碭山酥梨汁超高壓處理和降壓措施的研究.pdf

1、本文選用典型熱敏性果汁——碭山酥梨汁為超高壓處理對象，在壓力、保壓時間和溫度分別為100～500MPa、0～20min和19～60℃的范圍內(nèi)，開展了果汁超高壓保鮮處理的可行性研究；考察了國家食品衛(wèi)生標準要求嚴格控制的菌落總數(shù)、霉菌酵母菌和大腸桿菌群指標的變化規(guī)律；主要致褐變酶(多酚氧化酶和過氧化物酶)的鈍化規(guī)律；分別選擇代表性的耐壓菌(枯草芽孢桿菌)和耐壓酶(辣根過氧化物酶)，采用響應(yīng)曲面法進行了殺菌和鈍化酶的系統(tǒng)研究；開展了溫度、尼生

2、素協(xié)同降低超高壓殺菌壓力和溫度協(xié)同降低超高壓鈍化酶壓力的研究；通過超微結(jié)構(gòu)分析和酶蛋白圓二色譜解析對超高壓殺菌、鈍化酶機理進行探索性研究。并得出如下結(jié)論： 1)、高壓處理對維持酶構(gòu)象的次級鍵產(chǎn)生破壞作用，可以鈍化酶；對細胞壁、細胞膜的結(jié)構(gòu)破壞，使微生物細胞內(nèi)在生理功能紊亂、喪失。所以可以殺滅微生物并且鈍化酶，對梨汁進行超高壓殺菌鈍化酶可行。 2)、果汁超高壓殺菌鈍化酶的效果不僅受到處理對象的內(nèi)在因素如微生物和酶的種類、果

3、汁的化學成分和體系pH值等的影響，而且受到壓力、保壓時間、施壓方式以及其它協(xié)同因素如溫度(加熱)、添加劑種類等外在因素的影響。充分利用各外在因素交互作用產(chǎn)生的協(xié)同效應(yīng)，可以有效降低超高壓處理壓力。 3)、通過常溫和中溫協(xié)同超高壓對梨汁進行處理，考察了菌落總數(shù)、霉菌和酵母菌以及大腸菌群三項微生物指標的變化規(guī)律。結(jié)果表明：①梨汁中菌落總數(shù)、霉菌酵母菌和大腸桿菌群的高壓致死曲線均遵守一級反應(yīng)動力學規(guī)律。在室溫(19℃)、保壓時間為10

4、min、梨汁pH5的條件下，三種微生物衛(wèi)生指標在500MPa壓力處理后均達到國家食品衛(wèi)生標準。證明碭山酥梨汁采用超高壓殺菌處理可行。②溫度協(xié)同超高壓殺菌效果顯著。溫度與壓力間在超高壓殺菌處理中存在二乘效應(yīng)，加熱或提高超高壓處理體系的溫度，能較大幅度提高殺菌效果。 4)、采用響應(yīng)曲面方法中的Box-Behnken模式，對超高壓處理枯草芽孢桿菌進行了試驗優(yōu)化設(shè)計，并進行了試驗驗證。結(jié)果表明：①壓力、溫度、保壓時間是超高壓滅菌的顯著影

5、響因子，分析表明其顯著度順序為壓力＞溫度＞保壓時間；②在本試驗條件范圍內(nèi)建立并驗證了超高壓殺滅枯草芽孢桿菌的回歸模型；③優(yōu)化得出10組殺滅6個數(shù)量級枯草芽孢桿菌工藝參數(shù)的取值范圍。 5)、首次開展了尼生素協(xié)同超高壓殺菌試驗。采用響應(yīng)曲面方法中的Pentagonal模式，對尼生素協(xié)同超高壓處理枯草芽孢桿菌進行了試驗優(yōu)化設(shè)計和試驗研究，發(fā)現(xiàn)并驗證了尼生素協(xié)同有效降低超高壓殺菌壓力的新方法。試驗證明尼生素不僅能夠用于高壓環(huán)境，而且比溫

