低壓靜電場保鮮技術研究進展

陳 玥，朱陳雨，許釗琿，高 哲，郭風軍，王曉莉，聶小寶,*

（1.淮陰工學院，江蘇 淮安 223003；2.河北農業大學，河北 保定 071000；3.國家農產品現代物流工程技術研究中心，山東 濟南 250103）

食品保鮮與人類生活息息相關。隨著生活水平的提高和科技的發展，人們開始尋求更高效、更經濟以及更安全的技術來進行食品保鮮。目前，國內外已涌現出高壓靜電場[1]、磁場[2]、超聲波[3]、低溫等離子體[4]等諸多新型保鮮技術。作為當前研究熱門的新興保鮮技術，低壓靜電場以其成本低、節能、安全及綠色環保等優勢[5]，得到廣泛關注。低溫冷凍是食品普遍采用的貯藏方法，其能通過有效延緩酶的活性，抑制微生物與細菌的增殖，最終達到防止食品腐敗變質的目的[6]。但相較于低壓靜電場技術，低溫冷凍技術在維持食品原有口感與營養價值方面還存在一定的缺陷[7]。本文總結分析了低壓靜電場的研究現狀，提出了該領域目前存在的問題與局限性，同時對其發展與應用進行了展望，以期為低壓靜電場技術后續的研究與應用提供一定的參考借鑒。

1 低壓靜電場的保鮮機理及應用

1.1 低壓靜電場的保鮮機理

低壓靜電場是一種應用于食品保鮮領域的新型技術，其電壓一般小于2 500 V，電流小于0.2 mA，經主機產生低頻矩形波，形成連續穩定的低電壓，最后通電形成低壓靜電場[8]。低壓靜電場是一種無熱傳導技術，通過空間放電形成負離子環境，避免了食物與放電板之間的直接接觸，可抑制食物變質，將微生物細胞的呼吸作用降至最低水平，阻止微生物細胞分裂，延緩微生物生長[9]。同時，低壓靜電場可以通過離子驅動來影響水蒸氣的遷移和聚集，即水分子產生共振現象，使得空氣中的水蒸氣轉變為液態水，空氣濕度降低[10]，從而抑制細菌的生長繁殖，最終達到防止營養成分流失和維持食品原有品質的效果。

1.2 低壓靜電場的特點及應用

低壓靜電場技術有3個特點：首先，裝置輕巧；其次，由于低壓靜電場消耗的能量較少，使用的電壓和電流也較低，且食品無需與放電板接觸就能起到保鮮作用，安全風險較低；最后，低壓靜電場作為一種物理保鮮技術，不會造成保鮮劑的殘留，具有綠色環保且投入成本低等特點。低壓靜電場技術的以上特點，使其在保鮮領域備受關注。

近年來，低壓靜電場不僅在保鮮方面得到研究與應用，在食品解凍、植物愈傷、種子萌發、細胞代謝等方面也得到廣泛的研究與應用。在食品解凍的研究中發現，相較于其他解凍技術，低壓靜電場能更好地保證食品組織結構的完整性，縮短解凍時間，有利于保持食品品質[11]。在植物愈傷方面，張婷婷等[12]的研究結果表明，采后施加低壓靜電場處理對馬鈴薯塊莖的愈傷具有積極作用。在種子萌發方面，劉新元等[13]在研究不同強度靜電場條件下綠豆芽種子的萌發生長變化時發現，不同條件下的低壓靜電場對種子萌發生長有一定的影響，呈現促進與抑制兩種作用。在細胞代謝方面，有研究發現，對芽孢桿菌施加低壓靜電場可適當增強芽孢桿菌的新陳代謝[14]。

