高壓靜電場（HVEF）在肉類保鮮中的應用研究進展

賈紅玲 ，周振勇，阿曼古麗·朱馬漢，楊 倩，劉 慶

（1.新疆華凌農牧科技開發有限公司，烏魯木齊 830000；2.新疆畜牧科學院，烏魯木齊 830000）

近年來，隨著我國經濟的快速發展與居民膳食營養需求的結構性調整，肉類產品在日常生活中的比重與消費呈上升趨勢。我國的肉類生產總量多年來保持世界第一，為保障需求提供了好的基礎。然而，由于肉類產品營養豐富、極易受到微生物的污染，食品安全風險較大，控制質量、優化品質是肉類生產與供給的重要目標。從食品安全角度出發，物理保鮮的方法規律易掌握和可控，易于研發設備提高生產效率，具有較大的應用前景。隨著肉類市場產品需求的提高，低溫、冷滅菌技術受到產業界的關注，技術與方法不斷升級迭代。隨著學術界成果的推廣應用步伐加快，越來越多的技術在物理、化學、生物學領域融合并創新發展，以電磁生物學相關理論為主導的生物保鮮技術快速應用發展。以高壓靜電場為方式方法的高壓靜電滅菌技術相比加熱滅菌技術、化學滅菌技術對食品營養物質破壞較少，產品的感官、理化和營養特性均得到較好的保留。為提高肉類產品的保鮮能力與效率，本文圍繞電磁與生物學基本原理、參數及作用結果，針對性的探究高壓靜電場（HVEF）在肉類保鮮中的應用效果，了解掌握電場保鮮技術的諸多假說與機理機制，為高壓靜電場（HVEF）保鮮技術在不同場景的優化應用提供參考。

1 電磁場的生物學效應

電磁場生物學效應是技術應用的基礎與關鍵，電磁場輻射使生物體產生的和生命現象有關的各種響應均可稱為電磁輻射的生物學效應，磁共振成像促進了醫學中影像學的發展。已有的研究從分子、細胞、組織、整體等水平對電磁輻射的生物學效益進行了分析但結果不盡一致。電磁輻射具有窗效應的特點，影響電磁生物學效應的窗效應是頻率窗和強度（功率）窗，從生物學效應的作用方式上分為熱效應和非熱效應。應用中離散的、區間極窄的電磁波能產生特異的生物學窗效應。相關的研究結果認為，電磁輻射能影響細胞乃至整體生物效應，某些頻段的電磁輻射對生物體的細胞增殖、基因表達、細胞因子有誘導作用[1]。生物體是一種特殊的電場等勢體且具有復雜的生理特性。機體各組織介電常數與電導率也不完全相同，目前趨向認為其對細胞作用的初始位點是細胞膜，生物膜可能是電磁輻射作用的靶體之一，細胞膜內外有約70～80 mV的電位差，是細胞新陳代謝所必需[2-4]。細胞膜中的大分子物質多含有帶電基團，參與細胞的結構與功能，在外加電場作用下，細胞膜電位差發生改變，產生不同程度的跨膜電位，影響信息、能量的的分子水平表達。同時，具有基于人們對電磁生物學窗效應的認識，電磁場強度較高時，特定強度區間對生物組織易產生熱效應。在外加電場的作用下，細胞的跨膜電位可攜帶能量改變組織電場強度，促使組織內分子極性改變并影響細胞膜的結構功能與生理，分子的運動與相互作用最終影響生物體的一系列生命活動，特定情況下會引發蛋白質變性、生物酶活性的改變。由于生物體與環境密切相關，生物體內部物質組成與信息互作網絡復雜，電磁生物學的諸多機理機制仍在探索中。相關應用研究結果認為，細胞內諸多帶電粒子在酶及生物電場作用下維護功能并有序分布和運動，在外加電場作用下，細胞內荷電基團與粒子運動與分布改變，細胞膜的通透性改變[5-9]。高強度的電磁場對生物的影響可能是負面的，外加靜電場使細胞內的Ca2+離子濃度發生變化，改變細胞膜電位與通透性，影響信號轉導與生物學系統和功能。A1dinucci等研究認為，細胞經強靜磁場作用后Ca2+離子濃度變化對動物機體的細胞免疫功能有影響，窗效應下的動物實驗結果顯示，特定高壓正靜電場對雛雞血液和免疫器官的細胞免疫功能有促進作用，高壓正靜電場則對比具有抑制細胞免疫作用[10]。一系列研究表明，電磁場的強弱與方式對生物活性物質具有影響和調節免疫功能作用，對動物的體重、精子活力、受精率、禽類孵化率及免疫系統的功能等均有一定影響[11]。

