強脈沖磁場對草莓過氧化物酶的鈍化及對草莓汁的殺菌效果研究

金江濤,鄭必勝,肖凱軍

(華南理工大學輕工與食品學院,廣東廣州 510640)

強脈沖磁場對草莓過氧化物酶的鈍化及對草莓汁的殺菌效果研究

金江濤,鄭必勝,肖凱軍

(華南理工大學輕工與食品學院,廣東廣州 510640)

以冷凍丙酮法制備草莓過氧化物酶粗酶液。以愈創木酚、雙氧水為底物,用分光光度法測定氧化產物的方法測過氧化物酶活性;以草莓汁為原料,施加強脈沖磁場進行殺菌實驗。研究了磁感應強度、脈沖數對過氧化物酶活性、草莓汁中菌落總數、霉菌和酵母菌的殺滅效果。結果表明：在室溫(28±1℃)下,當磁感應強度為 18.9T,脈沖數為 9個時,就可以把草莓過氧化物酶活性鈍化到處理前的 8%;當磁感應強度達到 17.3T以上,脈沖數達到 12個以上時,菌落總數可以降低到 100cfu/mL以下,霉菌、酵母菌可以被全部殺滅,可以達到商業無菌的要求。

強脈沖磁場,草莓過氧化物酶,草莓汁,鈍化,殺菌

1 材料與方法

1.1 材料與設備

實驗用草莓 當天上午從廣州岑村草莓場親自采摘后,迅速帶回實驗室,放入冰箱 4℃保存,并盡快進行實驗。草莓新鮮,八九成熟,經徹底清洗、去花萼后,分別提取過氧化物酶、榨汁。

HMF-S20型脈沖強磁場 武漢強磁場中心,主要由三部分組成：電源柜 (包括充電機、電容器等)、杜瓦(包括脈沖磁體及雙層真空實驗腔,操作時磁體浸于液氮中以帶走因高壓放電使磁體產生的巨大熱量)、計算機操作臺 (由光纖與杜瓦磁體相連接);冷凍高速離心機 法國 THERMOELECTRON INDUSTR IES S.A.S;MJ-176NR型榨汁機 日本松下電器產業柱式會社;UV-2102PC型紫外可見分光光度計 龍尼可上海儀器有限公司;SHD(Ⅲ)循環水式真空泵 鞏義市英峪予華儀器廠;79-1磁力加熱攪拌器 金壇市富華儀器有限公司;YIYE Q I型移液槍 上海求精生化試劑儀器有限公司;WACS-1080型高壓滅菌鍋 韓國大韓科學儀器有限公司;S W-CJ-1D型超凈工作臺 蘇凈集團安泰公司;LRH-300-G型光照恒溫培養箱;HH-S型數顯恒溫水浴鍋 江蘇省金壇市醫療儀器廠;BCD-257SL型冰柜 青島海爾股份有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 強脈沖磁場對草莓多酚氧化酶(POD)的鈍化

1.2.1.1 POD酶液的提取 采用 CosetengM Y法[12]并略加改進。取 4℃冷藏的新鮮草莓樣品,洗凈去花萼,稱取 200g于MJ-176NR型榨汁/攪拌機中,加入300mL冷丙酮 (-18℃),3g聚乙烯吡咯烷酮后高速榨汁 5min。然后用布氏漏斗真空抽濾,濾餅用150mL冷丙酮 (-18℃)再次抽濾,反復進行 3次至濾餅為白色,即為丙酮粉,放入干燥皿中在室溫下過夜自然干燥至恒重。將上述所得丙酮粉 2g置于硯缽中研磨至細粉狀,然后徹底轉移至 160mL 0.05mol/L pH6.80的磷酸鹽緩沖溶液 (PBS)中 (提前預冷至4℃),用磁力加熱攪拌器 (不加熱)攪拌 30min后用雙層紗布過濾。濾液于高速冷凍離心機中 4℃、8000r/min離心 15min,上清液即為粗酶液,于 4℃保存至酶活性測定。

1.2.1.2 強脈沖磁場對 POD酶液的處理 將酶液裝入樣品管(帶蓋密封)中,處理前從 4℃冰箱中取出,在 28℃水浴中水浴 5min,然后貼好標簽進行脈沖磁場處理,本實驗選擇磁感應強度和脈沖數為影響因素進行鈍酶實驗,磁感應強度分別為 9.3、10.6、12.0、13.4、14.7、16.2、17.3、18.9T(對應電壓分別為 3500、4000、4500、5000、5500、6000、6500、7000V),每個磁感應強度下施加的脈沖數分別為 3、6、9、12,共構成32組實驗。

