强脉冲磁场对草莓过氧化物酶的钝化及对草莓汁的杀菌效果研究

金江涛,郑必胜,肖凯军

(华南理工大学轻工与食品学院,广东广州 510640)

强脉冲磁场对草莓过氧化物酶的钝化及对草莓汁的杀菌效果研究

金江涛,郑必胜,肖凯军

(华南理工大学轻工与食品学院,广东广州 510640)

以冷冻丙酮法制备草莓过氧化物酶粗酶液。以愈创木酚、双氧水为底物,用分光光度法测定氧化产物的方法测过氧化物酶活性;以草莓汁为原料,施加强脉冲磁场进行杀菌实验。研究了磁感应强度、脉冲数对过氧化物酶活性、草莓汁中菌落总数、霉菌和酵母菌的杀灭效果。结果表明：在室温(28±1℃)下,当磁感应强度为 18.9T,脉冲数为 9个时,就可以把草莓过氧化物酶活性钝化到处理前的 8%;当磁感应强度达到 17.3T以上,脉冲数达到 12个以上时,菌落总数可以降低到 100cfu/mL以下,霉菌、酵母菌可以被全部杀灭,可以达到商业无菌的要求。

强脉冲磁场,草莓过氧化物酶,草莓汁,钝化,杀菌

1 材料与方法

1.1 材料与设备

实验用草莓 当天上午从广州岑村草莓场亲自采摘后,迅速带回实验室,放入冰箱 4℃保存,并尽快进行实验。草莓新鲜,八九成熟,经彻底清洗、去花萼后,分别提取过氧化物酶、榨汁。

HMF-S20型脉冲强磁场 武汉强磁场中心,主要由三部分组成：电源柜 (包括充电机、电容器等)、杜瓦(包括脉冲磁体及双层真空实验腔,操作时磁体浸于液氮中以带走因高压放电使磁体产生的巨大热量)、计算机操作台 (由光纤与杜瓦磁体相连接);冷冻高速离心机 法国 THERMOELECTRON INDUSTR IES S.A.S;MJ-176NR型榨汁机 日本松下电器产业柱式会社;UV-2102PC型紫外可见分光光度计 龙尼可上海仪器有限公司;SHD(Ⅲ)循环水式真空泵 巩义市英峪予华仪器厂;79-1磁力加热搅拌器 金坛市富华仪器有限公司;YIYE Q I型移液枪 上海求精生化试剂仪器有限公司;WACS-1080型高压灭菌锅 韩国大韩科学仪器有限公司;S W-CJ-1D型超净工作台 苏净集团安泰公司;LRH-300-G型光照恒温培养箱;HH-S型数显恒温水浴锅 江苏省金坛市医疗仪器厂;BCD-257SL型冰柜 青岛海尔股份有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 强脉冲磁场对草莓多酚氧化酶(POD)的钝化

1.2.1.1 POD酶液的提取 采用 CosetengM Y法[12]并略加改进。取 4℃冷藏的新鲜草莓样品,洗净去花萼,称取 200g于MJ-176NR型榨汁/搅拌机中,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滤,滤饼用150mL冷丙酮 (-18℃)再次抽滤,反复进行 3次至滤饼为白色,即为丙酮粉,放入干燥皿中在室温下过夜自然干燥至恒重。将上述所得丙酮粉 2g置于砚钵中研磨至细粉状,然后彻底转移至 160mL 0.05mol/L pH6.80的磷酸盐缓冲溶液 (PBS)中 (提前预冷至4℃),用磁力加热搅拌器 (不加热)搅拌 30min后用双层纱布过滤。滤液于高速冷冻离心机中 4℃、8000r/min离心 15min,上清液即为粗酶液,于 4℃保存至酶活性测定。

1.2.1.2 强脉冲磁场对 POD酶液的处理 将酶液装入样品管(带盖密封)中,处理前从 4℃冰箱中取出,在 28℃水浴中水浴 5min,然后贴好标签进行脉冲磁场处理,本实验选择磁感应强度和脉冲数为影响因素进行钝酶实验,磁感应强度分别为 9.3、10.6、12.0、13.4、14.7、16.2、17.3、18.9T(对应电压分别为 3500、4000、4500、5000、5500、6000、6500、7000V),每个磁感应强度下施加的脉冲数分别为 3、6、9、12,共构成32组实验。

产生强脉冲磁场时,由于高电压迅速充放电使磁体产生热量温度迅速升高,连续冲放电次数不宜过多。例如本实验所用设备 HMF-S20型脉冲强磁场,当磁感应强度达到 14.7T以上时,最多允许充放电次数为 10次,虽然磁体处于-196℃的液氮中,当达到允许冲放电次数时也要使磁体冷却 20min后方可继续操作,为保证每个样品都能在较短时间内完成脉冲磁场处理,本实验没有选用较多的脉冲数,分别选了 3、6、9、12做为脉冲参数。

