(天津市制冷技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 天津商業(yè)大學(xué) 天津 300134)

幾種物理量及場(chǎng)理論對(duì)果蔬保鮮的影響

段愛(ài)鵬 劉 斌 邸倩倩 關(guān)文強(qiáng)

(天津市制冷技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室天津商業(yè)大學(xué)天津300134)

保鮮是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)研究的重要組成部分，是提高果蔬“時(shí)空”價(jià)值的重要途徑。隨著物理技術(shù)的發(fā)展，各類物理保鮮技術(shù)也得到發(fā)展。本文結(jié)合現(xiàn)有的研究進(jìn)展，總結(jié)了溫度、光、電、磁對(duì)果蔬保鮮的影響，提出了果蔬物理保鮮技術(shù)的要點(diǎn)：1)控制溫度場(chǎng)的均勻性和波動(dòng)性，以減緩新陳代謝和水分流失；2)適當(dāng)?shù)墓庹諒?qiáng)度、電場(chǎng)強(qiáng)度和磁場(chǎng)強(qiáng)度也能夠提高果蔬的貯藏時(shí)間，減少營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的流失。

果蔬；保鮮；場(chǎng)理論；溫度場(chǎng)

隨著生活水平的不斷提高，人們對(duì)果蔬質(zhì)量的要求越來(lái)越高，促使保鮮技術(shù)不斷發(fā)展。但在我國(guó)90%以上的果蔬為初級(jí)產(chǎn)品，采后損失率達(dá)25%～30%，甚至有的高達(dá)50%[1-2]。這就促使果蔬保鮮技術(shù)不斷提高以降低損失率。果蔬保鮮技術(shù)分為化學(xué)保鮮和物理保鮮。由于化學(xué)保鮮技術(shù)中使用的化學(xué)劑在保鮮過(guò)程中存在二次轉(zhuǎn)化，可能會(huì)產(chǎn)生二次污染，該過(guò)程及污染機(jī)理沒(méi)有引起相關(guān)研究人員的重視。而物理保鮮技術(shù)不存在二次污染，是未來(lái)果蔬保鮮技術(shù)的發(fā)展方向之一?；谖锢韴?chǎng)保鮮的一些研究基礎(chǔ)，本文重點(diǎn)介紹了場(chǎng)的基本概念，溫度、光、電、磁及其場(chǎng)分布等對(duì)果蔬保鮮的影響和作用機(jī)理，為更好的推廣物理保鮮技術(shù)提供了理論和應(yīng)用基礎(chǔ)。

1 場(chǎng)的基本概念

場(chǎng)是指物質(zhì)在空間的分布情況，在數(shù)學(xué)上是指一個(gè)向量到另一個(gè)向量或數(shù)的映射，可以分為標(biāo)量場(chǎng)和矢量場(chǎng)，如溫度場(chǎng)為標(biāo)量場(chǎng)，速度場(chǎng)為矢量場(chǎng)，是基于物質(zhì)的粒子理論來(lái)表達(dá)物質(zhì)的存在形式。

保鮮領(lǐng)域中常見(jiàn)的有溫度、磁場(chǎng)、電場(chǎng)、光以及多物理耦合場(chǎng)等，處于場(chǎng)中的生物細(xì)胞會(huì)受到各物理量強(qiáng)度的影響。若能利用各物理量對(duì)生物細(xì)胞的不同作用，調(diào)節(jié)物理場(chǎng)到一個(gè)合適的范圍，影響果蔬細(xì)胞及有害細(xì)菌的生理活動(dòng)，從而延長(zhǎng)果蔬的保存時(shí)間，減少營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量的損失，增強(qiáng)果蔬的商品性，可避免不必要的浪費(fèi)。

