賈紅玲 ，周振勇，阿曼古麗·朱馬漢，楊 倩，劉 慶

（1.新疆華凌農(nóng)牧科技開發(fā)有限公司，烏魯木齊 830000；2.新疆畜牧科學(xué)院，烏魯木齊 830000）

近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展與居民膳食營養(yǎng)需求的結(jié)構(gòu)性調(diào)整，肉類產(chǎn)品在日常生活中的比重與消費(fèi)呈上升趨勢。我國的肉類生產(chǎn)總量多年來保持世界第一，為保障需求提供了好的基礎(chǔ)。然而，由于肉類產(chǎn)品營養(yǎng)豐富、極易受到微生物的污染，食品安全風(fēng)險較大，控制質(zhì)量、優(yōu)化品質(zhì)是肉類生產(chǎn)與供給的重要目標(biāo)。從食品安全角度出發(fā)，物理保鮮的方法規(guī)律易掌握和可控，易于研發(fā)設(shè)備提高生產(chǎn)效率，具有較大的應(yīng)用前景。隨著肉類市場產(chǎn)品需求的提高，低溫、冷滅菌技術(shù)受到產(chǎn)業(yè)界的關(guān)注，技術(shù)與方法不斷升級迭代。隨著學(xué)術(shù)界成果的推廣應(yīng)用步伐加快，越來越多的技術(shù)在物理、化學(xué)、生物學(xué)領(lǐng)域融合并創(chuàng)新發(fā)展，以電磁生物學(xué)相關(guān)理論為主導(dǎo)的生物保鮮技術(shù)快速應(yīng)用發(fā)展。以高壓靜電場為方式方法的高壓靜電滅菌技術(shù)相比加熱滅菌技術(shù)、化學(xué)滅菌技術(shù)對食品營養(yǎng)物質(zhì)破壞較少，產(chǎn)品的感官、理化和營養(yǎng)特性均得到較好的保留。為提高肉類產(chǎn)品的保鮮能力與效率，本文圍繞電磁與生物學(xué)基本原理、參數(shù)及作用結(jié)果，針對性的探究高壓靜電場（HVEF）在肉類保鮮中的應(yīng)用效果，了解掌握電場保鮮技術(shù)的諸多假說與機(jī)理機(jī)制，為高壓靜電場（HVEF）保鮮技術(shù)在不同場景的優(yōu)化應(yīng)用提供參考。

1 電磁場的生物學(xué)效應(yīng)

