祥鵠科技

儀器

300A+ Pasteurization of egg white by integrating ultrasound and microwave: Effect on structure and functional properties

關(guān)鍵詞:
集成超聲 - 微波處理
液態(tài)蛋清
巴氏殺菌
結(jié)構(gòu)
功能特性
摘要:
微波(MW)巴氏殺菌是一種高效節(jié)能的技術(shù),但存在熱不均勻的缺點(diǎn)。本研究通過(guò)集成超聲和微波(IUM)處理來(lái)減少巴氏殺菌的不均勻性,在確保巴氏殺菌效果的同時(shí),減少對(duì)液態(tài)蛋清(LEW)功能特性的不利影響。IUM處理后,粒徑增加了48.5nm,表明蛋清蛋白輕微變性和聚集。然而,二級(jí)結(jié)構(gòu)變化不大。與傳統(tǒng)巴氏殺菌的LEW相比,IUM處理的LEW(IUM - LEW)具有較低的表觀粘度、較高的Zeta電位值和疏水性,使其功能特性得以保持或改善。IUM - LEW的乳化能力(EC)、乳化穩(wěn)定性(ES)和凝膠強(qiáng)度分別提高了6.83%、7.41%和77g。本研究為L(zhǎng)EW的傳統(tǒng)巴氏殺菌提供了一種替代方法。
超聲與微波結(jié)合的蛋清巴氏殺菌:對(duì)結(jié)構(gòu)和功能特性的影響

