響應面法在超高壓鈍化哈密瓜汁中兩種酶研究上的應用

宋麗軍,張麗,尹琳琳,姜海榮,陳計巒

(石河子大學食品學院,石河子832003)

響應面法在超高壓鈍化哈密瓜汁中兩種酶研究上的應用

宋麗軍,張麗,尹琳琳,姜海榮,陳計巒

(石河子大學食品學院,石河子832003)

為了探討響應面法在超高壓鈍化哈密瓜汁中過氧化物酶(POD)和多酚氧化酶(PPO)研究上的應用,采用統(tǒng)計軟件Design-Expert 7.1中的Box-Behnken響應面設計,以溫度、p H值、壓力、保壓時間等為自變量,以 POD和PPO的殘存酶活為響應值,對哈密瓜汁的超高壓處理工藝進行了研究;建立了超高壓鈍化2種酶的回歸模型,并對其進行了實驗驗證。結(jié)果顯示:在實驗范圍內(nèi),回歸模型擬合情況良好,達到設計要求。

超高壓;響應面法;過氧化物酶;多酚氧化酶;哈密瓜汁

Abstract:In order to investigate the application of the response surface method on the ultra high pressure(U HP)inactivation of peroxidase(POD)and polyphenoloxidase(PPO)in Hami melon juice,all experiments were designed and optimized with Box-Behnken concept of response surface methodology(RSM):Set the temperature,p H value,pressure and holding time as independent variables,the residual activities of POD and PPO as response values.The regression equation(model)for U HP inactivation of POD and PPO was established,and also verified with the verification experiments.

Key words:ultra high pressure;response srface;peroxidase;polyphenoloxidase;Hami melon juice

哈密瓜(Cucumis melon.var.recticulatus,Hami melon)重要的品質(zhì)之一是其獨特的香氣,采用超高壓處理能有效殺死食品中的腐敗微生物和酶,而對哈密瓜獨特的香氣、維生素和色澤等品質(zhì)影響很小[1]。過氧化物酶(POD)和多酚氧化酶(PPO)酶的殘留活性對產(chǎn)品的風味、色澤和營養(yǎng)成分等有較大的影響,可將其作為質(zhì)量評價的指標酶[2-3]。壓力、溫度、保壓時間和p H值是影響超高壓殺菌酶的主要因素,故本實驗對哈密瓜汁開展壓力、溫度、保壓時間和p H值4個超高壓處理主要因子的響應面優(yōu)化設計,分析超高壓處理對哈密瓜汁中 POD和PPO影響規(guī)律;確定在本試驗條件內(nèi)的超高壓鈍化POD和PPO的回歸模型;為以后哈密瓜汁超高壓加工技術的應用提供理論依據(jù)和實踐基礎[4-6]。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

原料:新鮮哈密瓜86-1,產(chǎn)于新疆喀什市(鮮榨哈密瓜汁p H=6.55)。

1.2 實驗設備

HPP.L.2-600/O.6超高壓處理設備:工作壓力0～600 MPa,工作溫度-10～60℃,傳壓介質(zhì)水,天津市華泰森淼生物工程技術有限公司生產(chǎn);Neofuge 15R臺式高速冷凍離心機,北京陽光思特生物技術有限公司生產(chǎn);HI8424 New便攜式防水p H/mv/℃測定儀,北京哈納科儀科技有限公司生產(chǎn);島津UV-Mini1240紫外可見分光光度計;分析測定所用的各種化學試劑均為分析純。

1.3 實驗方法

1.3.1 哈密瓜汁的制備

主要過程為:哈密瓜→高錳酸鉀溶液清洗哈密瓜外皮→去皮、去籽→低溫榨汁→過濾→哈密瓜汁→檸檬酸(質(zhì)量分數(shù)5%)調(diào)整p H值→備用。

1.3.2 超高壓處理實驗

將哈密瓜汁真空密封于雙層聚乙烯塑料袋中,每袋裝樣量30 mL,各設3個平行。待高壓釜內(nèi)介質(zhì)到達設定溫度后,將樣品放入釜中,2.5 min后加壓到設定壓力。

1.3.3 酶活性檢測

1)過氧化物酶活性測定。以0.10 mol/L Tris-HCl緩沖液(pH=8.5),在2 ℃12000 r/min離心10 min提取粗酶液。反應體系包括:粗酶液0.15 mL;0.20 mol/L pH=6.0磷酸緩沖液2.951 mL;0.03 mL 30%H2O2;0.019 mL愈創(chuàng)木酚。以pH=6.0磷酸緩沖液做對照,在20℃下470 nm處測定吸光值。

