隨著生活水平的提高和生活節(jié)奏的加快，人們對(duì)食品在運(yùn)輸和貯存過(guò)程中的冷藏和冷凍，以及其他食品保鮮技術(shù)的依賴性越來(lái)越強(qiáng)，同時(shí)對(duì)食品口味以及材質(zhì)新鮮程度的要求也越來(lái)越高。控制從農(nóng)場(chǎng)到餐桌的食品中微生物的進(jìn)入和生長(zhǎng)，對(duì)于確保消費(fèi)者的健康以及最大限度地減少因腐爛而造成的食品損失十分重要，如何在保證方便快捷生活節(jié)奏的同時(shí)保證食品的質(zhì)量與安全也成為廣大人民關(guān)注的熱點(diǎn)。

在20世紀(jì)，冰箱的普及對(duì)于降低胃癌等消化道疾病的發(fā)生起到了重要的作用，超聲波、超高壓、電離輻射等先進(jìn)保鮮技術(shù)也逐漸得到應(yīng)用。本文將對(duì)磁場(chǎng)（一種穿透力強(qiáng)的物理場(chǎng)）對(duì)食品保鮮的影響進(jìn)行綜述，對(duì)目前關(guān)于不同類型磁場(chǎng)在食品保鮮中的應(yīng)用與研究進(jìn)展進(jìn)行總結(jié)、歸納和展望，以期為未來(lái)將磁場(chǎng)應(yīng)用于食品保鮮領(lǐng)域的研究與應(yīng)用提供基礎(chǔ)。

1 食品保鮮技術(shù)簡(jiǎn)介

一般來(lái)說(shuō)，食品在貯運(yùn)過(guò)程中發(fā)生的變質(zhì)主要是由微生物、食品本身含有的酶、生命自身活動(dòng)、氧化或者光引起的。而食品保鮮就是通過(guò)控制或抑制可能改變食品感官和營(yíng)養(yǎng)質(zhì)量的外部污染物 和/或內(nèi)部生物反應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

目前在實(shí)際生產(chǎn)中常用的食品保鮮技術(shù)主要可以分為物理、化學(xué)和生物保鮮技術(shù)三大類。但是，由于化學(xué)保鮮容易造成化學(xué)物質(zhì)殘留，近些年來(lái)人們更多地關(guān)注于生物保鮮技術(shù)和物理保鮮技術(shù)。尤其是物理保鮮中的非熱保鮮技術(shù)，能夠在正常環(huán)境溫度或接近正常環(huán)境溫度下使微生物失活，從而避免熱量對(duì)食物的風(fēng)味、顏色和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值產(chǎn)生不利影響，因此也受到人們更多地關(guān)注與研究。以下對(duì)這三大類保鮮技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)要的介紹。

1.1 物理保鮮技術(shù)

常見物理保鮮技術(shù)有低溫保鮮法、熱處理法、氣調(diào)包裝法和真空保鮮法等，還有一些較先進(jìn)的非熱技術(shù)，如超高壓保鮮、超聲波保鮮、電離輻射保鮮、磁場(chǎng)保鮮等。

低溫保鮮法就是利用低溫技術(shù)將食品溫度降低，并維持在低溫狀態(tài)以阻止食品腐敗變質(zhì)，延長(zhǎng)食品保存期。熱處理法即利用高溫來(lái)殺死微生物和一些孢子，并使酶失活，但是過(guò)度的熱處理也可能會(huì)導(dǎo)致蛋白變性、非酶褐變以及維生素和揮發(fā)性風(fēng)味化合物的損失等。

氣調(diào)包裝法指的是產(chǎn)品于密封于容器或包裝中之前，改變產(chǎn)品周圍的氣體成分或替換為非活性氣體，從而抑制細(xì)菌繁殖，對(duì)果蔬而言，還能夠有效抑制其呼吸作用。

真空保鮮法是采用抽真空的方法，除去包裝袋內(nèi)的空氣，再采用密封技術(shù)使食品處于包裝袋中與外界環(huán)境隔絕，從而有效防止脂肪氧化和需氧微生物的生長(zhǎng)，抑制酶活，延長(zhǎng)保存期。

超高壓是一種低溫巴氏殺菌方法，能通過(guò)破壞非共價(jià)鍵和細(xì)胞膜而使?fàn)I養(yǎng)微生物細(xì)胞失活，用于延長(zhǎng)保質(zhì)期和減少病原菌。超聲波利用聲波產(chǎn)生的能量，每秒至少有20000次振動(dòng)，這些機(jī)械沖擊可以破壞細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和功能成分，直到細(xì)胞裂解。電離輻射是通過(guò)將DNA片段化，減少或消除腐敗和致病微生物。

