磁場技術在食品領域中的應用及展望

曾冬杰，高夢祥 (長江大學生命科學學院，湖北 荊州 434025)

磁場技術在食品領域中的應用及展望

曾冬杰，高夢祥 (長江大學生命科學學院，湖北 荊州 434025)

在介紹了磁場技術原理的基礎上，綜述了磁場技術在食品領域的應用進展，并對磁場技術的發展作了展望。

食品；磁場技術；應用

地球周圍存在著一個大的相對穩定的磁場，一切生命物質內部又都存在著許多荷電物質及帶有磁矩的微粒，它們在地磁場的制約下，有規律地分布著、排列著、運動著，也正是由此才形成了千變萬化的生命現象。磁場分為穩恒磁場和交變磁場，作為一種重要的物理場，它可以對生物體產生明顯的生物學效應[1]。磁場技術最初只應用于物理領域，隨著超導技術、計算機技術和一些輔助儀器的迅速發展，磁場技術的應用領域正在逐漸擴大[2-3]。磁場技術在醫療衛生、化學和農業的應用也有大量的報道[4]，但在食品領域的應用還沒有廣泛展開，然而隨著磁場技術的發展，其在食品中的應用和發展也會越來越廣泛。為此，筆者在介紹了磁場技術原理的基礎上，綜述了磁場技術在食品領域的應用。

1 磁場技術的基本原理

磁場對帶電離子和極化分子產生洛侖茲(Lorenz)力而改變其運動狀態，從而對生物產生不同層次的效應。根據電磁感應原理，變化的磁場在它所通過的空間內產生感應電場，而與該空間的電導率無關，在該空間中任意閉合圓周上產生感應電勢，如果圓周上有導電介質，便會產生感生電流，假設圓周上具有均勻導電的生物組織，則生物組織內會產生的感生電流。磁場的生物效應就是生物體在磁場的作用下會產生一系列生理甚至遺傳方面的變化，是生物體內能量的傳遞和物質的交換的結果，這些效應與生物體內電荷有關，是由磁感應強度、感應電場強度和感應電流密度3個參量單獨或共同作用的結果[5]。

2 磁場技術在食品領域中的應用

2.1 改良、優化傳統食品加工工藝

磁場在改變傳統的食品加工工藝方面主要應用于蔗糖轉化和谷氨酸結晶。食品用的糖類主要是由蔗糖轉化來的，蔗糖酸催化水解得到葡萄糖和果糖的混合物。該催化反應速率受溫度、pH影響較大。金增瑗等[6]研究表明，在一定的磁場強度下，蔗糖轉化的反應速率常數增加，磁場在動力學上影響反應進程。谷氨酸作為食品添加劑味精的主要成分，在實際的生產過程中，從母液流出的谷氨酸總量的僅為12%～15%[7]，而且晶體生長習性較差，結晶時間長、成本高、控制和操作難度大。而磁場—溶劑協同起晶法運用到谷氨酸起晶過程，制得的晶種則比常用的工業晶種晶型完整、純凈、細小、均勻[8]，而且結晶收率比目前工業上常用的結晶工藝提高了約5個百分點，晶體的純度也有較大提高[9]。

2.2 改善食品的品質

陳釀是葡萄酒生產過程中的一個重要環節，但是自然陳釀過程緩慢，造成葡萄酒生產和上市周期過長。為了縮短葡萄酒的陳釀，提高葡萄酒的品質，張慶華等[10]在陳釀過程中引入磁場來強化和加速葡萄酒陳釀。磁場催陳是使酒中的極性分子在磁場作用下，極性鍵能減弱，增加游離氧的含量，促進氧化反應，從而有利于陳釀的進行[11-12]。磁場強化和加速葡萄酒的陳釀，縮短了陳釀時間，節省了大量貯酒容器和空間，減少了工廠生產成本與周期，盡快地使葡萄酒達到最佳飲用期，縮短了葡萄酒的上市時間，提高了品質。

