超高压对米曲霉胞外酶活性的调控及其在传统黄豆酱生产中的应用研究

摘要

中国传统的黄豆酱是通过酱曲的长时间发酵而成，成品黄豆酱不仅均有独特的风味，而且营养丰富，广受消费者喜爱。但是，由于传统的黄豆酱制作工艺要求的发酵时间长，严重制约了黄豆酱产量的提高，从而间接地增加了生产成本，不利于产品竞争力的提高。发酵在本质上是酱曲中微生物的代谢活动和酶的催化反应的过程，若能通过技术手段加强发酵过程中微生物的代谢活动和/或酶促催化反应，则可以缩短发酵所需的时间或增强发酵的效果。研究表明，高静压对酶（蛋白质）具有一定的活性调控作用，通常表现为:(1)较低压力可激活酶的活性，(2)较高的压力可钝化酶的活性。
　　本课题创新性地将超高压技术与中国传统的黄豆酱生产工艺相结合，将制备完成但还未开始发酵的酱曲进行超高压处理，分析了不同压力对处理后酱曲中对品质有至关作用的米曲霉外胞酶的活性的影响，并进行动力学模型拟合，寻找能最大程度地激活酱曲中米曲霉胞外酶活性的超高压处理参数，并选用该最优处理条件进行黄豆酱发酵试验，对发酵后的成品进行品质分析，包括颜色、氨基酸组成和香气特征。同时，将品质分析结果与市售典型的黄豆酱进行对比，分析利用超高压技术缩短传统黄豆酱的发酵过程、改善成品品质（增强发酵效果）的可行性，目的是为传统的黄豆酱生产工艺的产业化升级提供一种新手段。同时，本课题根据现有的超高压装备在温度监控方面的不足，设计和开发能有效监控超高压加工过程中温度变化的温度监测和控制单元，并通过试验进行验证。
　　本论文的主要研究结果如下:
　　1.较低压力的超高压处理可激活酱曲PPO活性，在压力为200～300MPa、保压时间为10min时，PPO酶活性增加到116～135％，而当处理压力大于350MPa，PPO活性呈显著下降;通过模型拟合，PPO的压变动力学在不同的压力范围内呈现不同的特征:100～200MPa的HPP处理对酱曲PPO激活符合两段式一级动力学模型(R2≥0.970);250～300MPa的HPP处理对PPO的激活符合一级分数转换模型(R2≥0.994);而350～500MPa的HPP处理对PPO的钝化效果符合两段式动力学模型与一级动力学模型的混合模型（R2≥0.995）。
　　2.通过对发酵后成品黄豆酱的色泽进行分析，酱曲经过200～300MPa超高压处理，可显著加速黄豆酱在发酵过程中酱色素的形成，总色差较对照样品由显著增加，改善了黄豆酱的色泽品质。
　　3.酱曲中性蛋白酶(pH=7.5)和碱性蛋白酶(pH=10.0)受压力的影响规律类似，在150～500MPa压力范围内，酶的压变动力学模型符合两段式一级动力学模型。中性和碱性蛋白酶经100～300MPa压力处理活性有显著提高。250～300MPa、5～10min的超高压处理，酱曲中性蛋白酶和碱性蛋白酶活性分别从对照样品的39.7和48.68U mL-1升高至120U mL-1以上，酶活性的增加比均超过240％;而较高的压力处理(350～500MPa，0～20min)对蛋白酶的活性有显著的钝化作用。
　　4.酱曲经过(250、300MPa，5、10min)的HPP处理，可增加在发酵过程中生成和积累的氨基酸含量，HPP处理黄豆酱的干基总氨基酸含量范围为7.0817～9.5332g100g-1，显著高于市售样品的总氨基酸含量，同时也符合国标GB/T24399-2009对黄豆酱总氨基态氮含量的要求。结果表明:利用HPP处理提高酱曲蛋白酶的活性后，在较短的发酵时间内，可形成比传统工艺生产的黄豆酱更多的氨基态营养成分。
　　5.较250MPa相比，300MPa的HPP处理（保压时间5 min）有利于发酵过程中Glu、Asp和Ser的生成和积累，可显著增强黄豆酱的鲜味特征;在处理压力为300MPa时，较5min的保压时间相比，10min的保压时间不利于发酵过程中氨基酸的生成和积累，但具有降血压功能的GABA含量明显增加，含量由0.0606g100g1提高至0.0613g100g1，增加的百分率为1.16％。
　　6.电子鼻技术和LDA分析法可有效区分出市售黄豆酱和超高压处理黄豆酱样品，不同压力处理对黄豆酱香气特征值影响显著。较市售样品相比，超高压黄豆酱的香气具有某种共性特征，且该共性受压力大小的影响具有一定的方向性。
　　7.黄豆酱香气经HS-SPME-GC-MS可分析出共约60种芳香化合物，包括醇类化合物8种，醛类化合物10种，酸4种、酯类化合物22种，烷烃类化合物8种及其他7种化合物;表明经过超高压处理的黄豆酱香气的主要组分发生变化;在保压时间为5或10min时，增加处理压力有利于醇、醛、酸类化合物的生产和积累，但不利于酯类化合物的生成和积累;相同的处理压力，较长的保压时间(10min)可得到浓度更高的芳香组分，且有利于在酱曲在发酵过程中醇、酸、酯和烷烃类物质的形成和积累，但不利于醛类物质的生成和积累。
　　8.设计了超高压设备辅助装置并进行试验验证。包括温度检测系统（热电偶传感器）和温度保护系统（绝热小容腔）。验证试验表明设计的辅助装置能有效地在高压(0.1～500MPa)和常温、低温下使用。