這些先進(jìn)技術(shù)還沒有被廣泛應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)中，一方面是因?yàn)槌杀据^高；另一方面則是因?yàn)檫@些技術(shù)也存在一定的問題，如超高壓可以改變蛋白質(zhì)和多糖的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致食物的質(zhì)地、外觀和功能發(fā)生改變，較高劑量的電離輻射可能會(huì)導(dǎo)致牛肉、豬肉和家禽肉的輕微顏色變化。而關(guān)于磁場(chǎng)保鮮，目前的相關(guān)研究相對(duì)較少，將在后面章節(jié)里詳細(xì)介紹。

1.2 化學(xué)保鮮技術(shù)

化學(xué)保鮮主要是通過(guò)化學(xué)保鮮劑對(duì)食品進(jìn)行保鮮。對(duì)于果蔬而言，化學(xué)保鮮劑包括吸附型防腐保鮮劑、溶液浸泡型防腐保鮮劑、熏蒸型防腐劑、蠟和涂膜劑。而對(duì)肉類而言，化學(xué)保鮮劑包括防腐劑、抗氧化劑、發(fā)色劑和品質(zhì)改良劑。但是化學(xué)保鮮的缺陷在于化學(xué)保鮮劑的毒性和殘留問題，據(jù)報(bào)道，2012年，在加利福尼亞州的草莓中就檢測(cè)出了近50種不同類型的化學(xué)物質(zhì)。

由于長(zhǎng)期使用傳統(tǒng)的化學(xué)保鮮劑會(huì)對(duì)人體健康和環(huán)境產(chǎn)生不利影響，目前也出現(xiàn)了一些更為環(huán)保的化學(xué)保鮮劑，如臭氧。臭氧能夠與微生物的胞內(nèi)酶、核物質(zhì)、被膜成分、孢子殼或病毒衣殼迅速發(fā)生反應(yīng)。它分解迅速，沒有氧化痕跡，不會(huì)留下任何殘留的有毒副產(chǎn)品，也不會(huì)改變食物的化學(xué)成分。除此之外，還有納米乳液、酸性電解水等都逐漸被應(yīng)用到食品保鮮中。

1.3 生物保鮮技術(shù)

生物保鮮技術(shù)的一般機(jī)理為隔離食品與空氣的接觸、延緩氧化作用，或是生物保鮮物質(zhì)本身具有良好的抑菌作用，從而達(dá)到保鮮防腐的效果。常見的生物保鮮技術(shù)包括天然抗菌劑、細(xì)菌噬菌體和生物保護(hù)性微生物。

天然抗菌劑有從植物體中提取的具有良好抗菌性成分的物質(zhì)如植物精油等；從動(dòng)物體中提取的溶菌酶、抗菌肽、殼聚糖、脂質(zhì)等；以及微生物的發(fā)酵產(chǎn)物，常見的有尼生素、兒茶素。噬菌體是一種新穎、環(huán)保、有效的生物保鮮方法，可以特異并有效地在各自的宿主細(xì)菌細(xì)胞中感染和繁殖，所以對(duì)人類、動(dòng)物和植物無(wú)害，被認(rèn)為是一種新型、環(huán)保的化學(xué)消毒劑的替代品。生物保護(hù)性微生物就是通過(guò)引入其他對(duì)人類有益的競(jìng)爭(zhēng)性微生物來(lái)防止微生物生長(zhǎng)，如乳酸菌，它作為肉類、牛奶、蔬菜和魚類的天然菌群在食品中的安全使用已有很長(zhǎng)的歷史。

近年來(lái)，有很多關(guān)于磁場(chǎng)生物效應(yīng)的研究，并且人們也開始從細(xì)胞和微生物水平探究磁場(chǎng)對(duì)食用動(dòng)植物作用的生物學(xué)效應(yīng)，希望能通過(guò)食物營(yíng)養(yǎng)特性、功效成分、結(jié)構(gòu)特征等方面的變化，尋求提高食品質(zhì)量的新途徑。磁場(chǎng)作為一種新型非熱保鮮技術(shù)也逐漸走進(jìn)人們的視野。本文對(duì)磁場(chǎng)與食品保鮮的研究進(jìn)展進(jìn)行歸納總結(jié)，旨在能夠?yàn)榇艌?chǎng)在食品保鮮中的應(yīng)用提供參考。