2)多酚氧化酶活性。以0.05 mol/L磷酸緩沖液(pH=6.8),在2℃,12000 r/min離心10 min提取粗酶液。反應體系:1.0 mL 0.05 mol/L磷酸緩沖液(pH=6.8);1.0 mL 0.02 mol/L鄰苯二酚(用0.05 mol/L pH=6.8磷酸緩沖液配制),以pH=6.8磷酸緩沖液做對照,在20℃、410 nm處測定吸光值。

3)酶活性的定義。單位時間內(nèi),每毫升酶液吸光度變化0.001定義為1個酶活性單位。

4)殘存酶活性的定義。

RA=(處理后樣品活性/對照樣品活性)100%。

2 結(jié)果與分析

2.1 響應曲面法(RSM)試驗設計

在單因素實驗的基礎上,采用統(tǒng)計軟件Design-Expert 7.1中的Box-Behnken響應面設計,以溫度、pH值、壓力、保壓時間為自變量,以POD和PPO殘存酶活為響應值,實驗因素水平及編碼見表1。

表1 實驗因素水平及編碼Tab.1 Variables and experimental design levels for response surface

2.2 數(shù)據(jù)分析及回歸方程的建立與檢驗

回歸模型系數(shù)顯著性檢驗:對于POD,X2為pH值、X3為壓力、X4為時間,X12、X22、X32、X42(P<0.0001)極顯著;X1溫度(P=0.0004)、X3X4(P=0.0015)顯著;其余不顯著。對于 PPO,X1為溫度,X2為pH值、X3為壓力、X4為時間,X22(P<0.0001)極顯著 ,X2X3(P=0.0024)、X12(P=0.0007)顯著,其余不顯著。兩模型的方差分析結(jié)果見表3。

表2 實驗設計與結(jié)果Tab.2 The experimental design and results

表3 回歸模型方差分析Tab.3 Analysis of variance(ANOVA)for regression equation

2.3 超高壓鈍化POD和 PPO工藝的優(yōu)化與驗證

利用所得模型在一定范圍內(nèi),可以得出若干組擬設定的POD和PPO殘存酶活的工藝參數(shù)?？紤]到POD和PPO的特性不同,設定 POD殘存酶活80%(在本實驗設定實驗條件下,POD殘存酶活最低約為75%),PPO殘存酶活5%,其工藝參數(shù)及實驗結(jié)果如表4所示。

表4 回歸模型所優(yōu)化的超高壓處理參數(shù)Tab.4 Process parameters of optimum groups for UHP treatment

由表4可知:在POD殘存酶活80%,PPO殘存酶活5%條件下,模型的預測值與實驗驗證值平均相對誤差分別為2.43%和4.96%。已建立的回歸模型準確可行,可以用來預測壓力為 300～500 MPa,溫度為25～55 ℃,保壓時間為10～30 min,p H為4～6范圍內(nèi)以及附近取值的超高壓鈍化POD和PPO的工藝。

3 結(jié)論

哈密瓜汁中的 POD較其它大部分果蔬中的POD都耐壓,常常需要較高的壓力>400 MPa協(xié)同以較高溫度>40℃和較低p H值<5才能鈍化;而鈍化其中的PPO則只需較低的壓力>300 MPa協(xié)同以較低的p H值<5即可達到鈍化要求。

本研究在設定 POD殘存酶活80%及 PPO殘存酶活5%條件下,模型的預測值與實驗驗證值平均相對誤差分別為2.43%和4.96%,表明回歸模型擬合程度良好,可用于預測本試驗條件范圍內(nèi)哈密瓜汁中POD和PPO的超高壓鈍化工藝。

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Application of Response Surface Method to the Inactivation of Two Enzymes in Hami Melon Juice by Ultra High Pressure

SONG Lijun,ZHANG Li,TU Jinjin,YIN Linlin,J IANG Hairong,CHEN Jiluan
(Food College,Shihezi University,Shihezi 832003,China)

O631.3

A

1007-7383(2010)05-0600-06

2010-02-26

教育部重點課題項目(207137),新疆兵團博士資金項目(2007jc11)

宋麗軍(1982-),男,碩士生,專業(yè)方向為農(nóng)產(chǎn)品加工與貯藏。

陳計巒(1973-),女,副教授,從事農(nóng)產(chǎn)品加工與貯藏研究;e-mail:chenjiluan@163.com。