2 肉類生物學特性與電磁生物學技術

保持肉類產品原有的的感官、理化、微生物特性不發生較大改變是保鮮的關鍵，肉中肌原纖維蛋白是含量最高、最重要的蛋白質，約占肌肉蛋白總量的40%～60%，貯藏保鮮過程中蛋白質容易發生氧化，影響結構與功能，氧化破壞了蛋白質中C=O和N=H基團與水分子之間的結合能力，氧化后凝膠網絡孔隙增多，降低了蛋白質的水合作用，保水性下降促使品質變差[13]。凍肉的緩化解凍過程中發生一系列生化反應，導致肉汁液損失、品質下降。基于窗效應使用電磁場技術可對肉類的生物活性進行優化控制，保持組織和細胞膜結構，降低熱效應的破壞。工業中常用的交流電的頻率是50hz，是典型極低頻電磁場，易與生物體互作產生感應電場[12]，實際生產應用中常利用穩恒磁場和低頻交變磁場開展生物體生長與代謝調控研究，高壓靜電場保鮮是電磁生物學技術的良好拓展與應用實踐。

大量應用研究結果證實，電場的強弱與方式對生物活性物質有作用，調整生物酶的構象與催化活性，減緩或改變蛋白等結構分子的降解進程。不同種類的生物酶對高壓靜電場強度和頻率的耐受能力不同。在不同條件參數下，高壓靜電場的應用可在一定程度抑制了微生物生理活性，減弱腐敗菌微生物對組織與細胞的破壞，同時通過影響細胞內各種酶的活性延緩細胞生命進程維持組織的結構與狀態。細胞膜的電穿孔理論[14]為高壓電場抑菌與滅菌提供了可能存在的機理，食品經過高壓脈沖電場處理后微生物細胞表面變得粗糙，細胞表面出現孔洞，細胞內原生質體變形，顯微觀察可見細胞膜破損和細胞質外滲，導致細胞死亡從而達到抑菌效果。

3 高壓靜電場在肉類保鮮中的應用進展

基于電磁生物學效應的高壓電場相比其它常規技術在應用于食品加工和保鮮處理時具有耗能低、升溫幅度小、對產品品質影響小等特點，是最具前景的低溫保鮮應用技術之一。例如：魚肉極易腐敗變質，為提高貯藏保鮮效果，國內有學者探討了高壓靜電場對鮮羅非魚片的保鮮能力，結果證實在高壓靜電場環境中魚肉中的微生物數量得到了有效抑制，魚肉汁液滲出率在5%以內[15-16]，鮮度指標TVB-N參照限值可使魚肉的保質期延長到30 d，并具備較好的感官評分。高壓靜電場還可以應用與肉類的低溫解凍，相關研究證實高壓靜電場解凍金槍魚具有提高解凍率、降低揮發性鹽基氮水平，硬度和咀嚼性等質構特性指標無明顯變化的技術優勢與特點。并與靜電場的類型、強弱、作用時間、周圍環境參數等存在協調效益。有研究結果證實，以場強為140 kV／m、脈沖寬度20 us、頻率50 Hz為參數的的高壓脈沖電場處理牛肉中的半腱肌能極大地影響牛肌肉的保水性和微觀結構[17]。同時，反復施加高壓脈沖電場(10 kV、90 Hz、20 us)處理的熟牛肉具有改善嫩度作用[18]。

4 展 望

基于高壓靜電場技術在生物抗氧化、抑菌方面的顯著效果，同時又具有低溫、節能高效的特點，靜電場保鮮技術在延長產品保質期，提高產品品質方面技術顯著優勢，今后應更加深入研究掌握技術的適用范圍、產品、加工貯藏方式等要點，優化技術參數，以生產過程中的生物安全性評價為前提，做好技術推廣應用與安全生產防護工作。