2 磁場(chǎng)分類及其應(yīng)用簡(jiǎn)介

磁場(chǎng)是一種看不見、摸不著但客觀存在的物理場(chǎng)。磁場(chǎng)主要可以分為穩(wěn)態(tài)磁場(chǎng)（也叫靜磁場(chǎng)、穩(wěn)恒磁場(chǎng)或者恒定磁場(chǎng)）和時(shí)變磁場(chǎng)兩種。其中，時(shí)變磁場(chǎng)即強(qiáng)度/方向隨時(shí)間變化的磁場(chǎng)，包括交變磁場(chǎng)、脈動(dòng)磁場(chǎng)和脈沖磁場(chǎng)。根據(jù)磁感應(yīng)強(qiáng)度，磁場(chǎng)又可以被分為弱磁場(chǎng)（小于1mT），中等磁場(chǎng)（1mT～1T），強(qiáng)（高）磁場(chǎng)（1～20T）和超強(qiáng)（高）磁場(chǎng)（20T及以上）。

近年來(lái)，磁場(chǎng)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，在工程技術(shù)領(lǐng)域，出現(xiàn)了磁場(chǎng)調(diào)制電機(jī)、應(yīng)用于電動(dòng)汽車的電磁離合器和永磁體機(jī)以及磁性粒子成像技術(shù)等，由此引出的磁場(chǎng)對(duì)生物體的安全性也越來(lái)越受到關(guān)注，這也進(jìn)一步促進(jìn)了磁場(chǎng)在生物領(lǐng)域的研究。

然而，磁場(chǎng)的應(yīng)用還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止這些，隨著人們對(duì)食品營(yíng)養(yǎng)和健康的追求，磁場(chǎng)在食品領(lǐng)域的應(yīng)用也開始嶄露頭角。從目前的研究進(jìn)展來(lái)看，磁場(chǎng)在食品加工中的應(yīng)用主要有磁場(chǎng)對(duì)食用菌、農(nóng)作物生長(zhǎng)和產(chǎn)量促進(jìn)以及磁場(chǎng)對(duì)食品保鮮的作用（包括食品殺菌和食品冷凍等）。本文集中討論磁場(chǎng)對(duì)食品保鮮的作用，以期為磁場(chǎng)輔助的食品保鮮技術(shù)的發(fā)展提供基礎(chǔ)。

3 磁場(chǎng)在食品保鮮中的研究進(jìn)展

3.1 靜磁場(chǎng)與食品保鮮

目前已有多項(xiàng)研究表明，一定參數(shù)的靜磁場(chǎng)（Static Magnetic Field, SMF）能夠?qū)σ恍┦称菲鸬酱龠M(jìn)保鮮的效果，并且多項(xiàng)研究表明，靜磁場(chǎng)能夠抑制多種細(xì)菌的生長(zhǎng)，從而有利于保持食品的新鮮度和品質(zhì)，靜磁場(chǎng)與食品保鮮研究見表1。

例如，2009年，A. El May等利用200mT的靜磁場(chǎng)處理沙門氏菌，發(fā)現(xiàn)磁場(chǎng)暴露3～6h能夠起到一定的抑菌作用。2012年，I. Bajpai等利用100mT的靜磁場(chǎng)處理燒結(jié)型羥基磷灰石中大腸桿菌和表皮葡萄球菌，發(fā)現(xiàn)磁場(chǎng)暴露120min時(shí)有最好的抗菌效果；并且通過(guò)對(duì)細(xì)菌細(xì)胞壁膜完整性和內(nèi)膜通透性的測(cè)定發(fā)現(xiàn)，磁場(chǎng)的存在還會(huì)影響細(xì)胞壁的完整性，導(dǎo)致細(xì)胞膜解體以及細(xì)胞間物質(zhì)的釋放。同年，M. Mihoub等也發(fā)現(xiàn)，利用200mT的靜磁場(chǎng)處理6h，能使鼠傷寒沙門氏菌野生型和dam突變型的生長(zhǎng)顯著降低。2017年，T. V. Balogu等發(fā)現(xiàn)，利用0.5T的靜磁場(chǎng)處理發(fā)酵乳飲料6天，乳飲料中的微生物數(shù)量明顯低于對(duì)照組，并且乳飲料在貯存6天后的感官質(zhì)量（外觀、香氣和質(zhì)地）沒有明顯變化，說(shuō)明磁場(chǎng)處理并沒有對(duì)乳飲料品質(zhì)造成破壞。

然而，目前無(wú)論從靜磁場(chǎng)對(duì)食品保鮮的效果還是從機(jī)制來(lái)講，都無(wú)法做出確切的結(jié)論。因?yàn)?，雖然有研究表明磁場(chǎng)能夠有助于食品保鮮，但也有研究表明靜磁場(chǎng)無(wú)此效果，甚至能夠促進(jìn)微生物的生長(zhǎng)。

