磁場(chǎng)技術(shù)在食品領(lǐng)域中的應(yīng)用及展望

曾冬杰，高夢(mèng)祥 (長(zhǎng)江大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，湖北 荊州 434025)

磁場(chǎng)技術(shù)在食品領(lǐng)域中的應(yīng)用及展望

曾冬杰，高夢(mèng)祥 (長(zhǎng)江大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，湖北 荊州 434025)

在介紹了磁場(chǎng)技術(shù)原理的基礎(chǔ)上，綜述了磁場(chǎng)技術(shù)在食品領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)展，并對(duì)磁場(chǎng)技術(shù)的發(fā)展作了展望。

食品；磁場(chǎng)技術(shù)；應(yīng)用

地球周圍存在著一個(gè)大的相對(duì)穩(wěn)定的磁場(chǎng)，一切生命物質(zhì)內(nèi)部又都存在著許多荷電物質(zhì)及帶有磁矩的微粒，它們?cè)诘卮艌?chǎng)的制約下，有規(guī)律地分布著、排列著、運(yùn)動(dòng)著，也正是由此才形成了千變?nèi)f化的生命現(xiàn)象。磁場(chǎng)分為穩(wěn)恒磁場(chǎng)和交變磁場(chǎng)，作為一種重要的物理場(chǎng)，它可以對(duì)生物體產(chǎn)生明顯的生物學(xué)效應(yīng)[1]。磁場(chǎng)技術(shù)最初只應(yīng)用于物理領(lǐng)域，隨著超導(dǎo)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和一些輔助儀器的迅速發(fā)展，磁場(chǎng)技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域正在逐漸擴(kuò)大[2-3]。磁場(chǎng)技術(shù)在醫(yī)療衛(wèi)生、化學(xué)和農(nóng)業(yè)的應(yīng)用也有大量的報(bào)道[4]，但在食品領(lǐng)域的應(yīng)用還沒有廣泛展開，然而隨著磁場(chǎng)技術(shù)的發(fā)展，其在食品中的應(yīng)用和發(fā)展也會(huì)越來越廣泛。為此，筆者在介紹了磁場(chǎng)技術(shù)原理的基礎(chǔ)上，綜述了磁場(chǎng)技術(shù)在食品領(lǐng)域的應(yīng)用。

1 磁場(chǎng)技術(shù)的基本原理

磁場(chǎng)對(duì)帶電離子和極化分子產(chǎn)生洛侖茲(Lorenz)力而改變其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，從而對(duì)生物產(chǎn)生不同層次的效應(yīng)。根據(jù)電磁感應(yīng)原理，變化的磁場(chǎng)在它所通過的空間內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電場(chǎng)，而與該空間的電導(dǎo)率無關(guān)，在該空間中任意閉合圓周上產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，如果圓周上有導(dǎo)電介質(zhì)，便會(huì)產(chǎn)生感生電流，假設(shè)圓周上具有均勻?qū)щ姷纳锝M織，則生物組織內(nèi)會(huì)產(chǎn)生的感生電流。磁場(chǎng)的生物效應(yīng)就是生物體在磁場(chǎng)的作用下會(huì)產(chǎn)生一系列生理甚至遺傳方面的變化，是生物體內(nèi)能量的傳遞和物質(zhì)的交換的結(jié)果，這些效應(yīng)與生物體內(nèi)電荷有關(guān)，是由磁感應(yīng)強(qiáng)度、感應(yīng)電場(chǎng)強(qiáng)度和感應(yīng)電流密度3個(gè)參量單獨(dú)或共同作用的結(jié)果[5]。

2 磁場(chǎng)技術(shù)在食品領(lǐng)域中的應(yīng)用

2.1 改良、優(yōu)化傳統(tǒng)食品加工工藝

磁場(chǎng)在改變傳統(tǒng)的食品加工工藝方面主要應(yīng)用于蔗糖轉(zhuǎn)化和谷氨酸結(jié)晶。食品用的糖類主要是由蔗糖轉(zhuǎn)化來的，蔗糖酸催化水解得到葡萄糖和果糖的混合物。該催化反應(yīng)速率受溫度、pH影響較大。金增瑗等[6]研究表明，在一定的磁場(chǎng)強(qiáng)度下，蔗糖轉(zhuǎn)化的反應(yīng)速率常數(shù)增加，磁場(chǎng)在動(dòng)力學(xué)上影響反應(yīng)進(jìn)程。谷氨酸作為食品添加劑味精的主要成分，在實(shí)際的生產(chǎn)過程中，從母液流出的谷氨酸總量的僅為12%～15%[7]，而且晶體生長(zhǎng)習(xí)性較差，結(jié)晶時(shí)間長(zhǎng)、成本高、控制和操作難度大。而磁場(chǎng)—溶劑協(xié)同起晶法運(yùn)用到谷氨酸起晶過程，制得的晶種則比常用的工業(yè)晶種晶型完整、純凈、細(xì)小、均勻[8]，而且結(jié)晶收率比目前工業(yè)上常用的結(jié)晶工藝提高了約5個(gè)百分點(diǎn)，晶體的純度也有較大提高[9]。

