本發(fā)明涉及用于保存易腐食品的方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
食品變質(zhì)是食品腐壞到不能再食用或不適合人取食的過(guò)程。能夠變質(zhì)的食品稱(chēng)為易腐食品，常見(jiàn)的易腐食品的例子包括水果和蔬菜。許多不同的因素可以導(dǎo)致食品變質(zhì)，或影響食物變質(zhì)速率，如氧化、酶解、溫度、濕度和微生物(例如，細(xì)菌、霉菌、酵母)。因此，預(yù)防、減少或延緩食品變質(zhì)的方法試圖抵消一或多個(gè)這些因素。這樣的方法包括加入防腐劑、制冷/冷凍、食品干燥/脫水，和在真空下存儲(chǔ)(例如，罐裝)。因?yàn)楸┞队谘鯕夂完?yáng)光是食品氧化的兩個(gè)主要來(lái)源，食品通常也存儲(chǔ)在黑暗中以減少日光暴露，或者密封于蠟或其它保護(hù)涂層內(nèi)以減少暴露于空氣中的氧氣，以進(jìn)一步減少食品變質(zhì)。
然而，上述食品保存方法具有一定的局限性。更具體地，加入防腐劑可改變食物的味道，并且取決于所加入的特定防腐劑，還可以引入化學(xué)品到食品中，食用時(shí)，可能會(huì)造成不良影響。此外，在食物開(kāi)始變質(zhì)或食物的質(zhì)量和風(fēng)味惡化到不再希望食用它之前，即使食品可能沒(méi)有變質(zhì)，冷藏，冷凍，脫水，和罐裝也只能對(duì)食物保存有限的時(shí)間，因此對(duì)人類(lèi)食用仍是安全的。此外，冷藏或冷凍食品仍然可以很容易地發(fā)生食物氧化。也有食品變色的問(wèn)題。
因此，抗氧化劑也已被用來(lái)作為添加劑，以防止或延緩食品變質(zhì)?？寡趸瘎┦且种破渌镔|(zhì)或分子氧化的分子。用作食品保存添加劑的抗氧化劑包括天然抗氧化劑(如抗壞血酸、視黃醇、生物類(lèi)黃酮、以及生育酚)和合成的抗氧化劑(如丁基羥基甲苯和丁基羥基苯甲醚)。然而，合成抗氧化劑的安全性已經(jīng)受到質(zhì)疑。
最近，雙原子氫(H2)已表現(xiàn)出具有抗氧化性能。它也被證明作為活性氧(ROS)的清除劑。見(jiàn)，例如，Hong等人.“作為選擇性抗氧化劑的氫：臨床回顧與實(shí)驗(yàn)研究(Hydrogen as a Selective Antioxidant:A Review of Clinical and Experimental Studies)”J.Int.Med.Res.38:1893-1903(2010)；和Shulin Liu,Xuejun Sun,和Hengyi Tao“氫：從生物惰性氣體到獨(dú)特的抗氧化劑(Hydrogen:From a Biologically Inert Gas to a Unique Antioxidant),”氧化應(yīng)激分子機(jī)制及生物效應(yīng)(Oxidative-Stress-Molecular Mechanisms and Biological Effects)第8章,135-133頁(yè)(2012),Volodymyr Lushchak博士編輯ISBN:978-953-51-0554-1,印天(出版社)(InTech)。但是，據(jù)發(fā)明人所知，尚未開(kāi)發(fā)H2在食品保存中的應(yīng)用。
最近還發(fā)現(xiàn)黑色素顏料吸收能量并利用吸收的能量催化水電解成氫和氧的固有能力。特別是，發(fā)現(xiàn)水分子一經(jīng)黑色素分解，可發(fā)生逆反應(yīng)，從而重整水分子并釋放能量。因此，黑色素吸收全波長(zhǎng)電磁能量，包括可見(jiàn)光和不可見(jiàn)光能，并通過(guò)水解離和隨后的重新形成以消耗吸收的能量。使用黑色素、或類(lèi)似物、前體、衍生物或黑色素變體的用于產(chǎn)生能量的光電化學(xué)方法在美國(guó)專(zhuān)利號(hào)8,455,145中描述。
黑色素是自然界中普遍存在的，且由氮，氧，氫和碳構(gòu)成。許多年來(lái)，黑色素沒(méi)有歸因于它的生物或生理功能，除了被認(rèn)為是與2％硫酸銅溶液等同具有低保護(hù)因子的簡(jiǎn)單防曬霜。黑色素也被認(rèn)為是已知的最暗分子，因?yàn)樗軌蛭諑缀跞魏尾ㄩL(zhǎng)的能量，但是它似乎沒(méi)有發(fā)出任何能量。這是黑色素特有的，且與熱力學(xué)定律矛盾，因?yàn)槟軌蛭漳芰康钠渌衔?，特別是顏料，均能發(fā)射吸收的部分能量。由此黑色素的電性能已被關(guān)注相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間。然而，黑色素是人類(lèi)已知最穩(wěn)定的化合物之一，很長(zhǎng)的一段時(shí)間，看起來(lái)黑色素?zé)o法催化任何化學(xué)反應(yīng)。
不希望被任何理論束縛，例如，拒信根據(jù)下式I發(fā)生黑色素內(nèi)的反應(yīng)：
