靜電場對紅富士蘋果保鮮作用研究

毛一博 馬盈盈

摘要：以紅富士蘋果為試驗(yàn)對象，每天經(jīng)過50 kV/m的靜電場處理2 h后，研究了蘋果在經(jīng)過靜電場處理后的感官品質(zhì)、失重率、褐變度及在500 Hz～1 MHz頻率范圍內(nèi)等效電容電學(xué)參數(shù)的對比變化。對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了分析，結(jié)果表明：經(jīng)靜電場作用后，蘋果的感官質(zhì)量、失重率、褐變度變化均比未處理的要小。說明靜電場處理對蘋果保鮮有一定的效果。經(jīng)靜電場處理后，隨著測量頻率的增大，不同貯藏天數(shù)的蘋果的等效電容值變化呈現(xiàn)下降趨勢，但較未處理的變化幅度小。

關(guān)鍵詞：靜電場;蘋果;保鮮;等效電容

中圖分類號：$661.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-9944（2019）18-0223-05

1引言

蘋果果實(shí)脆甜可口，其營養(yǎng)物質(zhì)可溶性大，極易被人體消化吸收，有“活水”之稱。其中含有的微量元素鉀能擴(kuò)張血管，對“三高”患者的病情控制有利;含有的微量元素鋅是人體內(nèi)許多重要酶的組成元素，能促進(jìn)人體的生長發(fā)育，同時(shí)與人體智力有關(guān)的核酸中也含有元素鋅，因此鋅對人體的智力發(fā)育也起到重要的作用。自1993年以來，我國一直保持著世界第一果蔬生產(chǎn)大國的地位。2016年，我國蘋果產(chǎn)量約為4380萬t·創(chuàng)造了近年來的產(chǎn)量新紀(jì)錄，在帶來巨大經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，如何延長蘋果的保鮮期成為人們聚焦的問題之一。

蘋果是呼吸躍變型果品中的典型范例，采摘后具有明顯的后期熟化過程，果實(shí)內(nèi)的淀粉會(huì)逐漸轉(zhuǎn)化成單糖即葡萄糖等，果實(shí)的酸度下降，果實(shí)退綠轉(zhuǎn)黃，硬度也逐漸減小。如果繼續(xù)貯藏，蘋果會(huì)因?yàn)楣麑?shí)內(nèi)營養(yǎng)成份的大量消耗而變得果肉綿軟、失脆進(jìn)而腐爛變質(zhì)。經(jīng)查閱文獻(xiàn)可知，現(xiàn)在常用的蘋果保鮮方法有通風(fēng)庫貯藏、冷庫貯藏、氣調(diào)貯藏等。作為新興的果蔬保鮮技術(shù)，靜電場保鮮也備受關(guān)注。靜電場保鮮是一種無污染、能耗少的物理保鮮技術(shù)。對于其機(jī)理的探究，前人也做過不少的試驗(yàn)研究。吳連連等人認(rèn)為靜電場的保鮮機(jī)制是利用高壓靜電本身帶有的高能量使得空氣發(fā)生電離，產(chǎn)生離子霧和O3。其中離子霧中的O2^-具有抑制果蔬與外界環(huán)境的物質(zhì)交換、使得果蔬的呼吸速率下降以及降低酶活性等作用;O3具有殺菌能力，對蘋果表面依附的細(xì)菌有一定的消滅抑制的作用。由于O2是一種強(qiáng)氧化劑，所以還能與C2H5OH、C2H4、CH3CHO等果蔬成熟時(shí)釋放的植物激素發(fā)生反應(yīng)，間接對果蔬起到保鮮的作用㈨。楊光德等人認(rèn)為果蔬在經(jīng)過靜電場的處理后，吸收了兩平行電極板間的能量，進(jìn)而使得果蔬內(nèi)部的能量的排布發(fā)生了改變，從而導(dǎo)致果蔬細(xì)胞膜上的電勢改變。場能的改變，正是靜電場的作用下的果蔬所獲得改變內(nèi)部相關(guān)結(jié)構(gòu)的能量，由于該場能的作用，使蘋果內(nèi)分子的無序排列，在一定水平上變得有規(guī)律，從而在細(xì)胞膜的里外產(chǎn)生附加電場，使得細(xì)胞膜電勢發(fā)生變化，與電子傳遞相關(guān)的生命現(xiàn)象受到影響，抑制了水份揮發(fā)速率，從而達(dá)到保鮮的作用。蔣耀庭則從靜電場和果蔬細(xì)胞膜的電位變化、O3的強(qiáng)殺菌氧化作用和氧負(fù)離子的殺菌作用等三方面來闡明如何利用靜電場進(jìn)行保鮮作用的機(jī)理。在一般狀況下，果實(shí)的皮殼帶正電，而內(nèi)部果核帶負(fù)電，果皮和果核所帶的正負(fù)電荷大小相等、符號相反。當(dāng)靜電場作用到被保鮮的蘋果時(shí)，在靜電場的作用下，e一向內(nèi)部果核堆積，同時(shí)，負(fù)電荷脫離果皮，使得果皮上累積了很多的正電荷，最后作用結(jié)果為果實(shí)內(nèi)外U值增大。根據(jù)文獻(xiàn)可知，電位差之變化對果蔬保鮮有一定的影響。電位差變化使得控制蘋果呼吸作用的酶的結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，使酶的活性受到影響，呼吸作用減弱，由呼吸作用引起的損耗也降低，從而起到果蔬保鮮的效果。

