靜電場對紅富士蘋果保鮮作用研究

毛一博 馬盈盈

摘要：以紅富士蘋果為試驗對象，每天經過50 kV/m的靜電場處理2 h后，研究了蘋果在經過靜電場處理后的感官品質、失重率、褐變度及在500 Hz～1 MHz頻率范圍內等效電容電學參數的對比變化。對試驗結果進行了分析，結果表明：經靜電場作用后，蘋果的感官質量、失重率、褐變度變化均比未處理的要小。說明靜電場處理對蘋果保鮮有一定的效果。經靜電場處理后，隨著測量頻率的增大，不同貯藏天數的蘋果的等效電容值變化呈現下降趨勢，但較未處理的變化幅度小。

關鍵詞：靜電場;蘋果;保鮮;等效電容

中圖分類號：$661.1 文獻標識碼：A 文章編號：1674-9944（2019）18-0223-05

1引言

蘋果果實脆甜可口，其營養物質可溶性大，極易被人體消化吸收，有“活水”之稱。其中含有的微量元素鉀能擴張血管，對“三高”患者的病情控制有利;含有的微量元素鋅是人體內許多重要酶的組成元素，能促進人體的生長發育，同時與人體智力有關的核酸中也含有元素鋅，因此鋅對人體的智力發育也起到重要的作用。自1993年以來，我國一直保持著世界第一果蔬生產大國的地位。2016年，我國蘋果產量約為4380萬t·創造了近年來的產量新紀錄，在帶來巨大經濟效益的同時，如何延長蘋果的保鮮期成為人們聚焦的問題之一。

蘋果是呼吸躍變型果品中的典型范例，采摘后具有明顯的后期熟化過程，果實內的淀粉會逐漸轉化成單糖即葡萄糖等，果實的酸度下降，果實退綠轉黃，硬度也逐漸減小。如果繼續貯藏，蘋果會因為果實內營養成份的大量消耗而變得果肉綿軟、失脆進而腐爛變質。經查閱文獻可知，現在常用的蘋果保鮮方法有通風庫貯藏、冷庫貯藏、氣調貯藏等。作為新興的果蔬保鮮技術，靜電場保鮮也備受關注。靜電場保鮮是一種無污染、能耗少的物理保鮮技術。對于其機理的探究，前人也做過不少的試驗研究。吳連連等人認為靜電場的保鮮機制是利用高壓靜電本身帶有的高能量使得空氣發生電離，產生離子霧和O3。其中離子霧中的O2^-具有抑制果蔬與外界環境的物質交換、使得果蔬的呼吸速率下降以及降低酶活性等作用;O3具有殺菌能力，對蘋果表面依附的細菌有一定的消滅抑制的作用。由于O2是一種強氧化劑，所以還能與C2H5OH、C2H4、CH3CHO等果蔬成熟時釋放的植物激素發生反應，間接對果蔬起到保鮮的作用㈨。楊光德等人認為果蔬在經過靜電場的處理后，吸收了兩平行電極板間的能量，進而使得果蔬內部的能量的排布發生了改變，從而導致果蔬細胞膜上的電勢改變。場能的改變，正是靜電場的作用下的果蔬所獲得改變內部相關結構的能量，由于該場能的作用，使蘋果內分子的無序排列，在一定水平上變得有規律，從而在細胞膜的里外產生附加電場，使得細胞膜電勢發生變化，與電子傳遞相關的生命現象受到影響，抑制了水份揮發速率，從而達到保鮮的作用。蔣耀庭則從靜電場和果蔬細胞膜的電位變化、O3的強殺菌氧化作用和氧負離子的殺菌作用等三方面來闡明如何利用靜電場進行保鮮作用的機理。在一般狀況下，果實的皮殼帶正電，而內部果核帶負電，果皮和果核所帶的正負電荷大小相等、符號相反。當靜電場作用到被保鮮的蘋果時，在靜電場的作用下，e一向內部果核堆積，同時，負電荷脫離果皮，使得果皮上累積了很多的正電荷，最后作用結果為果實內外U值增大。根據文獻可知，電位差之變化對果蔬保鮮有一定的影響。電位差變化使得控制蘋果呼吸作用的酶的結構發生改變，使酶的活性受到影響，呼吸作用減弱，由呼吸作用引起的損耗也降低，從而起到果蔬保鮮的效果。

本試驗以靜寧紅富士蘋果為樣品，采用負高壓直流靜電場，對不同保存時間的蘋果進行靜電場處理。通過對其感官評價、失重率、電學參數、褐變度等參數的分析，確定靜電場處理對蘋果保鮮的影響。

2材料與方法

2.1材料與儀器

2.1.1實驗材料

實驗所用蘋果采自甘肅靜寧縣，在果實成熟階段在果園中選取樹齡、生長情況相同的紅富士采摘，摘后裝箱帶回實驗室2℃條件下儲存6個月。實驗前挑選大小均一，外觀色澤和成熟度相近的蘋果進行實驗。蘋果樣品平均直徑為74.50～81.20 mm，質量均在157.43～205.64 g的范圍內。

