食品加工中的磁致生物學(xué)效應(yīng)的研究進(jìn)展

周慧吉，馬海樂,2,*，吳 平，張赫男

食品加工中的磁致生物學(xué)效應(yīng)的研究進(jìn)展

周慧吉1，馬海樂1,2,*，吳 平1，張赫男1

（1.江蘇大學(xué)食品與生物工程學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212013；2.江蘇省農(nóng)產(chǎn)品物理加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 鎮(zhèn)江 212013）

伴隨科技的發(fā)展，磁場(chǎng)已經(jīng)用于各行各業(yè)。近 年來，磁場(chǎng)在食品方面也得到了廣泛應(yīng)用。研究方向主要集中在磁場(chǎng)對(duì)食物的保鮮作用，磁場(chǎng)的 殺菌效果以及磁場(chǎng)對(duì)于食用菌的生物效應(yīng)。因此，本文對(duì)磁場(chǎng)的作用機(jī)理以及該技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用等方面進(jìn)行了概要闡述。

食品；農(nóng)產(chǎn)品；磁場(chǎng)；生物學(xué)效應(yīng)

生物磁學(xué)是研究物質(zhì)磁性和磁場(chǎng)與生物特性及生命活動(dòng)之間相互聯(lián)系相互影響的一門新興邊緣學(xué)科。隨著研究的深入，磁場(chǎng)作用于生物的效應(yīng)與機(jī)理有了新的更深刻的認(rèn)識(shí)，磁場(chǎng)在更寬范圍被應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，然而在食品加工領(lǐng)域仍然僅集中于殺滅有害微生物，以期提高食品的保質(zhì)期。近幾年，人們開始從細(xì)胞和微生物水平探究磁場(chǎng)對(duì)食用動(dòng)植物作用的生物學(xué)效應(yīng)，希望能從食物營養(yǎng)特性、功效成分結(jié)構(gòu)特征等方面的變化，尋求提高食品質(zhì)量的新途徑。

1 應(yīng)用于生物處理的外磁場(chǎng)類型

在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和人類生活中，處處可遇到磁場(chǎng)，發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)、變壓器、電報(bào)、電話、收音機(jī)以至加速器、熱核聚變裝置、電磁測(cè)量儀表等無不與磁現(xiàn)象有關(guān)。甚至在人體內(nèi)，伴隨著生命活動(dòng)，一些組織和器官也會(huì)產(chǎn)生微弱的磁場(chǎng)。按照磁場(chǎng)強(qiáng)度和方向可將磁場(chǎng)劃分為恒磁場(chǎng)與動(dòng)磁場(chǎng)（表1）。產(chǎn)生磁場(chǎng)有兩種方法：第一種是直接用磁鋼，如稀土磁鋼等永磁鐵作為磁源；另一類是由電流產(chǎn)生的，用線圈通電后產(chǎn)生的電磁場(chǎng)。當(dāng)導(dǎo)線或線圈中通入直流電流時(shí)產(chǎn)生靜磁場(chǎng)，通入有變化的電流時(shí)則產(chǎn)生變動(dòng)磁場(chǎng)。永磁材料本身所產(chǎn)生的磁場(chǎng)是靜磁場(chǎng)，但把它們安裝在旋轉(zhuǎn)或其他運(yùn)動(dòng)裝置時(shí)，也可以產(chǎn)生變動(dòng)磁場(chǎng)。大部分電磁體為有阻磁體，在普通電壓下工作，需要消耗一定量的電能，產(chǎn)生大量的熱，所以要利用大量的水來冷卻有阻磁體，同時(shí)線圈通電后會(huì)出現(xiàn)電磁輻射。還有部分類型的磁體為超導(dǎo)材料，雖然當(dāng)電流流過超導(dǎo)材料不產(chǎn)生熱量，但卻要在極低的溫度下才能達(dá)到并維持超導(dǎo)狀態(tài)，需要利用液態(tài)氦和液態(tài)氮來維持超導(dǎo)磁體的低溫狀態(tài)。因此，研究中尤其是對(duì)高強(qiáng)度電磁場(chǎng)需要精心設(shè)計(jì)和合理操作。