一經(jīng)吸收電磁能量如光能(可見(jiàn)光或不可見(jiàn)的)，黑色素催化水解離成二原子氫(H2)，雙原子氧(O2)和電子(e-)。雖然水分解為氫氣和氧氣消耗能量，但反應(yīng)是可逆的，且在逆過(guò)程氧原子被雙原子氫還原從而重新形成水分子釋放能量，如以上所討論
因此，黑色素能夠轉(zhuǎn)化光能為化學(xué)能，類(lèi)似于植物在光合作用過(guò)程中使用色素葉綠素將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的過(guò)程。因此，通過(guò)類(lèi)比，這一過(guò)程已認(rèn)定為“人類(lèi)光合作用”。但是，通過(guò)黑色素進(jìn)行的水解離反應(yīng)和通過(guò)葉綠素進(jìn)行的反應(yīng)之間的重要區(qū)別在于通過(guò)葉綠色進(jìn)行的水解離反應(yīng)僅能在活細(xì)胞內(nèi)且在波長(zhǎng)為400-700納米可見(jiàn)光下發(fā)生。相反，黑色素可以在活細(xì)胞外使用任何形式的電磁能量，特別是具有200-900納米波長(zhǎng)范圍的光能(可見(jiàn)光或不可見(jiàn)的)分解并重新形成水分子從而形成H2和O2。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本領(lǐng)域存在改進(jìn)保存易腐食品方法和工藝的需求，克服保存易腐食物已知方法，如加入防腐劑、冷藏/冷凍、食物干燥/脫水和真空儲(chǔ)存相關(guān)的某些缺點(diǎn)。本發(fā)明通過(guò)提供在水濕氣、電磁能和黑色素、黑色素前體、黑色素衍生物、黑色素類(lèi)似物或黑色素變體存在下保存易腐食品的方法和系統(tǒng)滿(mǎn)足這種需求。
在一總的方面，本發(fā)明涉及用于保存至少一個(gè)易腐食品的電化學(xué)方法。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，該方法包括：
提供含有水濕氣、所述至少一個(gè)易腐食品以及至少一個(gè)水電解元件的密閉容器，其中所述至少一個(gè)水電解元件包括基材和選自下組的至少一種黑色素材料：黑色素、黑色素前體、黑色素衍生物、黑色素類(lèi)似物和黑色素變體；
提供電磁能量源給容器內(nèi)的至少一個(gè)水電解元件以使至少一種黑色素材料引發(fā)水電解反應(yīng)；和
將至少一個(gè)易腐食品和水電解元件保持在容器內(nèi)，以致保存至少一個(gè)易腐食品。
在一優(yōu)選實(shí)施方式中，電磁能量源包括波長(zhǎng)為200-900納米的不可見(jiàn)或可見(jiàn)光能。在另一優(yōu)選實(shí)施方式中，黑色素材料包括天然黑色素或合成黑色素。
在另一總的方面，本發(fā)明涉及用于保存至少一個(gè)易腐食品的系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施方式，系統(tǒng)包括：
(a)密閉容器，其包含：
(i)水濕氣；
(ii)至少一個(gè)水電解元件，其中至少一個(gè)水電解元件包括基材和選自下組的至少一種黑色素材料：黑色素、黑色素前體、黑色素衍生物、黑色素類(lèi)似物和黑色素變體；和
(iii)至少一個(gè)易腐食品；和
(b)電磁能量源，以照射容器內(nèi)的水電解元件。
雖然保存易腐食品的確切機(jī)制尚不清楚，但認(rèn)為如先前美國(guó)專(zhuān)利號(hào)8455145中描述一經(jīng)電磁能量照射通過(guò)黑色素催化的水電解反應(yīng)產(chǎn)生雙原子氫(H2)，其是獲得觀測(cè)的易腐食品保存效果的主要原由。
本發(fā)明的一或多個(gè)實(shí)施方式的細(xì)節(jié)在下面的描述中闡述。從以下具體實(shí)施方式和所附權(quán)利要求書(shū)將明顯看出其它特征和優(yōu)點(diǎn)。
具體實(shí)施方式
通過(guò)引用合并本文提及的全部專(zhuān)利和出版物。除非另有定義，本發(fā)明實(shí)用的全部技術(shù)和科學(xué)術(shù)語(yǔ)具有本發(fā)明所屬領(lǐng)域技術(shù)人員通常理解的相同含義。不然，本發(fā)明使用的某些術(shù)語(yǔ)具有說(shuō)明書(shū)中所述的含義。
必須指出，如本發(fā)明和所附權(quán)利要求書(shū)中所使用的，單數(shù)形式“一”，“一個(gè)”和“該”包括復(fù)數(shù)引用，除非上下文清楚地另有規(guī)定。
