低压静电场保鲜技术研究进展

陈 玥，朱陈雨，许钊珲，高 哲，郭风军，王晓莉，聂小宝,*

（1.淮阴工学院，江苏 淮安 223003；2.河北农业大学，河北 保定 071000；3.国家农产品现代物流工程技术研究中心，山东 济南 250103）

食品保鲜与人类生活息息相关。随着生活水平的提高和科技的发展，人们开始寻求更高效、更经济以及更安全的技术来进行食品保鲜。目前，国内外已涌现出高压静电场[1]、磁场[2]、超声波[3]、低温等离子体[4]等诸多新型保鲜技术。作为当前研究热门的新兴保鲜技术，低压静电场以其成本低、节能、安全及绿色环保等优势[5]，得到广泛关注。低温冷冻是食品普遍采用的贮藏方法，其能通过有效延缓酶的活性，抑制微生物与细菌的增殖，最终达到防止食品腐败变质的目的[6]。但相较于低压静电场技术，低温冷冻技术在维持食品原有口感与营养价值方面还存在一定的缺陷[7]。本文总结分析了低压静电场的研究现状，提出了该领域目前存在的问题与局限性，同时对其发展与应用进行了展望，以期为低压静电场技术后续的研究与应用提供一定的参考借鉴。

1 低压静电场的保鲜机理及应用

1.1 低压静电场的保鲜机理

低压静电场是一种应用于食品保鲜领域的新型技术，其电压一般小于2 500 V，电流小于0.2 mA，经主机产生低频矩形波，形成连续稳定的低电压，最后通电形成低压静电场[8]。低压静电场是一种无热传导技术，通过空间放电形成负离子环境，避免了食物与放电板之间的直接接触，可抑制食物变质，将微生物细胞的呼吸作用降至最低水平，阻止微生物细胞分裂，延缓微生物生长[9]。同时，低压静电场可以通过离子驱动来影响水蒸气的迁移和聚集，即水分子产生共振现象，使得空气中的水蒸气转变为液态水，空气湿度降低[10]，从而抑制细菌的生长繁殖，最终达到防止营养成分流失和维持食品原有品质的效果。

1.2 低压静电场的特点及应用

低压静电场技术有3个特点：首先，装置轻巧；其次，由于低压静电场消耗的能量较少，使用的电压和电流也较低，且食品无需与放电板接触就能起到保鲜作用，安全风险较低；最后，低压静电场作为一种物理保鲜技术，不会造成保鲜剂的残留，具有绿色环保且投入成本低等特点。低压静电场技术的以上特点，使其在保鲜领域备受关注。

近年来，低压静电场不仅在保鲜方面得到研究与应用，在食品解冻、植物愈伤、种子萌发、细胞代谢等方面也得到广泛的研究与应用。在食品解冻的研究中发现，相较于其他解冻技术，低压静电场能更好地保证食品组织结构的完整性，缩短解冻时间，有利于保持食品品质[11]。在植物愈伤方面，张婷婷等[12]的研究结果表明，采后施加低压静电场处理对马铃薯块茎的愈伤具有积极作用。在种子萌发方面，刘新元等[13]在研究不同强度静电场条件下绿豆芽种子的萌发生长变化时发现，不同条件下的低压静电场对种子萌发生长有一定的影响，呈现促进与抑制两种作用。在细胞代谢方面，有研究发现，对芽孢杆菌施加低压静电场可适当增强芽孢杆菌的新陈代谢[14]。

2 低压静电场技术在保鲜中的应用

2.1 低压静电场技术在果蔬保鲜上的应用

果蔬贮藏时，受自身氧化作用和呼吸作用的影响，腐烂速度较快，品质下降迅速。低压静电场可以通过抑制果蔬的氧化和呼吸作用以达到保鲜的目的，其高效性在灵武长枣[15]、菠萝[16]、草莓[17]等果蔬的保鲜中得到较好的验证。李海波等[18]对杨梅施加低压静电场处理，发现低压静电场协同低温处理有效保持了果实硬度，且减缓了腐烂指数与失重率的升高，该结果为杨梅的贮运保鲜提供了新的思路，对杨梅的贮运销售具有指导意义。‘青见’柑橘肉质细嫩，水分含量较高，贮藏期间水分流失过高会影响其口感且导致商品性降低。有研究发现，臭氧处理联合低压静电场可以显著维持‘青见’柑橘贮藏品质，减少水分流失，延长保鲜时间[19]。低压静电场协同低温处理对‘贵妃’红桃保鲜效果的研究结果表明，其能够延缓红桃果肉中的水分迁移和水分流失，有效维持红桃果肉品质，该保鲜贮藏方法简单易操作、经济有效，在后续商业贮藏保鲜中有较大的潜力[20]。低压静电场协同低温贮藏对果蔬的保鲜效果显著，而低压静电场联合微冻、真空、臭氧处理等其他技术对果蔬进行保鲜贮藏的研究报道也逐渐增多。如将缓释型SO2保鲜剂与低压静电场相结合，能显著降低‘红梅杏’的褐变率和冷害程度，从而延缓口感的下降，延长贮藏时间，显著提高‘红梅杏’的采后贮藏品质[21]。目前，低压静电场协同阻隔性包装[22]、低压静电场协同低温[23]等技术通过抑制果蔬自身的氧化与呼吸作用，有效减缓了果蔬中水分的流失，延缓了果蔬的腐败速度，一定程度上维持了果蔬原有的色泽与口感。