自然界一直存在電磁場(chǎng)。但直到20世紀(jì)期間，由于對(duì)電的需求以及不斷發(fā)展的無線電技術(shù)，才使得人工電磁場(chǎng)源的需求量持續(xù)增加。常見的場(chǎng)源包括高壓線路、家用電器、電腦，以及高頻或射頻場(chǎng)。不同于位于電磁波普上半部分的電離輻射（例如由放射性物質(zhì)產(chǎn)生的v射線、宇宙線和X線），電磁場(chǎng)非常弱，它們不能打斷細(xì)胞內(nèi)分子的化學(xué)鍵，不能產(chǎn)生電離作用。因此，電磁場(chǎng)的生物效應(yīng)相對(duì)于超聲等其他物理因素具有溫和性，有些效應(yīng)甚至可以恢復(fù)。

表1 磁場(chǎng)的分類Table 1 Classification of magnetic field

2 磁場(chǎng)基本的生物學(xué)特性

磁場(chǎng)能在機(jī)體內(nèi)引起電動(dòng)勢(shì)而作用于機(jī)體，從而對(duì)生物體產(chǎn)生不同的生物學(xué)效應(yīng)[1]。這里所謂的生物效應(yīng)包括正生物效應(yīng)和負(fù)生物效應(yīng)。磁場(chǎng)并非越大越好，也不是越小越好，而是特定的強(qiáng)度和作用時(shí)間會(huì)產(chǎn)生不同的效果，稱為“窗口效應(yīng)（window effect）”[2]，而這個(gè)恰到好處的窗口是要靠不斷的摸索才能找到的。

表2 體內(nèi)帶電物質(zhì)Table 2 The charged materials in the body

另外，生物是具有磁性的，從分子、細(xì)胞、組織器官中任一層次分析看[3]，其體內(nèi)都存在著順磁性物質(zhì)與逆磁性物質(zhì)。每個(gè)生物細(xì)胞都可以看做一個(gè)微型電池，也可以看做一個(gè)微型磁極子。首先，體內(nèi)存在著帶電離子（表2），電荷運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生磁場(chǎng)。其次，由于細(xì)胞膜內(nèi)外各種離子具有不同的通透性，且分布不均勻，膜內(nèi)外存在電位差，離子在細(xì)胞膜上離子通道中遷移時(shí)也會(huì)產(chǎn)生一定的生物電流。生物體的磁性、組成、種類、敏感性等同樣會(huì)影響到生物學(xué)效應(yīng)[4]。因此，磁場(chǎng)的生物學(xué)效應(yīng)是在磁場(chǎng)和生物體共同作用下才會(huì)產(chǎn)生，與兩者的參數(shù)密切相連。不同磁場(chǎng)的類型及其物理參數(shù)（場(chǎng)強(qiáng)大小、均勻性、方向性、作用時(shí)間等）會(huì)導(dǎo)致不同的磁場(chǎng)生物效應(yīng)。變化磁場(chǎng)又因頻率高低不同、作用時(shí)間長短不一也會(huì)產(chǎn)生不同的生物效應(yīng)[4]。

磁生物效應(yīng)一般具有幾個(gè)特點(diǎn)[5]：1）窗口性：生物體只對(duì)某一特定強(qiáng)度的磁場(chǎng)產(chǎn)生效應(yīng)；2）閾值性：磁場(chǎng)在某一范圍內(nèi)才能引起生物效應(yīng)；3）滯后性：生物體必須經(jīng)過一段時(shí)間才能表現(xiàn)出相對(duì)應(yīng)的磁場(chǎng)作用；4）協(xié)同性：很弱的外加磁場(chǎng)能激發(fā)很強(qiáng)的生物響應(yīng)。