本發(fā)明涉及用于保存易腐食品的電化學(xué)方法和系統(tǒng)。雖然以前已經(jīng)證明，黑色素可以在活細(xì)胞外催化水電解以產(chǎn)生H2和O2，至今僅證實(shí)黑色素浸沒(méi)在水中發(fā)生該過(guò)程。然而，現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)黑色素在水濕氣和電磁能存在下可以催化水電解產(chǎn)生足夠量的雙原子氫，不需要黑色素浸沒(méi)在水中。
在水濕氣存在下，一經(jīng)吸收電磁能，黑色素可以引發(fā)水電解，成為雙原子氫和雙原子氧，這被認(rèn)為產(chǎn)生了足夠量的雙原子氫為易腐食品提供顯著防腐效果。因?yàn)殡p原子氫具有極強(qiáng)的抗氧化效果，雙原子氫是非常穩(wěn)定的，并且有從電解反應(yīng)產(chǎn)生更多的雙原子氫，雙原子氫的抗氧化效果被認(rèn)為強(qiáng)于雙原子氧的氧化效果。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，黑色素、黑色素前體、黑色素衍生物、黑色素類(lèi)似物或黑色素變體可以用于在電磁能量源，如不可見(jiàn)或可見(jiàn)光能、電磁波、伽馬射線(xiàn)、X射線(xiàn)、紫外線(xiàn)、紅外線(xiàn)、微波或無(wú)線(xiàn)電波存在下從水濕氣產(chǎn)生雙原子氫。
如本文所用，術(shù)語(yǔ)“水電解”是指水分子(H2O)被分解成雙原子氧(O2)和雙原子氫(H2)的化學(xué)反應(yīng)。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，由水電解材料催化水電解。
如本文所用，“水電解材料”是指能夠催化水電解，即分解水分子成氧和氫的物質(zhì)。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，包括黑色素(天然和合成)，黑色素前體，黑色素衍生物，黑色素類(lèi)似物和黑色素變體的黑色素材料是水電解材料。
如本文所用，術(shù)語(yǔ)“黑色素材料”是指黑色素，黑色素前體，黑色素衍生物，黑色素類(lèi)似物或黑色素變體。黑色素材料的實(shí)例包括，但不限于，天然黑色素，合成黑色素，真黑素，褐黑素，神經(jīng)黑色素，墨魚(yú)黑色素和alo黑色素(alomelanin)；芳族化合物如多巴胺，吲哚，聚羥基吲哚，腐殖酸，聚吲哚醌，吡咯黑，吲哚黑，苯黑，噻吩黑，苯胺黑，眼色素黑色；水合形式的聚醌，多巴黑，腎上腺素黑，兒茶酚黑，4-胺兒茶酚黑；黑色素前體如酚類(lèi)，氨基酚，或二元酚，吲哚多酚類(lèi)，醌類(lèi)，半醌或氫醌，L-酪氨酸，L-多巴胺，嗎啉，鄰苯醌，二嗎啉，卟啉黑和蝶呤黑；含有諸如乙炔黑化合物的線(xiàn)性碳和碳組成塊如富勒烯和石墨。
在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方式中，黑色素材料為黑色素，如天然或合成黑色素?！疤烊缓谏亍币庵笍奶烊粊?lái)源如植物或動(dòng)物分離的黑色素?！昂铣珊谏亍币庵富瘜W(xué)合成的黑色素。
如本文所用，“濕氣”是指存在少量液體以致創(chuàng)建潮濕環(huán)境。術(shù)語(yǔ)“水濕氣”特別指存在少量水創(chuàng)建潮濕環(huán)境。水濕氣可以是水蒸汽形式，即以氣態(tài)形式存于空氣中的水。水濕氣也可以是露水形式。術(shù)語(yǔ)“露水”是指由于凝結(jié)在如容器內(nèi)壁的表面上液滴形式的水。在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方式中，待保存的易腐食品是水濕氣來(lái)源，水濕氣至少部分來(lái)自易腐食品的自然釋放。
除非另有說(shuō)明，“食品變質(zhì)”和“變質(zhì)”，當(dāng)與易腐食品使用時(shí)，是指食品腐壞或腐爛到不能再食用，或?qū)Σ溉閯?dòng)物取食，特別是人取食不安全的過(guò)程。
如本文所用，術(shù)語(yǔ)“易腐食品”是指可腐爛、變質(zhì)或腐壞到不能再食用，或?qū)Σ溉閯?dòng)物取食，特別是人取食不安全的任何食品。易腐食品也是如果儲(chǔ)存不當(dāng)(例如，在高溫，而不是冷藏)，或在食用前長(zhǎng)時(shí)間存儲(chǔ)通常會(huì)變質(zhì)的食品。本發(fā)明中使用的易腐食品可以是適合于哺乳動(dòng)物取食的地球產(chǎn)生的任何物質(zhì)，或由哺乳動(dòng)物為取食制備的任何物質(zhì)。易腐食品以是任何物理狀態(tài)，如液體，固體，或半固體，且優(yōu)選是固體(例如，干酪)或液體(例如，牛奶)。
易腐食品包括，但不限于，水果、蔬菜、家禽、肉類(lèi)、魚(yú)和乳制品。易腐水果的實(shí)例包括，但不限于，蘋(píng)果、香蕉、覆盆子、草莓、藍(lán)莓、橘子、葡萄、芒果、菠蘿、哈密瓜、香瓜、西瓜、梨、獼猴桃和黑莓。易腐蔬菜的實(shí)例包括，但不限于、黃瓜、辣椒、豆類(lèi)、西蘭花、花椰菜、抱子甘藍(lán)、萵苣、菠菜、土豆、西紅柿和洋蔥。易腐家禽和肉類(lèi)的實(shí)例包括，但不限于雞，火雞，牛肉和豬肉產(chǎn)品。易腐魚(yú)類(lèi)的例子包括，但不限于，貝類(lèi)、如蝦和扇貝、三文魚(yú)、金槍魚(yú)、鱸魚(yú)和大比目魚(yú)。易腐乳制品的實(shí)例包括，但不限于，酸奶、牛奶、奶酪和黃油。
