砀山酥梨汁超高压处理和降压措施的研究

摘要

本文选用典型热敏性果汁——砀山酥梨汁为超高压处理对象，在压力、保压时间和温度分别为100～500MPa、0～20min和19～60℃的范围内，开展了果汁超高压保鲜处理的可行性研究；考察了国家食品卫生标准要求严格控制的菌落总数、霉菌酵母菌和大肠杆菌群指标的变化规律；主要致褐变酶(多酚氧化酶和过氧化物酶)的钝化规律；分别选择代表性的耐压菌(枯草芽孢杆菌)和耐压酶(辣根过氧化物酶)，采用响应曲面法进行了杀菌和钝化酶的系统研究；开展了温度、尼生素协同降低超高压杀菌压力和温度协同降低超高压钝化酶压力的研究；通过超微结构分析和酶蛋白圆二色谱解析对超高压杀菌、钝化酶机理进行探索性研究。并得出如下结论： 1)、高压处理对维持酶构象的次级键产生破坏作用，可以钝化酶；对细胞壁、细胞膜的结构破坏，使微生物细胞内在生理功能紊乱、丧失。所以可以杀灭微生物并且钝化酶，对梨汁进行超高压杀菌钝化酶可行。 2)、果汁超高压杀菌钝化酶的效果不仅受到处理对象的内在因素如微生物和酶的种类、果汁的化学成分和体系pH值等的影响，而且受到压力、保压时间、施压方式以及其它协同因素如温度(加热)、添加剂种类等外在因素的影响。充分利用各外在因素交互作用产生的协同效应，可以有效降低超高压处理压力。 3)、通过常温和中温协同超高压对梨汁进行处理，考察了菌落总数、霉菌和酵母菌以及大肠菌群三项微生物指标的变化规律。结果表明：①梨汁中菌落总数、霉菌酵母菌和大肠杆菌群的高压致死曲线均遵守一级反应动力学规律。在室温(19℃)、保压时间为10min、梨汁pH5的条件下，三种微生物卫生指标在500MPa压力处理后均达到国家食品卫生标准。证明砀山酥梨汁采用超高压杀菌处理可行。②温度协同超高压杀菌效果显著。温度与压力间在超高压杀菌处理中存在二乘效应，加热或提高超高压处理体系的温度，能较大幅度提高杀菌效果。 4)、采用响应曲面方法中的Box-Behnken模式，对超高压处理枯草芽孢杆菌进行了试验优化设计，并进行了试验验证。结果表明：①压力、温度、保压时间是超高压灭菌的显著影响因子，分析表明其显著度顺序为压力＞温度＞保压时间；②在本试验条件范围内建立并验证了超高压杀灭枯草芽孢杆菌的回归模型；③优化得出10组杀灭6个数量级枯草芽孢杆菌工艺参数的取值范围。 5)、首次开展了尼生素协同超高压杀菌试验。采用响应曲面方法中的Pentagonal模式，对尼生素协同超高压处理枯草芽孢杆菌进行了试验优化设计和试验研究，发现并验证了尼生素协同有效降低超高压杀菌压力的新方法。试验证明尼生素不仅能够用于高压环境，而且比温度能更有效地协同超高压杀灭枯草芽孢杆菌，并弥补了由于协同温度的限制(热敏性食品要求处理温度≯60℃)带来的超高压杀菌压力过高的问题。此外还建立了尼生素协同超高压杀灭枯草芽孢杆菌的回归模型。 6)、首次对超高压处理前后枯草芽孢杆菌及其芽孢超微结构进行观察分析，解析了其营养体以及芽孢的灭活机制，找到了超高压处理导致微生物细胞壁膜损伤的直接证据。结果表明：超高压处理后枯草芽孢杆菌的营养体细胞壁出现皱缩、缺口、胞浆泄漏、结构层次感消失，并出现大片透电子区；超高压处理后其芽孢外壳被破坏、出现缺口，芽孢内含物结构紊乱、泄漏、出现部分透电子区；甚至内含物质完全泄漏，而剩下细胞壁或芽孢外壳残留。 7)、采用中温协同超高压力对梨汁中多酚氧化酶与过氧化物酶进行处理，研究了处理压力、温度、保压时间以及梨汁的pH值对其活性的影响。试验结果表明：①在处理温度为50℃、保压时间为10min和梨汁pH5的条件下，多酚氧化酶和过氧化物酶分别在250MPa以及200MPa压力处理梨汁时被激活，活性表现最高；随后酶的活性开始下降，在500MPa时酶的活性分别下降到75.3％和75％。②提高温度可以弱化维持酶构象的次级键，反应出温度可以有效协同超高压钝化耐压酶；在本试验条件范围内，有效协同超高压钝化多酚氧化酶与过氧化物酶的温度为≥40℃。③介质pH值对两种酶的耐压能力产生显著影响。在pH值为6时，两种酶均表现出最为耐压；pH小于5或大于6两种酶的残留活性都呈下降趋势。 8)、首次采用响应曲面方法中的Box-Behnken模式，对超高压处理辣根过氧化物酶进行了试验优化设计，并进行了试验分析验证。结果表明：①压力、温度是超高压钝化辣根过氧化物酶的显著影响因子，分析表明其显著度为压力＞温度；在20min范围内，保压时间对酶活力的影响不显著；②在本试验条件范围内建立了超高压钝化辣根过氧化物酶的回归模型；③优化得出10组钝化80％辣根过氧化物酶活力的工艺参数的取值范围。 9)、开展了超高压处理前后辣根过氧化物酶CD谱的测定及其二级结构与酶活力关系的分析。首次探明：超高压处理导致酶的α－螺旋、β－折叠、β转角、无轨则卷曲各二级构象构成单元含量比例发生转化(或称数量转换和消长)，从而改变了酶的二级构象，是导致酶活性降低(酶钝化)的根本原因。试验结果还表明：①辣根过氧化物酶的活力与β－折叠的相对含量密切相关，其含量下降酶活力下降；超高压处理将降低酶构象中的β－折叠比例，从而使酶失活；②温度协同超高压处理加剧了β－折叠含量比例的下降，从而加速辣根过氧化物酶钝化；有效协同温度为≥40℃；③在40℃、保压时间为10min和酶溶液pH7.0的条件下，在100MPa低压处理时，酶活力会反常升高，出现激活现象，随后酶活力不断下降。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：符号表及插图清单、表格清单