電磁場生物學(xué)效應(yīng)是技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)與關(guān)鍵，電磁場輻射使生物體產(chǎn)生的和生命現(xiàn)象有關(guān)的各種響應(yīng)均可稱為電磁輻射的生物學(xué)效應(yīng)，磁共振成像促進(jìn)了醫(yī)學(xué)中影像學(xué)的發(fā)展。已有的研究從分子、細(xì)胞、組織、整體等水平對電磁輻射的生物學(xué)效益進(jìn)行了分析但結(jié)果不盡一致。電磁輻射具有窗效應(yīng)的特點(diǎn)，影響電磁生物學(xué)效應(yīng)的窗效應(yīng)是頻率窗和強(qiáng)度（功率）窗，從生物學(xué)效應(yīng)的作用方式上分為熱效應(yīng)和非熱效應(yīng)。應(yīng)用中離散的、區(qū)間極窄的電磁波能產(chǎn)生特異的生物學(xué)窗效應(yīng)。相關(guān)的研究結(jié)果認(rèn)為，電磁輻射能影響細(xì)胞乃至整體生物效應(yīng)，某些頻段的電磁輻射對生物體的細(xì)胞增殖、基因表達(dá)、細(xì)胞因子有誘導(dǎo)作用[1]。生物體是一種特殊的電場等勢體且具有復(fù)雜的生理特性。機(jī)體各組織介電常數(shù)與電導(dǎo)率也不完全相同，目前趨向認(rèn)為其對細(xì)胞作用的初始位點(diǎn)是細(xì)胞膜，生物膜可能是電磁輻射作用的靶體之一，細(xì)胞膜內(nèi)外有約70～80 mV的電位差，是細(xì)胞新陳代謝所必需[2-4]。細(xì)胞膜中的大分子物質(zhì)多含有帶電基團(tuán)，參與細(xì)胞的結(jié)構(gòu)與功能，在外加電場作用下，細(xì)胞膜電位差發(fā)生改變，產(chǎn)生不同程度的跨膜電位，影響信息、能量的的分子水平表達(dá)。同時，具有基于人們對電磁生物學(xué)窗效應(yīng)的認(rèn)識，電磁場強(qiáng)度較高時，特定強(qiáng)度區(qū)間對生物組織易產(chǎn)生熱效應(yīng)。在外加電場的作用下，細(xì)胞的跨膜電位可攜帶能量改變組織電場強(qiáng)度，促使組織內(nèi)分子極性改變并影響細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)功能與生理，分子的運(yùn)動與相互作用最終影響生物體的一系列生命活動，特定情況下會引發(fā)蛋白質(zhì)變性、生物酶活性的改變。由于生物體與環(huán)境密切相關(guān)，生物體內(nèi)部物質(zhì)組成與信息互作網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜，電磁生物學(xué)的諸多機(jī)理機(jī)制仍在探索中。相關(guān)應(yīng)用研究結(jié)果認(rèn)為，細(xì)胞內(nèi)諸多帶電粒子在酶及生物電場作用下維護(hù)功能并有序分布和運(yùn)動，在外加電場作用下，細(xì)胞內(nèi)荷電基團(tuán)與粒子運(yùn)動與分布改變，細(xì)胞膜的通透性改變[5-9]。高強(qiáng)度的電磁場對生物的影響可能是負(fù)面的，外加靜電場使細(xì)胞內(nèi)的Ca2+離子濃度發(fā)生變化，改變細(xì)胞膜電位與通透性，影響信號轉(zhuǎn)導(dǎo)與生物學(xué)系統(tǒng)和功能。A1dinucci等研究認(rèn)為，細(xì)胞經(jīng)強(qiáng)靜磁場作用后Ca2+離子濃度變化對動物機(jī)體的細(xì)胞免疫功能有影響，窗效應(yīng)下的動物實驗結(jié)果顯示，特定高壓正靜電場對雛雞血液和免疫器官的細(xì)胞免疫功能有促進(jìn)作用，高壓正靜電場則對比具有抑制細(xì)胞免疫作用[10]。一系列研究表明，電磁場的強(qiáng)弱與方式對生物活性物質(zhì)具有影響和調(diào)節(jié)免疫功能作用，對動物的體重、精子活力、受精率、禽類孵化率及免疫系統(tǒng)的功能等均有一定影響[11]。

2 肉類生物學(xué)特性與電磁生物學(xué)技術(shù)

保持肉類產(chǎn)品原有的的感官、理化、微生物特性不發(fā)生較大改變是保鮮的關(guān)鍵，肉中肌原纖維蛋白是含量最高、最重要的蛋白質(zhì)，約占肌肉蛋白總量的40%～60%，貯藏保鮮過程中蛋白質(zhì)容易發(fā)生氧化，影響結(jié)構(gòu)與功能，氧化破壞了蛋白質(zhì)中C=O和N=H基團(tuán)與水分子之間的結(jié)合能力，氧化后凝膠網(wǎng)絡(luò)孔隙增多，降低了蛋白質(zhì)的水合作用，保水性下降促使品質(zhì)變差[13]。凍肉的緩化解凍過程中發(fā)生一系列生化反應(yīng)，導(dǎo)致肉汁液損失、品質(zhì)下降。基于窗效應(yīng)使用電磁場技術(shù)可對肉類的生物活性進(jìn)行優(yōu)化控制，保持組織和細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)，降低熱效應(yīng)的破壞。工業(yè)中常用的交流電的頻率是50hz，是典型極低頻電磁場，易與生物體互作產(chǎn)生感應(yīng)電場[12]，實際生產(chǎn)應(yīng)用中常利用穩(wěn)恒磁場和低頻交變磁場開展生物體生長與代謝調(diào)控研究，高壓靜電場保鮮是電磁生物學(xué)技術(shù)的良好拓展與應(yīng)用實踐。

