高壓靜電場(chǎng)對(duì)果實(shí)呼吸作用及相關(guān)酶影響綜述

葉春苗

（遼陽(yáng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，遼寧遼陽(yáng) 111000）

高壓靜電場(chǎng)對(duì)果實(shí)呼吸作用及相關(guān)酶影響綜述

葉春苗

（遼陽(yáng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，遼寧遼陽(yáng) 111000）

高壓靜電場(chǎng)是利用平行電極產(chǎn)生的靜電場(chǎng)實(shí)現(xiàn)對(duì)果蔬保鮮的一種技術(shù)。分析高壓靜電場(chǎng)對(duì)果實(shí)呼吸作用和內(nèi)含酶的影響，并對(duì)其開發(fā)前景進(jìn)行展望，以期為高壓靜電場(chǎng)保鮮技術(shù)應(yīng)用提供一定的理論依據(jù)。

高壓靜電場(chǎng)；呼吸作用；酶

0 引言

目前，國(guó)內(nèi)外常用的果品蔬菜的貯藏保鮮技術(shù)主要有冷藏、氣調(diào)貯藏保鮮和減壓貯藏保鮮等，輔助化學(xué)方法有防腐保鮮劑保鮮、重蒸等，物理方法有熱處理保鮮、涂層保鮮、輻射處理和電磁處理等。除了以上幾種已在國(guó)內(nèi)外應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐的保鮮技術(shù)外，新技術(shù)還有水貯藏保鮮、冰點(diǎn)貯藏法、超聲波加速器保鮮、生物技術(shù)保鮮及電子技術(shù)保鮮等[1]，并向著多種保鮮技術(shù)綜合應(yīng)用的方向發(fā)展。例如，計(jì)算機(jī)控制的自動(dòng)化保鮮，即新型低毒保鮮劑的研究開發(fā)，不僅提高了保鮮效果、延長(zhǎng)保鮮時(shí)間，還降低了成本。

高壓靜電場(chǎng)（HVEF）對(duì)果蔬進(jìn)行保鮮是采用平行電極產(chǎn)生高壓靜電場(chǎng)，通過(guò)變壓器升壓產(chǎn)生高壓直流電壓，由高壓絕緣管導(dǎo)入冷藏箱或其他容器內(nèi)的電極，從而在2個(gè)極板間的高壓靜電場(chǎng)之間進(jìn)行保鮮。該電極可有多種導(dǎo)體材料制作，視具體需要而定。由此，在2個(gè)平行電極之間產(chǎn)生均勻的高壓靜電場(chǎng)。需要說(shuō)明的是，實(shí)際上對(duì)果蔬起保鮮效果的是2個(gè)極板之間高壓區(qū)內(nèi)的電場(chǎng)強(qiáng)度。高壓區(qū)內(nèi)的電場(chǎng)強(qiáng)度可以通過(guò)調(diào)節(jié)電源電壓和極板間距進(jìn)行調(diào)節(jié)。另外，另一合適的地方設(shè)置對(duì)照區(qū)。通過(guò)改變 2個(gè)極板間的電壓和距離設(shè)置不同參數(shù)，對(duì)果蔬進(jìn)行貯藏保鮮效果的分析研究。這一作用效果可以通過(guò)反映其保鮮貯藏效果的多項(xiàng)指標(biāo)（如硬度、質(zhì)量變化、呼吸強(qiáng)度、躍變型果蔬呼吸高峰的出現(xiàn)時(shí)間，以及反映果蔬成熟衰老相關(guān)酶活性的相關(guān)酶活力變化情況、感官指標(biāo)等），來(lái)衡量高壓靜電場(chǎng)對(duì)特定果蔬的貯藏保鮮效果。