2 物理量對(duì)果蔬保鮮的影響

2.1溫度及溫度場(chǎng)對(duì)果蔬保鮮的影響

近代科學(xué)的發(fā)展發(fā)現(xiàn)食物的變質(zhì)和腐爛與細(xì)菌等微生物的活性有很大關(guān)系，果蔬的細(xì)胞呼吸強(qiáng)度與相關(guān)酶的活性也有很大關(guān)系。酶作為一種特殊的蛋白質(zhì)在生物生命活動(dòng)中起催化作用，但自身的活性受到較為嚴(yán)苛的環(huán)境影響，溫度是影響因素之一。在高溫下酶會(huì)徹底失活，在較低溫度下酶不會(huì)失活但活性降低，且溫度越低，活性也越低，使催化反應(yīng)減弱。低溫下果蔬細(xì)胞內(nèi)呼吸作用酶活性降低，使氧化還原反應(yīng)減弱，減緩了有機(jī)物的分解，且丙二醛(MDA)保持較低的水平，有效的降低了膜脂的過(guò)氧化程度，較高的過(guò)氧化物(POD)活性保證了對(duì)有害自由基的清除能力，有利于延長(zhǎng)貯藏時(shí)間。同時(shí)，微生物活動(dòng)在低溫下明顯減弱，所以低溫環(huán)境能夠有效延長(zhǎng)果蔬的保存時(shí)間。Wu Zhen等[3]調(diào)查分析現(xiàn)階段的低溫冷藏方法，得知果蔬冷凍冷藏成為最有效和最普遍的保存方法。朱東興等[4]通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)得出貯藏的環(huán)境溫度成為影響葉菜呼吸作用的主要因素。果蔬在不同溫度下保存，貯藏時(shí)間會(huì)有很大不同,部分果蔬貯藏時(shí)間隨溫度的變化如圖1所示[5]。

不同溫度對(duì)果蔬的呼吸強(qiáng)度影響不同，表現(xiàn)為溫度系數(shù)Q，溫度每上升10 ℃，呼吸強(qiáng)度增加的倍數(shù)一般為2～2.5，部分果蔬呼吸強(qiáng)度(溫度系數(shù)Q)隨溫度的變化如表1所示[6]。

圖1 部分果蔬貯藏時(shí)間隨溫度的變化Fig.1 Variation of storage time with storage temperature

賈欣娟[7]研究了東風(fēng)菜的貯藏溫度得出：較低的貯藏溫度不僅有效的降低東風(fēng)菜的生理代謝活動(dòng)，保持其商品性，還可以使葉片中的丙二醛(MDA)含量較低，過(guò)氧化物(POD)的含量較高。周曉靜等[8]通過(guò)蘋(píng)果貯藏正交試驗(yàn)得出：相比濕度和風(fēng)速，溫度對(duì)蘋(píng)果的失水率影響最大，合適的溫度更易于延長(zhǎng)蘋(píng)果的保存時(shí)間，且不同溫度范圍的失水率有較大差異。

低溫貯藏并非只研究不同溫度下保存時(shí)間的長(zhǎng)短，果蔬中一些營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的損失也應(yīng)該盡量減少。同時(shí)，外觀顏色、表面硬度、食用口感等方面由于能夠較大的增加果蔬的商品價(jià)值，也逐漸成為學(xué)者們的研究方向。H. S. Helland等[9]將瑞典甘藍(lán)和蘿卜貯藏在-2～10 ℃范圍內(nèi)，得出較低的溫度可以使這兩種蔬菜保持較高的吲哚硫代葡萄糖苷含量，溫度對(duì)蘿卜顏色的影響較大，蘿卜的松脆度和多汁程度隨著溫度的升高而下降，這兩種蔬菜在不同溫度下的酸度、硫含量、甜度及風(fēng)味等都存在較大差異，在保證果蔬不被凍壞的前提下，盡量降低貯藏溫度有利于減少營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的流失。