大量應(yīng)用研究結(jié)果證實，電場的強(qiáng)弱與方式對生物活性物質(zhì)有作用，調(diào)整生物酶的構(gòu)象與催化活性，減緩或改變蛋白等結(jié)構(gòu)分子的降解進(jìn)程。不同種類的生物酶對高壓靜電場強(qiáng)度和頻率的耐受能力不同。在不同條件參數(shù)下，高壓靜電場的應(yīng)用可在一定程度抑制了微生物生理活性，減弱腐敗菌微生物對組織與細(xì)胞的破壞，同時通過影響細(xì)胞內(nèi)各種酶的活性延緩細(xì)胞生命進(jìn)程維持組織的結(jié)構(gòu)與狀態(tài)。細(xì)胞膜的電穿孔理論[14]為高壓電場抑菌與滅菌提供了可能存在的機(jī)理，食品經(jīng)過高壓脈沖電場處理后微生物細(xì)胞表面變得粗糙，細(xì)胞表面出現(xiàn)孔洞，細(xì)胞內(nèi)原生質(zhì)體變形，顯微觀察可見細(xì)胞膜破損和細(xì)胞質(zhì)外滲，導(dǎo)致細(xì)胞死亡從而達(dá)到抑菌效果。

3 高壓靜電場在肉類保鮮中的應(yīng)用進(jìn)展

基于電磁生物學(xué)效應(yīng)的高壓電場相比其它常規(guī)技術(shù)在應(yīng)用于食品加工和保鮮處理時具有耗能低、升溫幅度小、對產(chǎn)品品質(zhì)影響小等特點(diǎn)，是最具前景的低溫保鮮應(yīng)用技術(shù)之一。例如：魚肉極易腐敗變質(zhì)，為提高貯藏保鮮效果，國內(nèi)有學(xué)者探討了高壓靜電場對鮮羅非魚片的保鮮能力，結(jié)果證實在高壓靜電場環(huán)境中魚肉中的微生物數(shù)量得到了有效抑制，魚肉汁液滲出率在5%以內(nèi)[15-16]，鮮度指標(biāo)TVB-N參照限值可使魚肉的保質(zhì)期延長到30 d，并具備較好的感官評分。高壓靜電場還可以應(yīng)用與肉類的低溫解凍，相關(guān)研究證實高壓靜電場解凍金槍魚具有提高解凍率、降低揮發(fā)性鹽基氮水平，硬度和咀嚼性等質(zhì)構(gòu)特性指標(biāo)無明顯變化的技術(shù)優(yōu)勢與特點(diǎn)。并與靜電場的類型、強(qiáng)弱、作用時間、周圍環(huán)境參數(shù)等存在協(xié)調(diào)效益。有研究結(jié)果證實，以場強(qiáng)為140 kV／m、脈沖寬度20 us、頻率50 Hz為參數(shù)的的高壓脈沖電場處理牛肉中的半腱肌能極大地影響牛肌肉的保水性和微觀結(jié)構(gòu)[17]。同時，反復(fù)施加高壓脈沖電場(10 kV、90 Hz、20 us)處理的熟牛肉具有改善嫩度作用[18]。

4 展 望

基于高壓靜電場技術(shù)在生物抗氧化、抑菌方面的顯著效果，同時又具有低溫、節(jié)能高效的特點(diǎn)，靜電場保鮮技術(shù)在延長產(chǎn)品保質(zhì)期，提高產(chǎn)品品質(zhì)方面技術(shù)顯著優(yōu)勢，今后應(yīng)更加深入研究掌握技術(shù)的適用范圍、產(chǎn)品、加工貯藏方式等要點(diǎn)，優(yōu)化技術(shù)參數(shù)，以生產(chǎn)過程中的生物安全性評價為前提，做好技術(shù)推廣應(yīng)用與安全生產(chǎn)防護(hù)工作。