獼猴桃漿歐姆加熱特性及酶失活率數(shù)學(xué)模型的建立

趙武奇，趙曉春

(陜西師范大學(xué)食品工程與營(yíng)養(yǎng)科學(xué)學(xué)院，陜西西安 710062)

獼猴桃漿歐姆加熱特性及酶失活率數(shù)學(xué)模型的建立

趙武奇，趙曉春

(陜西師范大學(xué)食品工程與營(yíng)養(yǎng)科學(xué)學(xué)院，陜西西安 710062)

利用歐姆加熱技術(shù)對(duì)獼猴桃漿進(jìn)行加熱，探討了加熱過程中加熱速率和電導(dǎo)率的變化規(guī)律，建立了多酚氧化酶和過氧化物酶失活率的數(shù)學(xué)模型。結(jié)果表明，加熱速率隨著電場(chǎng)強(qiáng)度的升高而增大，電場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)試樣的電導(dǎo)率影響不大，隨著溫度的升高，電導(dǎo)率呈線性關(guān)系增大;回歸方程在α=0.05水平顯著，可用于歐姆加熱工藝參數(shù)對(duì)多酚氧化酶和過氧化物失活影響的預(yù)測(cè)。研究結(jié)果可為獼猴桃漿的深加工提供理論基礎(chǔ)。

歐姆加熱，獼猴桃漿，加熱特性，酶滅活率

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

新鮮秦美獼猴桃 購(gòu)自陜西眉縣，無病蟲害，無腐爛，成熟度基本一致;愈創(chuàng)木酚、鄰苯二酚、30%雙氧水、磷酸二氫鉀、磷酸氫二鉀等試劑 均為分析純。

722型分光光度計(jì) 上海精密科學(xué)儀器有限公司;BS 224S型電子天平 北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司;TDL80－2B型 離心分離機(jī) 上海安亭科學(xué)儀器廠;78HW－1型恒溫加熱磁力攪拌器 杭州儀表電機(jī)有限公司;自制的歐姆加熱設(shè)備主要由調(diào)壓器、溫控儀、處理室等組成。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 獼猴桃漿的制備 取成熟的秦美獼猴桃，剝皮，將新鮮果肉至于打漿機(jī)中，打漿3～4min，直至果漿均勻，細(xì)膩。分別置于燒杯中用薄膜密封冷藏以備后用。

1.2.2 獼猴桃漿歐姆加熱特性實(shí)驗(yàn)

1.2.2.1 電導(dǎo)率的計(jì)算 電導(dǎo)率計(jì)算公式為:

式中:σ－物料的電導(dǎo)率，S/m;L－加熱室內(nèi)兩電極之間的距離，m;A－極板與物料之間的有效接觸面積，m2;I－為電流，A;V－為電壓，V。

1.2.2.2 電場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)獼猴桃漿加熱速率影響實(shí)驗(yàn) 每次取試樣200mL放入加熱槽中，極板間距為10cm，分別在11、14、17、20V/cm的電場(chǎng)強(qiáng)度下，對(duì)獼猴桃漿進(jìn)行歐姆加熱，每隔30s記錄一次物料的溫度。

1.2.2.3 溫度對(duì)電導(dǎo)率的影響實(shí)驗(yàn) 在與上述相同電壓條件下，分別對(duì)獼猴桃漿進(jìn)行歐姆加熱，記錄電壓、電流及物料的溫度，計(jì)算電導(dǎo)率。

1.2.3 歐姆加熱對(duì)獼猴桃漿中酶活力的影響實(shí)驗(yàn)

1.2.3.1 酶活性的測(cè)定方法 多酚氧化酶(PPO)活性測(cè)定應(yīng)用鄰苯二酚比色法［11］;過氧化物酶(POD)活性測(cè)定應(yīng)用愈創(chuàng)木酚法［12］。

