高压交变电场在水产品保鲜中的应用

沈莹杰++杨水兵++蔡勇++方辉

摘要 本文研究应用于船用或冷链运输等小型冷库的高压交变电场水产品保鲜装置，实现水产品低温微冻保鲜。高压交变电场保鲜装置主要由电压可调交流电源、变比可调变压器、安全电阻和电场发生装置组成，其中电场发生装置布置于小型冷库或冰柜中，实现电场叠加的微冻保鲜。最后以南美白对虾为试验样品，研究在交变电场叠加作用下的微冻保鲜效果（电场强度为8600V/m，环境温度为-3℃）。结果表明，在交变电场作用下，蛋白质的流失率和细菌总数明显下降。

关键词 交变电场；微冻保鲜；水产品

中图分类号 TS207.7 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2017）22-0243-03

Abstract This paper studied the high voltage alternating electric field preservation device for small-scale cold storage of marine or cold chain transportation，and realized the low temperature micro-freezing preservation of aquatic products.The high voltage alternating electric field preservation device was mainly composed of a voltage adjustable AC power supply，a variable ratio adjustable transformer，a safety resistance and an electric field generating device，which in the electric field generating device was arranged with a small cold storage or a freezer，and the electric field was superimposed. Finally，taking Penaeus vannamei as test samples，the cryopreservation effect was studied（electric field intensity was 8 600V/m，ambient temperature was -3℃）under the effect of alternating electric field superposition.The results showed that under the action of alternating electric field，the protein loss rate and the total number of bacteria of Penaeus vannamei decreased significantly.

Key words alternating electric field；micro-frozing preservation；aquatic product

水产品富含营养物质，但同时富含大量的水分，极易腐烂，每年有大量渔获物在运输或存储过程中因保鲜问题而导致品质下降，甚至腐败。此外，由于我国海洋渔业资源日益匮乏，加之人们对水产品需求量日益增大，使我国海洋渔业不得不扩大船型，由近海渔业渐渐向远洋发展，而远洋渔业的发展不仅要求增加生产量，还要求在长时间内能尽可能地保持鱼品的质量与鲜味，以便能满足大众多样化需求，进而达到提高渔业效益的目的。因此，渔获物的保鲜问题一直困扰着海洋捕捞业的发展。

目前，水产品渔获物的保鲜主要是采用低温冷藏冷冻的方法，一般选择0～4 ℃冷藏、-4～-1 ℃冷冻及-40～-18 ℃冻藏这3个温度带[1]。通常温度较高的冷藏保鲜期很短，仅能维持几天，低温冷冻的保鲜期较长，但长期低温冷冻会导致水产品不可预测的蛋白质变性、持水力下降、解冻后汁液流失等品质的劣化，使水产品的鲜度和美味大幅降低。同时，使用传统冰冻保鲜的渔船在出海时，往往带碎冰作业，渔获入仓时和碎冰混合，导致不可避免的鱼体机械损伤，微生物侵染无法得到控制；渔获物中心温度一般>0 ℃，肌肉内各种内源性劣化酶未能得到有效抑制，船上保鲜不当残留外源微生物互相作用，导致水产品在捕捞源头品质和鲜度都急剧下降。因此，本文主要针对船用或冷链运输等小规模冷库的冷冻保鲜技术进行改进，利用高压交变电场保鲜技术对水产品进行微冻保鲜，既能保持水产品原有的鲜度和品质，又能延长其保鲜期。

高压交变电场保鲜技术的主要机理是利用高压交变电场的微波效应，抑制冰晶的形成[2-3]。细胞膜内的水分子受电场力的作用，失去了在分子簇中的平衡状态，能有效抑制冰晶成核，既能抑制细胞自身新陈代谢活动，又不破坏细胞组织结构，减少营养物质的流失。同时高压交变电场能使微生物的细胞膜发生电穿孔[4]，使其细胞质流出而死亡，起到杀菌灭活的作用。因此，相比传统冷冻保鲜技术，高压交变电场保鲜技术能有效延长食材的保鲜时间，抑制细胞膜内的冰晶生长成核，避免营养物质大量流失，同时抑制细菌的大量滋生，让食材在解冻后食用的口感基本不变。

1 高压交变电场

如图1所示，高压交变电场保鲜装置由多波形变频交流电源、高频变比可调变压器、安全电阻和电场发生装置组成。装置利用多波形变频电源输出不同频率和波形的交变信号，经高频变比可调变压器升压后接入到电场发生装置的电极板，高压电路段串联1个安全电阻，起保护作用。

多波形变频交流电源由MAX038函数信号发生芯片、单片机和外围D/A数模转换电路输出高频信号组成，并对输出信号进行自动反馈形成闭环控制，提高输出信号频率的精度。高频变比可调变压器可输出0～3 000 V高压交流电，内部由低压变比可调变压器和固比高电压升压变压器组成，低压变比可調变压器可调节输出电压范围为0～220 V，固比高电压升压变压器调节范围为220～3 000 V。安全电阻内部由1个高阻值的电阻和漏电保护器串联而成，将电流控制在人体安全值范围内（0～4 mA），避免工人发生触电现象。endprint