3 農(nóng)產(chǎn)品及食品加工中的磁致生物學(xué)效應(yīng)

3.1 磁場(chǎng)對(duì)食品的保鮮作用

在食品產(chǎn)銷鏈中，抑制細(xì)菌等生長能保證食品的新鮮度和品質(zhì)。大量的研究發(fā)現(xiàn)，靜態(tài)磁場(chǎng)對(duì)細(xì)菌生長有一定抑制作用，磁場(chǎng)強(qiáng)度不同作用效果不同[6-8]。夏熹等[9]等將口腔嗜酸乳桿菌分為12.5、120 mT強(qiáng)度的靜磁場(chǎng)加載組和未加載磁場(chǎng)對(duì)照組，厭氧培養(yǎng) 20 h。結(jié)果顯示12.5 mT較低靜磁場(chǎng)對(duì)口腔嗜酸乳桿菌生長無影響，而120 mT 靜磁場(chǎng)能抑制細(xì)菌的生長。吳智艷等[10]研究發(fā)現(xiàn)100 mT和500 mT的磁場(chǎng)對(duì)大腸桿菌、產(chǎn)氣腸桿菌、普通變形菌和枯草芽孢桿菌的生理生化反應(yīng)均存在不同影響，500 mT下的細(xì)菌表現(xiàn)出更短的陽性反應(yīng)時(shí)間。這與之前邵偉等[11]發(fā)現(xiàn)的100 mT和500 mT靜磁場(chǎng)能延長大腸桿菌的世代時(shí)間和衰變速率的結(jié)果相一致。Novák等[12]也發(fā)現(xiàn)低頻磁場(chǎng)（Bm = 2.7～10 mT，f = 50 Hz，t = 0～12 min，室溫）會(huì)抑制大腸桿菌、金黃色葡萄球菌的生長，磁場(chǎng)強(qiáng)度越大，作用時(shí)間越長，抑制力就越大，這可能是由于磁場(chǎng)能影響培養(yǎng)基中的含氧量[13]。靜態(tài)弱磁場(chǎng)能抑制大腸桿菌的生長[14-15]，提高其細(xì)胞內(nèi)脫氫酶活力和胞內(nèi)ATP濃度[6]，而靜態(tài)強(qiáng)磁場(chǎng)可明顯降低衰亡期大腸桿菌的死亡速率[16]。尹煥才等[17]發(fā)現(xiàn)強(qiáng)磁場(chǎng)能影響枯草芽孢桿菌的芽孢形成速率，延長菌體的世代周期，降低菌體死亡，對(duì)菌體生長過程中產(chǎn)生的各種蛋白酶活力影響各異，然而其蛋白酶含量并沒有顯著變化。對(duì)于另一種與食品的腐敗變質(zhì)息息相關(guān)的酵母菌而言，Novák等[12]發(fā)現(xiàn)靜態(tài)強(qiáng)磁場(chǎng)對(duì)啤酒酵母有顯著抑制作用。此外，基于食品中的微生物并非獨(dú)立存在，其環(huán)境條件，如食品成分的不同對(duì)微生物受磁場(chǎng)作用的影響也有不同[18]。因此研究人員將磁場(chǎng)與食鹽介質(zhì)相結(jié)合，發(fā)現(xiàn)它們之間存在協(xié)同聯(lián)合作用，這也使得將磁場(chǎng)作為食品殺菌、抑菌的柵欄因子成為可能。高夢(mèng)祥等[19]用交變磁場(chǎng)處理草莓，可其果實(shí)中可溶性糖量比對(duì)照組降低，腐爛度也明顯降低。