致谢

第一章绪论

1.1研究目的和意义

1.2国内外研究概况

1.2.1超高压杀菌研究进展

1.2.2超高压钝化酶研究进展

1.2.3降压协同措施研究进展

1.3本文拟研究内容

第二章理论分析

2.1果汁超高压钝化酶机理分析

2.1.1氧化酶的构象与功能

2.1.2超高压钝化酶的机理

2.1.3影响酶超高压钝化的关键因素

2.2果汁超高压杀菌机理分析

2.2.1细胞超高压损伤的若干机制

2.2.2影响超高压杀菌的关键因素

第三章实验设计

3.1中温协同超高压杀菌实验

3.1.1试验材料

3.1.2试验设备

3.1.3试验方法

3.2枯草芽孢杆菌超高压处理

3.2.1实验材料

3.2.2试验设备

3.2.3试验方法

3.3尼生素协同超高压处理实验

3.3.1实验材料

3.3.2试验设备

3.3.3试验方法

3.4超高压处理前后枯草芽孢杆菌超微结构变化观察

3.4.1实验方法

3.4.2试验设备

3.4.3试验方法

3.5多酚氧化酶及过氧化物酶钝化实验

3.5.1试验材料

3.5.2试验设备

3.5.3试验方法

3.6辣根过氧化物酶钝化实验

3.6.1试验材料

3.6.2试验设备

3.6.3试验方法

3.7辣根过氧化物酶二级结构观察及活力测定

3.7.1试验材料

3.7.2试验设备

3.7.3试验方法

第四章实验结果及讨论

4.1中温协同超高压处理对梨汁中微生物的影响

4.1.1常温下压力对微生物存活量的影响

4.1.2协同温度对微生物存活量的影响

4.1.3小结

4.2超高压处理对枯草芽孢杆菌存活率的影响

4.2.1超高压杀灭枯草芽孢杆菌实验分析和回归方程建立

4.2.2超高压杀菌工艺条件的优化和回归模型的检验

4.2.3小结

4.3尼生素协同超高压处理对枯草芽孢杆菌的影响

4.3.1杀灭枯草芽孢杆菌实验分析和回归方程建立

4.3.2尼生素添加量与温度对超高压杀菌影响效果比较

4.3.3小结

4.4超高压处理前后枯草芽孢杆菌超微结构变化

4.4.1超高压处理后枯草芽孢杆菌存活量

4.4.2正常枯草芽孢杆菌的超微结构

4.4.3超高压处理后枯草芽孢杆菌营养体和芽孢的超微结构

4.4.4超高压处理后枯草芽孢杆菌芽孢的几种典型超微结构

4.4.5小结

4.5中温协同超高压处理对多酚氧化酶和过氧化物酶的影响

4.5.1超高压处理对多酚氧化酶的影响

4.5.2超高压处理对过氧化物酶的影响

4.5.3小结

4.6响应曲面法在超高压处理辣根过氧化物酶中的应用

4.6.1超高压灭活HRP实验分析和回归方程建立

4.6.2超高压钝化酶工艺条件的优化

4.6.3小结

4.7超高压处理对辣根过氧化物酶二级结构及其活力的影响

4.7.1压力对辣根过氧化物酶活力的影响

4.7.2协同温度对辣根过氧化物酶活力的影响

4.7.3辣根过氧化物酶CD谱与酶活力的关系

4.7.4小结

第五章结论和建议

5.1结论

5.2建议

参考文献

附录