果蔬從采摘后到達(dá)到冷藏溫度需要經(jīng)歷兩個(gè)階段，即快速冷卻階段和低溫冷藏階段，冷藏過(guò)程會(huì)使果蔬自身品質(zhì)降低，研究表明快速凍結(jié)可以更好的保持果蔬的營(yíng)養(yǎng)和味道，而每種果蔬的最佳快速凝固參數(shù)是由多種外界因素[10-13]和相關(guān)熱力學(xué)性質(zhì)決定的。果蔬冷藏過(guò)程中相關(guān)溫度包括初始溫度Tf、最終溫度Tm及玻璃化溫度Tg[14]。適宜的快速凍結(jié)可使冰晶生長(zhǎng)過(guò)程中產(chǎn)生的冰晶尺寸不至于過(guò)大[15]，有效的控制降溫速度可使冰晶趨于玻璃化，對(duì)細(xì)胞壁、細(xì)胞膜、線粒體等結(jié)構(gòu)的影響降低，盡可能的降低果蔬損失。Wang Haiying等[16]對(duì)蘑菇、綠花椰菜、菜豆和豌豆莢進(jìn)行了研究，將凍結(jié)速率從1 ℃/min增至10 ℃/min時(shí)，冷凍蔬菜汁液冰晶大小從26 μm減至3 μm，有效地減少了冰晶對(duì)細(xì)胞的傷害，較大限度的保證了細(xì)胞的完整性，菜豆凍結(jié)速率在6.3 ℃/min和1.2 ℃/min時(shí)形成的冰晶如圖2所示。不同果蔬對(duì)應(yīng)不同的最終溫度Tm及玻璃化溫度Tg，最佳的快速凝固速度也不相同，需要查詢相關(guān)文獻(xiàn)資料或?qū)嶒?yàn)研究得出。

圖2 菜豆在凍結(jié)過(guò)程中形成的冰晶(凍結(jié)溫度=-5 ℃)Fig.2 Ice-crystal in the bean under different freezing rate

溫度場(chǎng)分布的均勻性對(duì)果蔬貯藏有重要影響。目前，冷庫(kù)技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要方向是溫度的精準(zhǔn)控制，包括兩個(gè)方面：

1)貯藏空間內(nèi)溫度場(chǎng)的均勻性：溫度場(chǎng)的均勻性主要是指貯藏空間內(nèi)溫度最大值和最小值的差值大小。由于貯藏空間送風(fēng)方式不同，溫度場(chǎng)的均勻性也不同。圖3所示為3種送風(fēng)方式的溫度場(chǎng)分布。由圖3可知，采用靜壓送風(fēng)方式的溫度場(chǎng)均勻性最好，即目前冰溫技術(shù)中采用的送風(fēng)方式。

2)貯藏空間內(nèi)溫度場(chǎng)的波動(dòng)性：溫度場(chǎng)的波動(dòng)性是指貯藏空間內(nèi)溫度與設(shè)定溫度之間的差值。在貯藏過(guò)程中，由于電價(jià)的谷峰差，溫度波動(dòng)比較大，夜間將庫(kù)溫拉低，利用食品進(jìn)行蓄冷；白天則停機(jī)運(yùn)行，利用食品的蓄冷來(lái)吸收熱量，認(rèn)為這是冷庫(kù)的一種經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式，其實(shí)這是一種錯(cuò)誤的認(rèn)識(shí)。這種溫度波動(dòng)極易造成凍品的水分滲透、質(zhì)量減少和品質(zhì)降低。圖4所示為溫度波動(dòng)對(duì)含濕量的影響。以溫度波動(dòng)5 ℃為例，貯藏溫度為0 ℃時(shí)，絕對(duì)含濕量的變化值為1.05 g/kg干空氣，表明每一立方米的空氣在一個(gè)溫度波動(dòng)周期內(nèi)將析出1 g水，這1 g水將以產(chǎn)品表面結(jié)露或結(jié)霜或是冷風(fēng)機(jī)表面結(jié)露或結(jié)霜的形式從貯藏產(chǎn)品中蒸發(fā)。以1萬(wàn)噸冷庫(kù)為例，體積約為4萬(wàn)立方米，容積率為65%，則空氣的體積為14 000立方米，溫度周期為1天1次，貯藏期為3個(gè)月，水分的流失為1 512 kg。水分的損失除了減少重量外，更重要的是貯藏食品品質(zhì)的破壞。

2.2光對(duì)果蔬保鮮的影響

圖4 溫度波動(dòng)對(duì)含濕量的影響Fig.4 Effect of temperature fluctuation on the humidity

圖3 送風(fēng)方式對(duì)溫度均勻性的影響Fig.3 Effect of air supplying model on the temperature uniform