2.2 低压静电场技术在水产品保鲜上的应用

可食用水产品（以下简称水产品）作为国内外食品市场上一种优质的蛋白质来源，在全球美食中备受追捧。近年来，随着我国水产品需求量的不断上升，水产品保鲜也成为人们的研究热点。段伟文等[24]采用低压持续电场联合气调包装对虾肉进行处理，结果显示，这种方法可以使虾肉的冰藏货架期延长8 d，同时也显著改善了虾肉的品质。梁瑞萍等[25]的研究表明，低压静电场协同微冻保鲜技术能有效抑制生物体内酶的活性，从而抑制微生物的繁殖，延缓水产品腐败变质，该技术为水产品保鲜提供了新的思路。李甜等[26]研究发现，在水产品微冻保鲜的条件下施加低压静电场，能有效抑制酶活性，从而达到提高水产品保鲜效果的目的。近期有研究表明，对带鱼施加低压电场，能够有效抑制贮藏过程中腐败菌的繁殖。同时发现，3 kV/m 的电场强度能获得最佳的保鲜效果，2.5 kV/m 也能取得一定的保鲜效果，而未施加电场的保鲜效果最不理想，这一研究成果为后续的保鲜技术应用与优化提供了依据并奠定了基础[27]。此研究结论在舟山带鱼的保鲜[28]中也得到证实。除此之外，该研究还发现，低压静电场协同低温通过降低蛋白质结构破坏程度和失水率来有效维持食品的原有品质。研究经低压静电场和微冻联合处理后脊腹褐虾的品质变化发现，采用联合技术处理使脊腹褐虾在贮藏期内的品质劣变得到明显抑制，货架期得到有效延长[29]。王杏娣等[30]研究发现，对微冻贮藏的竹节虾施加低压静电场能有效降低酶和微生物对虾肌肉组织的损害，使肌肉保持较好的弹性与口感，从而达到延缓其品质变化、维持原有口感的目的，对改变传统水产品的保鲜方式具有指导性意义。低压静电场技术的不断发展与联合保鲜技术的出现为水产品保鲜开辟了一条新的思路。

2.3 低压静电场技术在畜禽肉及其制品保鲜上的应用

近年来，静电场技术的出现为畜禽类肉品保鲜技术的革新提供了一定的理论依据与技术支持。低压静电场主要通过抑制储藏过程中肉制品的微生物生长，降低蛋白质的损耗来延长保鲜时间。胡斐斐等[31]对短期冻藏的猪肉施加低压静电场处理后，能显著延缓冻肉劣变，改善冻肉品质。有研究表明，通过施加低压静电场能有效抑制牛肉在冻结和解冻过程中肌原纤维蛋白的变性，提高肌肉的持水力[32]。另有研究表明，低压静电场协同冷藏可有效延缓品质劣变，维持牛肉原有口感，这可能是因为低压静电场能一定程度地减少肌肉组织结构的损伤和蛋白质结构的变化，从而维持牛肉嫩滑度，达到保证食用口感的目的。还有研究认为，在牛排冷冻过程中施加低压静电场，可以降低牛排的汁液损失和质构变化，从而达到维持牛排原有营养成分与口感的目的[33-34]。通过不断的深入研究、参数优化和实践应用，将为低压静电场在畜禽领域的快速发展打下坚实基础。

2.4 低压静电场技术在其他产品保鲜上的应用

低压静电场处理技术的保鲜方式相对新颖，且研究对象越来越广泛。吴嗣圣等[35]探索了冻结方式和贮藏条件对水蜜桃果浆品质的影响，分别检测了在不同加工贮藏条件下水蜜桃果浆各项指标的变化，结果表明，-18 ℃下施加静电场冻藏的水蜜桃果浆具有更好的品质。此外，低压静电场协同冷冻技术能更好地提高面筋蛋白的黏弹性和热特性[36]。近年来，低压静电场技术的研究对象逐渐增多，使其具有良好的应用前景。

3 低压静电场保鲜技术存在的问题

3.1 技术不成熟，应用范围较窄

低压静电场保鲜是一种新型的食品保鲜技术。相较于低温保鲜、冷冻保鲜、微冻保鲜等技术，低压静电场虽然在保鲜效果上具有一定的优势，但其技术仍处于研究阶段，且研究主要集中于果蔬、水产品等的保鲜，在其他保鲜领域的研究相对较少，需要在实践中积累经验，在未来发展中不断深化完善。

3.2 推动力不足，联合技术研究鲜见

目前，对低压静电场单独应用于果蔬、水产品、畜禽保鲜等的研究较多，与其他技术联合应用鲜见报道。在联合技术研究方面，仍然处于瓶颈期。

3.3 全程动态管控系统不完备

低压静电场保鲜研究在节能管控、安全管控、时间节点管控等方面缺乏经验。全程动态管控系统仍然处于有待完善阶段，需要时刻关注研究过程中出现的问题及潜在问题，不断挖掘全面、高效的全程动态管控系统。

4 展望

目前，低压静电场保鲜能较好地保留食品原有的营养成分，且具有降低能源消耗、减少环境污染及安全性高等优势，在应用方面具有广阔的发展空间。鉴于低压静电场自身的优缺点，其在未来的发展趋势主要表现为以下3 方面：①与其他保鲜手段相结合，如与低温贮藏相结合可提高保鲜效果，与解冻技术相结合可有效减少汁液流失，与真空保鲜技术相结合可提高抗氧化能力、延缓衰老等。②开展低压静电场对果蔬、水产品、畜禽保鲜及微生物的系统研究，进而推动低压静电场技术的在保鲜与加工领域的应用。③在利用低压静电场保鲜延长食品保质期的同时，还需进行最大限度地保持食品原有营养成分和风味的研究。