本試驗(yàn)以靜寧紅富士蘋果為樣品，采用負(fù)高壓直流靜電場，對不同保存時(shí)間的蘋果進(jìn)行靜電場處理。通過對其感官評價(jià)、失重率、電學(xué)參數(shù)、褐變度等參數(shù)的分析，確定靜電場處理對蘋果保鮮的影響。

2材料與方法

2.1材料與儀器

2.1.1實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)所用蘋果采自甘肅靜寧縣，在果實(shí)成熟階段在果園中選取樹齡、生長情況相同的紅富士采摘，摘后裝箱帶回實(shí)驗(yàn)室2℃條件下儲(chǔ)存6個(gè)月。實(shí)驗(yàn)前挑選大小均一，外觀色澤和成熟度相近的蘋果進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。蘋果樣品平均直徑為74.50～81.20 mm，質(zhì)量均在157.43～205.64 g的范圍內(nèi)。

L一抗壞血酸、聚乙烯吡咯烷酮（PVPP）、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為99.9%的乙醇、蒸餾水。所用試劑的純度均為分析純。

2.1.2實(shí)驗(yàn)儀器

LCR測試儀（型號：TH2828A，常州同惠電子股份有限公司），JM-B20002型電子天平，離心機(jī)（型號：TDL80-2B，上海安亭科學(xué)儀器廠），722N型可見分光光度計(jì)，GJ-2008型高壓靜電電源，PC機(jī)。

圖1的靜電場處理裝置，其工作原理是：交流電壓（220 V）一整流電路一濾波一震蕩電路一驅(qū)動(dòng)電路一升壓系統(tǒng)一整流一高壓靜電場。

2.2方法

2.2.1蘋果的感官評價(jià)

挑選兩個(gè)同樣大小，外觀色澤和成熟度基本一致的蘋果作為一組實(shí)驗(yàn)材料，共挑選15組。從蘋果的表皮皺度、色澤、大小3個(gè)指標(biāo)來進(jìn)行評價(jià)。

對蘋果感官評價(jià)的方法為加權(quán)評分法。該方法的具體內(nèi)容為：先把蘋果質(zhì)量規(guī)定為5級，每級的分?jǐn)?shù)定為Hm（H分別取值極好為90分、好為85分、次好為80.分、一般為75分、差為70分），并限止評判人員在評分時(shí)只能在這5個(gè)分值上取。然后規(guī)定被評蘋果的感官指標(biāo)ui（i=表皮皺度、色澤、大?。⒏髦笜?biāo)相應(yīng)的權(quán)重記為Xi（i=0.5、0.3、0.2），當(dāng)有K（K=3）個(gè)評委進(jìn)行評分后，統(tǒng)計(jì)對同一指標(biāo)評相同分?jǐn)?shù)的評委人數(shù)。設(shè)對第i個(gè)感官指標(biāo)Ui有Fij個(gè)評委將其評分為Hm分（m=1、2、3），那么由Ui及Xi所對應(yīng)的各Fij/K值所形成的評判矩陣可用表1的形式表示。

計(jì)算蘋果權(quán)值，對蘋果進(jìn)行感官評價(jià)。隨著貯藏時(shí)間的延長，蘋果的感官品質(zhì)不斷發(fā)生著變化，由于蘋果失水率的增大，蘋果表面會(huì)出現(xiàn)萎蔫以及腐爛等情況，感官品質(zhì)明顯下降，所以在蘋果貯藏15 d后，對蘋果的感官品質(zhì)等其他參數(shù)指標(biāo)停止測量。