1.2.3.2 酶失活率的計(jì)算

酶失活率(%)=(歐姆加熱處理前的酶活－歐姆加熱處理后的酶活)/歐姆加熱處理前的酶活×100

1.2.3.3 二次通用旋轉(zhuǎn)組合實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)采用二次通用旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計(jì)的方法，在單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，確定因素和水平［13］，實(shí)驗(yàn)因素分別為時(shí)間X1、電場(chǎng)強(qiáng)度X2和溫度X3，以酶的失活率為指標(biāo)，分別進(jìn)行多酚氧化酶(PPO)和過氧化物酶(POD)實(shí)驗(yàn)研究，多酚氧化酶實(shí)驗(yàn)因素水平安排如表1所示，過氧化物酶實(shí)驗(yàn)因素水平安排如表2所示。

表1 多酚氧化酶二次旋轉(zhuǎn)正交實(shí)驗(yàn)因素水平表Table 1 Factor and levels of PPO orthogonal test

2 結(jié)果與分析

2.1 電場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)獼猴桃漿加熱速率的影響

依據(jù)1.2.2.2中的方法進(jìn)行歐姆加熱實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見圖1，圖1為在不同的電場(chǎng)強(qiáng)度下對(duì)獼猴桃漿進(jìn)行歐姆加熱時(shí)物料的溫度隨時(shí)間的變化曲線。從圖中可以看出，隨著電場(chǎng)強(qiáng)度增大，加熱速率越高。電場(chǎng)強(qiáng)度越高，通過的電流也就越大，產(chǎn)生的熱量隨之增加，獼猴桃漿的加熱速率也就越高，這與文獻(xiàn)［7］的研究結(jié)果一致。因此在通電加熱工藝中可以通過改變電場(chǎng)強(qiáng)度的大小來控制物料的加熱速率。

表2 過氧化物酶二次旋轉(zhuǎn)正交實(shí)驗(yàn)因素水平表Table 2 Factors and levels of POD orthogonal test

圖1 不同電場(chǎng)強(qiáng)度下的歐姆加熱曲線Fig.1 Ohmic heating curves of kiwifruit puree at different voltage gradients

2.2 溫度對(duì)電導(dǎo)率的影響

圖2為獼猴桃漿歐姆加熱過程中不同電場(chǎng)強(qiáng)度下的電導(dǎo)率隨溫度的變化曲線，可以看出，電場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)試樣的電導(dǎo)率影響不大，隨著溫度的升高，電導(dǎo)率增大，這與文獻(xiàn)［8］的實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。溫度越高，細(xì)胞膜破壞越大，自由含水量增加，另外獼猴桃漿的粘度也隨溫度的升高而降低，粘度低時(shí)離子運(yùn)動(dòng)的阻力減小，均導(dǎo)致獼猴桃漿的電導(dǎo)率增加。表3為電導(dǎo)率對(duì)溫度的直線回歸效果，可以看出，電導(dǎo)率與溫度成線形相關(guān)。

表3 不同電場(chǎng)強(qiáng)度下電導(dǎo)率與溫度的回歸方程Table 3 Regression equations between electric conductivity and temperature at different voltage gradients

2.3 酶失活模型的建立

圖2 不同電場(chǎng)強(qiáng)度下獼猴桃漿的電導(dǎo)率隨溫度的變化Fig.2 The changes in electrical conductivity of kiwifruit puree with temperature during ohmic heating at different voltage gradients

歐姆加熱過程中，影響酶失活的主要因素有加熱溫度、處理時(shí)間和電場(chǎng)強(qiáng)度。一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型只能描述加熱溫度及處理時(shí)間對(duì)酶活力的影響，本文進(jìn)行二次旋轉(zhuǎn)正交實(shí)驗(yàn)，建立酶失活的二級(jí)多項(xiàng)式模型，表4為二次通用旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，表中Y1為多酚氧化酶的失活率，Y2為過氧化物酶的失活率。采用DPS數(shù)據(jù)分析軟件對(duì)表4中多酚氧化酶的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，可以得出，時(shí)間、電場(chǎng)強(qiáng)度、溫度、時(shí)間的二次項(xiàng)對(duì)多酚氧化酶的失活作用的影響具有極顯著性差異(p＜0.01)。溫度的二次項(xiàng)對(duì)多酚氧化酶的失活作用的影響具有顯著影響(p＜0.05)。對(duì)回歸系數(shù)進(jìn)行檢驗(yàn)，表明時(shí)間、電場(chǎng)強(qiáng)度、溫度及溫度的二次項(xiàng)對(duì)多酚氧化酶失活的影響呈正效應(yīng)，而時(shí)間的二次項(xiàng)對(duì)多酚氧化酶失活的影響為負(fù)效應(yīng)。其它變量的影響均不顯著(p＞0.05)，無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。α=0.05顯著水平剔除不顯著項(xiàng)后，簡(jiǎn)化后的回歸方程:Y1=55.45306+10.84597X1+3.70840X2+ 11.05432X3－0.62712X12+0.53961X3