6、度能更有效地協(xié)同超高壓殺滅枯草芽孢桿菌，并彌補了由于協(xié)同溫度的限制(熱敏性食品要求處理溫度≯60℃)帶來的超高壓殺菌壓力過高的問題。此外還建立了尼生素協(xié)同超高壓殺滅枯草芽孢桿菌的回歸模型。 6)、首次對超高壓處理前后枯草芽孢桿菌及其芽孢超微結(jié)構(gòu)進行觀察分析，解析了其營養(yǎng)體以及芽孢的滅活機制，找到了超高壓處理導(dǎo)致微生物細胞壁膜損傷的直接證據(jù)。結(jié)果表明：超高壓處理后枯草芽孢桿菌的營養(yǎng)體細胞壁出現(xiàn)皺縮、缺口、胞漿泄漏、結(jié)構(gòu)層次感消失，

7、并出現(xiàn)大片透電子區(qū)；超高壓處理后其芽孢外殼被破壞、出現(xiàn)缺口，芽孢內(nèi)含物結(jié)構(gòu)紊亂、泄漏、出現(xiàn)部分透電子區(qū)；甚至內(nèi)含物質(zhì)完全泄漏，而剩下細胞壁或芽孢外殼殘留。 7)、采用中溫協(xié)同超高壓力對梨汁中多酚氧化酶與過氧化物酶進行處理，研究了處理壓力、溫度、保壓時間以及梨汁的pH值對其活性的影響。試驗結(jié)果表明：①在處理溫度為50℃、保壓時間為10min和梨汁pH5的條件下，多酚氧化酶和過氧化物酶分別在250MPa以及200MPa壓力處理梨汁時

8、被激活，活性表現(xiàn)最高；隨后酶的活性開始下降，在500MPa時酶的活性分別下降到75.3％和75％。②提高溫度可以弱化維持酶構(gòu)象的次級鍵，反應(yīng)出溫度可以有效協(xié)同超高壓鈍化耐壓酶；在本試驗條件范圍內(nèi)，有效協(xié)同超高壓鈍化多酚氧化酶與過氧化物酶的溫度為≥40℃。③介質(zhì)pH值對兩種酶的耐壓能力產(chǎn)生顯著影響。在pH值為6時，兩種酶均表現(xiàn)出最為耐壓；pH小于5或大于6兩種酶的殘留活性都呈下降趨勢。 8)、首次采用響應(yīng)曲面方法中的Box-Beh

9、nken模式，對超高壓處理辣根過氧化物酶進行了試驗優(yōu)化設(shè)計，并進行了試驗分析驗證。結(jié)果表明：①壓力、溫度是超高壓鈍化辣根過氧化物酶的顯著影響因子，分析表明其顯著度為壓力＞溫度；在20min范圍內(nèi)，保壓時間對酶活力的影響不顯著；②在本試驗條件范圍內(nèi)建立了超高壓鈍化辣根過氧化物酶的回歸模型；③優(yōu)化得出10組鈍化80％辣根過氧化物酶活力的工藝參數(shù)的取值范圍。 9)、開展了超高壓處理前后辣根過氧化物酶CD譜的測定及其二級結(jié)構(gòu)與酶活力關(guān)系

10、的分析。首次探明：超高壓處理導(dǎo)致酶的α－螺旋、β－折疊、β轉(zhuǎn)角、無軌則卷曲各二級構(gòu)象構(gòu)成單元含量比例發(fā)生轉(zhuǎn)化(或稱數(shù)量轉(zhuǎn)換和消長)，從而改變了酶的二級構(gòu)象，是導(dǎo)致酶活性降低(酶鈍化)的根本原因。試驗結(jié)果還表明：①辣根過氧化物酶的活力與β－折疊的相對含量密切相關(guān)，其含量下降酶活力下降；超高壓處理將降低酶構(gòu)象中的β－折疊比例，從而使酶失活；②溫度協(xié)同超高壓處理加劇了β－折疊含量比例的下降，從而加速辣根過氧化物酶鈍化；有效協(xié)同溫度為≥40℃；