2.2.2蘋果的失重率測定

使用電子天平（精度為0.01 g）測定蘋果果實(shí)的質(zhì)量，每個(gè)果實(shí)重復(fù)測量3次取平均值。然后計(jì)算失重率，失重率（%）=損失的質(zhì)量/初始質(zhì)量。計(jì)算得出失重率并繪制曲線。稱量時(shí)間為每天晚上8：40～9：00。

2.2.3蘋果等效電容的測定

將每組蘋果分兩類：一類不處理;一類經(jīng)50 kV/m的高壓靜電場處理2 h。將處理前后的蘋果放置在銅網(wǎng)箱內(nèi)兩塊平行電極板間，然后用LCR測試儀自帶的終端夾具與兩電極板連接。LCR測試儀選取1 MHz～500 Hz范圍內(nèi)的34個(gè)頻率點(diǎn)，在不同的頻率下測試蘋果的等效電容。最后對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析，構(gòu)建等效電容在不同頻率以及在不同頻率下的變化曲線。

2.2.4蘋果褐變度測定

分光光度計(jì)測量法根據(jù)褐變產(chǎn)物在420 nm波長下吸光度最大的特點(diǎn)測定蘋果果肉的褐變度。

在距離果心外圍O～1.5 cm處稱取果肉組織6 g，立即在冰浴上研磨，同時(shí)加入0.2 g的聚乙烯吡咯烷酮（PVPP）和0.2 g的L一抗壞血酸，防止研磨過程中果肉褐變，再用12 mL蒸餾水分次轉(zhuǎn)移到離心管中，在4000r/min下離心20 min，取2.4 mL上清液，加入95%的乙醇3.6 mL，搖勻，用722N型可見分光光度計(jì)在420 nm下測定吸光度值（A）。用吸光值代替褐變度。實(shí)驗(yàn)重復(fù)三次，取平均值。

3結(jié)果與分析

3.1蘋果感官品質(zhì)隨保存時(shí)間的關(guān)系

由圖3分析可得，隨著保存天數(shù)的增加，經(jīng)50 kV/m的靜電場處理過和未經(jīng)靜電場處

理的蘋果其感官品質(zhì)均呈下降趨勢。保存天數(shù)在1～5 d，處理后和未處理的蘋果，其感官品質(zhì)接近且都在85分之上，品質(zhì)很好。第六天之后，兩組的蘋果的感官質(zhì)量開始迅速下降，但是處理過的蘋果品質(zhì)下降速度較未處理的蘋果品質(zhì)下降速度小。11 d之后，經(jīng)靜電場處理和對照組未處理的蘋果感官品質(zhì)變化趨緩，其中處理過的蘋果感官品質(zhì)為75.5，屬于次好。未處理組的蘋果感官品質(zhì)在72～70之間，屬于一般。后對兩組數(shù)據(jù)進(jìn)行線性擬合y=a+b*x后，得到處理過的線性擬合直線斜率b1=0.748小于未處理的線性擬合直線斜率b2=1.385，說明經(jīng)靜電場處理的蘋果感官品質(zhì)下降速率比未處理過的小，可以采用靜電場對蘋果進(jìn)行處理，從而達(dá)到保鮮的目的。

3.2蘋果失重率的變化

在蘋果的貯藏過程中，蘋果失重率主要是指蘋果水分的流失。由圖4可知，處理過的和對照組即未處理組，其失重率均呈上升趨勢。隨保存時(shí)間的延長.蘋果失重率不斷增大。但可以明顯看出，經(jīng)50 kV/m的靜電場處理后的蘋果，其失重率變化幅度均在未處理組之下。將兩條曲線進(jìn)行線性擬合y=a+6*x后，得出處理過的直線斜率（b1=0.11369）小于未處理的直線斜率（b2=0.14667）。更直觀的得出，經(jīng)靜電場處理的蘋果其失重率較未處理的蘋果失重率小。說明靜電場處理對蘋果的失重?fù)p失有明顯的抑制作用，采用靜電場對蘋果保鮮是一種有效方法。

3.3等效電容的頻率特性

3.3.1 Cp的變化規(guī)律

并聯(lián)等效電容Cp是指LCR電橋測試儀接通并聯(lián)電路時(shí)，物體容納電荷的能力，它表示在一定的電位差下的電荷累積量。從圖5可以看出，在1 MHz～500Hz頻率范圍，隨著測試頻率的升高，蘋果果實(shí)處理前和未處理的并聯(lián)等效電容不斷減小。圖6為處理后的蘋果果實(shí)并聯(lián)等效電容的變化曲線，可以看出隨著測試頻率的升高，蘋果果實(shí)的并聯(lián)等效電容呈下降趨勢，但其趨勢較處理前的趨勢變化較緩，且曲線分布較集中。在不同保存時(shí)間下，蘋果的Cp隨頻率變化趨勢相似。