2 低壓靜電場技術在保鮮中的應用

2.1 低壓靜電場技術在果蔬保鮮上的應用

果蔬貯藏時，受自身氧化作用和呼吸作用的影響，腐爛速度較快，品質下降迅速。低壓靜電場可以通過抑制果蔬的氧化和呼吸作用以達到保鮮的目的，其高效性在靈武長棗[15]、菠蘿[16]、草莓[17]等果蔬的保鮮中得到較好的驗證。李海波等[18]對楊梅施加低壓靜電場處理，發現低壓靜電場協同低溫處理有效保持了果實硬度，且減緩了腐爛指數與失重率的升高，該結果為楊梅的貯運保鮮提供了新的思路，對楊梅的貯運銷售具有指導意義。‘青見’柑橘肉質細嫩，水分含量較高，貯藏期間水分流失過高會影響其口感且導致商品性降低。有研究發現，臭氧處理聯合低壓靜電場可以顯著維持‘青見’柑橘貯藏品質，減少水分流失，延長保鮮時間[19]。低壓靜電場協同低溫處理對‘貴妃’紅桃保鮮效果的研究結果表明，其能夠延緩紅桃果肉中的水分遷移和水分流失，有效維持紅桃果肉品質，該保鮮貯藏方法簡單易操作、經濟有效，在后續商業貯藏保鮮中有較大的潛力[20]。低壓靜電場協同低溫貯藏對果蔬的保鮮效果顯著，而低壓靜電場聯合微凍、真空、臭氧處理等其他技術對果蔬進行保鮮貯藏的研究報道也逐漸增多。如將緩釋型SO2保鮮劑與低壓靜電場相結合，能顯著降低‘紅梅杏’的褐變率和冷害程度，從而延緩口感的下降，延長貯藏時間，顯著提高‘紅梅杏’的采后貯藏品質[21]。目前，低壓靜電場協同阻隔性包裝[22]、低壓靜電場協同低溫[23]等技術通過抑制果蔬自身的氧化與呼吸作用，有效減緩了果蔬中水分的流失，延緩了果蔬的腐敗速度，一定程度上維持了果蔬原有的色澤與口感。

2.2 低壓靜電場技術在水產品保鮮上的應用

可食用水產品（以下簡稱水產品）作為國內外食品市場上一種優質的蛋白質來源，在全球美食中備受追捧。近年來，隨著我國水產品需求量的不斷上升，水產品保鮮也成為人們的研究熱點。段偉文等[24]采用低壓持續電場聯合氣調包裝對蝦肉進行處理，結果顯示，這種方法可以使蝦肉的冰藏貨架期延長8 d，同時也顯著改善了蝦肉的品質。梁瑞萍等[25]的研究表明，低壓靜電場協同微凍保鮮技術能有效抑制生物體內酶的活性，從而抑制微生物的繁殖，延緩水產品腐敗變質，該技術為水產品保鮮提供了新的思路。李甜等[26]研究發現，在水產品微凍保鮮的條件下施加低壓靜電場，能有效抑制酶活性，從而達到提高水產品保鮮效果的目的。近期有研究表明，對帶魚施加低壓電場，能夠有效抑制貯藏過程中腐敗菌的繁殖。同時發現，3 kV/m 的電場強度能獲得最佳的保鮮效果，2.5 kV/m 也能取得一定的保鮮效果，而未施加電場的保鮮效果最不理想，這一研究成果為后續的保鮮技術應用與優化提供了依據并奠定了基礎[27]。此研究結論在舟山帶魚的保鮮[28]中也得到證實。除此之外，該研究還發現，低壓靜電場協同低溫通過降低蛋白質結構破壞程度和失水率來有效維持食品的原有品質。研究經低壓靜電場和微凍聯合處理后脊腹褐蝦的品質變化發現，采用聯合技術處理使脊腹褐蝦在貯藏期內的品質劣變得到明顯抑制，貨架期得到有效延長[29]。王杏娣等[30]研究發現，對微凍貯藏的竹節蝦施加低壓靜電場能有效降低酶和微生物對蝦肌肉組織的損害，使肌肉保持較好的彈性與口感，從而達到延緩其品質變化、維持原有口感的目的，對改變傳統水產品的保鮮方式具有指導性意義。低壓靜電場技術的不斷發展與聯合保鮮技術的出現為水產品保鮮開辟了一條新的思路。