例如，2012年，J. Filipi?等研究發(fā)現(xiàn)，17mT的靜磁場(chǎng)可以抑制大腸桿菌和惡臭假單胞菌兩種細(xì)菌的生長(zhǎng)，但是在電場(chǎng)強(qiáng)度為5mT和50mT時(shí)無(wú)明顯效果。2019年，夏廣臻等研究發(fā)現(xiàn)，以60Gs（1T= 10000Gs）為界，較低強(qiáng)度的磁場(chǎng)抑制了菠菜呼吸，提升了菠菜的保鮮效果，而高于60Gs強(qiáng)度的磁場(chǎng)促進(jìn)了菠菜的呼吸，使得菠菜營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消耗更快，大大縮短菠菜的保鮮貯藏時(shí)間。2019年，Tang Hengfang等用0～190mT磁場(chǎng)處理黃桿菌m1-14，發(fā)現(xiàn)暴露于190mT磁場(chǎng)時(shí)，黃桿菌m1-14的生物量和維生素K2的產(chǎn)量降低；而50mT、100mT、150mT磁場(chǎng)處理120h卻能增加黃桿菌m1-14的生物量和維生素K2的產(chǎn)量。

這些研究結(jié)果表明，靜磁場(chǎng)雖然能夠?qū)叩谋ｕr有一定的效果，但其效果與磁場(chǎng)參數(shù)直接相關(guān)，其作用可能存在窗口效應(yīng)，即只有特定特征和參數(shù)的磁場(chǎng)效應(yīng)才能產(chǎn)生特定的影響。因此，人們需要進(jìn)一步對(duì)不同參數(shù)的磁場(chǎng)進(jìn)行系統(tǒng)性研究，并探索其機(jī)制，從而為開發(fā)出更有效的磁場(chǎng)保鮮技術(shù)提供實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。

表1 靜磁場(chǎng)與食品保鮮研究

3.2 交變磁場(chǎng)與食品保鮮

除了靜磁場(chǎng)，交變磁場(chǎng)（Alternating Magnetic Field, AMF）也能對(duì)食品產(chǎn)生一定的保鮮效果，交變磁場(chǎng)與食品保鮮研究見表2。有趣的是，目前所報(bào)道的交變磁場(chǎng)與食品保鮮的數(shù)據(jù)均為有利結(jié)果，并且與所用磁場(chǎng)參數(shù)并無(wú)明顯關(guān)聯(lián)。然而，此方面的機(jī)制研究目前還十分缺乏，并且若進(jìn)一步檢測(cè)更多的測(cè)試對(duì)象及更多的磁場(chǎng)參數(shù)，是否還能得到一致有利的促進(jìn)保鮮效果，目前尚不清楚。但是這些研究表明，交變磁場(chǎng)在食品保鮮領(lǐng)域有著良好的潛在應(yīng)用前景，值得進(jìn)一步系統(tǒng)深入研究。

表2 交變磁場(chǎng)與食品保鮮研究

3.3 脈沖磁場(chǎng)與食品保鮮

目前，也有多項(xiàng)研究表明，脈沖磁場(chǎng)（Pulsed Magnetic Field, PMF）可以通過(guò)其殺菌作用，使食品品質(zhì)得到更好的保存，脈沖磁場(chǎng)與食品保鮮研究見表3。

表3 脈沖磁場(chǎng)與食品保鮮研究

例如，2004年，楊巧絨等研究了脈沖磁場(chǎng)對(duì)西瓜汁的殺菌效果，并對(duì)處理后的西瓜汁品質(zhì)進(jìn)行了評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)殺菌效果最好的條件為磁感應(yīng)強(qiáng)度7.59T、脈沖數(shù)15、西瓜汁溫度20℃。在最佳殺菌條件下，脈沖磁場(chǎng)對(duì)西瓜汁的色澤和還原性VC破壞最小，對(duì)西瓜汁中可溶性固性物含量和pH幾乎沒有影響。2019年，Lin Lin等研究了脈沖磁場(chǎng)對(duì)大腸桿菌O157：H7的處理效果，發(fā)現(xiàn)滅活效果與其脈沖數(shù)或脈沖強(qiáng)度呈正相關(guān)；并且當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度為8.0T，脈沖數(shù)為60時(shí)，對(duì)蔬菜汁處理3次，即可對(duì)蔬菜汁中的大腸桿菌O157：H7有預(yù)期的抗菌作用，并對(duì)其質(zhì)量沒有任何不利影響。

