猕猴桃浆欧姆加热特性及酶失活率数学模型的建立

赵武奇，赵晓春

(陕西师范大学食品工程与营养科学学院，陕西西安 710062)

猕猴桃浆欧姆加热特性及酶失活率数学模型的建立

赵武奇，赵晓春

(陕西师范大学食品工程与营养科学学院，陕西西安 710062)

利用欧姆加热技术对猕猴桃浆进行加热，探讨了加热过程中加热速率和电导率的变化规律，建立了多酚氧化酶和过氧化物酶失活率的数学模型。结果表明，加热速率随着电场强度的升高而增大，电场强度对试样的电导率影响不大，随着温度的升高，电导率呈线性关系增大;回归方程在α=0.05水平显著，可用于欧姆加热工艺参数对多酚氧化酶和过氧化物失活影响的预测。研究结果可为猕猴桃浆的深加工提供理论基础。

欧姆加热，猕猴桃浆，加热特性，酶灭活率

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

新鲜秦美猕猴桃 购自陕西眉县，无病虫害，无腐烂，成熟度基本一致;愈创木酚、邻苯二酚、30%双氧水、磷酸二氢钾、磷酸氢二钾等试剂 均为分析纯。

722型分光光度计 上海精密科学仪器有限公司;BS 224S型电子天平 北京赛多利斯仪器系统有限公司;TDL80－2B型 离心分离机 上海安亭科学仪器厂;78HW－1型恒温加热磁力搅拌器 杭州仪表电机有限公司;自制的欧姆加热设备主要由调压器、温控仪、处理室等组成。

1.2 实验方法

1.2.1 猕猴桃浆的制备 取成熟的秦美猕猴桃，剥皮，将新鲜果肉至于打浆机中，打浆3～4min，直至果浆均匀，细腻。分别置于烧杯中用薄膜密封冷藏以备后用。

1.2.2 猕猴桃浆欧姆加热特性实验

1.2.2.1 电导率的计算 电导率计算公式为:

式中:σ－物料的电导率，S/m;L－加热室内两电极之间的距离，m;A－极板与物料之间的有效接触面积，m2;I－为电流，A;V－为电压，V。

1.2.2.2 电场强度对猕猴桃浆加热速率影响实验 每次取试样200mL放入加热槽中，极板间距为10cm，分别在11、14、17、20V/cm的电场强度下，对猕猴桃浆进行欧姆加热，每隔30s记录一次物料的温度。

1.2.2.3 温度对电导率的影响实验 在与上述相同电压条件下，分别对猕猴桃浆进行欧姆加热，记录电压、电流及物料的温度，计算电导率。

1.2.3 欧姆加热对猕猴桃浆中酶活力的影响实验

1.2.3.1 酶活性的测定方法 多酚氧化酶(PPO)活性测定应用邻苯二酚比色法［11］;过氧化物酶(POD)活性测定应用愈创木酚法［12］。

1.2.3.2 酶失活率的计算

酶失活率(%)=(欧姆加热处理前的酶活－欧姆加热处理后的酶活)/欧姆加热处理前的酶活×100

1.2.3.3 二次通用旋转组合实验 实验采用二次通用旋转组合设计的方法，在单因素实验结果的基础上，确定因素和水平［13］，实验因素分别为时间X1、电场强度X2和温度X3，以酶的失活率为指标，分别进行多酚氧化酶(PPO)和过氧化物酶(POD)实验研究，多酚氧化酶实验因素水平安排如表1所示，过氧化物酶实验因素水平安排如表2所示。

表1 多酚氧化酶二次旋转正交实验因素水平表Table 1 Factor and levels of PPO orthogonal test

2 结果与分析

2.1 电场强度对猕猴桃浆加热速率的影响

依据1.2.2.2中的方法进行欧姆加热实验，结果见图1，图1为在不同的电场强度下对猕猴桃浆进行欧姆加热时物料的温度随时间的变化曲线。从图中可以看出，随着电场强度增大，加热速率越高。电场强度越高，通过的电流也就越大，产生的热量随之增加，猕猴桃浆的加热速率也就越高，这与文献［7］的研究结果一致。因此在通电加热工艺中可以通过改变电场强度的大小来控制物料的加热速率。

表2 过氧化物酶二次旋转正交实验因素水平表Table 2 Factors and levels of POD orthogonal test

图1 不同电场强度下的欧姆加热曲线Fig.1 Ohmic heating curves of kiwifruit puree at different voltage gradients

2.2 温度对电导率的影响

图2为猕猴桃浆欧姆加热过程中不同电场强度下的电导率随温度的变化曲线，可以看出，电场强度对试样的电导率影响不大，随着温度的升高，电导率增大，这与文献［8］的实验结果一致。温度越高，细胞膜破坏越大，自由含水量增加，另外猕猴桃浆的粘度也随温度的升高而降低，粘度低时离子运动的阻力减小，均导致猕猴桃浆的电导率增加。表3为电导率对温度的直线回归效果，可以看出，电导率与温度成线形相关。

表3 不同电场强度下电导率与温度的回归方程Table 3 Regression equations between electric conductivity and temperature at different voltage gradients

2.3 酶失活模型的建立

图2 不同电场强度下猕猴桃浆的电导率随温度的变化Fig.2 The changes in electrical conductivity of kiwifruit puree with temperature during ohmic heating at different voltage gradients

