感應(yīng)電場處理后藍(lán)莓泥酶活性及總花青素含量變化

金亞美，黃煦，徐悅，吳鳳鳳，徐學(xué)明，金征宇，廖小軍，楊哪*

1(江南大學(xué) 食品學(xué)院，江蘇 無錫，214122) 2(食品科學(xué)與技術(shù)國家重點(diǎn)實驗室(江南大學(xué))，江蘇 無錫，214122) 3(中國農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品科學(xué)與營養(yǎng)工程學(xué)院，北京，100083)

藍(lán)莓營養(yǎng)價值高，富含酚酸、SOD、類黃酮和花色苷等生物活性物質(zhì)，尤其是其中的花青素成分，具有優(yōu)良的清除自由基、抗炎癥功效，能夠預(yù)防老年癡呆、心血管疾病以及延緩衰老[1-2]。藍(lán)莓果泥產(chǎn)品特殊的流態(tài)性質(zhì)使其不僅能被普通消費(fèi)者食用，還可針對嬰幼兒和老年人等特殊消費(fèi)群體所設(shè)計，具有廣闊的消費(fèi)市場。藍(lán)莓中的多酚氧化酶(polyphenol oxidase, PPO)和過氧化物酶(peroxidase, POD)易導(dǎo)致藍(lán)莓果泥發(fā)生褐變，對其感官品質(zhì)和營養(yǎng)價值產(chǎn)生負(fù)面影響[3-4]。

現(xiàn)在食品工業(yè)中果泥的殺菌滅酶多采用熱處理的方式，但是高溫容易造成熱敏性功能成分的破壞損失。因此，新型的非熱加工技術(shù)如高壓脈沖電場[5]、超高壓處理[6]、高壓二氧化碳[7]、脈沖磁場[8]、中強(qiáng)度電場[9]、歐姆加熱[10]、電離輻射等[11]得到廣泛關(guān)注。其中歐姆加熱、高壓脈沖電場和中強(qiáng)度電場采用金屬電極直接接觸食品并施加電壓以達(dá)到對物料的滅酶處理效果，但是在通電過程中由于食品和金屬極板間發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，使得極板金屬離子進(jìn)入食品原料，造成原料污染[12-13]。因此，以電場為媒介的食品非熱加工技術(shù)的發(fā)展受到了很大限制。

利用電磁感應(yīng)原理，即在初級線圈上施加電壓，就會在閉合鐵氧體內(nèi)產(chǎn)生交變磁場，通過電能-磁能-電能的耦合轉(zhuǎn)換后，當(dāng)流動的藍(lán)莓果泥作為次級線圈時，交變磁場會在次級線圈中的樣品內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電場，從而實現(xiàn)對藍(lán)莓泥的處理。目前關(guān)于感應(yīng)電場的應(yīng)用集中于其對流動料液的間歇式處理[14-16]，但這種處理方式并不適于大規(guī)模生產(chǎn)，而本研究使用的感應(yīng)電場系統(tǒng)可以實現(xiàn)連續(xù)式的樣品處理。相對于其他電場加工技術(shù)，利用電磁感應(yīng)在螺旋狀連續(xù)流的藍(lán)莓泥中得到高強(qiáng)度的電勢差，為一種新的藍(lán)莓泥加工技術(shù)研究提供了參考。本試驗探究了不同強(qiáng)度感應(yīng)電場處理對藍(lán)莓果泥PPO和POD酶活的影響，確定滅酶的處理時間、激勵電壓和溫度參數(shù)，分析感應(yīng)電場處理后的藍(lán)莓果泥總花青素含量變化。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

佳沃藍(lán)莓、矮叢藍(lán)莓，購于無錫歐尚超市。KH2PO4、K2HPO4、NaH2PO4、Na2HPO4、鄰苯二酚、愈創(chuàng)木酚、H2O2(30%)、C2H4O2(98%)、HCl、C2H3NaO2、NaCl、C2H6O、NaOH、瓊脂、胰蛋白胨、酵母浸膏、C6H12O6，均為分析純，購于國藥公司；實驗用水均為去離子水。

