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高压脉冲电场系统设计及其杀菌灭酶效果与对苹果汁品质影响研究

廖小军  
【摘要】: 本文对PEF实验室处理系统进行设计与优化,并以微生物、酶和鲜榨苹果汁为实验材料,研究PEF杀菌灭酶效果和对苹果汁品质的影响,利用模型和动力学方程对微生物和酶灭活效果进行分析,采用SEM、TEM和荧光显微技术考察PEF对微生物细胞结构影响,利用CD和荧光分析PEF对酶构象影响及通过SPME/GC/MS对鲜榨苹果汁芳香成分进行分析,实验结果与结论如下: (1) 设计与建立了一套PEF实验室处理系统,脉冲波形为衰减波,处理室容量为5mL,板间距为1cm,电场强度最大可达30kV/cm。 (2) 随电场强度(5-25kV/cm)和脉冲数(207-1449)增加PEF对大肠杆菌和酿酒酵母杀灭效果提高,酿酒酵母的杀灭效果大于大肠杆菌。平板电极中大肠杆菌和酿酒酵母最大降低了3.97和4.50个对数,同轴电极中大肠杆菌和酿酒酵母最大降低了3.76和4.11个对数。随电场强度增大(5-25kV/cm)大肠杆菌和酿酒酵母平板电极D值逐渐下降,其对PEF敏感性增加,D值分别从16666.67μs和3333.33μs降到769.23μs和500μs。 (3) H(?)lsheger Ⅰ和Peleg模型分析表明,随脉冲数增加大肠杆菌E_c值逐渐下降,相同脉冲数时同轴电极E_c值小于平板电极。H(?)lsheger Ⅰ模型中E_c分别由7.24kV/cm和4.06kV/cm降为5.12kV/cm和1.61kV/cm,Peleg模型中E_c分别由12.47kV/cm和8.04kV/cm降为6.96kV/cm和2.57kV/cm。H(?)lsheger Ⅱ模型分析表明,平板电极和同轴电极中随电场强度增强大肠杆菌和酿酒酵母n_c值呈下降趋势,大肠杆菌n_c值分别由144和173降为18和3,酿酒酵母n_c值分别由137和156降为50和0.05。 (4) 大肠杆菌和酿酒酵母残活率实测值-lnS与H(?)lsheger模型Ⅰ预测值-lnS有良好的相关性,大肠杆菌相关系数R~2分别为0.9305和0.9617,酵母菌R~2分别为0.7981和0.9317。 (5) PEF处理后大肠杆菌和酿酒酵母细胞死亡原因是细胞膜破坏、原生质团聚和流失共同造成的。 TEM表明,PEF处理后大肠杆菌与酿酒酵母细胞发生明显变化,表面粗糙、褶皱,原生质收缩、团聚、分布不均匀,出现质壁分离。大肠杆菌细胞壁和细胞膜局部变得模糊,部分细胞原生质大量或全部流失,剩下细胞壁和细胞膜;酿酒酵母细胞芽痕增多。SEM观察表明,PEF处理后部分大肠杆菌细胞和酿酒酵母细胞变形,有原生质流出,酵母芽痕增多。荧光显微观察发现,PEF处理后大肠杆菌和酿酒酵母中被PI染色的细胞数量明显增加。 (6) 随电场强度和脉冲数增加,PEF对HRP和PE钝化效果提高,HRP和PE酶活与脉冲数和电场强度有良好相关性,同轴电极钝化酶效果优于平板电极。平板电极中HRP的Z_E=34.3 kV/cm和PE的Z_E=20.2kV/cm,同轴电极中HRP的Z_E=31.0kV/cm。 (7) PEF处理后HRP酶CD光谱图发生变化,平均摩尔椭圆率降低,208nm处负峰高度减少,α-螺旋含量降低:PEF处理后HRP和PE荧光强度都增加。 (8) PEF处理后(0 d)苹果汁风味和色泽比热处理更接近对照,微生物数量减少,理化指标与对照之间无显著差异。SPME-GC测定苹果汁中十一种主要的芳香成分发现,与对照相比PEF处理后正丁醇和己醛2种芳香成分的含量显著增加(p<0.05);2-甲基乙酸丁酯、乙酸己酯、丁酸己酯3种芳香成分的含量显著降低(p<0.05);72℃/15s热处理后正丁醇和己醛这两种芳香成分的含量显著增加(p<0.05);90℃/60s热处理后反-2-己烯醛、1-己醇、6-甲基-5-庚烯二酮、乙酸己酯4种芳香成分的含量显著减少(p<0.05):4℃下贮藏30d后PEF和热处理(72℃/15s、90℃/60s)后的鲜榨苹果汁的电导率、Brix和pH都无显著差异(p>0.05),但果汁浊度差异显著(p<0.05)。


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