光照是植物生長(zhǎng)發(fā)育的基本因素之一，光合作用是植物吸收太陽(yáng)光，合成有機(jī)物的過(guò)程，但不同光照強(qiáng)度對(duì)植物的光合作用會(huì)產(chǎn)生不同的影響，合適的強(qiáng)度才能有效地促進(jìn)生長(zhǎng)，光照強(qiáng)度過(guò)低或過(guò)高都會(huì)對(duì)植物生長(zhǎng)產(chǎn)生抑制作用，不同顏色和周期的光照對(duì)植物也有不同的影響[17-19]。自然光由7種單色光組成，不同強(qiáng)度和顏色的光對(duì)果蔬衰老的調(diào)控作用也不同，強(qiáng)光和紫外光可促進(jìn)植物體內(nèi)產(chǎn)生自由基，誘發(fā)衰老，這主要是由于光調(diào)節(jié)葉片上的氣孔開(kāi)度，進(jìn)而影響植物的氣體交換、光合作用、呼吸作用、水分及礦質(zhì)地吸收和運(yùn)輸?shù)戎饕磉^(guò)程。葉綠素分子主要吸收紅光及藍(lán)紫光進(jìn)行光合作用，紅光可阻止葉綠素和蛋白質(zhì)降解，遠(yuǎn)紅光可消除紅光的作用，藍(lán)光可延緩葉片衰老。當(dāng)無(wú)光時(shí)葉片會(huì)因?yàn)楣夂献饔藐P(guān)閉，而呼吸作用又消耗能量，一部分糖類被分解，之后會(huì)有一部分脂類和蛋白質(zhì)類被分解以供呼吸作用，而葉綠素是雙羧酸的酯，也會(huì)被分解，此時(shí)葉片的顏色將會(huì)發(fā)黃，顏色上造成衰老。光照可使光合作用仍能緩慢進(jìn)行，減緩葉綠素分解。維生素C是一種抗氧化劑，能夠有效抵抗自由基的威脅，人們對(duì)一些果蔬中維生素C的含量十分看重，它對(duì)人體的自身免疫系統(tǒng)有重要作用，缺乏維生素C會(huì)造成壞血病。M. A. Hossain等[20-21]和C. Miyake等[22]通過(guò)研究得出葉綠體中含有合成維生素C的酶，若葉綠素被分解，維生素C的含量也顯著下降。S. Noichinda等[23]通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定出芥藍(lán)在無(wú)光1 ℃條件下和光強(qiáng)度為21.8 μmol/(m2·s)條件下存儲(chǔ)10 d后質(zhì)量分別下降1.8%和3.9%，這是由于在黑暗條件下1 d內(nèi)芥藍(lán)的氣孔就會(huì)關(guān)閉，一定程度上減少了質(zhì)量損失，蔗糖含量差距不大，但黑暗中總的葉綠素含量下降更為明顯，光照條件下果糖的含量遠(yuǎn)大于暗黑條件下的含量，淀粉含量在光照條件下較高，同時(shí)維生素C含量的損失更小，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值相對(duì)更高。

王超等[24]將西芹置于溫度為4 ℃、相對(duì)濕度為90%的環(huán)境中，在1∶1紅藍(lán)LED光總強(qiáng)度為10 μmol/(m2·s)和無(wú)光條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，得出有光和無(wú)光處理對(duì)西芹失重率的影響差異不大，在適宜的相對(duì)濕度條件下，光照不會(huì)加大西芹的失重率；但在10 μmol/(m2·s)光強(qiáng)度下，迎光面西芹的葉綠素和維生素C含量顯著高于背光面和無(wú)光處理組，背光面和無(wú)光處理組的葉綠素?fù)p失率分別是迎光面西芹的1.56倍和1.5倍，維生素C損失率分別是迎光面下的1.67倍和1.86倍，如圖5所示。因此10 μmol/(m2·s)光處理可以顯著保持采后西芹的營(yíng)養(yǎng)，保存更多的商品價(jià)值。

