磁場處理在果蔬貯藏保鮮中的應(yīng)用

高　山，王秀娟，王國澤，2，*（.內(nèi)蒙古科技大學(xué)數(shù)理與生物工程學(xué)院食品科學(xué)與工程系，內(nèi)蒙古包頭0400；2.內(nèi)蒙古自治區(qū)生物質(zhì)能源化利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，內(nèi)蒙古包頭0400）

專題論述

磁場處理在果蔬貯藏保鮮中的應(yīng)用

高山1，王秀娟1，王國澤1，2，*
（1.內(nèi)蒙古科技大學(xué)數(shù)理與生物工程學(xué)院食品科學(xué)與工程系，內(nèi)蒙古包頭014010；2.內(nèi)蒙古自治區(qū)生物質(zhì)能源化利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，內(nèi)蒙古包頭014010）

摘要：目前，磁場在農(nóng)業(yè)與醫(yī)學(xué)上已有廣泛的應(yīng)用，但將其作為食品保鮮技術(shù)方面的研究相對匱乏，本文總結(jié)了磁場在細(xì)胞、遺傳因子以及生物大分子層面的生物學(xué)效應(yīng)，并對其在果蔬貯藏保鮮上的應(yīng)用進(jìn)行分析和展望，以期為磁場在貯藏保鮮上的研究提供參考。

關(guān)鍵詞：磁場；保鮮；貯藏特性

早在1896年，磁場對神經(jīng)系統(tǒng)作用的研究就已被報(bào)道[1]。后來，磁場抗炎、促進(jìn)骨生成、促進(jìn)血管神經(jīng)再生等作用[2]也相繼被發(fā)現(xiàn)。近年來，磁場對于貯藏性質(zhì)方面的研究也取得了一定的進(jìn)展，磁場已經(jīng)被證明對延長多種果蔬的貯藏期有效果。

磁場應(yīng)用于果蔬保鮮具有操作簡便，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，無毒無害，對果蔬和環(huán)境不殘留不污染等優(yōu)點(diǎn)；但是，操作不當(dāng)也可能會出現(xiàn)反效果。國內(nèi)外已經(jīng)對生物磁場進(jìn)行了很多研究，對其保鮮機(jī)理也進(jìn)行了多方面的探討，本文對近年來生物磁學(xué)和其對保鮮方面影響的研究工作的一些進(jìn)展進(jìn)行小結(jié)和分析。

1　生物磁學(xué)概述

1.1磁場的產(chǎn)生

磁場是在一定空間區(qū)域內(nèi)連續(xù)分布的矢量場，磁體周圍存在磁場，磁體間的相互作用就是以磁場作為媒介的。由于磁體的磁性來源于電流，電流是由電荷的運(yùn)動所產(chǎn)生的，大量向同一方向運(yùn)動的電子產(chǎn)生的磁子氣旋疊加起來，形成了導(dǎo)線周圍的旋轉(zhuǎn)磁場，這就是電流流過導(dǎo)體產(chǎn)生磁場的整個過程，持續(xù)不斷的電流則維持了這一過程[3]。因而概括地說，磁場是由運(yùn)動電荷或電場的變化而產(chǎn)生的，而交變磁場則是磁場強(qiáng)度和方向在規(guī)律變化的磁場，一般情況下只有在通以交流電的電磁線圈周圍才會產(chǎn)生交變磁場。穩(wěn)恒磁場是磁場強(qiáng)度和方向保持不變的磁場，通常在通以直流電的情況下產(chǎn)生。

1.2磁場的生物學(xué)特性

生物是具有磁性的，生物體內(nèi)存在著順磁性物質(zhì)與逆磁性物質(zhì)。磁性、外加磁場、環(huán)境磁場和生物體內(nèi)的磁場都會對生物組織和生命活動產(chǎn)生影響，即磁場的生物效應(yīng)。磁場生物效應(yīng)宏觀現(xiàn)象包括臨界磁場效應(yīng)，磁場矢量效應(yīng)，磁場積累效應(yīng)，磁場滯后效應(yīng)，放大效應(yīng)以及磁場影響生物體的磁水效應(yīng)等。磁場在很寬的范圍內(nèi)（10 GS～104 GS）均可產(chǎn)生生物學(xué)效應(yīng)，不同劑量的磁場對生物體也會產(chǎn)生不同的效應(yīng)[4-5]。在磁場生物效應(yīng)研究中，通常使用的外加磁場有恒定磁場、交變磁場、脈沖磁場等。在低頻范圍（頻率為0～300 Hz）內(nèi)，磁場對生物體器官、組織、細(xì)胞、大分子等不同層次的影響主要表現(xiàn)為非熱效應(yīng)的特點(diǎn)[6]。