1 高壓靜電場(chǎng)處理對(duì)果實(shí)呼吸作用的影響研究

試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，特定的高壓靜電場(chǎng)處理能降低試驗(yàn)樣品的呼吸強(qiáng)度。在處理櫻桃番茄的預(yù)備試驗(yàn)過(guò)程中，對(duì)照處理的呼吸高峰始終保持45 mg CO2/（h·kg）-1的較高水平，而100，150，200 kV/m·d的電場(chǎng)處理能使處理組的呼吸強(qiáng)度低于對(duì)照組。在HVEF正式處理櫻桃番茄的試驗(yàn)過(guò)程中，也相應(yīng)出現(xiàn)了在大部分時(shí)間內(nèi)電場(chǎng)處理組的呼吸強(qiáng)度比對(duì)照組低的情況，雖然差值不大，但電場(chǎng)的作用已經(jīng)體現(xiàn)出來(lái)了[2]。通過(guò)一些資料分析，結(jié)合試驗(yàn)處理過(guò)程，對(duì)HVEF處理降低樣品呼吸的作用機(jī)理作出如下討論分析。

呼吸作用是細(xì)胞內(nèi)的呼吸底物在一系列酶參與下的生物氧化過(guò)程，經(jīng)過(guò)許多中間環(huán)節(jié)，將生物體內(nèi)的復(fù)雜有機(jī)物分解為簡(jiǎn)單物質(zhì)（如有氧呼吸的終產(chǎn)物CO2和H2O，無(wú)氧呼吸的終產(chǎn)物C2H5OH等）。真核細(xì)胞內(nèi)存在著2種主要的呼吸鏈：DADH呼吸鏈和FADH2呼吸鏈，在這些呼吸鏈中，電子從呼吸底物進(jìn)入呼吸鏈，經(jīng)過(guò)一系列中間傳遞過(guò)程，最終交給O2生成H2O，從而釋放出大量能量供細(xì)胞利用。而電子在呼吸鏈的傳遞過(guò)程主要由鐵硫蛋白（Fe-S）、細(xì)胞色素（Cyt）體系中的Fe等作為傳遞的中間媒介來(lái)完成，其傳遞電子的機(jī)理主要是通過(guò)鐵硫蛋白中的Fe離子或細(xì)胞色素中鐵卟啉中的鐵離子在不同價(jià)態(tài)之間的轉(zhuǎn)變來(lái)完成，F(xiàn)e3+接收電子還原為Fe2+，F(xiàn)e2+傳出電子后又氧化為Fe3+（Fe3++e←→Fe2+）。高壓靜電場(chǎng)處理使鐵離子代謝紊亂，呼吸鏈的電子傳遞受阻，從而抑制了果實(shí)的呼吸作用。根據(jù)上述原理，高壓靜電場(chǎng)處理降低果蔬呼吸強(qiáng)度、延緩躍變型果實(shí)呼吸高峰到來(lái)的現(xiàn)象，可以從果蔬在采后進(jìn)行的生物氧化過(guò)程中呼吸鏈電子傳遞紊亂的角度初步得到解釋[2]。在試驗(yàn)過(guò)程中正好驗(yàn)證了這一點(diǎn)。李里特等人利用高壓靜電場(chǎng)處理硫酸亞鐵溶液的研究結(jié)果顯示，利用50 kV/m和100 kV/m高壓靜電場(chǎng)處理硫酸亞鐵溶液，與對(duì)照相比可以明顯地影響該溶液中Fe3+的含量[3]。這也從另一個(gè)側(cè)面進(jìn)一步驗(yàn)證了這一假說(shuō)正確的可能性。

此外，影響果實(shí)呼吸作用的一系列酶都是蛋白質(zhì)，蛋白質(zhì)為兩性電解質(zhì)，既有帶正電荷的氨基、帶負(fù)電荷的羧基，還有其他各種帶不同電荷的基團(tuán)（如咪唑基、巰基、羥基、胍基等），其空間構(gòu)象決定了其特殊的酶催化性質(zhì)。在外加高壓靜電場(chǎng)的誘導(dǎo)下，其帶有正負(fù)電荷的基團(tuán)可能發(fā)生位移或重排，使酶的正確空間構(gòu)象發(fā)生改變，使其催化活性發(fā)生改變，從而影響到果實(shí)的呼吸強(qiáng)度。這也從另外一個(gè)角度為HVEF處理降低呼吸強(qiáng)度、延緩呼吸高峰的到來(lái)建立理論依據(jù)。