產生強脈沖磁場時,由于高電壓迅速充放電使磁體產生熱量溫度迅速升高,連續沖放電次數不宜過多。例如本實驗所用設備 HMF-S20型脈沖強磁場,當磁感應強度達到 14.7T以上時,最多允許充放電次數為 10次,雖然磁體處于-196℃的液氮中,當達到允許沖放電次數時也要使磁體冷卻 20min后方可繼續操作,為保證每個樣品都能在較短時間內完成脈沖磁場處理,本實驗沒有選用較多的脈沖數,分別選了 3、6、9、12做為脈沖參數。

1.2.1.3 POD酶活測定 強脈沖磁場處理前后分別按下列方法測酶活,每次均做三個平行測定。POD酶活測定采用包海蓉等[13]的方法并加以改進。

反應池：1cm比色皿,2mL 0.05mol/L pH6.0的磷酸緩沖溶液、0.6mL 1.5%愈創木酚溶液(溶劑為 50%乙醇)、0.2mL 0.5%過氧化氫、0.2mL酶提取液。混合前分別在 28℃水浴中保溫 5min。

參比池：2mL 0.05mol/L pH6.0的磷酸緩沖溶液、0.6mL 1.5%愈創木酚 (溶劑為 50%乙醇)、0.2mL 0.5%過氧化氫和 0.2mL 100℃加熱 5min完全失活的酶液(28℃保溫 5min)。

反應池中,底物與酶液混合后立即在 470nm波長下測定吸光度(A)變化,每 10s記錄一次A值,根據酶反動力學曲線最初直線段的斜率 (△A/t)計算酶活力。在 1min內引起吸光度增加 0.001所需的酶量為一個酶活單位(以U/min表示)。

1.2.2 對草莓汁中微生物的影響

1.2.2.1 草莓汁初始微生物測定 菌落總數的測定：GB/T 4789.2-2003;霉菌和酵母菌計數：GB/T 4789.15-2003。樣品的初始菌落總數、霉菌數、酵母菌數分別為 1.8×103、4.0×102、2.3×102cfu/mL。

1.2.2.2 強脈沖磁場處理 將草莓汁在無菌操作條件下裝入滅過菌的樣品管 (帶蓋密封)中,貼好標簽放進實驗腔中進行強脈沖磁場處理。脈沖磁場處理條件同 1.2.1.2。

1.2.2.3 草莓汁經脈沖磁場處理后的微生物測定草莓汁經脈沖磁場處理后,再按照以上國標測草莓汁中的菌落總數、霉菌和酵母菌數,以檢驗殺菌效果。

2 結果與分析

2.1 磁感應強度對草莓中 POD活性的影響

磁感應強度對草莓中 POD活性的影響見圖 1。

圖1 磁感應強度對草莓中 POD活性的影響

由圖 1可以看出,隨著磁場強度的增大,強脈沖磁場對草莓中 POD的鈍化作用不斷增強,當磁感應強度由 13.3T增大到 14.7T時,鈍化作用增強的幅度增大,特別是磁感應強度由 16.2T增大到17.3T時,鈍化作用大幅度增強,可以認為,磁場強度為 14.7T和 17.3T是強脈沖磁場對草莓中 POD鈍化作用的兩個拐點。當磁感應強度增大到 17.3T,脈沖數達到 9個以上時,可以將草莓 POD活性鈍化到處理前的8%。

2.2 脈沖數對草莓中 POD活性的影響

脈沖數對草莓中 POD活性的影響見圖 2。

由圖 2可以看出,總體趨勢為隨著脈沖數的增加,脈沖磁場對草莓 POD的鈍化作用不斷增強。在較低的磁感應強度下 (9.3～13.3T),POD活性對較多的脈沖數較為敏感(9～12個),在較高的磁感應強度下(14.7～16.2T),POD活性對較少的脈沖數較為敏感(3～6個),當磁感應強度再度增加,脈沖數由 3個增加到 12個過程中,脈沖磁場對 POD的鈍化作用增強得較均勻。

圖2 脈沖數對草莓中 POD活性的影響

2.3 脈沖強磁場對草莓汁中菌落總數的殺滅效果

脈沖強磁場對草莓汁中菌落總數的殺滅效果見圖3。

圖 3 脈沖強磁場對草莓汁中菌落總數的殺滅效果

由圖 3可以看出,隨著磁感應強度的增大,殺菌效果不斷增強,磁感應強度由 9.3T增大到 12T時,菌落總數下降幅度很小;磁感應強度由 12T增大到13.3T時,菌落總數下降非常明顯。由圖 3還可以看出,隨著脈沖數的增加,殺菌效果也不斷增強,當脈沖數由 3個增加到 6個時,殺菌效果增強幅度較大,隨著脈沖數的增加,增加相同多的脈沖數,殺菌效果增強的幅度在減小。當磁感應強度達到 14.7T,脈沖數達到 9個以上時,草莓汁的菌落總數,由殺菌前的1.8×103cfu/mL降低到 60cfu/mL,可以達到果汁商業無菌的標準。GB-2759.2-1996中規定,果汁商業無菌要求菌落總數≤100cfu/mL。對菌落總數而言,磁場強度是影響殺滅微生物效果的主要因素。

