高壓交變電場在水產品保鮮中的應用

沈瑩杰++楊水兵++蔡勇++方輝

摘要 本文研究應用于船用或冷鏈運輸等小型冷庫的高壓交變電場水產品保鮮裝置，實現水產品低溫微凍保鮮。高壓交變電場保鮮裝置主要由電壓可調交流電源、變比可調變壓器、安全電阻和電場發生裝置組成，其中電場發生裝置布置于小型冷庫或冰柜中，實現電場疊加的微凍保鮮。最后以南美白對蝦為試驗樣品，研究在交變電場疊加作用下的微凍保鮮效果（電場強度為8600V/m，環境溫度為-3℃）。結果表明，在交變電場作用下，蛋白質的流失率和細菌總數明顯下降。

關鍵詞 交變電場；微凍保鮮；水產品

中圖分類號 TS207.7 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2017）22-0243-03

Abstract This paper studied the high voltage alternating electric field preservation device for small-scale cold storage of marine or cold chain transportation，and realized the low temperature micro-freezing preservation of aquatic products.The high voltage alternating electric field preservation device was mainly composed of a voltage adjustable AC power supply，a variable ratio adjustable transformer，a safety resistance and an electric field generating device，which in the electric field generating device was arranged with a small cold storage or a freezer，and the electric field was superimposed. Finally，taking Penaeus vannamei as test samples，the cryopreservation effect was studied（electric field intensity was 8 600V/m，ambient temperature was -3℃）under the effect of alternating electric field superposition.The results showed that under the action of alternating electric field，the protein loss rate and the total number of bacteria of Penaeus vannamei decreased significantly.

Key words alternating electric field；micro-frozing preservation；aquatic product

水產品富含營養物質，但同時富含大量的水分，極易腐爛，每年有大量漁獲物在運輸或存儲過程中因保鮮問題而導致品質下降，甚至腐敗。此外，由于我國海洋漁業資源日益匱乏，加之人們對水產品需求量日益增大，使我國海洋漁業不得不擴大船型，由近海漁業漸漸向遠洋發展，而遠洋漁業的發展不僅要求增加生產量，還要求在長時間內能盡可能地保持魚品的質量與鮮味，以便能滿足大眾多樣化需求，進而達到提高漁業效益的目的。因此，漁獲物的保鮮問題一直困擾著海洋捕撈業的發展。

目前，水產品漁獲物的保鮮主要是采用低溫冷藏冷凍的方法，一般選擇0～4 ℃冷藏、-4～-1 ℃冷凍及-40～-18 ℃凍藏這3個溫度帶[1]。通常溫度較高的冷藏保鮮期很短，僅能維持幾天，低溫冷凍的保鮮期較長，但長期低溫冷凍會導致水產品不可預測的蛋白質變性、持水力下降、解凍后汁液流失等品質的劣化，使水產品的鮮度和美味大幅降低。同時，使用傳統冰凍保鮮的漁船在出海時，往往帶碎冰作業，漁獲入倉時和碎冰混合，導致不可避免的魚體機械損傷，微生物侵染無法得到控制；漁獲物中心溫度一般>0 ℃，肌肉內各種內源性劣化酶未能得到有效抑制，船上保鮮不當殘留外源微生物互相作用，導致水產品在捕撈源頭品質和鮮度都急劇下降。因此，本文主要針對船用或冷鏈運輸等小規模冷庫的冷凍保鮮技術進行改進，利用高壓交變電場保鮮技術對水產品進行微凍保鮮，既能保持水產品原有的鮮度和品質，又能延長其保鮮期。

高壓交變電場保鮮技術的主要機理是利用高壓交變電場的微波效應，抑制冰晶的形成[2-3]。細胞膜內的水分子受電場力的作用，失去了在分子簇中的平衡狀態，能有效抑制冰晶成核，既能抑制細胞自身新陳代謝活動，又不破壞細胞組織結構，減少營養物質的流失。同時高壓交變電場能使微生物的細胞膜發生電穿孔[4]，使其細胞質流出而死亡，起到殺菌滅活的作用。因此，相比傳統冷凍保鮮技術，高壓交變電場保鮮技術能有效延長食材的保鮮時間，抑制細胞膜內的冰晶生長成核，避免營養物質大量流失，同時抑制細菌的大量滋生，讓食材在解凍后食用的口感基本不變。

1 高壓交變電場

如圖1所示，高壓交變電場保鮮裝置由多波形變頻交流電源、高頻變比可調變壓器、安全電阻和電場發生裝置組成。裝置利用多波形變頻電源輸出不同頻率和波形的交變信號，經高頻變比可調變壓器升壓后接入到電場發生裝置的電極板，高壓電路段串聯1個安全電阻，起保護作用。

多波形變頻交流電源由MAX038函數信號發生芯片、單片機和外圍D/A數模轉換電路輸出高頻信號組成，并對輸出信號進行自動反饋形成閉環控制，提高輸出信號頻率的精度。高頻變比可調變壓器可輸出0～3 000 V高壓交流電，內部由低壓變比可調變壓器和固比高電壓升壓變壓器組成，低壓變比可調變壓器可調節輸出電壓范圍為0～220 V，固比高電壓升壓變壓器調節范圍為220～3 000 V。安全電阻內部由1個高阻值的電阻和漏電保護器串聯而成，將電流控制在人體安全值范圍內（0～4 mA），避免工人發生觸電現象。endprint