如本文所用，當(dāng)與易腐食品使用時(shí)，術(shù)語(yǔ)“保存”，“防腐”和“保鮮”全部指防止、減少或延緩易腐食品發(fā)生食品變質(zhì)。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，可以通過(guò)防止、減少或延緩由氧化導(dǎo)致的食品變質(zhì)進(jìn)展保存易腐食品。在一實(shí)施方式中，“防腐”是指抑制易腐食品的氧化。在另一實(shí)施方式中，“防腐”是指延遲易腐食品發(fā)生氧化。還在另一實(shí)施方式中，“防腐”是指延遲易腐食品氧化進(jìn)程。
任何基于本公開(kāi)內(nèi)容的現(xiàn)有技術(shù)中已知方法可用于確定食品變質(zhì)是否被防止、減少或延緩，諸如，例如，目視檢查以確定食品表面上是否存在霉菌或真菌、變色(褐變)或食品腐爛，嗅探食品以確定食物是否發(fā)出難聞的氣味，或化學(xué)測(cè)試以檢測(cè)肉眼不可見(jiàn)的微生物的生長(zhǎng)。通過(guò)目視檢查和嗅探易腐食品兩者以確定食品變質(zhì)是否被阻止，減少或延遲。在具體的實(shí)施方式中，通過(guò)檢測(cè)食品褐變或變色的量，或食品棕變或變色的速率(表示了易腐食品的氧化)來(lái)評(píng)估食品變質(zhì)。
在一總體方面，本發(fā)明提供用于保存至少一個(gè)易腐食品的電化學(xué)方法。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，電化學(xué)方法包括提供含有水濕氣、至少一個(gè)易腐食品以及至少一個(gè)水電解元件的密閉容器，其中所述至少一種水電解元件包括基材和至少一種黑色素材料；提供電磁能量源給至少一個(gè)水電解元件從而通過(guò)至少一種黑色素材料引發(fā)水電解反應(yīng)；將至少一個(gè)易腐食品以及水電解元件保持在密閉容器內(nèi)，從而保存易腐食品。
雙原子氫(H2)，其是抗氧化劑，被認(rèn)為是根據(jù)本發(fā)明的方法在水濕氣和電磁能量源存在下由至少一種黑色素材料催化經(jīng)水電解反應(yīng)或水分子分解生成。
在具體的實(shí)施方式中，本發(fā)明的方法通過(guò)預(yù)防、減少或延遲易腐食品的氧化進(jìn)展保存易腐食品。
任何類(lèi)型的電磁能均可在本發(fā)明的方法中使用，包括但不限于，可見(jiàn)和不可見(jiàn)光，γ射線(xiàn)，X射線(xiàn)，紫外線(xiàn)，電磁波，紅外線(xiàn)，微波和無(wú)線(xiàn)電波。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，電磁能包括可見(jiàn)或不可見(jiàn)光能(紫外線(xiàn)和紅外線(xiàn))。在具體的實(shí)施方案中，可見(jiàn)或不可見(jiàn)光能具有200-900納米的波長(zhǎng)。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，至少一個(gè)水電解元件存在于本發(fā)明方法的密閉容器中。水電解元件包括基材和至少一種黑色素材料，使得該黑色素材料被保持在基材上或基材內(nèi)。黑色素材料可以分散遍及基材或吸收在基材上。優(yōu)選地，基材對(duì)電磁能是透明的，以使電磁能增透至黑色素材料，從而增強(qiáng)水電解。
水電解元件可以包括一種類(lèi)型的黑色素材料，或不只一種類(lèi)型的黑色素材料。例如，在本發(fā)明中使用的水電解元件可包括黑色素和真黑素。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方案，可以使用不只一個(gè)水電解元件，每個(gè)裝置包括相同或不同類(lèi)型的黑色素材料。例如，包括黑色素的第一水電解元件和包括真黑素的第二水電解元件都可以用在本發(fā)明保存易腐食品的方法中。作為另一說(shuō)明性且非限制性的例子，可在本發(fā)明的方法中使用不只一個(gè)水電解元件，其中每個(gè)包括黑色素。
根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施方式，所述至少一種黑色素材料選自下組：黑色素、黑色素前體、黑色素衍生物、黑色素類(lèi)似物和黑色素變體。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述至少一種黑色素材料為黑色素，優(yōu)選天然黑色素或合成黑色素。任何基于本公開(kāi)內(nèi)容的現(xiàn)有技術(shù)中已知的方法均可用于獲得黑色素材料。例如，可以化學(xué)合成黑色素或從天然來(lái)源如植物或動(dòng)物分離。也可以由黑色素氨基酸前體，如L-酪氨酸合成黑色素。黑色素材料也可以從商業(yè)來(lái)源獲得。
