獼猴桃漿歐姆加熱特性及酶失活率數學模型的建立

趙武奇，趙曉春

(陜西師范大學食品工程與營養科學學院，陜西西安 710062)

獼猴桃漿歐姆加熱特性及酶失活率數學模型的建立

趙武奇，趙曉春

(陜西師范大學食品工程與營養科學學院，陜西西安 710062)

利用歐姆加熱技術對獼猴桃漿進行加熱，探討了加熱過程中加熱速率和電導率的變化規律，建立了多酚氧化酶和過氧化物酶失活率的數學模型。結果表明，加熱速率隨著電場強度的升高而增大，電場強度對試樣的電導率影響不大，隨著溫度的升高，電導率呈線性關系增大;回歸方程在α=0.05水平顯著，可用于歐姆加熱工藝參數對多酚氧化酶和過氧化物失活影響的預測。研究結果可為獼猴桃漿的深加工提供理論基礎。

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 購自陜西眉縣，無病蟲害，無腐爛，成熟度基本一致;愈創木酚、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 上海精密科學儀器有限公司;BS 224S型電子天平 北京賽多利斯儀器系統有限公司;TDL80－2B型 離心分離機 上海安亭科學儀器廠;78HW－1型恒溫加熱磁力攪拌器 杭州儀表電機有限公司;自制的歐姆加熱設備主要由調壓器、溫控儀、處理室等組成。

1.2 實驗方法

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中，打漿3～4min，直至果漿均勻，細膩。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驗

1.2.2.1 電導率的計算 電導率計算公式為:

式中:σ－物料的電導率，S/m;L－加熱室內兩電極之間的距離，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 電場強度對獼猴桃漿加熱速率影響實驗 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的電場強度下，對獼猴桃漿進行歐姆加熱，每隔30s記錄一次物料的溫度。

1.2.2.3 溫度對電導率的影響實驗 在與上述相同電壓條件下，分別對獼猴桃漿進行歐姆加熱，記錄電壓、電流及物料的溫度，計算電導率。

1.2.3 歐姆加熱對獼猴桃漿中酶活力的影響實驗

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

1.2.3.2 酶失活率的計算

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 二次通用旋轉組合實驗 實驗采用二次通用旋轉組合設計的方法，在單因素實驗結果的基礎上，確定因素和水平［13］，實驗因素分別為時間X1、電場強度X2和溫度X3，以酶的失活率為指標，分別進行多酚氧化酶(PPO)和過氧化物酶(POD)實驗研究，多酚氧化酶實驗因素水平安排如表1所示，過氧化物酶實驗因素水平安排如表2所示。

表1 多酚氧化酶二次旋轉正交實驗因素水平表Table 1 Factor and levels of PPO orthogonal test

2 結果與分析

2.1 電場強度對獼猴桃漿加熱速率的影響

依據1.2.2.2中的方法進行歐姆加熱實驗，結果見圖1，圖1為在不同的電場強度下對獼猴桃漿進行歐姆加熱時物料的溫度隨時間的變化曲線。從圖中可以看出，隨著電場強度增大，加熱速率越高。電場強度越高，通過的電流也就越大，產生的熱量隨之增加，獼猴桃漿的加熱速率也就越高，這與文獻［7］的研究結果一致。因此在通電加熱工藝中可以通過改變電場強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正交實驗因素水平表Table 2 Factors and levels of POD orthogonal test

圖1 不同電場強度下的歐姆加熱曲線Fig.1 Ohmic heating curves of kiwifruit puree at different voltage gradients

2.2 溫度對電導率的影響

圖2為獼猴桃漿歐姆加熱過程中不同電場強度下的電導率隨溫度的變化曲線，可以看出，電場強度對試樣的電導率影響不大，隨著溫度的升高，電導率增大，這與文獻［8］的實驗結果一致。溫度越高，細胞膜破壞越大，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，粘度低時離子運動的阻力減小，均導致獼猴桃漿的電導率增加。表3為電導率對溫度的直線回歸效果，可以看出，電導率與溫度成線形相關。