然而，2017年的一項(xiàng)研究檢測(cè)了中等強(qiáng)度的脈沖磁場(chǎng)對(duì)鮮牛肉的保鮮效果，發(fā)現(xiàn)脈沖磁場(chǎng)處理2h的鮮牛肉微生物生長(zhǎng)和肌紅蛋白含量有所降低，但是脈沖磁場(chǎng)處理了12天的鮮牛肉與對(duì)照組相比，品質(zhì)卻無(wú)明顯的差異，這表明磁場(chǎng)處理時(shí)間應(yīng)該是磁場(chǎng)作用于食品保鮮領(lǐng)域的一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)。但是總體而言，脈沖磁場(chǎng)的殺菌作用相對(duì)比較明確，因此在磁場(chǎng)保鮮領(lǐng)域有著一定的應(yīng)用前景。

3.4 磁場(chǎng)與食品冷凍

食品的冷凍保藏也是食品保鮮的常見方法，因?yàn)槔鋬瞿軌蚴故称分械挠坞x水固定化，進(jìn)而抑制微生物的生長(zhǎng)，減緩酶和化學(xué)降解反應(yīng)，從而減緩食品的變質(zhì)速度。但是在食品冷凍過(guò)程中，冰晶的大小對(duì)凍融食品的結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)以及凍干、冷凍濃縮等過(guò)程都至關(guān)重要。如果冰晶過(guò)大，就會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞膜破裂，在食品解凍之后，汁液損失嚴(yán)重，影響食品的品質(zhì)。

近年來(lái)出現(xiàn)了一些冷凍新方法，包括高壓冷凍、電磁輔助冷凍、超聲波輔助冷凍以及防凍蛋白。在微觀層面上，大多數(shù)新方法都有一定的能力來(lái)控制冰晶的形成和生長(zhǎng)，從而產(chǎn)生更小、更均勻、分布更規(guī)則的冰晶，改善冷凍食品的微觀結(jié)構(gòu)，提高其品質(zhì)屬性。

關(guān)于磁場(chǎng)輔助冷凍方面，早在2000年，ABI有限公司（日本千葉）就推出了一種稱為“CAS（cells alive system）冷凍柜”的系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用靜態(tài)和低頻振蕩磁場(chǎng)，而Ryoho冷凍系統(tǒng)有限公司（日本奈良）則從2003年起出售將靜態(tài)磁場(chǎng)和電磁波結(jié)合在一起的“質(zhì)子冰柜”。近幾年來(lái)在有相關(guān)研究表明，磁場(chǎng)對(duì)于食品的冷凍保鮮確實(shí)有一定的輔助效果，尤其是在控制冰晶生成方面。

3.4.1 靜磁場(chǎng)與食品冷凍

目前有多項(xiàng)關(guān)于磁場(chǎng)與食品冷凍的研究，但結(jié)果不一，見表4，可能與所用磁場(chǎng)參數(shù)直接相關(guān)。例如，2019年，夏廣臻研究發(fā)現(xiàn)，50Gs的靜磁場(chǎng)可以縮短牛肉冷凍相變階段；并且通過(guò)對(duì)冷凍后牛肉的pH、汁液流失率、揮發(fā)性鹽基氮測(cè)定，發(fā)現(xiàn)50Gs磁場(chǎng)可以改善牛肉品質(zhì)，但是100Gs的磁場(chǎng)對(duì)于牛肉的貯存卻有著負(fù)面的影響。2017年，宋健飛發(fā)現(xiàn)4.6Gs的靜磁場(chǎng)可以使豌豆、胡蘿卜快速通過(guò)最大冰晶生成帶形成細(xì)小冰晶，并且汁液流失率最低。

2013年，周子鵬研究了直流磁場(chǎng)對(duì)豬肉凍結(jié)的影響，結(jié)果表明，磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.46mT時(shí)，磁場(chǎng)能夠加快豬肉冷凍速率，促進(jìn)冷凍過(guò)程的進(jìn)行；磁感應(yīng)強(qiáng)度低于0.46mT時(shí)，對(duì)冷凍過(guò)程的影響不明顯；磁感應(yīng)強(qiáng)度在0.9～1.8mT時(shí)，反而延長(zhǎng)冷凍時(shí)間，降低冷凍速率，延緩冷凍過(guò)程。并且0.46mT磁場(chǎng)條件下凍結(jié)的豬肉持水性更高，汁液流失更少，其硬度和粘附性更小，彈性、凝聚性和咀嚼性提高，豬肉的品質(zhì)得到了提升。