2，對(duì)失擬項(xiàng)作F檢驗(yàn)，F(xiàn)1=3.245＜F0.05(5，5)=5.05，說明失擬項(xiàng)在α=0.05水平不顯著，用統(tǒng)計(jì)量 F2對(duì)回歸方程作F檢驗(yàn)，F(xiàn)2=354.263＞F0.05(9，10)=3.02說明回歸方程在α=0.05水平顯著，Y1回歸方程可用于歐姆加熱工藝參數(shù)對(duì)多酚氧化酶滅活影響的預(yù)測(cè)，具有實(shí)際應(yīng)用意義。

采用DPS數(shù)據(jù)分析軟件對(duì)表4中過氧化物酶的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，可以得出，時(shí)間、電場(chǎng)強(qiáng)度、溫度對(duì)過氧化物酶的失活作用的影響具有極顯著性差異(p＜0.01)。電場(chǎng)強(qiáng)度和溫度的交互項(xiàng)對(duì)過氧化物酶的滅活作用的影響具有顯著影響(p＜0.05)。對(duì)回歸系數(shù)進(jìn)行檢驗(yàn)，表明時(shí)間、電場(chǎng)強(qiáng)度、溫度對(duì)過氧化物酶滅活的影響呈正效應(yīng)，而電場(chǎng)強(qiáng)度和溫度的交互項(xiàng)對(duì)過氧化物酶失活的影響為負(fù)效應(yīng)。其他變量的影響均不顯著(p＞0.05)，無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。α=0.05顯著水平剔除不顯著項(xiàng)后，簡(jiǎn)化后的回歸方程: Y2=56.05545+17.25330X1+4.60005X2+20.88748X3－1.16250X2X3，對(duì)失擬項(xiàng)作 F檢驗(yàn)，F(xiàn)1=2.27＜F0.05(5，5)=5.05，說明失擬項(xiàng)在α=0.05水平不顯著，用統(tǒng)計(jì)量F2對(duì)回歸方程作F檢驗(yàn)，F(xiàn)2=456.825＞F0.05(9，10)=3.02，說明回歸方程在α=0.05水平顯著，Y2回歸方程可用于歐姆加熱工藝參數(shù)對(duì)過氧化物酶滅活影響的預(yù)測(cè)，具有實(shí)際應(yīng)用意義。

3 結(jié)論

歐姆加熱對(duì)獼猴桃漿加熱時(shí)，加熱速率隨著電場(chǎng)強(qiáng)度的升高而增大，電場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)試樣的電導(dǎo)率影響不大，隨著溫度的升高，電導(dǎo)率與溫度呈線性關(guān)系增大;建立的歐姆加熱工藝參數(shù)對(duì)多酚氧化酶和過氧化物失活率的數(shù)學(xué)模型模型均在α=0.05水平顯著，可用于歐姆加熱工藝參數(shù)對(duì)多酚氧化酶和過氧化物失活影響的預(yù)測(cè)。研究結(jié)果可為獼猴桃漿的深加工提供理論基礎(chǔ)。

表4 二次通用旋轉(zhuǎn)組合實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 4 Experiment results of quadratic rotating combined design

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Heating characteristic and mathematical model of enzyme inactivation ratio during ohmic heating of kiwifruit puree

ZHAO Wu－qi，ZHAO Xiao－chun
(College of Food Engineering and Nutritional Science，Shaanxi Normal University，Xi’an 710062，China)