2 電場發生裝置結構設計

電場發生裝置主要由耐高壓絕緣殼體、儲物隔板和電極板組成，利用電極板將高壓交流電轉換成交變電場。電場強度由極板間電壓和間距決定，電場強度E為：

E（t）=■=■=Emsin（wt+φu）

式中，Em為最大電場強度，w為角頻率，φ為初相位?？梢钥闯?，在電壓一定的情況下，極板間的距離越小，電場強度越大。因此，本文將電場發生裝置設計成極板間距多級可調，在電壓較低的情況下獲得更高的電場強度，提高安全系數。

如圖2所示，電場發生裝置的放電原理為傳統的正負極放電模式，電場由多個電極板疊加而成，在相同電壓下各個極板間的電場強度因極板間距不同而不同，滿足不同水產品最優化的微凍電場保鮮[5]。電場發生裝置的結構如圖3所示，電場發生裝置由多個儲物隔板疊加而成，儲物隔板由電極板和2塊絕緣板組成，電極板接線端連接防水快拆接頭，便于安裝和拆卸儲物隔板進而調整隔板間的間距。

3 電場疊加微凍保鮮試驗

為研究高壓交變電場保鮮裝置對水產品保鮮效果的影響，本文選取南美白對蝦進行電場疊加微凍保鮮試驗。如圖4所示，試驗裝置為高壓交變電場保鮮裝置和高精度溫控冰柜，試驗分為2組同時進行，一組進行電場疊加，另外一組無電場疊加。試驗條件：環境溫度為-3 ℃，電場波形為正弦波，電場強度為8.6 kV/m，頻率為50 Hz。試驗的檢測指標主要為揮發性鹽基氮（TVB-N）和菌落總數（TVC），經過20 d的微凍保鮮試驗后，結果如圖5～6所示。

揮發性鹽基氮（TVB-N）值是水產品鮮度評價的重要指標，TVB-N值反映內源性酶和微生物的作用分解蛋白質及其非蛋白類物質產生的具有揮發性的氨、二甲胺和三甲胺等的程度，一般認為其含量越低則樣品新鮮度越高[6]。從圖5可以看出，電場組和對照組TVB-N值均隨著貯藏時間的延長而呈現上升的趨勢，其中電場組的上升速度較緩慢。對照組TVB-N值在16 d就達到了25.4 mg/100 g，而電場組TVB-N值在19 d時才達到22.5 mg/100 g。

從圖6可以看出，對照組和電場處理組都表現出了菌落總數先下降后上升的趨勢。前期的下降是由于部分溫度不耐受的菌在溫度突然變化的情況下失活。后期隨著貯藏時間的延長，菌落總數逐漸增長。電場組的菌落總數增長速度遠低于對照組。對照組在13 d時的TVC值已達到6.4 lg（CFU/g），而此時電場組僅為4.4 lg（CFU/g），電場疊加具有很好的殺菌作用。

通過試驗結果可以看出，在相同條件下，南美白對蝦在電場疊加下保存的時間較長，新鮮度比傳統的微凍保鮮方式要高，而且電場疊加具有一定的殺菌作用，能很好地抑制細菌的大量滋生。

4 結論與討論

本文提出了一種應用于船用或冷鏈運輸等小型冷庫的高壓交變電場疊加的保鮮方法，并完成了高壓交變電場保鮮裝置的設計。通過試驗結果可以看出，本文的高壓交變電場保鮮裝置能很好地延長水產品在微凍環境中的保鮮時間，同時能抑制細菌的滋生。為了滿足電場疊加對不同水產品的保鮮要求，后期將繼續研究不同電場強度、波形和頻率對水產品微凍保鮮的影響。

5 參考文獻

[1] GALLART-JORNET L，RUSTAD T，BARAT J D，et al.Effect of super-chilled storage on the freshness and salting behavior of Atlantic salmon fillets[J].Food Chemistry，2007，103（4）：1268-1281.

[2] HANYU Y，ICHIKAW A M，MATSUMOTO G.An improved cryo-fixation method：cryo-quenching of small tissue blocks during microwave irrad-iation[J].J Microsc，1992，165（1）：225-235.

[3] JACKSON T H，UNGAN A，CRITSER J K.Novel microwave technology for cryopreservation of biomaterials by suppression of apparent ice form-ation[J].Cryobiology，1997，34（2）：363-372.

[4] BARBA F J，GRIMI N，VOROBIEV E.New approaches for the use of non-conventional cell disruption technologies to extractpotential food additives and nutraceuticals from microalgae[J].Food Engineering Reviews，2014，7（1）：45-62.

[5] 王麗萍，李苑，余海霞，等.高壓電場對生鮮食品保鮮機理研究進展[J].食品科學，2017，38（3）：278-283.

[6] 張本華，郭超.高壓電場處理黃瓜保鮮貯藏試驗[J].農機化研究，2012，34（12）：144-147.endprint