生物感染而导致腐烂变质，一般采后1～2 d即失去光泽，变色变味甚至软化腐烂，失去商品价值[12]。草莓的收获时间比较集中，货架期相对比较短，收获期量大时销售困难，这极大地限制了草莓的种植和产业化发展[13]。因此，草莓的贮藏保鲜一直是科学研究的热点和难点。草莓保鲜的方法主要有气调包装、低温冷藏、热处理、化学保鲜剂和紫外辐射。这些方法能在一定程度上缓解草莓的衰老腐败，延长草莓的保质期，但是这些方法操作复杂、成本高，还存在化学剂残留问题，影响人体健康，不利于草莓保鲜的推广与应用。因此，绿色环保经济实惠的草莓保鲜方法成为研究的热点。而低压静电场用于草莓防腐保鲜研究不多，试验考察低压静电场对草莓硬度、失重率、可溶性固形物含量、还原糖、可滴定酸、维生素C、呼吸强度、相对电导率、花青素的影响，为低压静电场应用于果蔬保鲜品质研究提供一定理论基础。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

草莓（购自草莓种植基地）；氢氧化钠、3,5-二硝基水杨酸（DNS）试剂、结晶酚、亚硫酸钠、酒石酸钾钠、葡萄糖等（均为分析纯）。

1.2 仪器与设备

BX-2000低压静电场装置（浙江驰力科技股份有限公司）；DHG-9245A电热恒温鼓风干燥箱（上海一恒科技有限公司）；A-88组织捣碎匀浆机（江苏省金坛市医疗仪器厂）；BT124S电子分析天平（北京赛多利斯仪器系统有限公司）；GY-3水果硬度计（浙江托普仪器有限公司）；2WAJ阿贝折射仪（上海精密仪器有限公司）；DHg-9070A真空干燥箱（上海一恒科学仪器公司）。

1.3 试验材料与处理

草莓（购自草莓种植基地）：将没有组织损伤草莓果实随机分成2组分别进行处理。

对照组（CK）：直接装入果蔬盒（27盒），每盒随机装入10颗草莓，在低温（4±1 ℃）下储藏。

试验组（LVEF组）：每盒随机装入10颗草莓（27盒），在低压静电场（4±1 ℃，200 V，Hr90%）储藏。所有果蔬盒每隔24 h取样观察草莓的状况并对相关性保鲜指标进行测试。

1.4 草莓各项品质保鲜指标测定方法

花青素参考Peng等[14]的研究方法：采用pH示差法测定。

可滴定酸参考宋煌旺等[15]的研究方法：采用酸碱滴定的方法，略做修改。

可溶性固形物含量参考李奕星等[16]的研究方法：采用手持性折光仪测定，每个处理每次随机取样，每个果实均匀取样，榨汁，然后取一滴汁液放在折光仪的玻璃面，盖上后直接读数，每次测量重复3次，取平均值。

果实硬度参考王兢业[17]的方法：采用GY-1硬度计进行测定，在草莓果表面等距离选取3个位置，用GY-1型硬度计测定其硬度。然后选取3个点测量值的平均值作为该果实硬度，进行统计分析。

失重率的测定参考王兢业[17]的方法：采用称重法测量，测定草莓贮藏前后质量变化，求出失重率。

抗坏血酸含量考王兢业[17]的方法：采用2,6-二氯靛酚滴定法，并稍作修改。

相对电导率参考王兢业[17]的方法，稍作修改：取草莓样品，切取长1.5 cm宽0.8 cm块状草莓样品置于烧杯中，加入20 mL去离子水，振荡60 min后立即用电导率仪测定提取液的电导率，然后将烧杯放入100 ℃沸水中煮沸15 min，后冷却至室温，再次使用电导率仪测定此时电导率。根据两次测定电导率值求出相对电导率。

还原糖测定参考王兢业[17]的方法：采用蒽酮比色法测果蔬中的还原糖，并针对草莓稍作修改。

呼吸强度的测定参考王兢业[17]的方法：将草莓果实称重后平放于塑料托盘中，置于容积为9.65 L密闭干燥器内。将Telaire700便携型CO2/温度分析仪置于其中，测定出30 min内CO2浓度增加量，作为果实呼吸强度（以每克果实每小时释放出CO2量表示），重复3次，取平均值。

1.5 数据处理

所有测定指标平行测量3次，取平均值作为结果，采用SPPSS 19.0软件做统计处理，采用Origin 8.5绘图软件做图处理，使用ANOVA程序中的Duncan法进行显著性检验，P＜0.05为显著性差异。