2.2 改善食品的品質(zhì)

陳釀是葡萄酒生產(chǎn)過程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，但是自然陳釀過程緩慢，造成葡萄酒生產(chǎn)和上市周期過長(zhǎng)。為了縮短葡萄酒的陳釀，提高葡萄酒的品質(zhì)，張慶華等[10]在陳釀過程中引入磁場(chǎng)來強(qiáng)化和加速葡萄酒陳釀。磁場(chǎng)催陳是使酒中的極性分子在磁場(chǎng)作用下，極性鍵能減弱，增加游離氧的含量，促進(jìn)氧化反應(yīng)，從而有利于陳釀的進(jìn)行[11-12]。磁場(chǎng)強(qiáng)化和加速葡萄酒的陳釀，縮短了陳釀時(shí)間，節(jié)省了大量貯酒容器和空間，減少了工廠生產(chǎn)成本與周期，盡快地使葡萄酒達(dá)到最佳飲用期，縮短了葡萄酒的上市時(shí)間，提高了品質(zhì)。

2.3 保鮮果蔬，延長(zhǎng)貯藏期

近年來食用新鮮的水果日益受到人們的重視。由于水果多屬鮮果儲(chǔ)運(yùn)，呼吸強(qiáng)度高，含水量大，結(jié)構(gòu)松軟并易腐爛霉變。為解決水果穩(wěn)定儲(chǔ)存保鮮這一問題，國(guó)內(nèi)外都開展了對(duì)水果保鮮技術(shù)和方法的研究。目前水果保鮮技術(shù)主要有：(1)低溫氣調(diào)法；(2)小包裝保鮮；(3)化學(xué)保鮮劑法。但是從實(shí)際效果來看，這些方法一是成本較高，再是一些水分較多的水果仍達(dá)不到理想保鮮效果。因此對(duì)這些經(jīng)濟(jì)價(jià)值較高的水果來說投資少，成本低的新技術(shù)成為人們的重要需求[13]。因此，磁場(chǎng)技術(shù)作為一種新型保鮮技術(shù)可以應(yīng)用到水果保鮮上。劉劍虹等[14]研究了恒定磁場(chǎng)對(duì)番茄、香蕉、蘋果、芒果在貯藏期內(nèi)呼吸強(qiáng)度、外觀、失重的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：磁場(chǎng)處理水果具有明顯的抑制水果生理活動(dòng)水平，降低呼吸強(qiáng)度，減少水份蒸發(fā)，防止微生物侵入減緩霉變。張武杰等[15]利用冰柜為試驗(yàn)裝置，研究磁場(chǎng)對(duì)果蔬的保鮮作用，也得到相似的結(jié)果：磁場(chǎng)對(duì)果蔬冷藏保鮮有一定的作用，且針對(duì)不同的種類效果也不同，特別是含水量多的蔬菜如生菜，持水能力有較大的提高。磁場(chǎng)對(duì)易保藏的水果如蘋果和梨感官影響較小。高夢(mèng)祥等[16]利用磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.87T和2.28T的交變磁場(chǎng)處理葡萄果實(shí)，其腐爛率、脫果率和出糖率更低。葡萄果實(shí)采后用交變磁場(chǎng)處理可以有效地提高其商品價(jià)值。磁場(chǎng)強(qiáng)度為4.22A/m的交變磁場(chǎng)處理草莓果實(shí)后，其腐爛率明顯降低，其可溶性糖含量比對(duì)照組的降低幅度??；pH比對(duì)照組??；VC含量比對(duì)照組大和呼吸速率比對(duì)照組小，外觀也最好[17]。洋蔥作為一種日常蔬菜，但因某些品種的洋蔥休眠期過短，易于過早萌動(dòng)發(fā)芽，使洋蔥完全喪失商品性。因此，有學(xué)者利用磁場(chǎng)抑制了洋蔥鱗莖的萌發(fā)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：適宜的磁場(chǎng)強(qiáng)度和處理時(shí)間降低了可溶性蛋白質(zhì)含量、可溶性糖含量、總淀粉酶活性，提高IAA氧化酶活性，從而抑制洋蔥的發(fā)芽[18]，延長(zhǎng)貯存期。交變磁場(chǎng)對(duì)蓮藕切片也有保鮮作用。研究表明，磁場(chǎng)強(qiáng)度為1.2T的交變磁場(chǎng)處理的鮮切蓮藕切片，其外觀最好，多酚氧化酶活性受到抑制，其還原糖含量比對(duì)照組的消耗量小，維生素C含量比對(duì)照組的損失量小，pH比對(duì)照組小[19]。從以上研究實(shí)例可以看出，磁場(chǎng)作為一種新興的技術(shù)，在食品冷藏保鮮中得到應(yīng)用，這可能是由于磁場(chǎng)對(duì)果蔬體內(nèi)微磁場(chǎng)的作用，影響了生物體內(nèi)的新陳代謝，延緩了程序化細(xì)胞老化死亡從而達(dá)到果蔬保鮮。并且磁場(chǎng)技術(shù)應(yīng)用于食品保鮮，無化學(xué)污染，不會(huì)對(duì)人體健康造成危害，具有較高的實(shí)用價(jià)值。