3.2 磁場(chǎng)對(duì)食品的殺菌作用

基于對(duì)磁場(chǎng)抑菌的研究，且傳統(tǒng)加熱殺菌會(huì)破壞食品的組織結(jié)構(gòu)、營養(yǎng)成分和顏色風(fēng)味等[20-22]，高強(qiáng)度脈沖磁場(chǎng)殺菌已經(jīng)開始運(yùn)用食品行業(yè)中[23]。楊巧絨等[24]研究了脈沖磁場(chǎng)對(duì)西瓜汁殺菌效果的最優(yōu)參數(shù)，并且發(fā)現(xiàn)在最優(yōu)參數(shù)條件下還原性VC和色素的破壞率很低，可溶性固性物含量和pH值幾乎沒有變化，天然色澤也基本保持原樣。金江濤等[25]也證實(shí)當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度達(dá)到17.3 T以上，脈沖數(shù)達(dá)到12 個(gè)以上時(shí)，草莓汁中的霉菌、酵母菌可以被全部殺滅，菌落總數(shù)降到很低。同樣，在牛奶[26]、腐乳[25]中也都存在類似的殺菌效果。高強(qiáng)度脈沖磁場(chǎng)作用下，隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度的增大或脈沖數(shù)的的增加，菌落總數(shù)、大腸桿菌和霉菌酵母存活率基本呈下降趨勢(shì)，然而達(dá)到谷值時(shí)，存活率又會(huì)隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度和脈沖數(shù)的進(jìn)一步增大有所回升。因此只有找到最佳處理?xiàng)l件下才能最大程度滿足商業(yè)上無菌的要求。根據(jù)大量實(shí)驗(yàn)，可得出結(jié)論，此法可有效地殺滅與食品有關(guān)的幾十種細(xì)菌菌種，特別是果汁飲料中的黑霉菌、酵母菌。伊藤達(dá)彌[27]甚至研究了一套清酒釀造的磁力殺菌系統(tǒng)。這些研究將電磁技術(shù)與食品科學(xué)相結(jié)合，為工業(yè)上的應(yīng)用打下了基礎(chǔ)。