1.3磁場的生物學(xué)效應(yīng)及其機(jī)理

當(dāng)生物體處于適合于自身生長發(fā)育的磁場強(qiáng)度范圍內(nèi)時，才會使生物體內(nèi)產(chǎn)生一系列的生物效應(yīng)。磁場對于動植物的作用是多方面的，只有完善、全面的認(rèn)識磁場的生物學(xué)效應(yīng)機(jī)理，才能找到合適的磁場參量從而達(dá)到治療疾病及優(yōu)化相應(yīng)特點(diǎn)的最佳效果。目前國內(nèi)研究較成熟的成果[7]主要有：1）磁場對生物細(xì)胞的影響；2）磁場對遺傳因子的影響；3）磁場對生物大分子的影響。

1.3.1磁場的細(xì)胞生物學(xué)效應(yīng)

磁場通過對蛋白和酶中的過渡金屬離子的作用影響酶活性，進(jìn)而影響酶參與的新陳代謝反應(yīng)。電磁場對生物膜的離子轉(zhuǎn)運(yùn)能力的影響會導(dǎo)致一些生理和生化過程的變化，從而影響生物電活動的相關(guān)過程[8]。交變磁場又因頻率高低不同、作用時間長短不一也會產(chǎn)生不同的生物效應(yīng)，磁場生物學(xué)效應(yīng)是磁場和生物體兩者共同作用的結(jié)果[9]。

1.3.2磁場的遺傳因子效應(yīng)

DNA或RNA具有靠氫鍵等次級鍵作用形成的三維結(jié)構(gòu)。而這些弱作用力容易受到外界的干擾。在磁場作用下，DNA結(jié)構(gòu)也會發(fā)生相應(yīng)的變化[10]。黃德盈等[11]發(fā)現(xiàn)經(jīng)磁場作用過的DNA區(qū)段內(nèi)產(chǎn)生了新序列，證明了磁場作用能引起DNA點(diǎn)突變。

1.3.3磁場的生物大分子效應(yīng)

磁場不僅可以對DNA、RNA等核物質(zhì)產(chǎn)生作用，同時也能使氨基酸、可溶性蛋白酶等的含量發(fā)生變化，研究表明磁場對光合細(xì)菌脫氫酶影響的研究中發(fā)現(xiàn)磁場有累積效應(yīng)，在最佳磁場條件下，隨著磁場作用時間的增長，脫氫酶活力增加[12]。同時，磁場也可以對自由基產(chǎn)生作用，在很多生命活動中都伴有自由基的產(chǎn)生、變化、減少或消失。細(xì)胞的程序化死亡，光合反應(yīng)，種子萌發(fā)過程中過氧化物酶體的活動等生命過程中都有自由基的活動。自由基既帶電荷，又有磁矩，所以在外界磁場的作用下，自由基也會受到磁場力的作用[13]。

2　磁場處理在果蔬貯藏保鮮中的應(yīng)用實(shí)例及分析

磁場作為一種物理技術(shù)，在近些年逐步被應(yīng)用于生物、化學(xué)、醫(yī)學(xué)等各個學(xué)科領(lǐng)域，其在果蔬貯藏保鮮方面的作用也逐步被應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)操作中。磁場能通過影響果蔬采后內(nèi)部的生理生化反應(yīng)，從而延緩其衰老、腐爛過程，國內(nèi)外相關(guān)研究已經(jīng)能夠很清晰地解釋其相關(guān)的生理機(jī)制。

2.1磁場處理對鳳尾菇生長效應(yīng)的影響

鳳尾菇為真菌，含有豐富的蛋白質(zhì)、氨基酸及多種維生素、礦物質(zhì)。同時其含有大量生理活性物質(zhì)，能夠誘發(fā)干擾素的合成，從而提高人體免疫力，鑒于其豐富的營養(yǎng)物質(zhì)及功效，鳳尾菇正在被越來越多的人所青睞。鄒凱等[14]的研究結(jié)果表明：在磁感應(yīng)強(qiáng)度1 000 Gs～6 500 Gs時，對鳳尾菇生長都有促進(jìn)作用，這是由于磁化水對鈣、鎂、碳酸鹽和其它無機(jī)物的溶解度增加，對氧的溶解度也增加，從而促進(jìn)鳳尾菇的生長。