1.2 儀器與設(shè)備

IEF處理裝置如圖1所示。裝置中含有4個反應(yīng)單元，其初級銅線線圈(NPi=15)、次級料液線圈(NSi=25匝，內(nèi)徑8 mm，壁厚2 mm)外圍的玻璃腔體用于保持處理溫度。反應(yīng)器以串聯(lián)的方式連接構(gòu)成整個連續(xù)流體系。工作時，電源發(fā)出激勵電壓(UPi)施加在初級線圈上，次級樣品線圈上產(chǎn)生感應(yīng)電壓(ESi)。根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，交變的磁通量使相鄰樣品線圈之間產(chǎn)生電位差。

a-交變電源；b-恒溫水浴裝置；c-樣品瓶；d-料液流路；e-反應(yīng)單元；f-恒溫循環(huán)水流路；g-恒溫循環(huán)水浴裝置；h-蠕動泵

其他主要儀器：分光光度計(TU1900)，北京普析通用儀器有限公司；高速冷凍離心機(jī)(BK-TD6G)，山東博科生物產(chǎn)業(yè)有限公司；阻抗分析儀(65120B)，英國Wayne Kerr electronics公司；流變儀(DHR-3)，美國沃特世公司。

1.3 藍(lán)莓果泥的處理

每次稱取900 g藍(lán)莓，加入300 g去離子水，用破壁機(jī)破碎6 min后立即進(jìn)行感應(yīng)電場處理。通過改變輸出電壓(100、150和250 V)、處理時間(0～60 min)和溫度(65、75和85 ℃)作為不同的IEF處理組，以相同條件下但輸出電壓為0 V的樣品作為對照組。

1.4 PPO活性的測定

根據(jù)QUEIROZ等[17]的方法并稍加修改進(jìn)行PPO酶活的測定。稱取2.5 g藍(lán)莓果泥，加入5 mL磷酸鉀緩沖溶液(0.2 mol/L, pH 6.5)，勻漿30 s，吸取2 mL勻液，4 ℃離心(10 000×g)15 min，取0.1 mL上清液用磷酸鉀緩沖液稀釋至1 mL，測量425 nm 波長處的吸光值。

1.5 POD活性的測定

根據(jù)AYDIN等[18]的方法并稍加修改進(jìn)行POD酶活的測定。稱取2.5 g藍(lán)莓果泥，加入5 mL上述磷酸鈉緩沖溶液，勻漿30 s，4 ℃離心(10 000×g)15 min。取上清液1 mL，加入1.83 mL磷酸鉀緩沖液，0.15 mL 30%的H2O2溶液，1 mL 0.1 mol/L鄰苯二酚溶液混合，測量470 nm波長處的吸光值。

1.6 殘余酶活力的計算

PPO和POD的殘余酶活力(RA)按公式(1)計算：

(1)

式中:A0和At分別表示處理前后果泥樣品種的酶活性。

1.7 總花青素含量的測定

根據(jù)吳振等[19]的pH示差法并稍加修改。稱取2.5 g樣品，加入10 mL體積分?jǐn)?shù)60%的酸性乙醇溶液(內(nèi)含0.03 mL HCl)，在30 ℃下水浴振蕩30 min，再置于60 ℃下超聲(功率為100 W)提取50 min，離心(4 000 r/min)20 min，取上層清液2 mL，分別用pH 1.0(HCl-NaCl緩沖溶液)和pH 4.5(醋酸-醋酸鈉緩沖溶液)緩沖液稀釋至4 mL，測2者在510 nm和710 nm波長處的吸光值。總花青素按公式(2)、(3)計算

A=(A510-A710)pH1.0-(A510-A710)pH4.5

全年齡的都有可能發(fā)生局結(jié)節(jié)樣增生。而且女性患者的發(fā)病率比較高。約有80%的肝臟局灶性結(jié)節(jié)性增生患者都沒有明顯的癥狀,一般都是在體檢的時候發(fā)現(xiàn)典型CT表現(xiàn),如平掃密度稍低,使用增強(qiáng)掃描動脈有中央瘢痕,病灶均勻強(qiáng)化,門脈期的病灶密度下降,延遲期的病灶為等密度表現(xiàn),使用動態(tài)CT增強(qiáng)掃描在13個病灶中發(fā)現(xiàn)了7個中央瘢痕,肝臟局灶性結(jié)節(jié)性增生的主要特征就是在延遲期有中央瘢痕強(qiáng)化。