水電解元件的基材可以是任何惰性材料，包括但不限于二氧化硅，塑料和玻璃。優(yōu)選的，基材是二氧化硅，使得水電解元件是二氧化硅和至少一種黑色素材料的混合物。水電解元件可以是，例如，黑色素/二氧化硅板或立方體，其中任一個(gè)可以由二氧化硅粘合混合物與黑色素水溶液組合制成。
在優(yōu)選的實(shí)施方式中，用于本發(fā)明的水電解元件為混合有二氧化硅的黑色素(合成或天然的)。較佳地，黑色素分散在二氧化硅中，形成黑色素和二氧化硅的均勻混合物。
根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施方式，水電解元件可以采用任何尺寸或形狀，包括，但不限于，棒(圓柱)、板、球、或立方體形狀?？梢允褂弥辽僖粋€(gè)水電解元件，但水電解元件的數(shù)量，和水電解元件的尺寸或形狀，不以任何方式限制。雙原子氫(H2)的生產(chǎn)速率將取決于多種因素，并且可以通過(guò)改變，例如，尺寸、形狀、表面積、裝置內(nèi)黑色素材料的量和/或密閉容器內(nèi)存在的水電解元件的數(shù)量而進(jìn)行控制。
根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施方式，根據(jù)黑色素材料催化水電解所需速率和量選擇水電解元件的尺寸、形狀和數(shù)量。例如，使用較多數(shù)量的水電解元件將增加水電解的量和/或電解水的速率。作為另一說(shuō)明性示例，一個(gè)或多個(gè)水電解元件內(nèi)較大量的黑色素材料也將增加水電解的量和/或電解水的速率。為了實(shí)現(xiàn)保存易腐食品的最佳結(jié)果，確定水電解元件的尺寸和形狀，使用的水電解元件的數(shù)量，以及水電解元件內(nèi)使用的具體黑色素材料和黑色素材料的量均在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員的技術(shù)范圍之內(nèi)。
在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方式中，水電解元件為立方體形狀。在一更優(yōu)選的實(shí)施方案中，各為立方體形狀的多個(gè)水電解元件用于本發(fā)明的電化學(xué)過(guò)程。
水電解元件可以通過(guò)本領(lǐng)域已知的任何方法制備。例如，黑色素-二氧化硅水電解元件可以通過(guò)在由惰性材料制成的容器中結(jié)合二氧化硅粉末，純水和黑色素制成。各組分混合在一起，混合物變硬，使得硬化混合物呈現(xiàn)容器的形狀。優(yōu)選地，以約5g/L純水的濃度添加黑色素?？梢愿鶕?jù)相同的方法通過(guò)在具有所需形狀的容器中混合二氧化硅粉末，水，以及黑色素，并隨后使混合物在容器中固化將水電解元件制成任何形狀。二氧化硅粉末可以被任何其他惰性材料替代，以產(chǎn)生具有不同于二氧化硅的材料作為基材的水電解元件。在本發(fā)明的某些實(shí)施方案中，水電解元件是多孔的，以允許水濕氣與黑色素材料接觸，并用于釋放水電解元件產(chǎn)生的任何雙原子氫。
水電解元件可以任何方式布置在密閉容器內(nèi)。水電解元件可以接觸易腐食品，或它們可以放置在整個(gè)容器中，使得它們與易腐食品隔開(kāi)。根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施方式，水電解元件放置的越接近食品，所觀察到保存效果更好。如果易腐食品是液體，可以將水電解元件直接加入液體，或浸入液體。雖然黑色素材料可以液體或固體形式直接添加到易腐食品(固體，液體或半固體/半液體的物質(zhì))，在食用前黑色素不易從易腐食品回收。因此，使用包括黑色素材料的水電解元件允許黑色素材料與易腐食品保持分開(kāi)，使得其可以很容易地從容器中取出并無(wú)限期重復(fù)使用，從而降低方法成本。
根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施方式，通過(guò)提供電磁能量源給水電解元件引發(fā)電化學(xué)過(guò)程。水電解元件的黑色素材料吸收電磁能，隨后催化水電解為雙原子氫(H2)和雙原子氧(O2)。根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施方式，水以水濕氣的形式存在。此外，黑色素可以具有緊密結(jié)合的水分子，并且據(jù)信黑色素的締合水含量為至少40％。因此，通過(guò)黑色素催化的水電解反應(yīng)水源也可以是結(jié)合的水分子。優(yōu)選地，水濕氣是易腐食品表面上或密閉容器一個(gè)或多個(gè)內(nèi)表面在已經(jīng)冷凝的水，或兩者。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，從易腐食品自然釋放水濕氣。