2 结果与分析

2.1 不同处理对草莓硬度的影响

草莓在储存过程中组织会慢慢变软，成熟程度加强，硬度下降，品质下降，所以硬度是草莓一个重要的品质参数。从图1可以看出，随着储存时间的延长，2组草莓的硬度均呈现下降趋势，但是低压静电场处理组的草莓硬度先上升后下降。储存第4天，对照组草莓的硬度是13.1 N，而低压静电场处理草莓的硬度是18.1 N，2组差异显著（P＜0.05）。储存第7天时，对照组草莓的硬度仅为9.5 N，而处理组草莓硬度是15.7 N，明显高于对照组，这可能是草莓经过低压静电场处理后能维持果实的质地属性，延缓草莓衰老速度。

图1 不同处理对草莓硬度的影响

2.2 不同处理对草莓失重率的影响

草莓的果皮容易受到破损导致水分流失严重，所以草莓组织破损后其重量会大幅降低。从图2可以看出，不同处理方式对草莓的失重率影响不同。不经任何处理的草莓随着储存时间的延长其失重率上升速度比较快，储存第7天时达到8.9%，而低压静电场处理后的草莓失重率仅为3.9%，对照组的失重率是试验组的2.3倍，低压静电场处理后的草莓能减少水分流失，很好地保持草莓质地属性，提高产品价值。

图2 不同处理对草莓失重率的影响

图3 不同处理对草莓呼吸强度的影响

2.3 不同处理对草莓呼吸强度的影响

草莓在贮藏期间的呼吸强度先下降后上升。贮藏0～2 d，对照组和LVEF处理组损伤草莓的呼吸强度有所下降，这可能是由于草莓采摘后储藏于低温和静电场环境中，草莓的新陈代谢变慢，所以贮藏前期草莓的呼吸强度下降。随着贮藏时间继续延长，草莓的呼吸强度开始上升。在整个贮藏期间，LVEF试验组处理的草莓的呼吸强度始终低于对照组，在储藏第7天时，LVEF试验组处理的草莓的呼吸强度是100 mg/（kg·h），而对照组草莓的呼吸强度是120 mg/（kg·h）。试验结果表明，LVEF处理可显著抑制草莓的呼吸强度，从而减轻损伤对草莓造成的不利影响。

2.4 不同处理对草莓相对电导率的影响

草莓果皮比较薄，果肉组织容易破损而导致组织变软、汁液流失，细胞膜通透性比较强，细胞膜相对导电率高低影响草莓品质，是草莓品质好坏的重要指标。从图4可以看出，2组不同处理对草莓的相对电导率影响不同。对照组草莓随着储存时间的延长，相对电导率呈不断上升趋势，在储存第7天时由开始的29%上升到64%，而LVEF试验组处理后的草莓相对电导率由开始的29%上升到39.5%，上升幅度与趋势明显低于对照组，这说明LVEF试验组处理后草莓能减缓衰老速度，提高草莓保质期。

图4 不同处理对草莓相对电导率的影响

2.5 不同处理对草莓可溶性固形物含量的影响

草莓中的可溶性固形物含量有可溶性单糖、双糖、低聚糖、维生素、矿物质、酸性物质等，主要是可溶性糖类物质。可溶性固形物含量是草莓品质好坏的重要指标。从图5可以看出，随着储存时间的延长，2组草莓中的可溶性固形物含量均有一定程度下降，但试验组草莓储藏期间先升高后降低。储存第3天时，LVEF试验组可溶性固形物含量由12%上升到12.8%，而对照组的可溶性固形物含量由12%下降至10.9%。储存第7天时，对照组草莓的可溶性固形物含量仅为8.2%，而试验组可溶性固形物含量是10.5%，两者差异显著（P＜0.05）。可能是因为随着储存时间的延长，对照组中的草莓呼吸作用和微生物生长繁殖加速增加需要的能量，消耗草莓中更多的可溶性糖分供给能量，导致其可溶性固形物含量迅速下降，而LVEF处理后的草莓由于低压静电场作用，真菌微生物的繁殖和草莓自身的呼吸作用受到一定抑制，从而降低草莓中可溶性糖分的消耗，使草莓中的可溶性固形物含量消耗减少，下降速度变慢。

