响应面法在超高压钝化哈密瓜汁中两种酶研究上的应用

宋丽军,张丽,尹琳琳,姜海荣,陈计峦

(石河子大学食品学院,石河子832003)

响应面法在超高压钝化哈密瓜汁中两种酶研究上的应用

宋丽军,张丽,尹琳琳,姜海荣,陈计峦

(石河子大学食品学院,石河子832003)

为了探讨响应面法在超高压钝化哈密瓜汁中过氧化物酶(POD)和多酚氧化酶(PPO)研究上的应用,采用统计软件Design-Expert 7.1中的Box-Behnken响应面设计,以温度、p H值、压力、保压时间等为自变量,以 POD和PPO的残存酶活为响应值,对哈密瓜汁的超高压处理工艺进行了研究;建立了超高压钝化2种酶的回归模型,并对其进行了实验验证。结果显示:在实验范围内,回归模型拟合情况良好,达到设计要求。

超高压;响应面法;过氧化物酶;多酚氧化酶;哈密瓜汁

Abstract:In order to investigate the application of the response surface method on the ultra high pressure(U HP)inactivation of peroxidase(POD)and polyphenoloxidase(PPO)in Hami melon juice,all experiments were designed and optimized with Box-Behnken concept of response surface methodology(RSM):Set the temperature,p H value,pressure and holding time as independent variables,the residual activities of POD and PPO as response values.The regression equation(model)for U HP inactivation of POD and PPO was established,and also verified with the verification experiments.

Key words:ultra high pressure;response srface;peroxidase;polyphenoloxidase;Hami melon juice

哈密瓜(Cucumis melon.var.recticulatus,Hami melon)重要的品质之一是其独特的香气,采用超高压处理能有效杀死食品中的腐败微生物和酶,而对哈密瓜独特的香气、维生素和色泽等品质影响很小[1]。过氧化物酶(POD)和多酚氧化酶(PPO)酶的残留活性对产品的风味、色泽和营养成分等有较大的影响,可将其作为质量评价的指标酶[2-3]。压力、温度、保压时间和p H值是影响超高压杀菌酶的主要因素,故本实验对哈密瓜汁开展压力、温度、保压时间和p H值4个超高压处理主要因子的响应面优化设计,分析超高压处理对哈密瓜汁中 POD和PPO影响规律;确定在本试验条件内的超高压钝化POD和PPO的回归模型;为以后哈密瓜汁超高压加工技术的应用提供理论依据和实践基础[4-6]。

1 材料与方法

1.1 实验材料

原料:新鲜哈密瓜86-1,产于新疆喀什市(鲜榨哈密瓜汁p H=6.55)。

1.2 实验设备

HPP.L.2-600/O.6超高压处理设备:工作压力0～600 MPa,工作温度-10～60℃,传压介质水,天津市华泰森淼生物工程技术有限公司生产;Neofuge 15R台式高速冷冻离心机,北京阳光思特生物技术有限公司生产;HI8424 New便携式防水p H/mv/℃测定仪,北京哈纳科仪科技有限公司生产;岛津UV-Mini1240紫外可见分光光度计;分析测定所用的各种化学试剂均为分析纯。

1.3 实验方法

1.3.1 哈密瓜汁的制备

主要过程为:哈密瓜→高锰酸钾溶液清洗哈密瓜外皮→去皮、去籽→低温榨汁→过滤→哈密瓜汁→柠檬酸(质量分数5%)调整p H值→备用。

1.3.2 超高压处理实验

将哈密瓜汁真空密封于双层聚乙烯塑料袋中,每袋装样量30 mL,各设3个平行。待高压釜内介质到达设定温度后,将样品放入釜中,2.5 min后加压到设定压力。

1.3.3 酶活性检测

1)过氧化物酶活性测定。以0.10 mol/L Tris-HCl缓冲液(pH=8.5),在2 ℃12000 r/min离心10 min提取粗酶液。反应体系包括:粗酶液0.15 mL;0.20 mol/L pH=6.0磷酸缓冲液2.951 mL;0.03 mL 30%H2O2;0.019 mL愈创木酚。以pH=6.0磷酸缓冲液做对照,在20℃下470 nm处测定吸光值。