表3 不同電場強度下電導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 不同電場強度下獼猴桃漿的電導率隨溫度的變化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、處理時間和電場強度。一級動力學模型只能描述加熱溫度及處理時間對酶活力的影響，本文進行二次旋轉正交實驗，建立酶失活的二級多項式模型，表4為二次通用旋轉組合設計的實驗結果，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數據分析軟件對表4中多酚氧化酶的數據進行處理，可以得出，時間、電場強度、溫度、時間的二次項對多酚氧化酶的失活作用的影響具有極顯著性差異(p＜0.01)。溫度的二次項對多酚氧化酶的失活作用的影響具有顯著影響(p＜0.05)。對回歸系數進行檢驗，表明時間、電場強度、溫度及溫度的二次項對多酚氧化酶失活的影響呈正效應，而時間的二次項對多酚氧化酶失活的影響為負效應。其它變量的影響均不顯著(p＞0.05)，無統計學差異。α=0.05顯著水平剔除不顯著項后，簡化后的回歸方程:Y1=55.45306+10.84597X1+3.70840X2+ 11.05432X3－0.62712X12+0.53961X3

2，對失擬項作F檢驗，F1=3.245＜F0.05(5，5)=5.05，說明失擬項在α=0.05水平不顯著，用統計量 F2對回歸方程作F檢驗，F2=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對多酚氧化酶滅活影響的預測，具有實際應用意義。

采用DPS數據分析軟件對表4中過氧化物酶的數據進行處理，可以得出，時間、電場強度、溫度對過氧化物酶的失活作用的影響具有極顯著性差異(p＜0.01)。電場強度和溫度的交互項對過氧化物酶的滅活作用的影響具有顯著影響(p＜0.05)。對回歸系數進行檢驗，表明時間、電場強度、溫度對過氧化物酶滅活的影響呈正效應，而電場強度和溫度的交互項對過氧化物酶失活的影響為負效應。其他變量的影響均不顯著(p＞0.05)，無統計學差異。α=0.05顯著水平剔除不顯著項后，簡化后的回歸方程: Y2=56.05545+17.25330X1+4.60005X2+20.88748X3－1.16250X2X3，對失擬項作 F檢驗，F1=2.27＜F0.05(5，5)=5.05，說明失擬項在α=0.05水平不顯著，用統計量F2對回歸方程作F檢驗，F2=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對過氧化物酶滅活影響的預測，具有實際應用意義。

3 結論

歐姆加熱對獼猴桃漿加熱時，加熱速率隨著電場強度的升高而增大，電場強度對試樣的電導率影響不大，隨著溫度的升高，電導率與溫度呈線性關系增大;建立的歐姆加熱工藝參數對多酚氧化酶和過氧化物失活率的數學模型模型均在α=0.05水平顯著，可用于歐姆加熱工藝參數對多酚氧化酶和過氧化物失活影響的預測。研究結果可為獼猴桃漿的深加工提供理論基礎。

表4 二次通用旋轉組合實驗結果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

我國是獼猴桃(Actinidia chinensis)的優勢主產國，品種資源豐富，全世界獼猴桃約有66種，我國就有62種［1］。獼猴桃具有豐富的營養價值和良好的藥用價值。獼猴桃果漿因幾乎完全保留了獼猴桃的營養成分和氣味，還含有大量的優質膳食纖維、B類維生素、氨基酸和人體必需的礦物質，有望成為一種治療嚴重燒傷創面的酶清創藥物原料［2］，也可作為大型飲品企業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。但目前獼猴桃果漿產品存在VC損失嚴重，獼猴桃特有的翠綠色也很難保持，制品的色澤呈現深綠色或褐色的缺點。這是由于加工中的蒸煮、濃縮、殺菌操作均為熱加工，需要較長時間的加熱，這樣不但會加劇食品營養成分的損失，加速酶促褐變的發生，而且由于顆粒周圍液體的過度加熱，導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。

陜西省自然科學基礎研究計劃項目(2011JM3011);陜西師范大學實驗技術研究項目(SYJS2012015)。性，使產品的商業價值和品質下降。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直接把電能轉化為熱能的一種加熱方式。歐姆加熱作為食品加工技術的一項新技術，可用于食品的熱燙、蒸發、脫水、發酵、提取［3］、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、加工食品質量好等優點。Icier等［7］建立了杏漿和桃漿歐姆加熱過程中電導率變化的數學模型;Castro等［8］探討了歐姆加熱草莓漿時電導率的變化規律，建立了草莓漿中維生素C的降解模型;Icier等［9］研究了豆漿的歐姆加熱燙漂技術，得出了顏色變化動力學模型。而對于獼猴桃果漿的歐姆加熱研究國內外均未見報道。秦美獼猴桃為晚熟較耐貯藏的鮮食品種，目前我國栽培面積最大，占全國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。