本課題組10余年來一直致力于脈沖磁場(chǎng)殺菌的研究，并自行研制出脈沖磁場(chǎng)發(fā)生器用于本課題組殺菌實(shí)驗(yàn)。早在2002年，鄧玉林等[28]進(jìn)行了最初的電磁場(chǎng)殺菌原理的探討，認(rèn)為場(chǎng)和電離的聯(lián)合作用構(gòu)成了殺死細(xì)菌體的主要因素；2003年，馬海樂等[29]進(jìn)行了生啤酒磁激發(fā)脈沖電磁場(chǎng)殺菌的實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果顯示當(dāng)場(chǎng)強(qiáng)大于2.53 T及脈沖數(shù)大于10，或場(chǎng)強(qiáng)大于2.11 T及脈沖數(shù)大于30時(shí)，生啤酒中細(xì)菌殘存總數(shù)小于50 個(gè)/mL，達(dá)到商業(yè)無菌要求；同年，馬海樂等[30]報(bào)道了在進(jìn)行西瓜汁高強(qiáng)度脈沖磁場(chǎng)殺菌過程中，在某些參數(shù)下出現(xiàn)反彈現(xiàn)象，即出現(xiàn)了場(chǎng)強(qiáng)為2.53 T，20 個(gè)脈沖時(shí)，出現(xiàn)了最低殘留率；隨后的3.37 T，30 個(gè)脈沖存留率反而升高；之后的4.22 T，40 個(gè)脈沖時(shí)存留率又下降的曲折線，并且在2.53 T，20 個(gè)脈沖時(shí)殺菌效果最好，達(dá)到我國果汁飲料的衛(wèi)生指標(biāo)；2004年，駱新崢等[31]對(duì)脈沖磁場(chǎng)殺菌機(jī)理進(jìn)行了分析，認(rèn)為磁場(chǎng)的非熱效應(yīng)、感應(yīng)電流效應(yīng)、洛倫茲力效應(yīng)、振蕩效應(yīng)、電離效應(yīng)以及磁場(chǎng)作用下微生物的自由基效應(yīng)等是影響微生物細(xì)胞結(jié)構(gòu)特征的主要原因；同年，駱新崢等[32]繼續(xù)報(bào)道了場(chǎng)強(qiáng)達(dá)到為2.53 T時(shí)，細(xì)菌致死率最高，隨著場(chǎng)強(qiáng)的繼續(xù)增加致死率反而增加的現(xiàn)象；同年，高夢(mèng)祥等[33]對(duì)牛奶進(jìn)行脈沖磁場(chǎng)殺菌時(shí)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)場(chǎng)強(qiáng)達(dá)到8.85 T時(shí)，菌落總數(shù)和大腸菌群殘留率都達(dá)到了谷值，但隨場(chǎng)強(qiáng)再增加，殺菌效果反而變差；而脈沖數(shù)達(dá)到10時(shí)，存留率達(dá)到谷值，隨后殘留率開始升高，當(dāng)達(dá)到20 個(gè)脈沖數(shù)時(shí)，殘留率又開始下降；同年，楊巧絨等[34]在進(jìn)行西瓜汁脈沖殺菌研究的過程中，發(fā)現(xiàn)了當(dāng)場(chǎng)強(qiáng)都到達(dá)6.6 T，脈沖數(shù)分別為10、12 個(gè)時(shí)，菌落總數(shù)和大腸菌群的殘留率最低，隨后再次升高的現(xiàn)象；2008年，王合利等[35]報(bào)道了大腸桿菌殘留率隨脈沖磁場(chǎng)的增加呈波動(dòng)性下降趨勢(shì)，在1.06、1.00、3.47 T時(shí)出現(xiàn)谷值，并且3.47 T時(shí)最低，說明殺菌鮮效果最好，而脈沖數(shù)達(dá)到20 個(gè)時(shí)存留率達(dá)到谷值，隨后存留率增加，殺菌效果變差；同年，朱春梅等[36]研究高強(qiáng)度脈沖磁場(chǎng)對(duì)酵母菌、金黃色葡萄球菌的滅殺效果時(shí)，發(fā)現(xiàn)酵母菌的殘留率隨著場(chǎng)強(qiáng)的增加呈下降-升高-下降的趨勢(shì)，并且在2.5 T和4.5 T，脈沖數(shù)都為25 個(gè)時(shí)，酵母菌殘留率達(dá)到谷值；2009年，馬海樂等[37]研究之前的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)在高強(qiáng)度脈沖磁場(chǎng)殺菌中出現(xiàn)了“窗口效應(yīng)”，并且有一定的遞推性，這是本課題組首次運(yùn)用此概念來闡述之前的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象；2010年，許審時(shí)等[38]對(duì)脈沖磁場(chǎng)殺滅金黃色葡萄球菌的研究中，得到了當(dāng)脈沖數(shù)為20個(gè)時(shí)的磁場(chǎng)強(qiáng)度窗值的規(guī)律經(jīng)驗(yàn)公式，以及Gelow模型下擬合得到的殘留率動(dòng)力學(xué)變化規(guī)律；2012年錢靜亞等[39]報(bào)道了在最佳強(qiáng)度窗下，介質(zhì)溫度為5 ℃、pH 4.5、水分活度為0.88時(shí)，殘留率分別達(dá)到最低值。這些研究充分表明脈沖磁場(chǎng)技術(shù)在食品中應(yīng)用前景，以及可能遇到的難題，如果能穩(wěn)定運(yùn)用“窗口效應(yīng)”所帶來的殺菌效果，那么對(duì)非熱殺菌將有重要的價(jià)值。