欧姆加热过程中，影响酶失活的主要因素有加热温度、处理时间和电场强度。一级动力学模型只能描述加热温度及处理时间对酶活力的影响，本文进行二次旋转正交实验，建立酶失活的二级多项式模型，表4为二次通用旋转组合设计的实验结果，表中Y1为多酚氧化酶的失活率，Y2为过氧化物酶的失活率。采用DPS数据分析软件对表4中多酚氧化酶的数据进行处理，可以得出，时间、电场强度、温度、时间的二次项对多酚氧化酶的失活作用的影响具有极显著性差异(p＜0.01)。温度的二次项对多酚氧化酶的失活作用的影响具有显著影响(p＜0.05)。对回归系数进行检验，表明时间、电场强度、温度及温度的二次项对多酚氧化酶失活的影响呈正效应，而时间的二次项对多酚氧化酶失活的影响为负效应。其它变量的影响均不显著(p＞0.05)，无统计学差异。α=0.05显著水平剔除不显著项后，简化后的回归方程:Y1=55.45306+10.84597X1+3.70840X2+ 11.05432X3－0.62712X12+0.53961X3

2，对失拟项作F检验，F1=3.245＜F0.05(5，5)=5.05，说明失拟项在α=0.05水平不显著，用统计量 F2对回归方程作F检验，F2=354.263＞F0.05(9，10)=3.02说明回归方程在α=0.05水平显著，Y1回归方程可用于欧姆加热工艺参数对多酚氧化酶灭活影响的预测，具有实际应用意义。

采用DPS数据分析软件对表4中过氧化物酶的数据进行处理，可以得出，时间、电场强度、温度对过氧化物酶的失活作用的影响具有极显著性差异(p＜0.01)。电场强度和温度的交互项对过氧化物酶的灭活作用的影响具有显著影响(p＜0.05)。对回归系数进行检验，表明时间、电场强度、温度对过氧化物酶灭活的影响呈正效应，而电场强度和温度的交互项对过氧化物酶失活的影响为负效应。其他变量的影响均不显著(p＞0.05)，无统计学差异。α=0.05显著水平剔除不显著项后，简化后的回归方程: Y2=56.05545+17.25330X1+4.60005X2+20.88748X3－1.16250X2X3，对失拟项作 F检验，F1=2.27＜F0.05(5，5)=5.05，说明失拟项在α=0.05水平不显著，用统计量F2对回归方程作F检验，F2=456.825＞F0.05(9，10)=3.02，说明回归方程在α=0.05水平显著，Y2回归方程可用于欧姆加热工艺参数对过氧化物酶灭活影响的预测，具有实际应用意义。

3 结论

欧姆加热对猕猴桃浆加热时，加热速率随着电场强度的升高而增大，电场强度对试样的电导率影响不大，随着温度的升高，电导率与温度呈线性关系增大;建立的欧姆加热工艺参数对多酚氧化酶和过氧化物失活率的数学模型模型均在α=0.05水平显著，可用于欧姆加热工艺参数对多酚氧化酶和过氧化物失活影响的预测。研究结果可为猕猴桃浆的深加工提供理论基础。

表4 二次通用旋转组合实验结果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

我国是猕猴桃(Actinidia chinensis)的优势主产国，品种资源丰富，全世界猕猴桃约有66种，我国就有62种［1］。猕猴桃具有丰富的营养价值和良好的药用价值。猕猴桃果浆因几乎完全保留了猕猴桃的营养成分和气味，还含有大量的优质膳食纤维、B类维生素、氨基酸和人体必需的矿物质，有望成为一种治疗严重烧伤创面的酶清创药物原料［2］，也可作为大型饮品企业制作猕猴桃系列饮品和猕猴桃果味乳品、冰淇淋等食品的理想原料，具有广阔的市场。但目前猕猴桃果浆产品存在VC损失严重，猕猴桃特有的翠绿色也很难保持，制品的色泽呈现深绿色或褐色的缺点。这是由于加工中的蒸煮、浓缩、杀菌操作均为热加工，需要较长时间的加热，这样不但会加剧食品营养成分的损失，加速酶促褐变的发生，而且由于颗粒周围液体的过度加热，导致颗粒食品外表的煮烂而影响颗粒的完整

2012－04－05

赵武奇(1965－)，男，副教授，博士，研究方向:食品加工新技术。

陕西省自然科学基础研究计划项目(2011JM3011);陕西师范大学实验技术研究项目(SYJS2012015)。性，使产品的商业价值和品质下降。欧姆加热又称为通电加热，是利用食品物料本身的介电性质直接把电能转化为热能的一种加热方式。欧姆加热作为食品加工技术的一项新技术，可用于食品的热烫、蒸发、脱水、发酵、提取［3］、真空浸渍［4］、凝胶加热［5］及杀菌［6］等，具有物料升温快、加热均匀、无污染、易操作、热能利用率高、加工食品质量好等优点。Icier等［7］建立了杏浆和桃浆欧姆加热过程中电导率变化的数学模型;Castro等［8］探讨了欧姆加热草莓浆时电导率的变化规律，建立了草莓浆中维生素C的降解模型;Icier等［9］研究了豆浆的欧姆加热烫漂技术，得出了颜色变化动力学模型。而对于猕猴桃果浆的欧姆加热研究国内外均未见报道。秦美猕猴桃为晚熟较耐贮藏的鲜食品种，目前我国栽培面积最大，占全国猕猴桃总栽培面积的40%以上［10］。本文以秦美猕猴桃为原料，研究其果浆在欧姆加热过程中的加热特性及酶失活模型，为欧姆加热用于猕猴桃的深加工提供理论基础。