3.3.2Cs的變化規(guī)律

串聯(lián)等效電容Cs是指LCR電橋測試儀接通串聯(lián)電路時(shí)，物體容納電荷的能力。從圖8可以看出串聯(lián)等效電容均呈緩慢下降趨勢。圖9為處理后的Cs的變化曲線，Cs值較處理前及未處理的蘋果Cs大，且下降趨勢較前兩幅圖緩慢，同時(shí)曲線分布集中。在不同保存時(shí)間下，蘋果的Cs隨頻率變化趨勢相似。

3.4電學(xué)參數(shù)的時(shí)間特性

3.4.1

1 MHz頻率各電參數(shù)的變化曲線

在固定頻率1 MHz下，隨著保存天數(shù)的延長，無論處理與否，圖中Cp的變化趨勢均不斷上升。通過對數(shù)據(jù)進(jìn)行線性分析y=a+b*x，得處理前斜率b1=0.3871，處理后斜率b2=2.9671，處理差值斜率b2=0.9140，未處理斜率b1=1.3409，看出處理后斜率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于處理前和未處理的擬合直線斜率，即經(jīng)過高壓靜電場處理后，蘋果的電參數(shù)Cp值增大，蘋果內(nèi)儲(chǔ)存的電荷較處理前增多。

在固定頻率1 MHz下，隨著保存天數(shù)的延長，Cs值呈上升趨勢，但各曲線上升幅度不同，通過對數(shù)據(jù)進(jìn)行線性分析y=a+b*x，得處理前斜率b1=0.2518，處理后斜率b2=3.2706，處理差值斜率b3=1.1908，未處理的直線斜率b4=1.0682。處理后擬合直線斜率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于處理前和未處理的擬合直線斜率，即經(jīng)過高壓靜電場處理后，蘋果的電參數(shù)C5值增大（圖11、圖12）。

3.4.2 100 kHz頻率各電參數(shù)的變化曲線

在100 kHz頻率下，隨著保存天數(shù)的延長，不同狀態(tài)下Cp值均不斷增大。但其上升幅度均不同。處理前擬合直線斜率b1=0.02907，處理后擬合直線斜率6：=0.37086，未處理擬合直線斜率b4=0.11775。貯藏到第七天時(shí)，從擬合直線可以看出處理后和未處理的cp值相等，約為4×10^-11F，7 d后，處理后cp以大于未處理的Cp值繼續(xù)上升，到第九天時(shí)，處理前后值相同，大約5.5×10^-11F。9 d后，處理后的Cp值繼續(xù)上升，而處前的Cp值變化趨緩。

在100 kHz頻率下，隨著保存天數(shù)的延長，不同狀態(tài)下cs值均不斷增大。通過對cp圖的分析，可以看出Cs值和Cp值的變化呈相同趨勢（圖13、圖14）。

3.5蘋果的褐變度的變化規(guī)律

蘋果褐變是由于果肉中的酚類物質(zhì)與空氣中的氧氣相遇而被氧化，使得果肉呈褐色的現(xiàn)象。由圖15可知，經(jīng)靜電場處理過和未處理過的兩組果實(shí)褐變度均呈波動(dòng)狀態(tài)。且經(jīng)靜電場處理過的果實(shí)褐變度較未處理過的果實(shí)褐變度要小，對兩條曲線進(jìn)行線性分析得：處理過擬合直線斜率b1=0.000325小于未處理的擬合直線斜率b2=0.00108。因此可以得出結(jié)論，經(jīng)靜電場處理后，果肉的褐變程度小于未經(jīng)處理的，所以利用靜電場對蘋果進(jìn)行保鮮是一種有效方法。

4結(jié)語

通過本次研究，得出利用靜電場處理對蘋果進(jìn)行保鮮有一定的效果。經(jīng)50 kV/m的靜電場處理后，通過對試驗(yàn)結(jié)果的分析表明。

（1）經(jīng)靜電場作用后，蘋果的感官質(zhì)量、失重率、褐變度變化均比未處理的要小。說明靜電場處理對蘋果保鮮有一定的效果。

（2）經(jīng)靜電場處理后，蘋果各項(xiàng)電參數(shù)的頻率特性為：隨著測量頻率的增大，不同保存天數(shù)的蘋果的Cp、Cs值均下降，較未處理的變化幅度緩慢。