2 电场发生装置结构设计

电场发生装置主要由耐高压绝缘壳体、储物隔板和电极板组成，利用电极板将高压交流电转换成交变电场。电场强度由极板间电压和间距决定，电场强度E为：

E（t）=■=■=Emsin（wt+φu）

式中，Em为最大电场强度，w为角频率，φ为初相位。可以看出，在电压一定的情况下，极板间的距离越小，电场强度越大。因此，本文将电场发生装置设计成极板间距多级可调，在电压较低的情况下获得更高的电场强度，提高安全系数。

如图2所示，电场发生装置的放电原理为传统的正负极放电模式，电场由多个电极板叠加而成，在相同电压下各个极板间的电场强度因极板间距不同而不同，满足不同水产品最优化的微冻电场保鲜[5]。电场发生装置的结构如图3所示，电场发生装置由多个储物隔板叠加而成，储物隔板由电极板和2块绝缘板组成，电极板接线端连接防水快拆接头，便于安装和拆卸储物隔板进而调整隔板间的间距。

3 电场叠加微冻保鲜试验

为研究高压交变电场保鲜装置对水产品保鲜效果的影响，本文选取南美白对虾进行电场叠加微冻保鲜试验。如图4所示，试验装置为高压交变电场保鲜装置和高精度温控冰柜，试验分为2组同时进行，一组进行电场叠加，另外一组无电场叠加。试验条件：环境温度为-3 ℃，电场波形为正弦波，电场强度为8.6 kV/m，频率为50 Hz。试验的检测指标主要为挥发性盐基氮（TVB-N）和菌落总数（TVC），经过20 d的微冻保鲜试验后，结果如图5～6所示。

挥发性盐基氮（TVB-N）值是水产品鲜度评价的重要指标，TVB-N值反映内源性酶和微生物的作用分解蛋白质及其非蛋白类物质产生的具有挥发性的氨、二甲胺和三甲胺等的程度，一般认为其含量越低则样品新鲜度越高[6]。从图5可以看出，电场组和对照组TVB-N值均随着贮藏时间的延长而呈现上升的趋势，其中电场组的上升速度较缓慢。对照组TVB-N值在16 d就达到了25.4 mg/100 g，而电场组TVB-N值在19 d时才达到22.5 mg/100 g。

从图6可以看出，对照组和电场处理组都表现出了菌落总数先下降后上升的趋势。前期的下降是由于部分温度不耐受的菌在温度突然变化的情况下失活。后期随着贮藏时间的延长，菌落总数逐渐增长。电场组的菌落总数增长速度远低于对照组。对照组在13 d时的TVC值已达到6.4 lg（CFU/g），而此时电场组仅为4.4 lg（CFU/g），电场叠加具有很好的杀菌作用。

通过试验结果可以看出，在相同条件下，南美白对虾在电场叠加下保存的时间较长，新鲜度比传统的微冻保鲜方式要高，而且电场叠加具有一定的杀菌作用，能很好地抑制细菌的大量滋生。

4 结论与讨论

本文提出了一种应用于船用或冷链运输等小型冷库的高压交变电场叠加的保鲜方法，并完成了高压交变电场保鲜装置的设计。通过试验结果可以看出，本文的高压交变电场保鲜装置能很好地延长水产品在微冻环境中的保鲜时间，同时能抑制细菌的滋生。为了满足电场叠加对不同水产品的保鲜要求，后期将继续研究不同电场强度、波形和频率对水产品微冻保鲜的影响。

5 参考文献

[1] GALLART-JORNET L，RUSTAD T，BARAT J D，et al.Effect of super-chilled storage on the freshness and salting behavior of Atlantic salmon fillets[J].Food Chemistry，2007，103（4）：1268-1281.

[2] HANYU Y，ICHIKAW A M，MATSUMOTO G.An improved cryo-fixation method：cryo-quenching of small tissue blocks during microwave irrad-iation[J].J Microsc，1992，165（1）：225-235.

[3] JACKSON T H，UNGAN A，CRITSER J K.Novel microwave technology for cryopreservation of biomaterials by suppression of apparent ice form-ation[J].Cryobiology，1997，34（2）：363-372.

[4] BARBA F J，GRIMI N，VOROBIEV E.New approaches for the use of non-conventional cell disruption technologies to extractpotential food additives and nutraceuticals from microalgae[J].Food Engineering Reviews，2014，7（1）：45-62.

[5] 王丽萍，李苑，余海霞，等.高压电场对生鲜食品保鲜机理研究進展[J].食品科学，2017，38（3）：278-283.

[6] 张本华，郭超.高压电场处理黄瓜保鲜贮藏试验[J].农机化研究，2012，34（12）：144-147.endprint