圖5 LED光場(chǎng)對(duì)西芹貯藏的影響Fig.5 Effect of LED on celery preservation

Y. Shinohara等[25]和D. J. Gillham等[26]通過(guò)實(shí)驗(yàn)也驗(yàn)證了光照對(duì)維生素C含量的影響，相比光照條件下，無(wú)光時(shí)維生素C的損失較多；光照不僅對(duì)果蔬的顏色和維生素C含量有較好的保持效果，且由于光合作用，會(huì)使有機(jī)物含量減少緩慢。M. E. A. Toledo等[27]對(duì)比研究了在弱白光(20～25 μmol/(m2·s))和黑暗條件下的菠菜，光照組葉片可溶性總糖和葡萄糖含量均高于黑暗條件下的葉片，持續(xù)的白光照射有效促進(jìn)了菠菜采后貯藏期間的光合能力，提高了可利用的可溶性化合物含量，特別是葡萄糖含量，同時(shí)維生素C的含量在光照組也更高一些；U. C. Biswal等[28]通過(guò)調(diào)節(jié)光照顏色與周期得出光控制葉片的衰老主要是通過(guò)控制光敏色素，減少色素的分解量，控制激素和多胺類的含量，保留更多的營(yíng)養(yǎng)，連續(xù)的弱紅色光和每12 h間隔的紅色脈沖光可以有效減緩葉綠素?fù)p失；姚笛等[29]用LED處理采摘后的青花菜，得出光照處理能夠延長(zhǎng)有機(jī)物硫代葡萄糖苷和蘿卜硫素的降解，保持青花菜的營(yíng)養(yǎng)保健價(jià)值。

光照影響的是含有葉綠素的植物，所以對(duì)于一些含有葉綠素的果蔬保鮮效果較好，而對(duì)其他的作用不大。陳存坤等[30]采用日光燈作為光源，平均強(qiáng)度為1 800 Lux，分別測(cè)量了光照條件和黑暗條件下紅色番茄、綠色蘆筍和西蘭花及白色花椰菜在室溫(15 ℃)、亞低溫(8 ℃)和適宜貯溫(0～2 ℃)時(shí)的呼吸強(qiáng)度，并進(jìn)行了對(duì)比，得出在同一貯藏溫度下，番茄、西蘭花和蘆筍置于光照條件下比黑暗條件下的呼吸強(qiáng)度低，光照降低呼吸代謝的效果明顯；而花椰菜受光照的影響較小，光照抑制呼吸強(qiáng)度的效果不顯著；同時(shí)，光照對(duì)呼吸代謝的影響還與溫度有關(guān)，一般情況下，貯藏溫度越低，光照對(duì)呼吸強(qiáng)度的影響越小。

2.3電場(chǎng)對(duì)果蔬保鮮的影響

地球自身就是一個(gè)巨大的靜電場(chǎng)，地表附近電場(chǎng)強(qiáng)度約為130 V/m，地球上有許多生物都生活地表附近，所以大氣電流和大氣電場(chǎng)對(duì)動(dòng)植物的生命活動(dòng)有重要影響[30]。正常情況下，細(xì)胞膜內(nèi)外存在約為70 mV的電勢(shì)差，處于一個(gè)相對(duì)平衡的狀態(tài)，當(dāng)有較大的電勢(shì)產(chǎn)生時(shí)，就會(huì)打破這一平衡，同時(shí)細(xì)胞內(nèi)各組織由于強(qiáng)電勢(shì)的作用，膜兩邊的帶電粒子會(huì)定向移動(dòng)，產(chǎn)生生物電流，帶動(dòng)生化反應(yīng)，抑制ATP生成，延緩細(xì)胞的新陳代謝，從而達(dá)到保鮮的目的；呼吸系統(tǒng)的電子傳遞受電場(chǎng)影響，使生物體內(nèi)氧化還原反應(yīng)減緩；由于外加能量場(chǎng)使水發(fā)生了共鳴，引起水結(jié)構(gòu)及水與酶的結(jié)合狀態(tài)發(fā)生變化，使酶部分失活，減緩了有機(jī)物分解[31]。20世紀(jì)末，學(xué)者們?cè)絹?lái)越多的用實(shí)驗(yàn)研究靜電場(chǎng)對(duì)果蔬采摘后的影響，劉隨東[32]將四川紅桔置于溫度7 ℃、相對(duì)濕度75%條件下，用150 kV/m的電場(chǎng)強(qiáng)度每天進(jìn)行30 min的處理，貯藏40 d的好果率高于對(duì)照組的14.7%；楊佩芳等[33]將紅星蘋(píng)果置于溫度0 ℃、相對(duì)濕度90%條件下，用80 kV/m強(qiáng)度的電場(chǎng)處理，貯藏三個(gè)月后測(cè)得可溶性固形物含量分別比對(duì)照組高10%和1.8%，而呼吸強(qiáng)度降低約20%；學(xué)者們也逐漸發(fā)現(xiàn)適當(dāng)強(qiáng)度的靜電場(chǎng)對(duì)荔枝、西瓜、青椒、甜瓜等果蔬保鮮也有較大作用。T. R. Bajgai等[34]發(fā)現(xiàn)采用高壓電場(chǎng)對(duì)菠菜葉處理時(shí)，可以保持物料的營(yíng)養(yǎng)元素。A. O. Bio等[35]研究發(fā)現(xiàn)高壓脈沖電場(chǎng)的預(yù)處理提高了辣椒膜的通透性，與傳統(tǒng)的預(yù)處理方法相比，高壓脈沖電場(chǎng)預(yù)處理不僅提高了傳熱傳質(zhì)系數(shù)，還影響了辣椒的干燥速率[36]。丹陽(yáng)[37]通過(guò)研究指出合適的負(fù)電荷能夠在一定程度上抑制番茄品質(zhì)的下降，番茄接觸負(fù)極板電荷能夠抑制呼吸并降低乙烯的釋放量，對(duì)保鮮有積極的影響，圖6所示為電場(chǎng)對(duì)果蔬中物質(zhì)保鮮的影響機(jī)理。