3.3 磁場(chǎng)對(duì)食用菌等真菌生長的促進(jìn)作用

近年來，磁場(chǎng)對(duì)食用菌的作用鮮有報(bào)道。早年有過研究，磁場(chǎng)能促進(jìn)平菇生長，在菌體數(shù)量、色澤、整齊度方面都有所提高[40]。徐忠傳等[41]以食用菌（杏鮑菇、秀珍菇、靈芝和香菇）菌絲體為對(duì)象，用6、12、17、27 mT 4 種磁感應(yīng)強(qiáng)度進(jìn)行不同時(shí)間的磁處理，研究磁場(chǎng)對(duì)食用菌菌絲體生長所產(chǎn)生的正負(fù)生物學(xué)效應(yīng)。結(jié)果顯示只有適當(dāng)條件的磁處理才能促進(jìn)食用菌的生長，類似的還有磁場(chǎng)對(duì)鳳尾菇菌絲體[42]和金針菇子實(shí)體[43]方面的研究。高夢(mèng)祥等[44]還研究了交變磁場(chǎng)對(duì)猴頭菌生長效應(yīng)的影響，不僅證實(shí)了磁場(chǎng)對(duì)猴頭菌菌絲生長的促進(jìn)作用具有閾值性，強(qiáng)度窗效應(yīng)和時(shí)間窗效應(yīng)，還發(fā)現(xiàn)磁場(chǎng)對(duì)菌絲體生長和胞外多糖產(chǎn)生的作用并不一致，胞外多糖的增加相對(duì)菌絲的增加有滯后性。他們認(rèn)為磁場(chǎng)可能是改變了猴頭菌細(xì)胞膜的通透性，導(dǎo)致胞外多糖不斷外滲，使一部分菌絲衰老以致死亡，因此在一段時(shí)間后，菌絲干質(zhì)量相對(duì)于對(duì)照組稍稍減少，而磁場(chǎng)胞外多糖一直表現(xiàn)為促進(jìn)作用。之后，他們又以紅曲霉為材料做了類似研究，發(fā)現(xiàn)低頻交變磁場(chǎng)可促紅曲霉生長、進(jìn)而可改變其代謝途徑，提高發(fā)酵效益[45]。然而張海英[46]發(fā)現(xiàn)強(qiáng)磁處理下，盡管隨著處理強(qiáng)度的增大，蛹蟲草產(chǎn)胞外多糖的量呈上升趨勢(shì)，但均低于對(duì)照。這說明強(qiáng)磁場(chǎng)對(duì)蛹蟲草胞外多糖的產(chǎn)生起抑制作用。

4 磁場(chǎng)的作用機(jī)制

磁場(chǎng)是一種相對(duì)較弱的物理因子，生物體內(nèi)尚無確定的作用位點(diǎn)，磁場(chǎng)的作用因素也多，基于這些特點(diǎn)，磁場(chǎng)對(duì)生物作用機(jī)理的研究尚處于初步假設(shè)階段。由于壞境磁場(chǎng)是普遍存在的，必然會(huì)引起生物體生長、發(fā)育、繁殖、攝食等的變化。研究人員認(rèn)為磁處理產(chǎn)生的生物效應(yīng)主要是因?yàn)榇盘幚砀淖兞四承┓肿影ㄉ锎蠓肿印⒆杂苫凹?xì)胞膜的理化性質(zhì)。