(2)

(3)

式中：A，吸光值；Mw，矢車菊素-3-葡萄糖苷的相對分子質(zhì)量，449.2；DF，稀釋倍數(shù)；V，提取液的總體積，mL；e，矢車菊素-3-葡萄糖苷的消光系數(shù)，26 900；b，比色光程長度，1 cm；m，試液質(zhì)量，g。

1.8 藍(lán)莓果泥阻抗的測定

使用阻抗分析儀對藍(lán)莓果泥的阻抗進(jìn)行測定。在測試前分別進(jìn)行開路(空氣)、短路和高頻(100 Ω電阻，10、100 pF電容)于20～106Hz校正，然后測定樣品流體在400 Hz下的阻抗。

1.9 藍(lán)莓果泥表觀黏度的測定

使用HR-3型流變儀測定不同處理(未經(jīng)熱處理、常規(guī)熱處理、IEF處理)藍(lán)莓果泥的表觀黏度，選用直徑為40 mm的平行板，平行板間距為1 mm，采用穩(wěn)態(tài)掃描模式，測量溫度為25 ℃，剪切速率從0 /s上升到100 /s。

1.10 藍(lán)莓果泥微生物的測定

參照GB 4789.2—2016對藍(lán)莓果泥在0～8周儲藏期間的菌落總數(shù)進(jìn)行測定[20]，不經(jīng)熱處理的鮮榨藍(lán)莓果泥的初始菌落約為3.32 lg(CFU/mL)。

1.11 數(shù)據(jù)處理

采用Origin 8.5軟件進(jìn)行擬合及圖形化處理，使用SPSS 22.0進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并用Duncan極差法進(jìn)行顯著性分析，采用標(biāo)準(zhǔn)偏差表征數(shù)據(jù)誤差，P<0.05則說明差異顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 藍(lán)莓果泥PPO和POD活性的影響因素

2.1.1 IEF對藍(lán)莓果泥PPO和POD活性的影響

a-PPO酶活力;b- POD酶活力

2.1.2 不同溫度下IEF對藍(lán)莓果泥PPO和POD的影響

在激勵電壓為250 V時，不同溫度(65、75和85 ℃)下IEF處理對藍(lán)莓果泥PPO和POD殘余酶活的影響如圖3所示。對于PPO，在常規(guī)加熱處理45和60 min后，殘留活性分別為4.34%和0.65%，而通過250 V激勵電壓的IEF在75 ℃處理45 min和85 ℃處理30 min后，藍(lán)莓果泥PPO幾乎完全失活。對于POD，經(jīng)75 ℃ 6 min或 85 ℃ 3 min的IEF(250 V)處理可被完全滅活；而不施加感應(yīng)電場作用，需要在75 ℃下熱處理9 min或85 ℃ 下處理6 min方可被完全滅活。因此，與傳統(tǒng)熱處理相比，IEF可縮短加工時間或降低加工溫度，具有減緩食品物料因嚴(yán)苛加工條件引起的營養(yǎng)成分損失和感官品質(zhì)降低的潛力。

a-PPO酶活力；b- POD酶活力

2.2 感應(yīng)電場處理對藍(lán)莓果泥中總花青素含量的影響

2.2.1 不同溫度下IEF處理對藍(lán)莓果泥中總花青素含量的影響

以不同處理下總花青素的變化量(處理tmin時物料中總花青素含量與0 min花青素含量的差值)為指標(biāo)，考察感應(yīng)電場對花青素的影響。對照組(0 V)在不同溫度(65、75和85 ℃)下其總花青素含量隨處理時間的變化趨勢如圖4所示。