2.4 提高糧食作物種子、食用菌生長(zhǎng)活力

用磁場(chǎng)處理農(nóng)作物種子的生物學(xué)效應(yīng)已有一些報(bào)道[20-21]。研究表明：適宜的磁場(chǎng)可有效地提高苦蕎種子萌發(fā)期的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率，降低種子浸出液的電導(dǎo)率，進(jìn)而提高種子活力和增產(chǎn)潛力[22]。同樣，靜止磁場(chǎng)磁場(chǎng)處理種子后，種子及幼苗的α-淀粉酶活性提高了8.8%～82.4%，還原糖含量提高了2.9%～27.2%，葉綠素含量提高了7%～56.8%，過氧化物酶活性的變化不規(guī)律，平均產(chǎn)量提高了12.5%～42.5%[23]。

此外，在食用菌的生長(zhǎng)中進(jìn)行磁場(chǎng)處理，也可以提高其產(chǎn)量。王式媛等[24]研究了交變電磁場(chǎng)對(duì)平菇、姬茹、鳳尾菇、香茹、金針菇、靈芝、猴頭菌、木耳等8種食用藥用菌菌絲生長(zhǎng)的影響。結(jié)果表明，磁處理可使菌絲生長(zhǎng)速度加快，菌絲直徑增大，分枝數(shù)增多，因而菌落長(zhǎng)勢(shì)旺盛，菌絲粗壯、菌落致密，產(chǎn)量增加。磁感應(yīng)強(qiáng)度為500～6500Gs的磁場(chǎng)對(duì)鳳尾菇菌菌絲體生長(zhǎng)均具有明顯的促進(jìn)作用[25]，可提高食用菌的產(chǎn)量和質(zhì)量。

2.5 促進(jìn)微生物生長(zhǎng)、提高產(chǎn)物代謝量

隨著現(xiàn)代發(fā)酵工程技術(shù)的逐漸成熟，用微生物發(fā)酵合成各種食品添加劑和各種活性物質(zhì)越來越普遍，此時(shí)，在發(fā)酵過程中施加磁場(chǎng)，可以促進(jìn)微生物的生長(zhǎng)，延長(zhǎng)世代生長(zhǎng)，從而提高發(fā)酵產(chǎn)物的產(chǎn)量和質(zhì)量。用交變磁場(chǎng)處理啤酒酵母可以促進(jìn)啤酒酵母的生長(zhǎng)，菌液濃度最大可增長(zhǎng)34.01%[26]。此外，有研究發(fā)現(xiàn)，在外加恒磁場(chǎng)的作用下，可以延長(zhǎng)大腸桿菌的世代時(shí)間及衰亡速率[27]。這樣，采用基因工程向大腸桿菌導(dǎo)入其他基因，可以提高代謝產(chǎn)物的產(chǎn)量，降低成本。Alvarez等[28]用5～20mT的磁場(chǎng)作用乳酸乳球菌，0.02T處理12h生物量達(dá)到最大，比對(duì)照組提高了75%，0.005T處理4h，乳酸鏈球菌肽的產(chǎn)量達(dá)到最大，比對(duì)照組提高了37.5%。

3 磁場(chǎng)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)與前景

由于食品工業(yè)是產(chǎn)量大、利潤(rùn)低的行業(yè)，食品加工企業(yè)不太愿意把資金投入到周期長(zhǎng)的食品基礎(chǔ)研究中。相對(duì)而言，商業(yè)用的磁場(chǎng)設(shè)備比其他一般儀器要昂貴得多，限制了此種儀器在食品領(lǐng)域中的普及和用于食品研究的磁場(chǎng)技術(shù)的開發(fā)。但許多發(fā)達(dá)國(guó)家的大型食品公司已經(jīng)開始聯(lián)手投資對(duì)該領(lǐng)域的研究。

盡管磁場(chǎng)生物體的影響涉及到許多物質(zhì)與生物的微觀過程和生理生化反應(yīng)，與磁場(chǎng)效應(yīng)相關(guān)的一系列問題，目前國(guó)內(nèi)外尚無統(tǒng)一定論，許多磁場(chǎng)技術(shù)還處在實(shí)驗(yàn)室階段。但隨著磁場(chǎng)技術(shù)的進(jìn)一步完善，儀器新功能的不斷開發(fā)利用以及成本的進(jìn)一步降低，磁場(chǎng)技術(shù)在食品科學(xué)研究中將會(huì)有更為廣闊的前景。

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10.3969/j.issn.1673-1409(S).2012.08.013

TS201

A

1673-1409(2012)08-S039-03

2012-07-25

曾冬杰(1989 -)，女，河南周口人，碩士生，研究方向?yàn)榧t曲霉代謝的物理調(diào)控方法。

高夢(mèng)祥，E-mail：mxgao0398@yahoo.com.cn。