2.4 脈沖強磁場對草莓汁中霉菌、酵母菌的殺滅效果

2.4.1 脈沖強磁場對草莓汁中霉菌的殺滅效果 脈沖強磁場對草莓汁中霉菌的殺滅效果見圖 4。

由圖 4可以看出,隨著磁感應強度的增強,脈沖磁場對霉菌的殺滅效果逐漸增強。當磁感應強度由12T增大到 13.3T時,殺菌效果增強比較緩慢,而當磁感應強度由 13.3T增大到 14.7T時,霉菌殘留數下降很明顯。從圖 4中還可以看出,隨著脈沖數的增加,殺菌效果也在不斷增強。當脈沖數有 9個增加到 12個時,殺菌效果增加幅度相對較大,這可能與草莓汁中霉菌的多樣性有關,某些霉菌需要較長的作用時間才能被殺滅。當脈沖數為 9,磁感應強度達到 17.3T以上時,可將草莓汁中的霉菌全部殺死。對霉菌而言,要將其徹底殺滅,不但需要一定得磁場強度,還必須達到一定得脈沖數,才能達到最好的殺菌效果。

圖 4 脈沖強磁場對草莓汁中霉菌的殺滅效果

2.4.2 脈沖強磁場對草莓汁中酵母菌的殺滅效果脈沖強磁場對草莓汁中酵母菌的殺滅效果見圖 5。

圖 5 脈沖強磁場對草莓汁中酵母菌的殺滅效果

從圖 5可以看出,隨著磁感應強度的增加,殺菌效果逐漸增強,酵母菌殘留數逐漸減少,當磁磁感強度由 10.7T增加到 12T時,酵母菌殘留數略有上升;當磁磁感強度由 13.3T增加到 14.7T時,酵母菌殘留數下降幅度更為明顯。從圖 5還可以看出,隨著脈沖數的增加,殺菌效果也在逐漸增強;當磁磁感強度達到 17.3T,脈沖數達到 9個以上時,可以將草莓汁中的酵母菌全部殺死。

3 結論與討論

3.1 在較高的磁感應強度下,鈍酶、殺菌效果總體上隨磁感應強度的增強而增強,隨脈沖數的增加而增強。在室溫 (28±1℃)下,當磁場強度增大到17.3T,脈沖數達到 9個以上時,可以將草莓 POD活性鈍化到處理前的 8%;當磁場強度達到 16.2T以上,脈沖數達到 6個以上時,菌落總數可以由 1.8× 103cfu/mL降低到 80cfu/mL,低于 100cfu/mL的標準;當磁場強度達到 17.3T以上,脈沖數達到 12個以上時,霉菌、酵母菌分別由 4.0×102cfu/mL、2.3× 102cfu/mL被全部殺滅,可以達到商業無菌的要求。

3.2 由本實驗可以看出：霉菌、酵母菌對脈沖磁場的耐性很大,需要很高的磁場強度和一定得脈沖數才能將其殺滅,而草莓很容易受到霉菌、酵母菌的污染,草莓表面的霉菌、酵母菌含量很高并且具有多樣性,生產草莓汁前必需對草莓進行徹底清洗。

3.3 雖然強脈沖磁場殺菌在實驗室取得了一定進展,但距生產實踐中的應用還有很大距離。要達到理想的鈍酶、殺菌效果,必須有一定的磁場強度和一定的脈沖數。這對實驗設備提出了更高的要求。本實驗是物料在靜態下高強脈沖磁場處理的結果,而在動態 (如流動狀態)下處理的效果有待進一步研究。

[1]Manas P,Barsotti L,Claude C P.Microbial Inactivation by pulsed electric fields in a batch treatment chamber effects of some electrical parameters and food constituents[J].Innovative Food Science&Emerging Technologies,2001(2)：239-249.

[2]Romain Jeantet,Florence Baron.High intensity pulsed electric field sapplied toeggwhite： effection salmonellaenteritjdisin activation and proteindenaturation[J].Food Prot,1999,62(12)：1381-1386.

[3]Mertens B,Knorr D.Development of non-thermal processes for food preservation[J].Food Technol,1992,46(5)：124-133.

[4]Wosnitzaa J,BianchiaA D,Freudenbergerb J,et al.Dresden pulsed magnetic field facility[J].Journal of Magnetis m and MagneticMaterials,2007,310：2728-2730.