2)多酚氧化酶活性。以0.05 mol/L磷酸缓冲液(pH=6.8),在2℃,12000 r/min离心10 min提取粗酶液。反应体系:1.0 mL 0.05 mol/L磷酸缓冲液(pH=6.8);1.0 mL 0.02 mol/L邻苯二酚(用0.05 mol/L pH=6.8磷酸缓冲液配制),以pH=6.8磷酸缓冲液做对照,在20℃、410 nm处测定吸光值。

3)酶活性的定义。单位时间内,每毫升酶液吸光度变化0.001定义为1个酶活性单位。

4)残存酶活性的定义。

RA=(处理后样品活性/对照样品活性)100%。

2 结果与分析

2.1 响应曲面法(RSM)试验设计

在单因素实验的基础上,采用统计软件Design-Expert 7.1中的Box-Behnken响应面设计,以温度、pH值、压力、保压时间为自变量,以POD和PPO残存酶活为响应值,实验因素水平及编码见表1。

表1 实验因素水平及编码Tab.1 Variables and experimental design levels for response surface

2.2 数据分析及回归方程的建立与检验

回归模型系数显著性检验:对于POD,X2为pH值、X3为压力、X4为时间,X12、X22、X32、X42(P<0.0001)极显著;X1温度(P=0.0004)、X3X4(P=0.0015)显著;其余不显著。对于 PPO,X1为温度,X2为pH值、X3为压力、X4为时间,X22(P<0.0001)极显著 ,X2X3(P=0.0024)、X12(P=0.0007)显著,其余不显著。两模型的方差分析结果见表3。

表2 实验设计与结果Tab.2 The experimental design and results

表3 回归模型方差分析Tab.3 Analysis of variance(ANOVA)for regression equation

2.3 超高压钝化POD和 PPO工艺的优化与验证

利用所得模型在一定范围内,可以得出若干组拟设定的POD和PPO残存酶活的工艺参数。考虑到POD和PPO的特性不同,设定 POD残存酶活80%(在本实验设定实验条件下,POD残存酶活最低约为75%),PPO残存酶活5%,其工艺参数及实验结果如表4所示。

表4 回归模型所优化的超高压处理参数Tab.4 Process parameters of optimum groups for UHP treatment

由表4可知:在POD残存酶活80%,PPO残存酶活5%条件下,模型的预测值与实验验证值平均相对误差分别为2.43%和4.96%。已建立的回归模型准确可行,可以用来预测压力为 300～500 MPa,温度为25～55 ℃,保压时间为10～30 min,p H为4～6范围内以及附近取值的超高压钝化POD和PPO的工艺。

3 结论

哈密瓜汁中的 POD较其它大部分果蔬中的POD都耐压,常常需要较高的压力>400 MPa协同以较高温度>40℃和较低p H值<5才能钝化;而钝化其中的PPO则只需较低的压力>300 MPa协同以较低的p H值<5即可达到钝化要求。

本研究在设定 POD残存酶活80%及 PPO残存酶活5%条件下,模型的预测值与实验验证值平均相对误差分别为2.43%和4.96%,表明回归模型拟合程度良好,可用于预测本试验条件范围内哈密瓜汁中POD和PPO的超高压钝化工艺。

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Application of Response Surface Method to the Inactivation of Two Enzymes in Hami Melon Juice by Ultra High Pressure

SONG Lijun,ZHANG Li,TU Jinjin,YIN Linlin,J IANG Hairong,CHEN Jiluan
(Food College,Shihezi University,Shihezi 832003,China)

O631.3

A

1007-7383(2010)05-0600-06

2010-02-26

教育部重点课题项目(207137),新疆兵团博士资金项目(2007jc11)

宋丽军(1982-),男,硕士生,专业方向为农产品加工与贮藏。

陈计峦(1973-),女,副教授,从事农产品加工与贮藏研究;e-mail:chenjiluan@163.com。