高强脉冲电场对酶的影响效果及其机理研究

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在食品加工过程中,无论是内源酶还是外源酶都对食品的品质和储藏起着重要的作用。特别是酶制剂在食品工业中的广泛应用,使得酶对食品后期的保藏影响更为显著,因此在对食品进行保藏处理时,不仅要对其进行灭菌还要进行灭酶。传统的灭菌灭酶方法是热处理,但是热处理方法在食品工业中所显示的弊端已得到广大研究者的一致认同,已日渐难以满足人们对新鲜食品的需求。这就使得非热处理技术的研究开始迅速发展起来。 高强脉冲电场处理技术是新兴起来的最有望取代传统热处理的技术之一。它主要利用瞬时高强度的脉冲电场,达到灭菌灭酶的目的,而对食品的风味和营养几乎没什么影响。此方法在对液态食品进行灭菌方面已取得重大进展,但对酶处理的研究相对发展较慢些。 本论文就是采用本研究室研制的高强脉冲电场连续处理系统,对食品中常见的三种酶进行灭酶效果分析,并对其活性变化的动力学和机理进行了探讨。具体研究工作和主要成果如下。 研究了高强脉冲电场对过氧化物酶、脂肪酶和木瓜蛋白酶的活性影响规律和效果。发现脉冲电场可以使酶的活性降低,但比微生物要难于灭活。相同条件下,脂肪酶对脉冲电场的抗性要大于过氧化物酶和木瓜蛋白酶,后两者相差不大。随着电场强度和处理时间的增加(流速的减小),酶的活性逐渐减少。其中处理时间对酶的影响最大,而频率变化对酶的活性几乎没有什么影响。在相同电导率和pH值条件下脂肪酶在脱脂乳中的电场处理效果要比在缓冲溶液中更好些。研究了环境因素(初始电导率、初始温度和初始pH值)对木瓜蛋白酶酶活的影响。发现电场处理含有还原剂与不含还原剂的木瓜蛋白酶几乎没有什么活性变化规律。但是初始酶溶液在低电导率、适量高温和低pH值的条件下能够对电场处理产生协同作用。 以木瓜蛋白酶为研究对象展开了电场作用下酶活性变化的动力学研究和机理探讨。证实了木瓜蛋白酶的失活模式基本符合一级动力学方程。对电场处理过程中产生的热效应、剪切效应以及可能产生的电化学反应进行了检测,发现这几个参数变化对酶活基本没有影响。通过对酶溶液中巯基含量、游离氨基酸的测定以及荧光光谱结构分析发现木瓜蛋白酶的失活机理最有可能是:电场作用下酶蛋白的α-螺旋结构松散拉伸,使分子内部的氨基酸残基暴露于分子表面,并有部分发生离解游离于溶液中,从而导致活性部位的结构发生变化,最终导致酶失活。
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