2.2交變磁場處理對草莓保鮮效果的影響

草莓是非躍變呼吸型果實(shí)，含水量高，極易受機(jī)械損傷和微生物侵染腐爛變質(zhì)，而且由于其果實(shí)屬漿果，采后壽命極短，在常溫情況下，放置不久就會開始變色、變味和腐爛[15]。金江濤、鄭必勝等[16]的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在較高的磁感應(yīng)強(qiáng)度下，鈍酶、殺菌效果總體上隨磁感應(yīng)強(qiáng)度的增強(qiáng)而增強(qiáng)，隨脈沖數(shù)的增加而增強(qiáng)。

草莓經(jīng)過不同強(qiáng)度的交變磁場處理后，各項(xiàng)生理指標(biāo)都會隨處理時間的長短不同而發(fā)生變化，貯藏效果也不同。在4.22 A/m磁場強(qiáng)度下，經(jīng)處理的草莓，其腐爛率和失重率明顯優(yōu)于未處理過的草莓，其貯藏的效果明顯優(yōu)于未處理的草莓，VC含量也比未經(jīng)處理的大，但其可溶性糖含量比未處理的小；pH和呼吸速率也比未處理的要小。從而有效地延長了草莓的貯藏時間，增進(jìn)了草莓的保鮮效果[17]。

2.3交變磁場處理對蓮藕切片保鮮效果的影響

蓮藕是一種多年生水生植物，含水量高、皮薄、容易損傷，加之生長在水中，收獲后由于改變了生存條件，生理變化加劇，在一般條件下放置5 d就會出現(xiàn)表皮褐變、萎蔫等現(xiàn)象，嚴(yán)重時內(nèi)部可食部分也出現(xiàn)褐變，同時組織纖維化，嚴(yán)重影響食用品質(zhì)[18]，通過磁場對蓮藕進(jìn)行處理，可有效延長鮮切蓮藕貯藏期。高夢祥、張長峰等[19]的研究結(jié)果表明：鮮切蓮藕切片經(jīng)過不同強(qiáng)度的磁場處理后，各項(xiàng)生理生化指標(biāo)會隨著貯藏時間的增加發(fā)生了顯著的變化，貯藏的效果也都有所不同。磁場強(qiáng)度為1.2 A/m的交變磁場處理的鮮切蓮藕切片與對照組相比，保鮮貯藏效果明顯占優(yōu)，外觀評定最好。此強(qiáng)度的磁場能夠抑制多酚氧化酶活性，減慢蓮藕切片褐變速度，延長其貯藏時間，最大程度的保持蓮藕切片的新鮮度。1.2 A/m的交變磁場處理期間，鮮切蓮藕切片中還原糖含量比對照組的消耗量??；VC含量損失比對照組?。籶H比對照組小。從而保持了蓮藕采后呼吸作用緩慢進(jìn)行，更好地保持其新鮮程度，延長了蓮藕切片的貯藏壽命。

2.4交變磁場對葡萄貯藏保鮮效果的影響

葡萄果皮薄，果漿豐富，采后極易失水，在常溫下貯藏1 d～2 d即會發(fā)生果柄萎蔫、褐變、果粒脫落、皺皮及腐爛，大大降低了葡萄的品質(zhì)和商品價(jià)值。因此，在葡萄保鮮貯藏實(shí)踐中需采取特殊的保鮮處理技術(shù)。

高夢祥等[20]的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：磁場強(qiáng)度為0.87 A/m 和1.79 A/m的交變磁場處理果實(shí)的腐爛率、脫果率、出糖率均明顯降低，外觀也很好。其可溶性糖含量比對照組的降低幅度??；pH比對照組??；細(xì)胞膜的通透性降低；多酚氧化酶活性受到抑制，從而有效地延長了葡萄的貯藏時間。

同時，交變磁場可以同氣調(diào)包裝同時使用，可以促進(jìn)葡萄的果蔬，最大限度地延長其保質(zhì)期，相關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明[21]：經(jīng)電磁場處理與氣調(diào)包裝相結(jié)合的葡萄試樣，貯藏期間各項(xiàng)指標(biāo)均優(yōu)于空白對照試樣，適當(dāng)強(qiáng)度電磁場處理的試樣也優(yōu)于只用氣調(diào)包裝的對照試樣，說明電磁場處理可以對葡萄保鮮造成影響。其中以經(jīng)過電流強(qiáng)度為1A的電磁場處理結(jié)合氣調(diào)包裝保鮮效果最佳。

3　生物磁學(xué)農(nóng)用、醫(yī)用技術(shù)與磁場保鮮的聯(lián)系及分析

3.1磁化水對保鮮的影響

今年來，磁化水的研究漸漸引起重視，且已經(jīng)一定程度應(yīng)用在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中[22]。水經(jīng)由磁處理器處理時產(chǎn)生了殺菌、除垢、分離凈化和礦化等多種效果[23]，其多種物理、化學(xué)性質(zhì)都發(fā)生了變化，例如：表面張力系數(shù)、電導(dǎo)率、pH、溶氧量、化學(xué)位移等[24]。這種處理過的水，經(jīng)由植物體吸收會對各種生理指標(biāo)產(chǎn)生一定的影響。