L一抗壞血酸、聚乙烯吡咯烷酮（PVPP）、質量分數為99.9%的乙醇、蒸餾水。所用試劑的純度均為分析純。

2.1.2實驗儀器

LCR測試儀（型號：TH2828A，常州同惠電子股份有限公司），JM-B20002型電子天平，離心機（型號：TDL80-2B，上海安亭科學儀器廠），722N型可見分光光度計，GJ-2008型高壓靜電電源，PC機。

圖1的靜電場處理裝置，其工作原理是：交流電壓（220 V）一整流電路一濾波一震蕩電路一驅動電路一升壓系統一整流一高壓靜電場。

2.2方法

2.2.1蘋果的感官評價

挑選兩個同樣大小，外觀色澤和成熟度基本一致的蘋果作為一組實驗材料，共挑選15組。從蘋果的表皮皺度、色澤、大小3個指標來進行評價。

對蘋果感官評價的方法為加權評分法。該方法的具體內容為：先把蘋果質量規定為5級，每級的分數定為Hm（H分別取值極好為90分、好為85分、次好為80.分、一般為75分、差為70分），并限止評判人員在評分時只能在這5個分值上取。然后規定被評蘋果的感官指標ui（i=表皮皺度、色澤、大小）、各指標相應的權重記為Xi（i=0.5、0.3、0.2），當有K（K=3）個評委進行評分后，統計對同一指標評相同分數的評委人數。設對第i個感官指標Ui有Fij個評委將其評分為Hm分（m=1、2、3），那么由Ui及Xi所對應的各Fij/K值所形成的評判矩陣可用表1的形式表示。

計算蘋果權值，對蘋果進行感官評價。隨著貯藏時間的延長，蘋果的感官品質不斷發生著變化，由于蘋果失水率的增大，蘋果表面會出現萎蔫以及腐爛等情況，感官品質明顯下降，所以在蘋果貯藏15 d后，對蘋果的感官品質等其他參數指標停止測量。

2.2.2蘋果的失重率測定

使用電子天平（精度為0.01 g）測定蘋果果實的質量，每個果實重復測量3次取平均值。然后計算失重率，失重率（%）=損失的質量/初始質量。計算得出失重率并繪制曲線。稱量時間為每天晚上8：40～9：00。

2.2.3蘋果等效電容的測定

將每組蘋果分兩類：一類不處理;一類經50 kV/m的高壓靜電場處理2 h。將處理前后的蘋果放置在銅網箱內兩塊平行電極板間，然后用LCR測試儀自帶的終端夾具與兩電極板連接。LCR測試儀選取1 MHz～500 Hz范圍內的34個頻率點，在不同的頻率下測試蘋果的等效電容。最后對實驗數據進行整理分析，構建等效電容在不同頻率以及在不同頻率下的變化曲線。

2.2.4蘋果褐變度測定

分光光度計測量法根據褐變產物在420 nm波長下吸光度最大的特點測定蘋果果肉的褐變度。

在距離果心外圍O～1.5 cm處稱取果肉組織6 g，立即在冰浴上研磨，同時加入0.2 g的聚乙烯吡咯烷酮（PVPP）和0.2 g的L一抗壞血酸，防止研磨過程中果肉褐變，再用12 mL蒸餾水分次轉移到離心管中，在4000r/min下離心20 min，取2.4 mL上清液，加入95%的乙醇3.6 mL，搖勻，用722N型可見分光光度計在420 nm下測定吸光度值（A）。用吸光值代替褐變度。實驗重復三次，取平均值。

3結果與分析

3.1蘋果感官品質隨保存時間的關系

由圖3分析可得，隨著保存天數的增加，經50 kV/m的靜電場處理過和未經靜電場處

理的蘋果其感官品質均呈下降趨勢。保存天數在1～5 d，處理后和未處理的蘋果，其感官品質接近且都在85分之上，品質很好。第六天之后，兩組的蘋果的感官質量開始迅速下降，但是處理過的蘋果品質下降速度較未處理的蘋果品質下降速度小。11 d之后，經靜電場處理和對照組未處理的蘋果感官品質變化趨緩，其中處理過的蘋果感官品質為75.5，屬于次好。未處理組的蘋果感官品質在72～70之間，屬于一般。后對兩組數據進行線性擬合y=a+b*x后，得到處理過的線性擬合直線斜率b1=0.748小于未處理的線性擬合直線斜率b2=1.385，說明經靜電場處理的蘋果感官品質下降速率比未處理過的小，可以采用靜電場對蘋果進行處理，從而達到保鮮的目的。