2.3 保鮮果蔬，延長貯藏期

近年來食用新鮮的水果日益受到人們的重視。由于水果多屬鮮果儲運，呼吸強度高，含水量大，結構松軟并易腐爛霉變。為解決水果穩定儲存保鮮這一問題，國內外都開展了對水果保鮮技術和方法的研究。目前水果保鮮技術主要有：(1)低溫氣調法；(2)小包裝保鮮；(3)化學保鮮劑法。但是從實際效果來看，這些方法一是成本較高，再是一些水分較多的水果仍達不到理想保鮮效果。因此對這些經濟價值較高的水果來說投資少，成本低的新技術成為人們的重要需求[13]。因此，磁場技術作為一種新型保鮮技術可以應用到水果保鮮上。劉劍虹等[14]研究了恒定磁場對番茄、香蕉、蘋果、芒果在貯藏期內呼吸強度、外觀、失重的影響，結果發現：磁場處理水果具有明顯的抑制水果生理活動水平，降低呼吸強度，減少水份蒸發，防止微生物侵入減緩霉變。張武杰等[15]利用冰柜為試驗裝置，研究磁場對果蔬的保鮮作用，也得到相似的結果：磁場對果蔬冷藏保鮮有一定的作用，且針對不同的種類效果也不同，特別是含水量多的蔬菜如生菜，持水能力有較大的提高。磁場對易保藏的水果如蘋果和梨感官影響較小。高夢祥等[16]利用磁感應強度為0.87T和2.28T的交變磁場處理葡萄果實，其腐爛率、脫果率和出糖率更低。葡萄果實采后用交變磁場處理可以有效地提高其商品價值。磁場強度為4.22A/m的交變磁場處理草莓果實后，其腐爛率明顯降低，其可溶性糖含量比對照組的降低幅度小；pH比對照組小；VC含量比對照組大和呼吸速率比對照組小，外觀也最好[17]。洋蔥作為一種日常蔬菜，但因某些品種的洋蔥休眠期過短，易于過早萌動發芽，使洋蔥完全喪失商品性。因此，有學者利用磁場抑制了洋蔥鱗莖的萌發，結果發現：適宜的磁場強度和處理時間降低了可溶性蛋白質含量、可溶性糖含量、總淀粉酶活性，提高IAA氧化酶活性，從而抑制洋蔥的發芽[18]，延長貯存期。交變磁場對蓮藕切片也有保鮮作用。研究表明，磁場強度為1.2T的交變磁場處理的鮮切蓮藕切片，其外觀最好，多酚氧化酶活性受到抑制，其還原糖含量比對照組的消耗量小，維生素C含量比對照組的損失量小，pH比對照組小[19]。從以上研究實例可以看出，磁場作為一種新興的技術，在食品冷藏保鮮中得到應用，這可能是由于磁場對果蔬體內微磁場的作用，影響了生物體內的新陳代謝，延緩了程序化細胞老化死亡從而達到果蔬保鮮。并且磁場技術應用于食品保鮮，無化學污染，不會對人體健康造成危害，具有較高的實用價值。

2.4 提高糧食作物種子、食用菌生長活力

用磁場處理農作物種子的生物學效應已有一些報道[20-21]。研究表明：適宜的磁場可有效地提高苦蕎種子萌發期的發芽勢、發芽率，降低種子浸出液的電導率，進而提高種子活力和增產潛力[22]。同樣，靜止磁場磁場處理種子后，種子及幼苗的α-淀粉酶活性提高了8.8%～82.4%，還原糖含量提高了2.9%～27.2%，葉綠素含量提高了7%～56.8%，過氧化物酶活性的變化不規律，平均產量提高了12.5%～42.5%[23]。

此外，在食用菌的生長中進行磁場處理，也可以提高其產量。王式媛等[24]研究了交變電磁場對平菇、姬茹、鳳尾菇、香茹、金針菇、靈芝、猴頭菌、木耳等8種食用藥用菌菌絲生長的影響。結果表明，磁處理可使菌絲生長速度加快，菌絲直徑增大，分枝數增多，因而菌落長勢旺盛，菌絲粗壯、菌落致密，產量增加。磁感應強度為500～6500Gs的磁場對鳳尾菇菌菌絲體生長均具有明顯的促進作用[25]，可提高食用菌的產量和質量。

2.5 促進微生物生長、提高產物代謝量

隨著現代發酵工程技術的逐漸成熟，用微生物發酵合成各種食品添加劑和各種活性物質越來越普遍，此時，在發酵過程中施加磁場，可以促進微生物的生長，延長世代生長，從而提高發酵產物的產量和質量。用交變磁場處理啤酒酵母可以促進啤酒酵母的生長，菌液濃度最大可增長34.01%[26]。此外，有研究發現，在外加恒磁場的作用下，可以延長大腸桿菌的世代時間及衰亡速率[27]。這樣，采用基因工程向大腸桿菌導入其他基因，可以提高代謝產物的產量，降低成本。Alvarez等[28]用5～20mT的磁場作用乳酸乳球菌，0.02T處理12h生物量達到最大，比對照組提高了75%，0.005T處理4h，乳酸鏈球菌肽的產量達到最大，比對照組提高了37.5%。

3 磁場技術的發展趨勢與前景

由于食品工業是產量大、利潤低的行業，食品加工企業不太愿意把資金投入到周期長的食品基礎研究中。相對而言，商業用的磁場設備比其他一般儀器要昂貴得多，限制了此種儀器在食品領域中的普及和用于食品研究的磁場技術的開發。但許多發達國家的大型食品公司已經開始聯手投資對該領域的研究。

盡管磁場生物體的影響涉及到許多物質與生物的微觀過程和生理生化反應，與磁場效應相關的一系列問題，目前國內外尚無統一定論，許多磁場技術還處在實驗室階段。但隨著磁場技術的進一步完善，儀器新功能的不斷開發利用以及成本的進一步降低，磁場技術在食品科學研究中將會有更為廣闊的前景。

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10.3969/j.issn.1673-1409(S).2012.08.013

TS201

A

1673-1409(2012)08-S039-03

2012-07-25

曾冬杰(1989 -)，女，河南周口人，碩士生，研究方向為紅曲霉代謝的物理調控方法。

高夢祥，E-mail：mxgao0398@yahoo.com.cn。