圖6 高壓靜電場(chǎng)果蔬保鮮作用機(jī)理Fig.6 Mechanism of high voltage electrostatic field on preservation

2.4磁場(chǎng)對(duì)果蔬保鮮的影響

我們生活的空間都是具有磁性和磁場(chǎng)的，生物體內(nèi)含有大量的水，水分子是反磁性的，由于水分子和締合水處于不斷的熱運(yùn)動(dòng)之中，故氫鍵總是不斷地?cái)嗔押托纬?，水分子團(tuán)的這種構(gòu)造是一種動(dòng)態(tài)結(jié)合，其穩(wěn)定存在時(shí)間只有10-12s左右，不斷有水分子加入某個(gè)水分子團(tuán)，又有水分子離開(kāi)水分子團(tuán)，而水分子團(tuán)的大小只是個(gè)平均數(shù)。在室溫中，一般水的分子團(tuán)大小約為30到40個(gè)水分子。水中存在許多水分子團(tuán)，它們是磁場(chǎng)作用的耙點(diǎn)，它們之間存在磁的相互作用，而外加磁場(chǎng)、環(huán)境磁場(chǎng)和生物體內(nèi)的磁場(chǎng)都會(huì)對(duì)生物組織和生命活動(dòng)產(chǎn)生影響，即磁場(chǎng)的生物效應(yīng)。不僅對(duì)水有影響，細(xì)胞內(nèi)的其他物質(zhì)，細(xì)胞的新陳代謝即為內(nèi)部的氧化還原反應(yīng)，本質(zhì)過(guò)程就是帶電粒子和電子的運(yùn)動(dòng)，在外加較強(qiáng)磁場(chǎng)下，一定程度上抑制了新陳代謝；在生物活動(dòng)中會(huì)產(chǎn)生自由基，而自由基的化學(xué)活性高，自身帶有部分電荷，存在自旋磁矩，在電磁場(chǎng)中必然會(huì)受到轉(zhuǎn)矩的作用，也會(huì)使自由基的作用減弱；生物膜兩側(cè)的離子由于受到磁場(chǎng)作用，離子傳輸會(huì)受到磁場(chǎng)的影響；另外，由于部分蛋白質(zhì)中含有金屬離子，也會(huì)受到磁場(chǎng)作用而使部分性質(zhì)發(fā)生變化，一些酶的催化作用減弱，使細(xì)胞的呼吸及代謝減慢。由于這些原因，在磁場(chǎng)中的果蔬細(xì)胞會(huì)表現(xiàn)出與無(wú)外加磁場(chǎng)不同的保鮮效果。