圖4 不同溫度熱處理藍(lán)莓果泥的總花青素含量變化

在65和75 ℃熱處理條件下，藍(lán)莓果泥中總花青素含量隨處理時間先增加后降低，但65 ℃時總花青素含量變化轉(zhuǎn)折點(diǎn)滯后于75 ℃組。而85 ℃的熱處理則使藍(lán)莓果泥中總花青素含量一直下降，這與MARTYNENKO等[24]研究的藍(lán)莓果泥的熱降解動力學(xué)結(jié)果一致。原因可能是自然界中的花青素一般不是以游離的形式存在，而是會與植物中的某些蛋白質(zhì)結(jié)合或固定在纖維結(jié)構(gòu)中。適當(dāng)?shù)責(zé)崽幚砜赡軙茐幕ㄇ嗨睾瓦@些物質(zhì)的結(jié)合而游離出來，從而提高花青素的提取率，但溫度過高或處理時間過長會進(jìn)一步破壞游離出來的花青素[25]。

不同溫度(65、75和85 ℃)下IEF(250 V)處理組總花青素含量隨處理時間的變化趨勢如圖5所示。由圖5可知，不同于對照組，處理組總花青素含量均隨處理時間的增加而增加，且溫度越高總花青素含量增加速率越快，未觀測到高溫對花青素的破壞作用，說明感應(yīng)電流可能會影響花青素結(jié)構(gòu)，降低花青素?zé)崦舾行?，從而保持花青素的穩(wěn)定性。在處理溫度為65 ℃，時間分別為30和60 min時，總花青素含量分別上升了3.33%和6.28%；在處理溫度為85 ℃，時間分別為30和60 min時，總花青素含量分別上升了12.55%和8.34%，其中最大值出現(xiàn)在250 V，85 ℃，30 min條件下。

圖5 不同溫度及感應(yīng)電場處理(IEF，250 V)藍(lán)莓果泥的總花青素含量變化

2.2.2 不同電壓下IEF處理對藍(lán)莓果泥中總花青素含量的影響

在溫度為85 ℃時，結(jié)合不同激勵電壓(0、100、150和250 V)對藍(lán)莓果泥中總花青素含量的影響如圖6所示。

圖6 不同激勵電壓感應(yīng)電場處理(IEF，85 ℃)藍(lán)莓果泥的總花青素含量變化

在溫度85 ℃、激勵電壓0 V(對照組)，隨著處理時間的增長，總花青素含量不斷下降，在60 min時，下降量達(dá)到16.13%。采用IEF處理，花青素受熱降解損失得到緩解，且激勵電壓越大即藍(lán)莓果泥料液中的感應(yīng)電場和感應(yīng)電流越強(qiáng)，總花青素含量越高。其中，在激勵電壓為250 V，處理時間為10、30、45和60 min時，樣品中總花青素含量增加量最多，分別增加5.58%、12.55%、8.93%和8.34%。由此可知，電磁感應(yīng)效應(yīng)激發(fā)的微弱感應(yīng)電流對花青素的分子結(jié)構(gòu)具有穩(wěn)定作用，且能夠提高藍(lán)莓果泥產(chǎn)品中總花青素的含量。

2.3 IEF處理過程中藍(lán)莓果泥阻抗的變化

圖7展示了在85 ℃、不同激勵電壓(100、150和250 V)IEF處理和常規(guī)熱處理(0 V)過程中藍(lán)莓果泥阻抗的變化趨勢。

圖7 不同激勵電壓感應(yīng)電場處理(IEF, 85 ℃)過程中對藍(lán)莓果泥的阻抗

經(jīng)測定未經(jīng)任何處理的藍(lán)莓果泥阻抗為(6.74±0.01)kΩ。由圖7可知，隨著處理時間的延長和激勵電壓的提高，藍(lán)莓果泥的阻抗逐步降低，即其導(dǎo)電性逐步提升。這是由于處理過程中藍(lán)莓果肉細(xì)胞不斷破裂，細(xì)胞內(nèi)部的有機(jī)酸、小分子糖等極性分子和無機(jī)離子不斷溶出，從而增強(qiáng)了藍(lán)莓果泥料液的導(dǎo)電性能。根據(jù)變壓器初次級電壓的比例關(guān)系，增大激勵電壓，則次級料液線圈中的感應(yīng)電壓隨之增大，高電壓進(jìn)一步破壞了藍(lán)莓細(xì)胞的完整結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)為果泥樣品阻抗的進(jìn)一步下降。

