高压静电场对果实呼吸作用及相关酶影响综述

叶春苗

（辽阳职业技术学院，辽宁辽阳 111000）

高压静电场对果实呼吸作用及相关酶影响综述

叶春苗

（辽阳职业技术学院，辽宁辽阳 111000）

高压静电场是利用平行电极产生的静电场实现对果蔬保鲜的一种技术。分析高压静电场对果实呼吸作用和内含酶的影响，并对其开发前景进行展望，以期为高压静电场保鲜技术应用提供一定的理论依据。

高压静电场；呼吸作用；酶

0 引言

目前，国内外常用的果品蔬菜的贮藏保鲜技术主要有冷藏、气调贮藏保鲜和减压贮藏保鲜等，辅助化学方法有防腐保鲜剂保鲜、重蒸等，物理方法有热处理保鲜、涂层保鲜、辐射处理和电磁处理等。除了以上几种已在国内外应用于生产实践的保鲜技术外，新技术还有水贮藏保鲜、冰点贮藏法、超声波加速器保鲜、生物技术保鲜及电子技术保鲜等[1]，并向着多种保鲜技术综合应用的方向发展。例如，计算机控制的自动化保鲜，即新型低毒保鲜剂的研究开发，不仅提高了保鲜效果、延长保鲜时间，还降低了成本。

高压静电场（HVEF）对果蔬进行保鲜是采用平行电极产生高压静电场，通过变压器升压产生高压直流电压，由高压绝缘管导入冷藏箱或其他容器内的电极，从而在2个极板间的高压静电场之间进行保鲜。该电极可有多种导体材料制作，视具体需要而定。由此，在2个平行电极之间产生均匀的高压静电场。需要说明的是，实际上对果蔬起保鲜效果的是2个极板之间高压区内的电场强度。高压区内的电场强度可以通过调节电源电压和极板间距进行调节。另外，另一合适的地方设置对照区。通过改变 2个极板间的电压和距离设置不同参数，对果蔬进行贮藏保鲜效果的分析研究。这一作用效果可以通过反映其保鲜贮藏效果的多项指标（如硬度、质量变化、呼吸强度、跃变型果蔬呼吸高峰的出现时间，以及反映果蔬成熟衰老相关酶活性的相关酶活力变化情况、感官指标等），来衡量高压静电场对特定果蔬的贮藏保鲜效果。

1 高压静电场处理对果实呼吸作用的影响研究

试验发现，特定的高压静电场处理能降低试验样品的呼吸强度。在处理樱桃番茄的预备试验过程中，对照处理的呼吸高峰始终保持45 mg CO2/（h·kg）-1的较高水平，而100，150，200 kV/m·d的电场处理能使处理组的呼吸强度低于对照组。在HVEF正式处理樱桃番茄的试验过程中，也相应出现了在大部分时间内电场处理组的呼吸强度比对照组低的情况，虽然差值不大，但电场的作用已经体现出来了[2]。通过一些资料分析，结合试验处理过程，对HVEF处理降低样品呼吸的作用机理作出如下讨论分析。

呼吸作用是细胞内的呼吸底物在一系列酶参与下的生物氧化过程，经过许多中间环节，将生物体内的复杂有机物分解为简单物质（如有氧呼吸的终产物CO2和H2O，无氧呼吸的终产物C2H5OH等）。真核细胞内存在着2种主要的呼吸链：DADH呼吸链和FADH2呼吸链，在这些呼吸链中，电子从呼吸底物进入呼吸链，经过一系列中间传递过程，最终交给O2生成H2O，从而释放出大量能量供细胞利用。而电子在呼吸链的传递过程主要由铁硫蛋白（Fe-S）、细胞色素（Cyt）体系中的Fe等作为传递的中间媒介来完成，其传递电子的机理主要是通过铁硫蛋白中的Fe离子或细胞色素中铁卟啉中的铁离子在不同价态之间的转变来完成，Fe3+接收电子还原为Fe2+，Fe2+传出电子后又氧化为Fe3+（Fe3++e←→Fe2+）。高压静电场处理使铁离子代谢紊乱，呼吸链的电子传递受阻，从而抑制了果实的呼吸作用。根据上述原理，高压静电场处理降低果蔬呼吸强度、延缓跃变型果实呼吸高峰到来的现象，可以从果蔬在采后进行的生物氧化过程中呼吸链电子传递紊乱的角度初步得到解释[2]。在试验过程中正好验证了这一点。李里特等人利用高压静电场处理硫酸亚铁溶液的研究结果显示，利用50 kV/m和100 kV/m高压静电场处理硫酸亚铁溶液，与对照相比可以明显地影响该溶液中Fe3+的含量[3]。这也从另一个侧面进一步验证了这一假说正确的可能性。

此外，影响果实呼吸作用的一系列酶都是蛋白质，蛋白质为两性电解质，既有带正电荷的氨基、带负电荷的羧基，还有其他各种带不同电荷的基团（如咪唑基、巯基、羟基、胍基等），其空间构象决定了其特殊的酶催化性质。在外加高压静电场的诱导下，其带有正负电荷的基团可能发生位移或重排，使酶的正确空间构象发生改变，使其催化活性发生改变，从而影响到果实的呼吸强度。这也从另外一个角度为HVEF处理降低呼吸强度、延缓呼吸高峰的到来建立理论依据。