磁場(chǎng)在很寬的范圍內(nèi)(10～104 GS)均可產(chǎn)生生物學(xué)效應(yīng)，不同劑量的磁場(chǎng)對(duì)生物體也會(huì)產(chǎn)生不同效應(yīng)[38]；金江濤等[39]通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究表明：在較高的磁感應(yīng)強(qiáng)度下，鈍酶總體上隨磁感應(yīng)強(qiáng)度的增強(qiáng)而增強(qiáng)，隨脈沖數(shù)的增加而增強(qiáng)，較高的磁感應(yīng)強(qiáng)度可以延長(zhǎng)草莓的保存時(shí)間。高夢(mèng)祥等[40]將鮮切的蓮藕片經(jīng)不同強(qiáng)度的磁場(chǎng)處理后，測(cè)得各項(xiàng)生理生化指標(biāo)隨著貯藏時(shí)間的增加發(fā)生了顯著變化，強(qiáng)度不同貯藏的效果也不同；磁場(chǎng)強(qiáng)度為1.2 A/m的交變磁場(chǎng)處理的鮮切蓮藕片與對(duì)照組相比，保鮮貯藏效果明顯占優(yōu)，此強(qiáng)度的磁場(chǎng)能夠抑制多酚氧化酶活性，減慢蓮藕切片褐變速度，延長(zhǎng)其貯藏時(shí)間，最大程度的保持蓮藕切片的新鮮度，鮮切蓮藕切片中還原糖含量比對(duì)照組的消耗量要少；高夢(mèng)祥等[41]的研究結(jié)果表明：用磁場(chǎng)強(qiáng)度為0.87 A/m和1.79 A/m 的交變磁場(chǎng)處理葡萄，得到腐爛率、脫果率、出糖率均明顯降低，果實(shí)的外觀較好；其可溶性糖含量相比對(duì)照組的降幅?。患?xì)胞膜的通透性降低，多酚氧化酶活性受到抑制，從而有效延長(zhǎng)了葡萄的貯藏時(shí)間。磁場(chǎng)除了能影響果蔬細(xì)胞營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)外，還由于水的分子特性，影響細(xì)胞的凍結(jié)過(guò)程，王鵬飛[42]用洋蔥、胡蘿卜、黃瓜及西葫蘆作為實(shí)驗(yàn)材料，無(wú)磁場(chǎng)作用下，細(xì)胞相變過(guò)程產(chǎn)生的冰晶較大，呈現(xiàn)刀片狀，冰晶長(zhǎng)度基本和顯微圖像上細(xì)胞的寬度相當(dāng)；在磁場(chǎng)作用下產(chǎn)生的冰晶大小普遍比無(wú)磁場(chǎng)作用下要小，直流磁場(chǎng)作用下多呈現(xiàn)輕薄繁密且很小的鱗片狀；而交流磁場(chǎng)作用下冰晶多呈現(xiàn)霧狀、沙粒狀，冰晶尺寸最??；隨著場(chǎng)強(qiáng)的增大，鱗片狀和霧化狀態(tài)的程度更明顯，且鱗片尺寸減小。說(shuō)明在細(xì)胞凍結(jié)過(guò)程中，磁場(chǎng)具有能夠抑制核化過(guò)程中冰晶生長(zhǎng)的作用，相對(duì)于無(wú)磁場(chǎng)作用避免了形成過(guò)大的冰晶。在果蔬冷藏保鮮過(guò)程中，磁場(chǎng)表現(xiàn)出來(lái)的抑制冰晶生長(zhǎng)的作用能夠保護(hù)細(xì)胞膜不被破壞，有利于保持果蔬營(yíng)養(yǎng)成分和水分，保持果蔬新鮮感和高品質(zhì)，圖7所示為洋蔥細(xì)胞在不同磁場(chǎng)作用下終了凍結(jié)時(shí)的顯微圖像。

3 展望

物理貯藏技術(shù)消除了化學(xué)保鮮的二次污染，是保鮮技術(shù)未來(lái)的重要發(fā)展方向之一，未來(lái)的發(fā)展方向主要集中在以下幾個(gè)方面：

1)各物理量強(qiáng)度對(duì)貯藏果蔬品質(zhì)及壽命影響的機(jī)理研究。包括有生命特征和無(wú)生命特征兩類產(chǎn)品，這兩類產(chǎn)品品質(zhì)及壽命變化的規(guī)律和影響因素是完全不一致的。對(duì)具有生命特征的產(chǎn)品而言，以影響呼吸作用的酶化反應(yīng)因素為主；而對(duì)無(wú)生命特征的產(chǎn)品而言，以影響細(xì)胞破壞的因素為主。目前，各類物理量對(duì)酶化反應(yīng)和細(xì)胞破壞的影響規(guī)律不明確，需要跨學(xué)科進(jìn)行研究。