3.2蘋果失重率的變化

在蘋果的貯藏過程中，蘋果失重率主要是指蘋果水分的流失。由圖4可知，處理過的和對照組即未處理組，其失重率均呈上升趨勢。隨保存時間的延長.蘋果失重率不斷增大。但可以明顯看出，經50 kV/m的靜電場處理后的蘋果，其失重率變化幅度均在未處理組之下。將兩條曲線進行線性擬合y=a+6*x后，得出處理過的直線斜率（b1=0.11369）小于未處理的直線斜率（b2=0.14667）。更直觀的得出，經靜電場處理的蘋果其失重率較未處理的蘋果失重率小。說明靜電場處理對蘋果的失重損失有明顯的抑制作用，采用靜電場對蘋果保鮮是一種有效方法。

3.3等效電容的頻率特性

3.3.1 Cp的變化規律

并聯等效電容Cp是指LCR電橋測試儀接通并聯電路時，物體容納電荷的能力，它表示在一定的電位差下的電荷累積量。從圖5可以看出，在1 MHz～500Hz頻率范圍，隨著測試頻率的升高，蘋果果實處理前和未處理的并聯等效電容不斷減小。圖6為處理后的蘋果果實并聯等效電容的變化曲線，可以看出隨著測試頻率的升高，蘋果果實的并聯等效電容呈下降趨勢，但其趨勢較處理前的趨勢變化較緩，且曲線分布較集中。在不同保存時間下，蘋果的Cp隨頻率變化趨勢相似。

3.3.2Cs的變化規律

串聯等效電容Cs是指LCR電橋測試儀接通串聯電路時，物體容納電荷的能力。從圖8可以看出串聯等效電容均呈緩慢下降趨勢。圖9為處理后的Cs的變化曲線，Cs值較處理前及未處理的蘋果Cs大，且下降趨勢較前兩幅圖緩慢，同時曲線分布集中。在不同保存時間下，蘋果的Cs隨頻率變化趨勢相似。

3.4電學參數的時間特性

3.4.1

1 MHz頻率各電參數的變化曲線

在固定頻率1 MHz下，隨著保存天數的延長，無論處理與否，圖中Cp的變化趨勢均不斷上升。通過對數據進行線性分析y=a+b*x，得處理前斜率b1=0.3871，處理后斜率b2=2.9671，處理差值斜率b2=0.9140，未處理斜率b1=1.3409，看出處理后斜率遠遠大于處理前和未處理的擬合直線斜率，即經過高壓靜電場處理后，蘋果的電參數Cp值增大，蘋果內儲存的電荷較處理前增多。

在固定頻率1 MHz下，隨著保存天數的延長，Cs值呈上升趨勢，但各曲線上升幅度不同，通過對數據進行線性分析y=a+b*x，得處理前斜率b1=0.2518，處理后斜率b2=3.2706，處理差值斜率b3=1.1908，未處理的直線斜率b4=1.0682。處理后擬合直線斜率遠遠大于處理前和未處理的擬合直線斜率，即經過高壓靜電場處理后，蘋果的電參數C5值增大（圖11、圖12）。

3.4.2 100 kHz頻率各電參數的變化曲線

在100 kHz頻率下，隨著保存天數的延長，不同狀態下Cp值均不斷增大。但其上升幅度均不同。處理前擬合直線斜率b1=0.02907，處理后擬合直線斜率6：=0.37086，未處理擬合直線斜率b4=0.11775。貯藏到第七天時，從擬合直線可以看出處理后和未處理的cp值相等，約為4×10^-11F，7 d后，處理后cp以大于未處理的Cp值繼續上升，到第九天時，處理前后值相同，大約5.5×10^-11F。9 d后，處理后的Cp值繼續上升，而處前的Cp值變化趨緩。

在100 kHz頻率下，隨著保存天數的延長，不同狀態下cs值均不斷增大。通過對cp圖的分析，可以看出Cs值和Cp值的變化呈相同趨勢（圖13、圖14）。

3.5蘋果的褐變度的變化規律

蘋果褐變是由于果肉中的酚類物質與空氣中的氧氣相遇而被氧化，使得果肉呈褐色的現象。由圖15可知，經靜電場處理過和未處理過的兩組果實褐變度均呈波動狀態。且經靜電場處理過的果實褐變度較未處理過的果實褐變度要小，對兩條曲線進行線性分析得：處理過擬合直線斜率b1=0.000325小于未處理的擬合直線斜率b2=0.00108。因此可以得出結論，經靜電場處理后，果肉的褐變程度小于未經處理的，所以利用靜電場對蘋果進行保鮮是一種有效方法。

4結語

通過本次研究，得出利用靜電場處理對蘋果進行保鮮有一定的效果。經50 kV/m的靜電場處理后，通過對試驗結果的分析表明。

（1）經靜電場作用后，蘋果的感官質量、失重率、褐變度變化均比未處理的要小。說明靜電場處理對蘋果保鮮有一定的效果。

（2）經靜電場處理后，蘋果各項電參數的頻率特性為：隨著測量頻率的增大，不同保存天數的蘋果的Cp、Cs值均下降，較未處理的變化幅度緩慢。