根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施方案，電磁能量為具有200nm至900nm波長(zhǎng)范圍的可見(jiàn)或不可見(jiàn)光。在另一具體實(shí)施方案中，電化學(xué)過(guò)程是光電化學(xué)過(guò)程，其中電磁能是光電能，如可見(jiàn)光能。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，光電能源是自然光。
在密閉容器中進(jìn)行根據(jù)本發(fā)明的保存易腐食品的電化學(xué)方法。使用密閉容器至少有兩個(gè)目的。第一是防止容器內(nèi)存在的水濕氣的顯著流失。第二是保持易腐食品與水電解元件接觸，以保存易腐食品。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，該密閉容器具有氣密密封。
用于本發(fā)明方法中的密閉容器可以是任何大小或形狀。密閉容器可以由任何合適的材料制成，包括但不局限于，塑料，如聚乙烯；玻璃；和允許所需波長(zhǎng)的電磁能傳入密閉容器內(nèi)的任何其他材料，以使電磁能可以被水電解元件內(nèi)黑色素材料吸收。密閉容器的材料優(yōu)選是透光的，以允許可見(jiàn)光的傳輸。密閉容器的材料也優(yōu)選基本上不透雙原子氫。容器可具有剛性的形狀，或者它可以有自由形式的形狀，例如塑料膜或塑料袋。
根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施方式，電化學(xué)方法包括在容器內(nèi)保持至少一個(gè)易腐食品和水電解元件，從而保存所述至少一個(gè)易腐食品。易腐食品和水電解元件被保持在容器內(nèi)的時(shí)間量可以根據(jù)各種因素而變化，例如待保存的易腐食品，溫度，容器中水電解元件的數(shù)量，每個(gè)水電解元件內(nèi)黑色素材料的量等。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，易腐食物和水電解元件被保持在容器內(nèi)，直到易腐食品被取食。
基于本公開(kāi)內(nèi)容，本發(fā)明的電化學(xué)方法可以用于保存任何易腐食品，包括，但不限于，水果、蔬菜、肉類(lèi)、家禽和乳制品。優(yōu)選地，所述易腐食品是水果或蔬菜，且更優(yōu)選為水果，如香蕉或蘋(píng)果。用于本發(fā)明方法的易腐食品可以被削皮或未削皮。作為說(shuō)明性示例，具有完整果皮(即，未去皮)香蕉可以使用本發(fā)明的電化學(xué)方法保存。作為另一說(shuō)明性示例，切成兩半，或者剝離部分果皮，使得果肉暴露(即，剝皮的)的蘋(píng)果也可以使用本發(fā)明的電化學(xué)方法保存。
在本發(fā)明的一實(shí)施方式中，僅一個(gè)易腐食品在密閉容器內(nèi)。在另一實(shí)施方式中，不止一個(gè)易腐食品在密閉容器內(nèi)。當(dāng)不只一個(gè)易腐食品在密閉容器內(nèi)，易腐食品可以相同或不同。例如，多個(gè)蘋(píng)果可以在相同的容器內(nèi)。作為另一實(shí)施例，蘋(píng)果和香蕉在相同的容器內(nèi)。
根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施方式，電化學(xué)方法可在任何食品變質(zhì)，如氧化或易腐食品的變色發(fā)生之前進(jìn)行啟動(dòng)，以防止變質(zhì)。然而，電化學(xué)方法也可以在食品變質(zhì)發(fā)生后啟動(dòng)以防止任何另外的食品變質(zhì)，或降低食品繼續(xù)變質(zhì)的速率。
用于保存易腐食物的電化學(xué)方法可以在已知黑色素穩(wěn)定的任何溫度(約-150℃至500℃)下進(jìn)行。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案，在0℃至50℃，更優(yōu)選在12℃至30℃，最優(yōu)選在室溫下(約25℃)實(shí)施電化學(xué)方法。因?yàn)楹谏乜梢晕杖魏尾ㄩL(zhǎng)的電磁能，并不必須自然光，方法也可以在冰箱中(約4℃)下進(jìn)行。在冷藏下實(shí)施電化學(xué)方法可以具有保存易腐食品甚至更長(zhǎng)時(shí)間的優(yōu)點(diǎn)，這是由于冷藏和儲(chǔ)存在較低的溫度具有額外的效果。