2.4 不同處理藍(lán)莓果泥的表觀黏度

流變特性與食品組分的分子結(jié)合狀態(tài)及組織構(gòu)造緊密相關(guān)[26]。由圖8可知，隨著剪切速率的增大，不同處理藍(lán)莓果泥產(chǎn)品的表觀黏度均隨剪切速率的增加而下降，表現(xiàn)出假塑性流體流動特點(diǎn)。當(dāng)剪切速率>25 /s時，藍(lán)莓果泥的表觀黏度趨于穩(wěn)定。在低剪切速率下，鮮榨藍(lán)莓果泥的表觀黏度最大，IEF組次之，0 V對照組最小。原因可能是熱處理可促進(jìn)分子間相互作用，增大料液體積和單分子運(yùn)動所占的體積，從而黏度降低[27]；而感應(yīng)電場抑制了果泥顆粒的膨脹和單分子運(yùn)動體積的增長，抑制了由熱處理引起的黏度降低。因此，IEF處理的藍(lán)莓果泥表觀黏度與鮮榨果泥更為接近。

圖8 不同處理方法藍(lán)莓果泥的表觀黏度

2.5 不同處理藍(lán)莓果泥儲藏期微生物數(shù)量變化

由以上藍(lán)莓果泥PPO、POD殘余酶活力和總花青素含量分析可以得出，在250 V、85 ℃、30 min的IEF處理條件下，產(chǎn)品總花青素含量最高且PPO和POD可被完全滅活。因此，進(jìn)一步研究了該最優(yōu)處理條件下獲得的藍(lán)莓果泥產(chǎn)品在4 ℃儲藏期間的微生物安全性，并與新鮮未處理果泥、和85 ℃、30 min常規(guī)熱處理的藍(lán)莓果泥進(jìn)行了對比，測定結(jié)果如圖9所示。

圖9 不同處理條件下藍(lán)莓果泥在4 ℃儲藏期間菌落總數(shù)

儲藏周期8周內(nèi)，未經(jīng)熱處理果泥的菌落總數(shù)由3.32逐步增長到5.97 lg(CFU/mL)。85 ℃、30 min(0和250 V)的熱處理均可使微生物數(shù)量降低到0～2 lg(CFU/mL)，但對照組果泥的菌落總數(shù)在儲藏期間呈現(xiàn)緩慢上升的趨勢，第8周時達(dá)到1.48 lg(CFU/mL)，這是由于果泥中部分未被完全殺滅的微生物后期增殖所致。而250 V 激勵電壓IEF處理果泥的菌落總數(shù)穩(wěn)定在0.2 lg(CFU/mL)左右。由此可見，IEF具有延長藍(lán)莓果泥貨架期的作用。相似地，利用高壓脈沖電場對液體果蔬制品進(jìn)行滅菌處理以延長產(chǎn)品保質(zhì)期也已有諸多研究報道[28]。

3 總結(jié)

采用IEF處理，低電壓(100 V)可延緩藍(lán)莓果泥PPO和POD活性的熱損失，而高電壓(150和250 V)有促進(jìn)PPO和POD鈍化失活的作用。藍(lán)莓果泥總花青素含量是熱提取和熱降解綜合作用的表現(xiàn)，在溫和熱處理條件下(65 ℃)，樣品花青素含量呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，隨著處理溫度的升高，藍(lán)莓花青素由增加到降低的轉(zhuǎn)折點(diǎn)也隨之提前。85 ℃的熱處理(0 V)對藍(lán)莓果泥花青素具有降解破壞作用，表現(xiàn)為藍(lán)莓果泥中的總花青素含量呈現(xiàn)一直降低的趨勢。但若施加250 V的激勵電壓作用，樣品中總花青素含量呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，最大值出現(xiàn)在處理30 min時刻，說明由電磁感應(yīng)在次級藍(lán)莓線圈中激發(fā)的感應(yīng)電壓和感應(yīng)電流具有維持花青素分子結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的作用，從而提高花青素分子的耐熱性，并確定250 V、85 ℃和30 min為最優(yōu)IEF處理條件。此條件下獲得的藍(lán)莓果泥產(chǎn)品與鮮榨果泥的表觀黏度更為接近；在8周的4 ℃儲藏期間，其微生物菌落總數(shù)顯著低于常規(guī)熱處理組和未經(jīng)熱處理組(P<0.05)，可以維持在1個對數(shù)單位以下。