4.1 磁場(chǎng)對(duì)細(xì)胞膜的作用機(jī)制

磁場(chǎng)對(duì)細(xì)胞膜功能影響作用機(jī)理假說很多，如磁場(chǎng)可能影響細(xì)胞膜的形態(tài)與結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致一些生理或生化過程的變化，從而影響與生物電活動(dòng)相關(guān)的各種活動(dòng)。還有的認(rèn)為磁場(chǎng)能影響細(xì)胞膜的電極分布，特別是Ca2+的分布。Tenuzzo等[47]研究不同細(xì)胞在靜磁場(chǎng)（6 mT）作用下對(duì)細(xì)胞活力，細(xì)胞增殖，細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度和細(xì)胞形態(tài)的影響。結(jié)果顯示一定強(qiáng)度靜磁場(chǎng)會(huì)干擾細(xì)胞正常的程序性死亡過程，改變細(xì)胞的表面形態(tài)，增加細(xì)胞內(nèi)Ca2+的濃度。馬海樂等[48]利用Fura-2熒光探針法和激光共聚焦掃描顯微鏡（laser confocal scanning microscope，LCSM）法研究了受脈沖磁場(chǎng)處理后的S. aureus細(xì)胞的Ca2+的跨膜行為，發(fā)現(xiàn)受磁場(chǎng)處理后，S. aureus胞內(nèi)Ca2+濃度顯著升高，胞內(nèi)熒光點(diǎn)強(qiáng)度顯著增大，說明了大量Ca2+涌入胞內(nèi)，且與活菌數(shù)的減少顯著相關(guān)達(dá)到-0.989 15，此跨膜行為導(dǎo)致的Ca2+濃度升高被認(rèn)為是脈沖磁場(chǎng)具有殺菌作用的重要原因。Triampo等[49]對(duì)比了無磁場(chǎng)和暴露在（140±5）mT靜磁場(chǎng)中的鉤端螺旋體細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)組細(xì)胞密度小，凝聚反應(yīng)免疫性低，而且還出現(xiàn)了異常的大聚體形態(tài)。有研究指出靜態(tài)磁場(chǎng)會(huì)顯著破壞細(xì)胞表面，減少細(xì)胞膜表面疏水性結(jié)構(gòu)[15]。

4.2 磁處理對(duì)分子本身性質(zhì)的影響

磁處理能改變一些分子包括核酸，蛋白質(zhì)等生物大分子的理化性質(zhì)。DNA或RNA具有靠氫鍵等次級(jí)鍵作用形成三維結(jié)構(gòu)，磁場(chǎng)間接破壞這些分子內(nèi)化學(xué)鍵，干擾化學(xué)鍵間的弱作用力，從而導(dǎo)致DNA結(jié)構(gòu)發(fā)生相應(yīng)變化。此外，DNA結(jié)構(gòu)中的堿基對(duì)具有良好的導(dǎo)電性，運(yùn)動(dòng)的電子在弱磁場(chǎng)中受到洛倫磁力的作用會(huì)影響DNA復(fù)制。祝建等[50]用（50 Hz、4 mT）磁場(chǎng)照射洋蔥根尖細(xì)胞，其分裂增殖得到明顯促進(jìn)，當(dāng)磁場(chǎng)和溫度疊加達(dá)到一定程度時(shí)還會(huì)使細(xì)胞染色體出現(xiàn)異常。Phillips等[51]發(fā)現(xiàn)磁場(chǎng)能引起染色體構(gòu)象變化和微核形成，DNA損傷會(huì)引起細(xì)胞功能減弱甚至細(xì)胞死亡。

Triampo等[49]將早期MG-63骨細(xì)胞暴露在低頻脈沖磁場(chǎng)下45 min，發(fā)現(xiàn)磁場(chǎng)不影響細(xì)胞數(shù)，蛋白質(zhì)合成或核結(jié)構(gòu)，僅對(duì)細(xì)胞骨架蛋白分布產(chǎn)生明顯變化。李剛等[52]應(yīng)用了全細(xì)胞膜片鉗技術(shù)研究了不同工頻磁場(chǎng)對(duì)離子通道的影響，發(fā)現(xiàn)工頻磁場(chǎng)能抑制通道的電流密度，降低半數(shù)激活電壓和半數(shù)失活電壓。這就說明工頻磁場(chǎng)能通過影響細(xì)胞膜上蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)變化改變離子通道的正常結(jié)構(gòu)。Ran Jingyu等[53]的研究表明磁場(chǎng)能顯著影響纖維素酶的活力，最高能比對(duì)照組提高37.01%，溶于緩沖劑的酶在磁場(chǎng)作用下結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化。研究中還發(fā)現(xiàn)處于磁場(chǎng)中的酶動(dòng)力學(xué)參數(shù)Km相比較對(duì)照組有所提高，酶催化效率降低，這可能是由于磁場(chǎng)導(dǎo)致了酶構(gòu)象變化從而改變了酶和底物的結(jié)合力。