根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施方式，很多因素將影響保存易腐食品的電化學(xué)方法的速率和效率。這些因素包括，但不限于，供給到容器的電磁能的量和具體波長(zhǎng)，水電解元件的量，水電解元件內(nèi)黑色素材料的量和類(lèi)型，被黑色素材料吸收的電磁能的量以及容器內(nèi)水濕氣的量。
根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施方式，可以通過(guò)至少一種黑色素材料催化水電解反應(yīng)，其中所述至少一種黑色素材料是用于方法中的唯一水電解材料。因此，在本發(fā)明的具體實(shí)施方式中，所述至少一種黑色素材料是用于保存易腐食品的電化學(xué)方法中的唯一水電解材料。根據(jù)特別優(yōu)選的實(shí)施方式，黑色素(合成或天然的)是用于保存易腐食品的方法中的唯一水電解材料。
本發(fā)明的另一方面提供用于保存至少一個(gè)易腐食品的系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)，包括：
(a)密閉容器，其包含：
(i)水濕氣；
(ii)至少一個(gè)水電解元件，其中所述至少一個(gè)水電解元件包括基材和選自下組的至少一種黑色素材料：黑色素、黑色素前體、黑色素衍生物、黑色素類(lèi)似物和黑色素變體；和
(iii)至少一個(gè)易腐食品；和
(b)電磁能量源，以照射容器內(nèi)的至少一個(gè)水電解元件。
根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施方式，系統(tǒng)的密閉容器包含水濕氣、至少一個(gè)易腐食品和至少一個(gè)水電解元件。密閉容器是密封的，優(yōu)選用氣密密封?；诒竟_(kāi)內(nèi)容，密閉容器可以是任何大小或形狀，并且可以由任何合適的材料制成。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，密閉容器由塑料或基本上不透H2的其它材料制成。使用由基本上不透H2的材料制成的用氣密密封的容器將防止電化學(xué)方法產(chǎn)生的任何雙原子氫的逃逸，因而其被認(rèn)為增強(qiáng)了易腐食品保存方法的效果。
根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施方式，系統(tǒng)包括至少一個(gè)水電解元件。一個(gè)或多個(gè)水電解元件置于系統(tǒng)的容器內(nèi)。可以使用本發(fā)明描述的任何水電解元件。優(yōu)選使用一個(gè)或多個(gè)由二氧化硅和黑色素(天然或合成的)的混合物構(gòu)成的水電解元件。但是可以使用包括黑色素的任何黑色素材料和它的前體、類(lèi)似物、衍生物和變體。
根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施方式，由電磁能量源提供給密閉容器的能量通過(guò)容器傳送，使得它被水電解元件的黑色素材料吸收。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，電磁能量源提供200-900納米波長(zhǎng)的不可見(jiàn)或可見(jiàn)光能給密閉容器。
在優(yōu)選的實(shí)施方式中，系統(tǒng)中所述至少一種黑色素材料是黑色素(天然或合成的)。在另一優(yōu)選實(shí)施方式中，黑色素是存在于系統(tǒng)中的唯一水電解材料。
本發(fā)明描述的用于保存易腐食品的任何電化學(xué)方法可以使用本發(fā)明的系統(tǒng)進(jìn)行。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，電化學(xué)方法是光電化學(xué)方法，電磁能量源是光電能，優(yōu)選可見(jiàn)光能，且更優(yōu)選自然光能。在另一優(yōu)選實(shí)施方式中，系統(tǒng)的水濕氣至少部分來(lái)自所述至少一個(gè)易腐食品項(xiàng)，例如，通過(guò)水從所述易腐食品的自然釋放。
根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施方式，可采用水濕氣、包括黑色素材料的水電解元件和電磁能(如光能)實(shí)施用于保存易腐食品的電化學(xué)方法和系統(tǒng)，不需任何其它類(lèi)型的水電解材料。因?yàn)楹谏厥侨祟?lèi)已知的最穩(wěn)定的分子之一，具有估計(jì)為數(shù)百萬(wàn)年的半衰期，需要更換黑色素材料或水電解元件之前可用幾十年。因而，不需要復(fù)雜的設(shè)置或維修。
尚未完全理解黑色素和它的前體、衍生物、類(lèi)似物和變體能夠使用電磁能和催化水電解以產(chǎn)生雙原子氫的確切機(jī)制。不希望受到任何理論的束縛，但據(jù)信黑色素吸收電磁能，促進(jìn)低能量電子轉(zhuǎn)換為高能量電子。高能量電子被認(rèn)為在黑色素材料內(nèi)經(jīng)移動(dòng)電子載流子轉(zhuǎn)移。這種電子轉(zhuǎn)移釋放能量并建立質(zhì)子梯度足以引發(fā)水分解為雙原子氫(H2)和雙原子氧(O2)，連同釋放四個(gè)高能電子。