2 高壓靜電場(chǎng)處理對(duì)果蔬內(nèi)含相關(guān)酶的影響研究

通過(guò)試驗(yàn)研究證明，高壓靜電場(chǎng)處理能改變?cè)囼?yàn)樣品內(nèi)含相關(guān)酶的活性。通過(guò)不同的電場(chǎng)處理，使得POD，CAT的活性與對(duì)照相比，有的偏高，有的偏低，甚至有的是前期高而后期低，但有的卻相反。

先分析高壓靜電場(chǎng)處理能改變?cè)囼?yàn)樣品內(nèi)相關(guān)酶活性的可能作用機(jī)理。

由生物化學(xué)理論可知，生物體內(nèi)的一切化學(xué)反應(yīng)幾乎都在酶催化下進(jìn)行，只要有生命的地方就有酶在起作用，生命不能離開酶。酶量與酶活性的改變，都會(huì)引起代謝的異常乃至生命活動(dòng)的停止。細(xì)胞內(nèi)大多數(shù)酶是生物細(xì)胞產(chǎn)生的、以蛋白質(zhì)為主要成分的生物催化劑[4]；而蛋白質(zhì)的功能是建立在其正確的構(gòu)象基礎(chǔ)之上，一旦酶蛋白的構(gòu)象在外界條件（如物理因素、化學(xué)因素、生物因素等）的作用下發(fā)生改變，則該酶對(duì)外所表現(xiàn)出來(lái)的宏觀作用也會(huì)相應(yīng)地發(fā)生部分甚至全部改變。POD，CAT，SOD等酶是細(xì)胞內(nèi)清除自由基的主要保護(hù)酶系統(tǒng)，同時(shí)它們又屬于有金屬離子構(gòu)成的金屬酶。高壓靜電場(chǎng)處理能改變?cè)囼?yàn)樣品內(nèi)這些相關(guān)酶的活性，可能是通過(guò)影響酶的構(gòu)象而影響其活性的變化，從而外在表現(xiàn)上體現(xiàn)出保鮮的作用。在活細(xì)胞的許多種生命分子中，除了酶以外，其他蛋白質(zhì)是功能大分子，RNA和DNA是遺傳大分子。這3類生物大分子在細(xì)胞內(nèi)起非常重要的作用，它們?cè)诩?xì)胞內(nèi)一定的環(huán)境中帶有特定的電荷，易受到HVEF的外在影響。郭維生等人[5]研究靜電場(chǎng)處理前后，淀粉酶的H-NMR譜（核磁共振譜）沒(méi)有變化，從一個(gè)側(cè)面說(shuō)明外加電場(chǎng)不影響氨基酸殘基結(jié)構(gòu)及蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)，但靜電場(chǎng)處理后α-淀粉酶的X射線衍射譜發(fā)生了明顯變化，表明高壓靜電場(chǎng)可導(dǎo)致α-淀粉酶高級(jí)結(jié)構(gòu)的變化[5]。另有研究表明，高壓靜電場(chǎng)處理大豆種子提高淀粉酶的活性也是靜電場(chǎng)通過(guò)改變酶的構(gòu)象而實(shí)現(xiàn)，但是對(duì)果膠酶卻沒(méi)有這樣的結(jié)果，解釋這個(gè)現(xiàn)象的具體原因還不清楚。