2.3 低壓靜電場技術在畜禽肉及其制品保鮮上的應用

近年來，靜電場技術的出現為畜禽類肉品保鮮技術的革新提供了一定的理論依據與技術支持。低壓靜電場主要通過抑制儲藏過程中肉制品的微生物生長，降低蛋白質的損耗來延長保鮮時間。胡斐斐等[31]對短期凍藏的豬肉施加低壓靜電場處理后，能顯著延緩凍肉劣變，改善凍肉品質。有研究表明，通過施加低壓靜電場能有效抑制牛肉在凍結和解凍過程中肌原纖維蛋白的變性，提高肌肉的持水力[32]。另有研究表明，低壓靜電場協同冷藏可有效延緩品質劣變，維持牛肉原有口感，這可能是因為低壓靜電場能一定程度地減少肌肉組織結構的損傷和蛋白質結構的變化，從而維持牛肉嫩滑度，達到保證食用口感的目的。還有研究認為，在牛排冷凍過程中施加低壓靜電場，可以降低牛排的汁液損失和質構變化，從而達到維持牛排原有營養成分與口感的目的[33-34]。通過不斷的深入研究、參數優化和實踐應用，將為低壓靜電場在畜禽領域的快速發展打下堅實基礎。

2.4 低壓靜電場技術在其他產品保鮮上的應用

低壓靜電場處理技術的保鮮方式相對新穎，且研究對象越來越廣泛。吳嗣圣等[35]探索了凍結方式和貯藏條件對水蜜桃果漿品質的影響，分別檢測了在不同加工貯藏條件下水蜜桃果漿各項指標的變化，結果表明，-18 ℃下施加靜電場凍藏的水蜜桃果漿具有更好的品質。此外，低壓靜電場協同冷凍技術能更好地提高面筋蛋白的黏彈性和熱特性[36]。近年來，低壓靜電場技術的研究對象逐漸增多，使其具有良好的應用前景。

3 低壓靜電場保鮮技術存在的問題

3.1 技術不成熟，應用范圍較窄

低壓靜電場保鮮是一種新型的食品保鮮技術。相較于低溫保鮮、冷凍保鮮、微凍保鮮等技術，低壓靜電場雖然在保鮮效果上具有一定的優勢，但其技術仍處于研究階段，且研究主要集中于果蔬、水產品等的保鮮，在其他保鮮領域的研究相對較少，需要在實踐中積累經驗，在未來發展中不斷深化完善。

3.2 推動力不足，聯合技術研究鮮見

目前，對低壓靜電場單獨應用于果蔬、水產品、畜禽保鮮等的研究較多，與其他技術聯合應用鮮見報道。在聯合技術研究方面，仍然處于瓶頸期。

3.3 全程動態管控系統不完備

低壓靜電場保鮮研究在節能管控、安全管控、時間節點管控等方面缺乏經驗。全程動態管控系統仍然處于有待完善階段，需要時刻關注研究過程中出現的問題及潛在問題，不斷挖掘全面、高效的全程動態管控系統。

4 展望

目前，低壓靜電場保鮮能較好地保留食品原有的營養成分，且具有降低能源消耗、減少環境污染及安全性高等優勢，在應用方面具有廣闊的發展空間。鑒于低壓靜電場自身的優缺點，其在未來的發展趨勢主要表現為以下3 方面：①與其他保鮮手段相結合，如與低溫貯藏相結合可提高保鮮效果，與解凍技術相結合可有效減少汁液流失，與真空保鮮技術相結合可提高抗氧化能力、延緩衰老等。②開展低壓靜電場對果蔬、水產品、畜禽保鮮及微生物的系統研究，進而推動低壓靜電場技術的在保鮮與加工領域的應用。③在利用低壓靜電場保鮮延長食品保質期的同時，還需進行最大限度地保持食品原有營養成分和風味的研究。