本發(fā)明的以下實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的性質(zhì)。但是應(yīng)當(dāng)理解，下述實(shí)施例不限制本發(fā)明，并且本發(fā)明的范圍是由所附的權(quán)利要求來(lái)確定。
實(shí)施例
實(shí)施例1：通過(guò)本發(fā)明的電化學(xué)方法保存蘋(píng)果
兩個(gè)蘋(píng)果均通過(guò)其核心切半。一個(gè)蘋(píng)果的兩半連同五個(gè)立方體(水電解元件)一起包裹在透明塑料薄膜內(nèi)，蘋(píng)果的切面朝上，立方體由黑色素混合二氧化硅制成，隨機(jī)放置在蘋(píng)果半周?chē)８骱谏?二氧化硅立方體的平均尺寸為1厘米×1厘米×1厘米。通過(guò)在具有相同尺寸的容器內(nèi)混合水、二氧化硅粉末和黑色素并使得水/二氧化硅/黑色素混合物在容器內(nèi)硬化制成立方體。另一蘋(píng)果的兩半一起包裹在透明塑料薄膜內(nèi)，沒(méi)有任何黑色素/二氧化硅立方體，作為對(duì)照。于室溫(25℃)儲(chǔ)存塑料包裹的蘋(píng)果并暴露于自然(可見(jiàn))光約5周。用于該過(guò)程的水濕氣是由蘋(píng)果產(chǎn)生的自然濕氣，來(lái)自塑料包裹蘋(píng)果的微環(huán)境內(nèi)的濕氣。沒(méi)有其他的水電解材料包裹蘋(píng)果。
在實(shí)驗(yàn)開(kāi)始蘋(píng)果露出的果肉沒(méi)有表現(xiàn)出褐變或其他變色，表明很少至無(wú)氧化發(fā)生。然而，在室溫下溫育5周左右后，與黑色素/二氧化硅立方體一起包裹在塑料內(nèi)的蘋(píng)果露出的果肉比無(wú)黑色素/二氧化硅立方體的包裹在塑料內(nèi)的蘋(píng)果的果肉表現(xiàn)出顯著較少的褐變(氧化)。此外，在溫育過(guò)程中，與無(wú)黑色素/二氧化硅立方體的包裹在塑料內(nèi)的蘋(píng)果的露出果肉的褐變速率相比，與黑色素/二氧化硅立方體一起包裹在塑料內(nèi)的蘋(píng)果露出的果肉的褐變速率放緩。上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在水濕氣，黑色素和光能存在下，可以保存去皮易腐食品如蘋(píng)果的果肉。
實(shí)施例2：通過(guò)本發(fā)明的電化學(xué)方法保存香蕉
兩個(gè)均具有完整皮的香蕉分別包裹在透明塑料薄膜內(nèi)。一個(gè)香蕉同隨機(jī)放置在香蕉周?chē)幕旌嫌泻谏氐亩趸璧奈鍌€(gè)立方體(水電解元件)一起包裹在塑料薄膜內(nèi)。各黑色素/二氧化硅立方體的平均尺寸為1厘米×1厘米×1厘米。通過(guò)在具有相同尺寸的容器內(nèi)混合水、二氧化硅粉末和黑色素并使得水/二氧化硅/黑色素混合物在容器內(nèi)硬化制成黑色素/二氧化硅立方體。另一香蕉包裹在透明塑料薄膜內(nèi)，沒(méi)有任何黑色素/二氧化硅立方體，作為對(duì)照。于室溫(25℃)儲(chǔ)存塑料包裹的香蕉并暴露于可見(jiàn)光約2周。用于該過(guò)程的水濕氣是由香蕉產(chǎn)生的自然濕氣，來(lái)自塑料包裹香蕉的微環(huán)境內(nèi)的濕氣。沒(méi)有其他的水電解材料包裹香蕉。
在實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)香蕉皮的外表面具有非常少的(如果有的話(huà))褐色斑點(diǎn)(即，很少或沒(méi)有氧化發(fā)生)。然而，在室溫下溫育兩周后，與黑色素/二氧化硅立方體一起包裹在塑料內(nèi)的香蕉的皮的褐變明顯少于無(wú)一或多個(gè)水電解元件的包裹在塑料內(nèi)的香蕉的皮的褐變。此外，在溫育過(guò)程中，與無(wú)黑色素/二氧化硅立方體一起包裹的香蕉的皮的褐變速率相比，與黑色素/二氧化硅立方體一起包裹的香蕉的皮的褐變(變色)速率放緩。
上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在水濕氣，黑色素和光能存在下，可以保存未去皮易腐食品如香蕉。
本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解不脫離本發(fā)明的廣義構(gòu)思可以對(duì)上述實(shí)施方式作出修改。因此，可以理解本發(fā)明不限于公開(kāi)的具體實(shí)施方式，但其意在涵蓋由所附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的改變。