2 高压静电场处理对果蔬内含相关酶的影响研究

通过试验研究证明，高压静电场处理能改变试验样品内含相关酶的活性。通过不同的电场处理，使得POD，CAT的活性与对照相比，有的偏高，有的偏低，甚至有的是前期高而后期低，但有的却相反。

先分析高压静电场处理能改变试验样品内相关酶活性的可能作用机理。

由生物化学理论可知，生物体内的一切化学反应几乎都在酶催化下进行，只要有生命的地方就有酶在起作用，生命不能离开酶。酶量与酶活性的改变，都会引起代谢的异常乃至生命活动的停止。细胞内大多数酶是生物细胞产生的、以蛋白质为主要成分的生物催化剂[4]；而蛋白质的功能是建立在其正确的构象基础之上，一旦酶蛋白的构象在外界条件（如物理因素、化学因素、生物因素等）的作用下发生改变，则该酶对外所表现出来的宏观作用也会相应地发生部分甚至全部改变。POD，CAT，SOD等酶是细胞内清除自由基的主要保护酶系统，同时它们又属于有金属离子构成的金属酶。高压静电场处理能改变试验样品内这些相关酶的活性，可能是通过影响酶的构象而影响其活性的变化，从而外在表现上体现出保鲜的作用。在活细胞的许多种生命分子中，除了酶以外，其他蛋白质是功能大分子，RNA和DNA是遗传大分子。这3类生物大分子在细胞内起非常重要的作用，它们在细胞内一定的环境中带有特定的电荷，易受到HVEF的外在影响。郭维生等人[5]研究静电场处理前后，淀粉酶的H-NMR谱（核磁共振谱）没有变化，从一个侧面说明外加电场不影响氨基酸残基结构及蛋白质的一级结构，但静电场处理后α-淀粉酶的X射线衍射谱发生了明显变化，表明高压静电场可导致α-淀粉酶高级结构的变化[5]。另有研究表明，高压静电场处理大豆种子提高淀粉酶的活性也是静电场通过改变酶的构象而实现，但是对果胶酶却没有这样的结果，解释这个现象的具体原因还不清楚。

3 高压静电场保鲜技术的开发前景及展望

食品工程中的各种操作单元随着现代科学的发展都向着高效率、低能耗、商品化等方向发展，许多领域的新兴技术都在不断地向食品工业渗透。随着食品工业的快速发展，由于当今世界石油、煤炭和天然气等自然资源的不可再生性，高压静电场以其能耗低、卫生、易操作控制、维护费低等特点，将可能逐渐成为食品工业发展的主流之一。高压静电场处理技术除了可对果蔬进行保鲜贮藏之外，还可用于食品的杀菌、干燥、加速冷冻食品的解冻过程等许多食品工业的操作单元之中。在人们越来越重视高效、节能和环保的今天，高压静电场保鲜技术的应用开发前景十分广阔[6]。尤其是将其应用于延长果蔬产品的货架期方面，更有诱人的潜力和开发前景。

4 结论

研究表明，高压静电场保鲜技术不但在理论上具有可靠性，在现实试验中又得到了充分验证，使得该项技术具有进一步推广的重大意义。在能源的不断枯竭、环保任务越来越重的今天，高压静电场保鲜技术以其绿色环保、能耗低、容易操作控制、维护费低等特点，具有开发出作为辅助保鲜手段的广阔前景。

[1]方胜，李英杰，陆守道，等.高压电场运用于加速食品解冻的研究 [J].食品工业科技，1999（1）：29-30.

[2]方胜，李里特.静电场对番茄保鲜过程的影响 [J].食品科学，1997（1）：5-9.

[3]方胜，李英杰，陆守道，等.利用高压静电场加速食品解冻的试验研究 [J].北京轻工业学报，1999（4）：1-6.

[4]郭维生，杨性愉，杨体强，等.高压静电场对α-淀粉酶构象的影响 [J].内蒙古大学学报，2001（3）：349-351.

[5]郭维生，杨体强，丁辉，等.高压静电场对鲱鱼DNA X射线衍射谱的影响 [J].内蒙古大学学报（自然科学版），2001，32（3）：258-260.

[6]黄炜，陈忆凤，陈永军，等.高压静电场对大米食用品质的影响 [J].粮食与饲料工业，2001（9）：7-9.◇

Effects of High Voltage Electrostatic Field on Fruit Respiration and Related Enzymes

YE Chunmiao

（Liaoyang Vocational College of Technology，Liaoyang，Liaoning 111000，China）

High voltage electrostatic field（HVEF）is a kind of technology which can be used on the preservation of fruits and vegetables by using the electrostatic field generated by the parallel electrodes.This article reviews on the effect of HVEF on respiration and effects on fruits and vegetables containing enzyme，and its application prospect，in order to provide a theoretical basis for the application of high voltage electrostatic field preservation technology.

high voltage electrostatic field；respiration；enzymes

S660.9

A

10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2017.01.029

1671-9646（2017）01a-0110-02

2016-10-24

辽宁省一般项目（L2014325）。

叶春苗（1979— ），女，硕士，讲师，研究方向为食品生物技术方面的教学与科研。