图5 不同处理对草莓可溶性固形物含量的影响

2.6 不同处理对草莓可滴定酸的影响

草莓果实中的可滴定酸主要是柠檬酸和苹果酸等有机酸，其含量对草莓的贮藏性、加工性质等都具有重要的作用。从图6可以看出，随着储存时间的延长，2组处理中草莓的可滴定酸含量都在下降。储存第5天时，对照组中可滴定酸含由0.75%下降至0.33%，而LVEF试验组处理后的草莓可滴定酸含量下降到0.50%。储存第7天时，对照组中可滴定酸含由0.75%下降到0.11%，而LVEF试验组处理后的草莓可滴定酸含量下降到0.41%，2组差异显著（P＜0.05）。可能原因是在贮藏过程中，随着时间的延长，草莓自呼吸会使有机酸分解代谢，但是经过LVEF处理后，草莓的呼吸作用和微生物繁殖代谢受到抑制，有机酸的消耗降低，草莓的可滴定酸含量下降延缓。

图6 不同处理对草莓可滴定酸的影响

2.7 不同处理对草莓抗坏血酸含量影响

草莓中抗坏血酸（VC）含量比较高，VC是草莓重要的营养成分之一，在贮存过程中，随着储存时间的延长，VC也容易氧化而损失。从图7可以看出，随着贮藏时间的延长，草莓中VC呈现下降趋势，对照组草莓比LVEF处理后的草莓中VC含量下降快。储存第7天时，对照组中草莓VC含量0.65 g/kg下降至0.31 g/kg，LVEF处理后草莓VC含量下降至0.51 g/kg，2组存在显著性差异（P＜0.05）。这可能是低压静电场能延缓草莓氧化作用和微生物繁殖代谢作用，进而减少VC消耗，延缓草莓中抗坏血酸含量下降。

图7 不同处理对草莓抗坏血酸含量影响

2.8 不同处理对草莓还原糖含量的影响

葡萄糖、果糖、麦芽糖等还原糖对草莓的品质具有重要作用，其含量直接影响着草莓的甜度，是草莓保鲜品质中重要的指标。从图8可以看出，随着贮藏时间的延长，2组草莓中的还原糖都有下降，但是对照组中还原糖含量的下降速度远高于LVEF试验组处理后的草莓。贮藏第7天，对照组中草莓还原糖含量由0.85%下降至0.12%，而LVEF处理后的草莓还原糖含量是0.51%，2组存在显著性差异（P＜0.05）。由于草莓的呼吸作用和微生物的繁殖代谢作用会消耗掉一部分还原糖，随着贮藏时间的延长，草莓中还原糖消耗较大，而LVEF处理后的草莓可以有效延缓草莓的呼吸作用和微生物的分解代谢作用，减缓草莓中还原糖的分解与消耗，提高草莓中还原糖含量。

图8 不同处理对草莓还原糖含量的影响

2.9 不同处理对草莓花青素含量的影响

花青素是草莓果实中重要的抗氧化剂，有利于抵御活性氧对植物组织的伤害，同时也是草莓果实呈鲜红色的主要原因[18]。如图9所示，随着贮藏时间的延长，草莓中花青素的含量不断增加。LVEF处理的草莓在贮藏前2 d花青素含量与对照组差异不大，这可能是由于LVEF 处理促进花青素的积累，提高草莓的抗氧化能力。而在贮藏后期，LVEF处理的草莓的花青素含量低于对照组，这可能是此时对照组草莓处于更高的成熟度。花青素含量过高，这意味着它们可能会变黑，失去光泽的红色。

图9 不同处理对草莓花青素含量的影响

3 结论

试验采用低压静电场对新鲜采摘后的草莓进行防腐保鲜研究，考察草莓保鲜指标硬度、失重率、呼吸强度、相对电导率、可溶性固形物含量、可滴定酸、维生素C、还原糖含量、花青素含量所受影响。结果显示，经过低压静电场处理后的草莓保鲜效果远高于不经过任何处理的草莓。不经任何处理的草莓随着储存时间的延长，其失重率、呼吸强度、相对电导率、花青素含量上升趋势远高于低压静电场处理草莓。不经任何处理的草莓的硬度、可溶性固形物含量、可滴定酸、抗坏血酸、还原糖含量随着储存时间的延长，其下降趋势远高于低压静电场处理后的草莓，这主要是低压静电场延缓草莓的呼吸作用和微生物繁殖代谢作用，从而极大地提高草莓的防腐保鲜效果，有利于草莓的营养价值和商业价值的提升，拓宽草莓销售区域和发展渠道。