目录

论文说明

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 传统黄豆酱概述

1．1．1 什么是黄豆酱

1．1．2 黄豆酱制作工艺

1．1．3 酶在黄豆酱制作过程中的作用

1．1．4 黄豆酱风味特征及营养价值

1．1．5 黄豆酱的研究现状及存在的问题

1．2 超高压食品加工技术概述

1．2．1 超高压加工技术的定义与特征

1．2．2 超高压加工的原理

1．2．3 超高压对酶催化特性的影响

1．2．4 超高压技术发展历史及现状

1．3 本论文的研究内容与意义

第二章 超高压装置温度监控单元的设计与应用

2．1 温度监控单元的设计

2．1．1 设计总体说明

2．1．2 温度监测系统设计

2．1．3 热电偶测温原理

2．1．4 温度保护系统的设计

2．2 温度监控单元在黄豆酱常温超高压处理中的应用

2．3 温度监控单元在超高压低温条件下应用

2．3．1 材料与方法

2．3．2 结果与讨论

2．4 本章小结

第三章 超高压对黄豆酱曲多酚氧化酶活性及产品颜色的影响

3．1 材料与方法

3．1．1 材料与试剂

3．1．2 主要仪器与设备

3．1．3 试验方法

3．1．4 数据统计与分析

3．2 结果与分析

3．2．1 热处理对酱曲PPO活性的影响

3．2．2 超高压处理过程中样品温度的变化

3．2．3 超高压处理对酱曲PPO活性的影响

3．2．4 酱曲PPO活性的压变动力学分析

3．2．5 超高压处理对黄豆酱颜色的影响

3．3 本章小结

第四章 超高压对黄豆酱曲蛋白酶活性及产品中氨基酸的影响

4．1 材料与方法

4．1．1 材料与试剂

4．1．2 主要仪器与设备

4．1．3 试验方法

4．1．4 数据统计分析

4．2 结果与分析

4．2．1 酪氨酸标准曲线的绘制

4．2．2 热处理对蛋白酶活性的影响

4．2．3 压力处理对蛋白酶活性的影响

4．2．4 蛋白酶活性的压变动力学分析

4．2．5 蛋白酶活性的最适处理压力分析

4．2．6 黄豆酱样品的氨基酚组成及含量分析

4．2．7 超高压处理对黄豆酱在发酵过程中氨基酸生成途径及产品风味的影响探讨

4．3 本章小结

第五章 超高压处理对黄豆酱香气特征的影响

5．1 材料与方法

5．1．1 材料与试剂

5．1．2 主要仪器与设备

5．1．3 试验方法

5．1．4 数据统计分析

5．2 结果与分析

5．2．1 黄豆酱香气的电子鼻分析示意图描述

5．2．2 压力对黄豆酱香气在电子鼻分析中响应值的影响

5．2．3 热处理对黄豆酱香气在电子鼻分析中响应值的影响

5．2．4 黄豆酱香气的GC图谱分析

5．2．5 黄豆酱香气组分的定性定量分析结果

5．2．6 保压时间对黄豆酱香气组分定量分析结果的影响

5．2．7 压力对黄豆酱香气组分定量分析结果的影响

5．3 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 全文总结

6．2 主要创新点

6．3 展望

参考文献

作者简介