Variation rule of heating rate and electric conductivity were explored during ohmic heating of kiwifruit puree.Mathematical model of inactivation ratio were established for polyphenol oxidase and peroxidase.Results indicated that the heating rate increased with the increase of the electric field strength.The electric field strength had no obvious effect on electric conductivity.With temperature increasing，electric conductivity increased linearly.Regression equations existed at a significance level of 0.05，which could be used for predicting inactivation ratio of polyphenol oxidase and peroxidase during ohmic heating of kiwifruit puree.These results would be theoretical basis for the deep processing of kiwifruit puree.

ohmic heating;kiwifruit puree;heating characteristic;enzyme inactivation ratio

TS201.1

A

1002－0306(2012)21－0096－04

我國(guó)是獼猴桃(Actinidia chinensis)的優(yōu)勢(shì)主產(chǎn)國(guó)，品種資源豐富，全世界獼猴桃約有66種，我國(guó)就有62種［1］。獼猴桃具有豐富的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和良好的藥用價(jià)值。獼猴桃果漿因幾乎完全保留了獼猴桃的營(yíng)養(yǎng)成分和氣味，還含有大量的優(yōu)質(zhì)膳食纖維、B類維生素、氨基酸和人體必需的礦物質(zhì)，有望成為一種治療嚴(yán)重?zé)齻麆?chuàng)面的酶清創(chuàng)藥物原料［2］，也可作為大型飲品企業(yè)制作獼猴桃系列飲品和獼猴桃果味乳品、冰淇淋等食品的理想原料，具有廣闊的市場(chǎng)。但目前獼猴桃果漿產(chǎn)品存在VC損失嚴(yán)重，獼猴桃特有的翠綠色也很難保持，制品的色澤呈現(xiàn)深綠色或褐色的缺點(diǎn)。這是由于加工中的蒸煮、濃縮、殺菌操作均為熱加工，需要較長(zhǎng)時(shí)間的加熱，這樣不但會(huì)加劇食品營(yíng)養(yǎng)成分的損失，加速酶促褐變的發(fā)生，而且由于顆粒周圍液體的過度加熱，導(dǎo)致顆粒食品外表的煮爛而影響顆粒的完整

2012－04－05

趙武奇(1965－)，男，副教授，博士，研究方向:食品加工新技術(shù)。

陜西省自然科學(xué)基礎(chǔ)研究計(jì)劃項(xiàng)目(2011JM3011);陜西師范大學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)研究項(xiàng)目(SYJS2012015)。性，使產(chǎn)品的商業(yè)價(jià)值和品質(zhì)下降。歐姆加熱又稱為通電加熱，是利用食品物料本身的介電性質(zhì)直接把電能轉(zhuǎn)化為熱能的一種加熱方式。歐姆加熱作為食品加工技術(shù)的一項(xiàng)新技術(shù)，可用于食品的熱燙、蒸發(fā)、脫水、發(fā)酵、提?。?］、真空浸漬［4］、凝膠加熱［5］及殺菌［6］等，具有物料升溫快、加熱均勻、無污染、易操作、熱能利用率高、加工食品質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)。Icier等［7］建立了杏漿和桃漿歐姆加熱過程中電導(dǎo)率變化的數(shù)學(xué)模型;Castro等［8］探討了歐姆加熱草莓漿時(shí)電導(dǎo)率的變化規(guī)律，建立了草莓漿中維生素C的降解模型;Icier等［9］研究了豆?jié){的歐姆加熱燙漂技術(shù)，得出了顏色變化動(dòng)力學(xué)模型。而對(duì)于獼猴桃果漿的歐姆加熱研究國(guó)內(nèi)外均未見報(bào)道。秦美獼猴桃為晚熟較耐貯藏的鮮食品種，目前我國(guó)栽培面積最大，占全國(guó)獼猴桃總栽培面積的40%以上［10］。本文以秦美獼猴桃為原料，研究其果漿在歐姆加熱過程中的加熱特性及酶失活模型，為歐姆加熱用于獼猴桃的深加工提供理論基礎(chǔ)。