表4 磁場(chǎng)與食品冷凍研究

3.4.2 振蕩磁場(chǎng)與食品冷凍

近年來(lái)，還有多項(xiàng)有關(guān)振蕩磁場(chǎng)（Oscillating Magnetic Field, OMF）（應(yīng)屬交變磁場(chǎng)）用于食品過(guò)冷保鮮的研究。過(guò)冷是指將產(chǎn)品冷卻到其通常冰點(diǎn)以下而不形成冰晶的過(guò)程，因而過(guò)冷保鮮能夠更好地保持食品品質(zhì)。K. Hirasawa等認(rèn)為振蕩磁場(chǎng)會(huì)導(dǎo)致水分子振動(dòng)來(lái)防止冰晶成核，從而有利于過(guò)冷狀態(tài)的保持。事實(shí)上也有研究顯示，振蕩磁場(chǎng)有利于保持過(guò)冷狀態(tài)。

例如，2019年，J. Y. Her等將鮮切蜜瓜于振蕩磁場(chǎng)（-8.0～8.0mT，1Hz）存在的條件下-5.5℃貯藏21天，發(fā)現(xiàn)保存的鮮切蜜瓜失水量顯著低于冷凍樣品，磁場(chǎng)處理的樣品細(xì)胞間結(jié)合緊密，未發(fā)現(xiàn)與冰晶形成相關(guān)的畸變細(xì)胞，很好地保持了過(guò)冷狀態(tài)，并且微生物分析、pH值、可滴定酸度、可溶性固形物含量測(cè)定表明，21天后過(guò)冷樣品的總體質(zhì)量與新鮮樣品無(wú)顯著差異。同年，其課題組還研究了振蕩磁場(chǎng)（10mT，1Hz）對(duì)鮮切菠蘿-7℃過(guò)冷保藏的影響，發(fā)現(xiàn)在振蕩磁場(chǎng)的存在下，菠蘿的過(guò)冷狀態(tài)保持14天，而未經(jīng)處理的樣品在24h內(nèi)形成冰晶，微觀結(jié)構(gòu)分析表明，過(guò)冷菠蘿中不存在由冰晶形成引起的細(xì)胞損傷，說(shuō)明振蕩磁場(chǎng)成功地抑制了過(guò)冷過(guò)程中的冰核形成。

2019年，Tan Yinying等研究了4mT、50Hz高均勻、多方向的振蕩磁場(chǎng)對(duì)鱷梨果泥冷凍（-20℃）的影響，雖然并未維持過(guò)冷狀態(tài)，但是最大冰晶形成的溫度帶縮短，形成冰晶變小，并且凍融后的鱷梨果泥與對(duì)照組相比具有更高的pH值和可溶性固形物含量，顏色和抗氧化活性與新鮮樣品相似，維持了更好的品質(zhì)。

然而，也有研究表明，振蕩磁場(chǎng)對(duì)食品的冷凍保存并無(wú)影響，尤其是低強(qiáng)度的振蕩磁場(chǎng)。以下幾個(gè)研究均基于CAS冷凍系統(tǒng)的振蕩磁場(chǎng)（見表4）。

例如，2015年，C. James等利用CAS系統(tǒng)對(duì)大蒜鱗莖進(jìn)行冷凍處理，CAS設(shè)置分別為關(guān)閉、10%、50%和100%（磁感應(yīng)強(qiáng)度為0、418μT、155μT和98μT），發(fā)現(xiàn)使用OMF條件下的冷凍對(duì)冷凍特性幾乎沒有顯著的額外影響。2017年，A. C. Rodríguez等利用CAS系統(tǒng)（磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.04～0.53mT）處理豬腰肉，發(fā)現(xiàn)無(wú)論在冷凍過(guò)程中使用或不使用OMF，在樣品中均未觀察到顯著程度的過(guò)冷；OMF對(duì)處理后樣品的滴水損失、顏色參數(shù)、紋理參數(shù)均無(wú)明顯的影響。2017年，L. Otero等在蟹棒冷凍過(guò)程中使用振蕩磁場(chǎng)（＜2mT，6～59Hz），經(jīng)過(guò)24h、1個(gè)月、3個(gè)月、6個(gè)月、9個(gè)月和12個(gè)月的貯藏，并沒有發(fā)現(xiàn)振蕩磁場(chǎng)對(duì)蟹棒的滴水損失、持水能力、韌性和白度有任何影響。