[5]劉濤,馬海樂 .脈沖磁場的殺菌實驗研究[J].南開大學學報：自然科學版,2006(8)：54-57.

[6]曹輝,馬海樂 .脈沖磁場對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌殺滅效果的實驗研究[J].食品工業科技,2003(4)：29-31.

[7]高夢祥,馬海樂,等 .西瓜汁的脈沖磁場殺菌實驗[J].食品與發酵工業,2004,30(3)：14-17.

[8]高夢祥,馬海樂,郭康權 .脈沖磁場殺菌在牛奶殺菌中的應用研究[J].食品工業科技,2004(7)：76-80.

[9]張福星,蔣炳生 .生物保鮮液膜對草莓常溫保鮮效果的研究[J].安徽農業科學,2002,8(5)：691-693.

[10]黃斌 .我國南方草莓生產的開發前景與高產栽培技術[J].作物雜志,1994(3)：28-30.

[11]HERNANDESA,CANO M P.High pressure and tempreture effects on enzyme inactivation in tomato puree[J].Jagric Food Chem,1998,46：226-270.

[12]CosetengM Y,Lee C Y.Changes in apple polyphenoloxidase and polyphenol concentrations in relation to degree of browing [J].Journal of Food Sci,1987,52：985-989.

[13]包海蓉,王華博 .草莓凍藏過程中多酚氧化酶、過氧化物酶及維生素 C的變化研究[J].食品科學,2005(8)：434-436.

Effect of high-intensity pulsed m agnetic field on inactivation of strawberry peroxydase and sterilization of strawberry juice

JIN J iang-tao,ZHENG Bi-sheng,XI AO Ka i-jun
(College ofLight Industry and Food Science,South China University of Technology,Guangzhou 510640,China)

S trawbe rry p e roxydase(POD)was extrac ted w ith cold ace tone.W ith sp ec trop hotom e try m e thod and based on subs tra tes of gua iacol and oxyful,the cha rac te ris tics of s trawbe rry POD we re inves tiga ted.Itwas s tud ied tha t inac tiva tion of POD and s te riliza tion effec t to s trawbe rry juice of intens ity and p ulsed num be r ofm agne tic fie ld on tota lp la te count,m olds and yeas ts.Results showed tha t when the intens ity of p ulsed m agne tic fie ld up to18.9 tes la and p ulses up to9,the ac tivity of s trawbe rry POD dec reased to8%of p re trea tm ent and when the intens ity of m agne tic fie ld up to ove r17.3tes la and p ulsed num be r up to ove r12unde r room temp e ra ture(28±1℃),the num be r of tota lp la te count dec reased to be low of100cfu/mL,m olds and yeas ts we re killed comp le te ly and has sa tisfied requirem ents of food bus iness.

high-intens ity p ulsed m agne tic fie ld;s trawbe rry p e roxydase; s trawbe rry juice; inac tiva tion; s te riliza tion

TS255.44

A

1002-0306(2010)03-0099-04

微生物和酶是導致食品腐敗變質的重要因素。傳統的熱加工方法無法滿足一些熱敏性食品的要求,從而推動了非熱加工技術的發展[1-3]。高強度脈沖磁場技術應運而生,與傳統的熱加工工藝相比,高強脈沖磁場技術在保持食品原有的風味、色澤、口感和營養等方面均有很大的優勢,具有操作安全、能耗低、成品無化學殘留等眾多優點,而且作用時間短,幾個或幾十個脈沖就能達到很好的殺菌效果[4]。近年來,有一些關于脈沖磁場在牛奶和果汁滅菌方面的研究[5-7],但脈沖磁場對過氧化物酶 (peroxydase,簡稱 POD)、草莓汁中霉菌、酵母菌的研究很少,特別是磁感應強度在 10T以上的研究更鮮見報道。草莓不僅食用價值高,還具有清火解熱、生津止渴、利尿止瀉等藥理作用和治病、防病、防癌等食療功能[9]。黃斌[10]報導,草莓中含有的草莓胺對治療白血癥、障礙性貧血等血液病有奇特療效。然而,草莓在常溫下采后 1～2d即失水萎縮,逐漸軟化腐爛,造成巨大經濟損失,POD廣泛存在于果蔬中,它不僅導致果汁的褐變,影響產品的外觀,而且其催化產物會影響果汁的口感和風味[11]。本文通過實驗探討了脈沖強磁場對草莓多酚氧化酶鈍化作用和對草莓汁中菌落總數、霉菌和酵母菌的殺滅效果。

2009-05-21

金江濤 (1980-),男,碩士研究生,研究方向：食品非熱加工。

國家 863計劃項目(2007AA100405)。