1.2.1.3 POD酶活测定 强脉冲磁场处理前后分别按下列方法测酶活,每次均做三个平行测定。POD酶活测定采用包海蓉等[13]的方法并加以改进。

反应池：1cm比色皿,2mL 0.05mol/L pH6.0的磷酸缓冲溶液、0.6mL 1.5%愈创木酚溶液(溶剂为 50%乙醇)、0.2mL 0.5%过氧化氢、0.2mL酶提取液。混合前分别在 28℃水浴中保温 5min。

参比池：2mL 0.05mol/L pH6.0的磷酸缓冲溶液、0.6mL 1.5%愈创木酚 (溶剂为 50%乙醇)、0.2mL 0.5%过氧化氢和 0.2mL 100℃加热 5min完全失活的酶液(28℃保温 5min)。

反应池中,底物与酶液混合后立即在 470nm波长下测定吸光度(A)变化,每 10s记录一次A值,根据酶反动力学曲线最初直线段的斜率 (△A/t)计算酶活力。在 1min内引起吸光度增加 0.001所需的酶量为一个酶活单位(以U/min表示)。

1.2.2 对草莓汁中微生物的影响

1.2.2.1 草莓汁初始微生物测定 菌落总数的测定：GB/T 4789.2-2003;霉菌和酵母菌计数：GB/T 4789.15-2003。样品的初始菌落总数、霉菌数、酵母菌数分别为 1.8×103、4.0×102、2.3×102cfu/mL。

1.2.2.2 强脉冲磁场处理 将草莓汁在无菌操作条件下装入灭过菌的样品管 (带盖密封)中,贴好标签放进实验腔中进行强脉冲磁场处理。脉冲磁场处理条件同 1.2.1.2。

1.2.2.3 草莓汁经脉冲磁场处理后的微生物测定草莓汁经脉冲磁场处理后,再按照以上国标测草莓汁中的菌落总数、霉菌和酵母菌数,以检验杀菌效果。

2 结果与分析

2.1 磁感应强度对草莓中 POD活性的影响

磁感应强度对草莓中 POD活性的影响见图 1。

图1 磁感应强度对草莓中 POD活性的影响

由图 1可以看出,随着磁场强度的增大,强脉冲磁场对草莓中 POD的钝化作用不断增强,当磁感应强度由 13.3T增大到 14.7T时,钝化作用增强的幅度增大,特别是磁感应强度由 16.2T增大到17.3T时,钝化作用大幅度增强,可以认为,磁场强度为 14.7T和 17.3T是强脉冲磁场对草莓中 POD钝化作用的两个拐点。当磁感应强度增大到 17.3T,脉冲数达到 9个以上时,可以将草莓 POD活性钝化到处理前的8%。

2.2 脉冲数对草莓中 POD活性的影响

脉冲数对草莓中 POD活性的影响见图 2。

由图 2可以看出,总体趋势为随着脉冲数的增加,脉冲磁场对草莓 POD的钝化作用不断增强。在较低的磁感应强度下 (9.3～13.3T),POD活性对较多的脉冲数较为敏感(9～12个),在较高的磁感应强度下(14.7～16.2T),POD活性对较少的脉冲数较为敏感(3～6个),当磁感应强度再度增加,脉冲数由 3个增加到 12个过程中,脉冲磁场对 POD的钝化作用增强得较均匀。

图2 脉冲数对草莓中 POD活性的影响

2.3 脉冲强磁场对草莓汁中菌落总数的杀灭效果

脉冲强磁场对草莓汁中菌落总数的杀灭效果见图3。

图 3 脉冲强磁场对草莓汁中菌落总数的杀灭效果

由图 3可以看出,随着磁感应强度的增大,杀菌效果不断增强,磁感应强度由 9.3T增大到 12T时,菌落总数下降幅度很小;磁感应强度由 12T增大到13.3T时,菌落总数下降非常明显。由图 3还可以看出,随着脉冲数的增加,杀菌效果也不断增强,当脉冲数由 3个增加到 6个时,杀菌效果增强幅度较大,随着脉冲数的增加,增加相同多的脉冲数,杀菌效果增强的幅度在减小。当磁感应强度达到 14.7T,脉冲数达到 9个以上时,草莓汁的菌落总数,由杀菌前的1.8×103cfu/mL降低到 60cfu/mL,可以达到果汁商业无菌的标准。GB-2759.2-1996中规定,果汁商业无菌要求菌落总数≤100cfu/mL。对菌落总数而言,磁场强度是影响杀灭微生物效果的主要因素。