2017年，F(xiàn). Fernández- Martín等研究了CAS系統(tǒng)（磁場(chǎng)參數(shù)為1.66mT，6Hz）冷凍處理對(duì)雞蛋清的影響，發(fā)現(xiàn)OMF處理（10% CAS）與相應(yīng)的冷凍控制（0% CAS）相比沒有任何優(yōu)勢(shì)，解凍后冷凍樣品表現(xiàn)出高度變性/聚集的雞蛋蛋白，功能特性降低。隨后，其又研究了同等處理?xiàng)l件對(duì)雞蛋黃的影響（磁場(chǎng)參數(shù)為1.52mT，6Hz），同樣與常規(guī)冷凍相比并沒有表現(xiàn)出任何明顯的優(yōu)勢(shì)。2019年，E. A. Puza等利用CAS系統(tǒng)處理芒果塊，CAS設(shè)置分別為30%、50%、75%和100%，觀察了芒果凍融后細(xì)胞壁破裂、硬度下降和滴水損失，都與傳統(tǒng)的水果冷凍沒有顯著差異。

這些研究結(jié)果都不支持CAS系統(tǒng)對(duì)食品冷凍的優(yōu)勢(shì)作用，但是，并不能由此得出弱OMF對(duì)食品冷凍沒有作用效果的結(jié)論。事實(shí)上，弱OMF可能并不會(huì)以同等的方式影響所有食物，任何影響都將取決于食物、凍結(jié)率、磁場(chǎng)頻率和儲(chǔ)存條件的復(fù)雜組合。對(duì)此還需進(jìn)行進(jìn)一步的研究。

3.4.3 磁場(chǎng)與脈沖電場(chǎng)復(fù)合技術(shù)

目前，也有部分研究表明，磁場(chǎng)與脈沖電場(chǎng)的復(fù)合技術(shù)能夠?qū)κ称返睦鋬霰ｕr起到良好的作用。J. H. Mok等發(fā)現(xiàn)，靜磁場(chǎng)（0～480mT）與脈沖電場(chǎng)（1.78V/cm，20kHz）的聯(lián)合作用，能夠使0.9%氯化鈉溶液相變時(shí)間顯著縮短，而且溶液形成更圓、更小尺寸的冰晶，冰晶形貌更加均勻、圓整，這將對(duì)食品的冷凍保鮮有一定的參考意義。

隨后，J. H. Mok等又研究了振蕩磁場(chǎng)（50～100mT，1Hz）與脈沖電場(chǎng)（20kHz）聯(lián)合作用對(duì)雞胸肉冷凍的影響，結(jié)果表明，雞胸肉維持了過(guò)冷狀態(tài)，并且沒有明顯的物理?yè)p傷或化學(xué)變化，與新鮮雞胸肉樣品的食品品質(zhì)無(wú)顯著差異。

雖然這些研究為磁場(chǎng)輔助冷凍提供了一些理論支撐，但是關(guān)于磁場(chǎng)作用于食品冷凍的具體機(jī)制還有待發(fā)現(xiàn)，希望未來(lái)有更多的研究來(lái)解決這些問題，為食品的冷凍保鮮開辟一條更好的途徑。

4 本領(lǐng)域存在的問題

值得注意的是，目前本領(lǐng)域中大多數(shù)研究都沒有對(duì)所用磁場(chǎng)條件進(jìn)行詳盡的分析。例如，對(duì)于永磁鐵而言，大多數(shù)研究中對(duì)磁場(chǎng)參數(shù)的描述只停留在磁鐵表面，或者是樣品所在某一部位，或者一定區(qū)域內(nèi)的平均強(qiáng)度，而對(duì)磁場(chǎng)方向和磁場(chǎng)分布并無(wú)描述。

前期在包括本課題組在內(nèi)的一些研究已經(jīng)表明磁場(chǎng)方向能夠影響生物學(xué)效應(yīng)，因此，在進(jìn)行研究時(shí)需要對(duì)磁場(chǎng)方向進(jìn)行描述。并且隨著技術(shù)的發(fā)展，目前已經(jīng)有能力對(duì)磁場(chǎng)的三維分布進(jìn)行精確測(cè)量。例如，本課題組利用表磁分布儀對(duì)三種不同形狀、大小和材料的永磁鐵在距離其磁鐵表面0.5cm和2cm處進(jìn)行掃描（掃描范圍15cm×16cm），2cm掃描結(jié)果如圖1所示。

三種磁鐵的表面磁感應(yīng)強(qiáng)度分別為70～363Gs、279～643Gs和4171～4671Gs；在距離其磁鐵表面0.5cm時(shí)，其電場(chǎng)強(qiáng)度分別降到了50～250Gs、120～300Gs和1200～3000Gs；在距離其磁鐵表面2cm時(shí)，其電場(chǎng)強(qiáng)度分別降到了20～40Gs、10～20Gs和120～300Gs，其空間磁場(chǎng)分布差別十分顯著。