生物體的組成成分中很大部分是水，那么經(jīng)由磁場處理后，生物體內(nèi)的水會產(chǎn)生相同的物理、化學(xué)性質(zhì)變化；這些體內(nèi)的磁化水很可能會對果蔬的貯藏特性產(chǎn)生影響。合理利用這些性質(zhì)的變化，應(yīng)該會對果蔬的貯藏產(chǎn)生有益的影響。

3.2骨組織磁化效應(yīng)與保鮮的聯(lián)系

骨組織主要表現(xiàn)出來的磁性為抗磁性，在不均勻的磁場中會受到抵抗磁場的磁化力。當(dāng)這個力足夠大，并且與重力的方向相反時，便可以產(chǎn)生模擬失重的效應(yīng)[25]。在磁場保鮮應(yīng)用中，處理過的果蔬可能也能產(chǎn)生模擬失重的效應(yīng)，進(jìn)而發(fā)生物理、化學(xué)性質(zhì)方面的變化，是果蔬的貯藏特性發(fā)生改變。

4　展望

磁場對于生命體影響的研究已經(jīng)取得一些進(jìn)展，但是在很多方面還沒能形成結(jié)論，甚至很多的試驗(yàn)結(jié)果都存在疑問。對于磁場保鮮，更是沒有權(quán)威性的機(jī)理闡明。所以，在今后的研究中應(yīng)該注意以下幾個方面：

1）磁場隨著地域和時間的不同存在著很大差異，所以在設(shè)計(jì)試驗(yàn)時應(yīng)當(dāng)充分考慮這些方面的問題，需要更加的系統(tǒng)化和嚴(yán)謹(jǐn)化，對于試驗(yàn)方法的確認(rèn)和誤差的干擾應(yīng)加強(qiáng)注意。只有在大量準(zhǔn)確系統(tǒng)的數(shù)據(jù)支持下才能得到正確的結(jié)論。

2）對于磁場各種因素的考慮應(yīng)該更加的完善，不能片面的只考慮個別的方向，對于磁場對生物體的可能的影響因素都應(yīng)予以重視，以期對磁場保鮮乃至磁生物學(xué)理論形成多方面的補(bǔ)充，使其能更準(zhǔn)確指導(dǎo)各領(lǐng)域的應(yīng)用研究。例如：直流磁場是否會影響生物體內(nèi)的正負(fù)離子，進(jìn)而影響信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，導(dǎo)致生理指標(biāo)的變化；交流磁場是否會擾亂生物體的電流信號等。

3）磁場計(jì)量學(xué)的研究也應(yīng)提起重視，不同的磁場強(qiáng)度，不同的處理時間都將對結(jié)論產(chǎn)生巨大影響。這點(diǎn)對于磁場保鮮方面尤其重要，不恰當(dāng)?shù)氖褂煤芸赡軐?dǎo)致反效果。

4）如文中介紹，磁場保鮮的應(yīng)用可以和很多其他方面聯(lián)系起來，互相指導(dǎo)，為本方面的研究提供新思路。

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DOI：10.3969/j.issn.1005-6521.2015.20.047

收稿日期：2013-12-24

基金項(xiàng)目：國家自然基金項(xiàng)目（31260406）；內(nèi)蒙古自然科學(xué)基金項(xiàng)目（2012MS0502）

作者簡介：高山（1989—），男（漢），在讀碩士，研究方向：生化與分子生物學(xué)。

*通信作者：王國澤（1975—），女（漢），教授，博士，主要從事農(nóng)產(chǎn)品加工與貯藏方向的研究。

Application of Magnetic Field to Fruit and Vegetable Preservation

GAO Shan1，WANG Xiu-juan1，WANG Guo-ze1，2，*
（1.Department of Food Science and Engineering，School of Mathematical Physics and Biology Engineering，Inner Mongolia University of Science and Technology，Baotou 014010，Inner Mongolia，China；2.Inner Mongolia Key Laboratory of Biomass-Energy Conversion，Baotou 014010，Inner Mongolia，China）

Abstract：Nowadays，the magnetic field has been widely used in agriculture and medicine areas，but rarely applied in fresh-keeping.The biological effect of magnetic field on cell，genetic factors and biological macromolecule was summarized in this paper，and also some magnetic field application examples about freshkeeping was analysed，wishing to provide a technical reference of fresh-keeping in fruits and vegetables.

Key words：magnetic field；preservation；storage characteristic