2.4 脉冲强磁场对草莓汁中霉菌、酵母菌的杀灭效果

2.4.1 脉冲强磁场对草莓汁中霉菌的杀灭效果 脉冲强磁场对草莓汁中霉菌的杀灭效果见图 4。

由图 4可以看出,随着磁感应强度的增强,脉冲磁场对霉菌的杀灭效果逐渐增强。当磁感应强度由12T增大到 13.3T时,杀菌效果增强比较缓慢,而当磁感应强度由 13.3T增大到 14.7T时,霉菌残留数下降很明显。从图 4中还可以看出,随着脉冲数的增加,杀菌效果也在不断增强。当脉冲数有 9个增加到 12个时,杀菌效果增加幅度相对较大,这可能与草莓汁中霉菌的多样性有关,某些霉菌需要较长的作用时间才能被杀灭。当脉冲数为 9,磁感应强度达到 17.3T以上时,可将草莓汁中的霉菌全部杀死。对霉菌而言,要将其彻底杀灭,不但需要一定得磁场强度,还必须达到一定得脉冲数,才能达到最好的杀菌效果。

图 4 脉冲强磁场对草莓汁中霉菌的杀灭效果

2.4.2 脉冲强磁场对草莓汁中酵母菌的杀灭效果脉冲强磁场对草莓汁中酵母菌的杀灭效果见图 5。

图 5 脉冲强磁场对草莓汁中酵母菌的杀灭效果

从图 5可以看出,随着磁感应强度的增加,杀菌效果逐渐增强,酵母菌残留数逐渐减少,当磁磁感强度由 10.7T增加到 12T时,酵母菌残留数略有上升;当磁磁感强度由 13.3T增加到 14.7T时,酵母菌残留数下降幅度更为明显。从图 5还可以看出,随着脉冲数的增加,杀菌效果也在逐渐增强;当磁磁感强度达到 17.3T,脉冲数达到 9个以上时,可以将草莓汁中的酵母菌全部杀死。

3 结论与讨论

3.1 在较高的磁感应强度下,钝酶、杀菌效果总体上随磁感应强度的增强而增强,随脉冲数的增加而增强。在室温 (28±1℃)下,当磁场强度增大到17.3T,脉冲数达到 9个以上时,可以将草莓 POD活性钝化到处理前的 8%;当磁场强度达到 16.2T以上,脉冲数达到 6个以上时,菌落总数可以由 1.8× 103cfu/mL降低到 80cfu/mL,低于 100cfu/mL的标准;当磁场强度达到 17.3T以上,脉冲数达到 12个以上时,霉菌、酵母菌分别由 4.0×102cfu/mL、2.3× 102cfu/mL被全部杀灭,可以达到商业无菌的要求。

3.2 由本实验可以看出：霉菌、酵母菌对脉冲磁场的耐性很大,需要很高的磁场强度和一定得脉冲数才能将其杀灭,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样性,生产草莓汁前必需对草莓进行彻底清洗。

3.3 虽然强脉冲磁场杀菌在实验室取得了一定进展,但距生产实践中的应用还有很大距离。要达到理想的钝酶、杀菌效果,必须有一定的磁场强度和一定的脉冲数。这对实验设备提出了更高的要求。本实验是物料在静态下高强脉冲磁场处理的结果,而在动态 (如流动状态)下处理的效果有待进一步研究。

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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

微生物和酶是导致食品腐败变质的重要因素。传统的热加工方法无法满足一些热敏性食品的要求,从而推动了非热加工技术的发展[1-3]。高强度脉冲磁场技术应运而生,与传统的热加工工艺相比,高强脉冲磁场技术在保持食品原有的风味、色泽、口感和营养等方面均有很大的优势,具有操作安全、能耗低、成品无化学残留等众多优点,而且作用时间短,几个或几十个脉冲就能达到很好的杀菌效果[4]。近年来,有一些关于脉冲磁场在牛奶和果汁灭菌方面的研究[5-7],但脉冲磁场对过氧化物酶 (peroxydase,简称 POD)、草莓汁中霉菌、酵母菌的研究很少,特别是磁感应强度在 10T以上的研究更鲜见报道。草莓不仅食用价值高,还具有清火解热、生津止渴、利尿止泻等药理作用和治病、防病、防癌等食疗功能[9]。黄斌[10]报导,草莓中含有的草莓胺对治疗白血症、障碍性贫血等血液病有奇特疗效。然而,草莓在常温下采后 1～2d即失水萎缩,逐渐软化腐烂,造成巨大经济损失,POD广泛存在于果蔬中,它不仅导致果汁的褐变,影响产品的外观,而且其催化产物会影响果汁的口感和风味[11]。本文通过实验探讨了脉冲强磁场对草莓多酚氧化酶钝化作用和对草莓汁中菌落总数、霉菌和酵母菌的杀灭效果。

2009-05-21

金江涛 (1980-),男,硕士研究生,研究方向：食品非热加工。

国家 863计划项目(2007AA100405)。