圖1

本領(lǐng)域除了對(duì)磁場(chǎng)參數(shù)的描述不夠規(guī)范化之外，在機(jī)制研究上也非常缺乏。僅有少數(shù)對(duì)磁場(chǎng)作用的機(jī)制進(jìn)行了分子水平的研究。例如，纖維素酶存在于果蔬中，交變磁場(chǎng)對(duì)纖維素酶的作用，將對(duì)食品保鮮具有一定的參考意義。Zhang Jialan等發(fā)現(xiàn)420mT的交變磁場(chǎng)處理會(huì)降低纖維素酶與底物的親和力，從而抑制了纖維素酶的活性，而220mT的交變磁場(chǎng)處理能夠促進(jìn)纖維素酶的活性。然而不同磁場(chǎng)參數(shù)對(duì)纖維素酶活性影響不同的物理機(jī)制，目前并不清楚。

除此之外，磁場(chǎng)參數(shù)需要進(jìn)一步優(yōu)化。例如，從現(xiàn)有結(jié)果可以看出，脈沖磁場(chǎng)殺菌確實(shí)有顯著的效果，但是所需要的磁場(chǎng)參數(shù)和處理時(shí)間根據(jù)樣品的不同而有所差異，但是可以肯定的是，磁感應(yīng)強(qiáng)度和脈沖數(shù)必須達(dá)到一定的值才會(huì)有良好的效果。

關(guān)于脈沖磁場(chǎng)殺菌的原理，有研究表明，可能是由于磁場(chǎng)造成的細(xì)胞電穿孔而產(chǎn)生的殺菌效果。2012年，馬海樂等發(fā)現(xiàn)磁感應(yīng)強(qiáng)度3.5T，脈沖數(shù)20的脈沖磁場(chǎng)對(duì)金黃色葡萄球菌有良好的殺菌效果，并利用Fura-2/AM熒光探針法和LCSM法研究發(fā)現(xiàn)微生物細(xì)胞膜通透性的改變和胞內(nèi)Ca2+濃度的上升是高強(qiáng)度脈沖磁場(chǎng)具有殺菌作用的重要原因。

2016年，Qian Jingya等研究了3.0T和3.3T脈沖磁場(chǎng)對(duì)枯草芽孢桿菌的作用，發(fā)現(xiàn)磁場(chǎng)處理顯著改變了細(xì)菌細(xì)胞的形態(tài)，破壞了細(xì)胞壁和細(xì)胞膜，導(dǎo)致細(xì)胞膜通透性增加，并且隨著磁感應(yīng)強(qiáng)度的增加和脈沖次數(shù)的增加，細(xì)胞質(zhì)的滲漏量增加。除此之外還顯示有DNA損傷，因此，脈沖磁場(chǎng)處理的枯草桿菌細(xì)胞膜損傷和DNA斷裂可能與細(xì)胞死亡機(jī)制有關(guān)。

雖然目前脈沖磁場(chǎng)殺菌的技術(shù)還不成熟，但是相信隨著研究的深入，脈沖磁場(chǎng)作為一種新型食品非熱殺菌技術(shù)，未來(lái)在實(shí)際生產(chǎn)中有著良好的應(yīng)用前景。

5 結(jié)論

總體而言，目前關(guān)于磁場(chǎng)與食品保鮮的研究還處在初期階段，大部分研究?jī)H限于磁場(chǎng)對(duì)食品的表觀作用，其具體機(jī)制還不清楚。并且磁場(chǎng)對(duì)于食品保鮮的效果缺乏一致性，這主要是由于食品種類和磁場(chǎng)參數(shù)的多樣性，因此如何確定一個(gè)合適的磁場(chǎng)參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)食品的良好保鮮，還需要更多的研究。

雖然目前已出現(xiàn)少數(shù)交變磁場(chǎng)電磁冰箱類產(chǎn)品，然而支持其磁場(chǎng)保鮮效果的實(shí)驗(yàn)證據(jù)還不夠系統(tǒng)全面，機(jī)制也不清楚。因此，在未來(lái)進(jìn)行更多關(guān)于磁場(chǎng)保鮮的系統(tǒng)性研究十分有必要。也希望磁場(chǎng)能夠成為一種成熟的食品保鮮技術(shù)早日應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)中，為人們的生活與健康帶來(lái)更多的便利。

以上研究成果發(fā)表在2021年《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》增刊1，論文標(biāo)題為“磁場(chǎng)與食品保鮮研究進(jìn)展”，作者為汪瀅、史慧新 等。