4.3 磁場(chǎng)對(duì)自由基的作用機(jī)制

自由基是指帶有孤對(duì)電子的原子或原子團(tuán)，既帶電荷，又有磁矩，很容易受到磁場(chǎng)力的作用。在許多生命活動(dòng)中都伴隨有自由基的產(chǎn)生、變化或消失。研究表明靜態(tài)磁場(chǎng)提高了自由基活力。例如，腦細(xì)胞中含有大量的鐵離子，能將氧化呼吸產(chǎn)物過氧化氫催化成對(duì)細(xì)胞具有強(qiáng)毒性的羥自由基[51]。也有研究顯示旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)作用于離體血液能明顯升高超氧化物歧化酶活性，降低氧化脂質(zhì)，這說明磁場(chǎng)具有抑制自由基，增強(qiáng)抗氧化能力[4]。

目前有關(guān)磁處理對(duì)于一些化學(xué)成分或細(xì)胞結(jié)構(gòu)的影響已經(jīng)積累了大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，盡管這些試驗(yàn)結(jié)果有一部分可以解釋磁場(chǎng)的某些生物效應(yīng)，但沒有全部證實(shí)磁場(chǎng)對(duì)生物體可以產(chǎn)生影響，因此迄今為止，關(guān)于磁生物效應(yīng)作用機(jī)制還沒有公認(rèn)的科學(xué)解釋。

5 結(jié) 語

磁場(chǎng)作為環(huán)境因子，影響著許多生命活動(dòng)過程，但是由于磁場(chǎng)的作用是多方位、多渠道的，是許多因素產(chǎn)生的綜合效應(yīng)，所以近百年來磁生物學(xué)效應(yīng)實(shí)驗(yàn)重復(fù)性并不理想。原因就是生物體所處的時(shí)期和狀態(tài)不同，不同生物體內(nèi)信號(hào)物質(zhì)和離子的分布及含量也不同，這種生物體本身的差異會(huì)導(dǎo)致即使在同一磁處理?xiàng)l件下，生物體最終產(chǎn)生的效應(yīng)也會(huì)相差甚遠(yuǎn)。電磁場(chǎng)殺菌技術(shù)橫跨電子學(xué)、化學(xué)、微生物學(xué)、物理學(xué)、工程技術(shù)等多門學(xué)科，是典型的交叉學(xué)科。迄今為止，在食品中的研究還處在一個(gè)發(fā)展階段，尤其是對(duì)動(dòng)物性食品，果蔬保鮮等方面還有許多問題亟待解決。

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Progress in Understanding Magnetic Biological Effect in Food Processing

ZHOU Hui-ji1, MA Hai-le1,2,*, WU Ping1, ZHANG He-nan1
(1. College of Food and Biological Engineering, Jiangsu University, Zhenjiang 212013, China; 2. Key Laboratory of Physical Processing and Agricultural Products in Jiangsu Province, Zhenjiang 212013, China)

Along with the development of science and technology, magnetic field has been applied in all walks of life. In recent years, it also has been widely used in foods. Most recent studies mainly focus on the application of magnetic field in food preservation and sterilization as well as its biological effect on edible fungi. Therefore, this paper discusses the mechanism of action and application in the food industry of magnetic field.

food; agricultural product; magnetic field; biological effect

TS205.9

A

1002-6630（2014）17-0285-05

10.7506/spkx1002-6630-201417054

2013-09-25

國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目（31271966）

周慧吉（1990—），女，碩士研究生，研究方向?yàn)檗r(nóng)產(chǎn)品加工及貯藏。E-mail：zhouhuiji0523@163.com

*通信作者：馬海樂（1963—），男，教授，博士，研究方向?yàn)檗r(nóng)產(chǎn)品加工及貯藏。E-mail：mhl@ujs.edu.cn