2)在不同物理場(chǎng)下，保鮮過(guò)程中果蔬的熱、質(zhì)、力、流動(dòng)及形變行為研究。貯藏過(guò)程中的果蔬大多數(shù)類似于多孔介質(zhì)材料，在物理保鮮中最易發(fā)生果蔬的物理表面變化，如水分損失、溶質(zhì)遷移、形狀變化等，這與當(dāng)前工程熱物理研究熱點(diǎn)“介觀體系內(nèi)熱質(zhì)傳遞”密切相關(guān)，需要研究不同物理場(chǎng)及多物理場(chǎng)對(duì)果蔬傳熱傳質(zhì)的影響。

3)大型物理場(chǎng)的均勻化設(shè)計(jì)及建造。目前一些物理場(chǎng)的保鮮技術(shù)還集中在小型裝置內(nèi)的機(jī)理性研究，大型物理場(chǎng)設(shè)備的直接運(yùn)營(yíng)成本還很高，并且物理場(chǎng)在空間內(nèi)有衰減(除溫度場(chǎng)外)，其均勻性很難保證，而貯藏中的果蔬對(duì)場(chǎng)的強(qiáng)度等選擇有特定性，這對(duì)物理場(chǎng)的保鮮技術(shù)是一個(gè)重大的技術(shù)挑戰(zhàn)。

4 結(jié)論

不同的果蔬由于自身生長(zhǎng)環(huán)境和所含營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)不同，最佳的貯藏環(huán)境也有差異,物理保鮮方式可以最大可能的保證食品品質(zhì)和延長(zhǎng)貯藏期，通過(guò)以上分析和討論，可得到以下結(jié)論：

1)溫度場(chǎng)的均勻性和波動(dòng)性是保鮮的基礎(chǔ)，合適的溫度場(chǎng)和較小的波動(dòng)能夠減少營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的分解及水分的流失。

2)光的適當(dāng)利用要與合適的溫度相結(jié)合，才能達(dá)到最好的貯藏效果。

3)電場(chǎng)和磁場(chǎng)的運(yùn)用要合適的強(qiáng)度均勻性，并且大型冷庫(kù)需要開(kāi)發(fā)大型裝置。

本文受天津市科技支撐項(xiàng)目(14ZCZDNC00016),四川省科技支撐(2015NZ0071)和天津市自然科學(xué)基金項(xiàng)目(15JCTPJC64300)資助。(The project was supported by the Science and Technology of Tianjin(No.14ZCZDNC00016), the Science and Technology of Sichuan Province(No.2015NZ0071) and the Natural Science Foundation of Tianjin(No.15JCTPJC64300).).

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Aboutthecorrespondingauthor

Liu Bin, male, professor, Laboratory of Refrigeration, Tianjin University of Commerce, +86 15822518582, E-mail:lbtjcu@tjcu.edu.cn. Research fields:food cold chain.

EffectsofSeveralPhysicalQuantitiesandFieldTheoryonthePreservationofFruitsandVegetables

Duan Aipeng Liu Bin Di Qianqian Guan Wenqiang

(Tianjin Key Lab of Refrigeration Technology，Tianjin University of Commerce，Tianjin, 300134，China)

Preservation is an important part of modern agriculture, and is an important way to improving the "time and space" value of fruits and vegetables. With the development of physical technologies, many types of physical preservation methods have been developed. Based on existing research, the effects of temperature, light, electricity, and magnetism on the preservation of fruits and vegetables are summarized. Firstly, controlling the temperature field uniformity and volatility slows down the metabolism and water loss. Secondly, the appropriate light intensity, electric field intensity, and magnetic field strength can also improve the storage time of fruits and vegetables, thereby reducing a loss of nutrients.

fruits and vegetables; fresh; field theory; temperature field

0253- 4339(2017) 04- 0110- 09

10.3969/j.issn.0253- 4339.2017.04.110

2016年10月6日

TS255.3; TM15

： A

劉斌，男，教授，天津商業(yè)大學(xué)制冷實(shí)驗(yàn)室，15822518582，E-mail：lbtjcu@tjcu.edu.cn。研究方向：食品冷鏈。