3 高壓靜電場(chǎng)保鮮技術(shù)的開發(fā)前景及展望

食品工程中的各種操作單元隨著現(xiàn)代科學(xué)的發(fā)展都向著高效率、低能耗、商品化等方向發(fā)展，許多領(lǐng)域的新興技術(shù)都在不斷地向食品工業(yè)滲透。隨著食品工業(yè)的快速發(fā)展，由于當(dāng)今世界石油、煤炭和天然氣等自然資源的不可再生性，高壓靜電場(chǎng)以其能耗低、衛(wèi)生、易操作控制、維護(hù)費(fèi)低等特點(diǎn)，將可能逐漸成為食品工業(yè)發(fā)展的主流之一。高壓靜電場(chǎng)處理技術(shù)除了可對(duì)果蔬進(jìn)行保鮮貯藏之外，還可用于食品的殺菌、干燥、加速冷凍食品的解凍過(guò)程等許多食品工業(yè)的操作單元之中。在人們?cè)絹?lái)越重視高效、節(jié)能和環(huán)保的今天，高壓靜電場(chǎng)保鮮技術(shù)的應(yīng)用開發(fā)前景十分廣闊[6]。尤其是將其應(yīng)用于延長(zhǎng)果蔬產(chǎn)品的貨架期方面，更有誘人的潛力和開發(fā)前景。

4 結(jié)論

研究表明，高壓靜電場(chǎng)保鮮技術(shù)不但在理論上具有可靠性，在現(xiàn)實(shí)試驗(yàn)中又得到了充分驗(yàn)證，使得該項(xiàng)技術(shù)具有進(jìn)一步推廣的重大意義。在能源的不斷枯竭、環(huán)保任務(wù)越來(lái)越重的今天，高壓靜電場(chǎng)保鮮技術(shù)以其綠色環(huán)保、能耗低、容易操作控制、維護(hù)費(fèi)低等特點(diǎn)，具有開發(fā)出作為輔助保鮮手段的廣闊前景。

[1]方勝，李英杰，陸守道，等.高壓電場(chǎng)運(yùn)用于加速食品解凍的研究 [J].食品工業(yè)科技，1999（1）：29-30.

[2]方勝，李里特.靜電場(chǎng)對(duì)番茄保鮮過(guò)程的影響 [J].食品科學(xué)，1997（1）：5-9.

[3]方勝，李英杰，陸守道，等.利用高壓靜電場(chǎng)加速食品解凍的試驗(yàn)研究 [J].北京輕工業(yè)學(xué)報(bào)，1999（4）：1-6.

[4]郭維生，楊性愉，楊體強(qiáng)，等.高壓靜電場(chǎng)對(duì)α-淀粉酶構(gòu)象的影響 [J].內(nèi)蒙古大學(xué)學(xué)報(bào)，2001（3）：349-351.

[5]郭維生，楊體強(qiáng)，丁輝，等.高壓靜電場(chǎng)對(duì)鯡魚DNA X射線衍射譜的影響 [J].內(nèi)蒙古大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2001，32（3）：258-260.

[6]黃煒，陳憶鳳，陳永軍，等.高壓靜電場(chǎng)對(duì)大米食用品質(zhì)的影響 [J].糧食與飼料工業(yè)，2001（9）：7-9.◇

Effects of High Voltage Electrostatic Field on Fruit Respiration and Related Enzymes

YE Chunmiao

（Liaoyang Vocational College of Technology，Liaoyang，Liaoning 111000，China）

High voltage electrostatic field（HVEF）is a kind of technology which can be used on the preservation of fruits and vegetables by using the electrostatic field generated by the parallel electrodes.This article reviews on the effect of HVEF on respiration and effects on fruits and vegetables containing enzyme，and its application prospect，in order to provide a theoretical basis for the application of high voltage electrostatic field preservation technology.

high voltage electrostatic field；respiration；enzymes

S660.9

A

10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2017.01.029

1671-9646（2017）01a-0110-02

2016-10-24

遼寧省一般項(xiàng)目（L2014325）。

葉春苗（1979— ），女，碩士，講師，研究方向?yàn)槭称飞锛夹g(shù)方面的教學(xué)與科研。