  1. 引言
    液態(tài)蛋清(LEW)是由新鮮雞蛋制成的產(chǎn)品,經(jīng)過(guò)去殼、加工和包裝等步驟(Liu等人,2020)。與帶殼雞蛋相比,LEW便于運(yùn)輸,可延長(zhǎng)保質(zhì)期并提高雞蛋的利用率(Pei等人,2020)。LEW的微生物滅活方法通常是巴氏殺菌,其溫度主要是為了確保巴氏殺菌效果,但可能導(dǎo)致蛋白質(zhì)變性、功能特性降低和高能耗(Lechevalier等人,2017)。過(guò)高的溫度會(huì)導(dǎo)致蛋白質(zhì)聚集,影響LEW的發(fā)泡、乳化和凝膠特性(Espina,Monfort,´Alvarez,García - Gonzalo,& Pag´an,2014)。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)會(huì)在高溫下展開(kāi),內(nèi)部基團(tuán)隨著熱變性暴露在蛋白質(zhì)表面。分子間和界面力發(fā)生改變,這將影響功能特性(Yoshinori Mine & Haga,1990)。Wang發(fā)現(xiàn)加熱處理后LEW的發(fā)泡能力下降(G. Wang & Wang,2009)。為了克服傳統(tǒng)熱處理工藝對(duì)LEW的不利影響,非熱技術(shù)已應(yīng)用于巴氏殺菌,如高靜水壓(Barba,Koubaa,do Prado - Silva,Orlien,& Sant’Ana,2017)、脈沖電場(chǎng)巴氏殺菌(X. Li & Farid,2016)、輻照巴氏殺菌(Unluturk,Atilgan,Baysal,& Unluturk,2010)、脈沖光(J. Zhu等人,2019)和微濾(Mukhopadhyay,Tomasula,Luchansky,Porto - Fett,& Call,2010)。
    MW巴氏殺菌已被證明適用于連續(xù)流體系統(tǒng)中的液體食品。MW技術(shù)可以產(chǎn)生體積熱和高能量效率(Auksornsri,Bornhorst,Tang,Tang,& Songsermpong,2018),并減少對(duì)食品感官和營(yíng)養(yǎng)特性的有害影響(Soni,Smith,Thompson,& Brightwell,2020)。與傳統(tǒng)加熱技術(shù)需要傳熱介質(zhì)或環(huán)境進(jìn)行熱傳遞不同,MW技術(shù)使材料直接吸收MW能量并將其轉(zhuǎn)化為熱能。許多研究表明,MW在微生物滅活方面是有效的。連續(xù)流MW巴氏殺菌系統(tǒng)使蘋果酒中的大腸桿菌減少了5個(gè)對(duì)數(shù)級(jí)(Gentry & Roberts,2005)。連續(xù)微波處理的牛奶與間接超高溫處理的牛奶相比,具有更好的感官特性,而它們的微生物和生化參數(shù)沒(méi)有太大差異(D. A. Clare,2005)。然而,MW巴氏殺菌存在溫度分布不均勻的缺點(diǎn),導(dǎo)致液體、固體和多組分食品中存在熱點(diǎn)和冷點(diǎn)(C. James,2002)。熱點(diǎn)和冷點(diǎn)的分布與電磁場(chǎng)強(qiáng)度有關(guān)(Guo,Sun,Cheng,& Han,2017)。熱點(diǎn)集中在電磁場(chǎng)強(qiáng)度高的區(qū)域,其局部過(guò)熱導(dǎo)致蛋白質(zhì)變性,影響食品系統(tǒng)的均勻性。不均勻的加熱會(huì)損害食品的質(zhì)量和質(zhì)地(Hossan,Byun,& Dutta,2010)。在異質(zhì)系統(tǒng)中,如牛奶、脂肪和膠體分散體,它們會(huì)阻礙離子遷移并降低電導(dǎo)率,加熱過(guò)程中的不均勻性會(huì)增加(Chandrasekaran,Ramanathan,& Basak,2013)。因此,實(shí)現(xiàn)微波加熱的均勻性是一個(gè)挑戰(zhàn)。
    超聲(US)技術(shù)具有高頻和短波長(zhǎng)的特點(diǎn)(Paniwnyk,2017)。US在液體介質(zhì)中引起空化效應(yīng),產(chǎn)生氣泡和動(dòng)力學(xué)變化(Y. Ma等人,2022)??栈瘹馀莸钠屏褧?huì)引發(fā)極端的剪切力,從而實(shí)現(xiàn)高效的混合和均質(zhì)化(Soltani Firouz,F(xiàn)arahmandi,& Hosseinpour,2019)。US可以與其他巴氏殺菌方法結(jié)合,使系統(tǒng)更加分散,溫度分布更加均勻,從而提高巴氏殺菌效果。一些研究證明,結(jié)合熱和US(熱超聲)可以減少脫脂牛奶或奶油中的總纖溶酶和細(xì)菌活性,而不會(huì)對(duì)流變學(xué)和外觀產(chǎn)生不利影響(Vijayakumar,Grewell,Annandarajah,Benner,& Clark,2015)。熱超聲(35kHz,60℃)處理1分鐘可以抑制酵母和霉菌的生長(zhǎng),同時(shí)保護(hù)乳酸菌,并且酸乳飲料的物理化學(xué)和感官特性優(yōu)于熱處理的酸乳飲料(Erkaya,Baslar,Sengul,& Ertugay,2015)。結(jié)合液壓高壓和US導(dǎo)致在LWE中沙門氏菌的減少比單一處理更好(E. Huang,Mittal,& Griffiths,2006)。因此,超聲的空化效應(yīng)可以增加傳質(zhì),減少微波過(guò)程中的不均勻加熱。結(jié)合微波和超聲技術(shù)已應(yīng)用于生物材料的合成、提取或預(yù)處理(Z. Li,Wang,Zheng,& Guo,2020;Zhou,Zhang,F(xiàn)ang,& Liu,2015)。
    本研究的目的是結(jié)合US和MW來(lái)克服MW巴氏殺菌的不均勻性,并減少對(duì)LEW功能特性的不利影響。在本研究中,我們揭示了IUM巴氏殺菌對(duì)LEW的結(jié)構(gòu)、功能和流變特性的影響,為后續(xù)LEW巴氏殺菌的發(fā)展提供了基礎(chǔ)。
  2. 材料和方法
    2.1. 材料
    新鮮雞蛋購(gòu)自當(dāng)?shù)爻小J榛蛩徕c(SDS)和8 - 苯胺 - 1 - 萘磺酸(ANS)購(gòu)自Sigma Chemical Reagents Co.(美國(guó))。所有其他試劑均為分析純,購(gòu)自國(guó)藥化學(xué)試劑有限公司(上海,中國(guó))。雞蛋用清水清洗,并多次用75%酒精消毒。將蛋清從蛋黃中分離出來(lái)作為原始LEW樣品,并在4℃下冷藏保存。

 

2.2. 樣品制備
2.2.1. 蛋清的傳統(tǒng)巴氏殺菌
按照Gurtler等人(2015)的方法,將50mL樣品包裝在100mL燒杯中,加熱至58℃,并在磁力攪拌下保持4.5分鐘。然后,將它們?cè)诒欣鋮s,并在4℃下冷藏保存。

 

2.2.2. MW、US和IUM處理
樣品用微波超聲可控處理器(XH - 300A +,北京祥鵠科技發(fā)展有限公司,北京,中國(guó))處理,該處理器可以通過(guò)自動(dòng)調(diào)節(jié)MW功率來(lái)控制溫度。該設(shè)備具有高精度溫度傳感器(長(zhǎng)150mm,直徑3mm),帶有鉑熱電阻(PT1000)。在處理過(guò)程中,溫度傳感器放置在反應(yīng)容器中,以測(cè)量LEW樣品的內(nèi)部溫度,測(cè)量精度不超過(guò)±0.1℃。
經(jīng)MW處理的LEW樣品(MW - LEW)在4.5分鐘內(nèi)加熱至57℃,并在自動(dòng)MW功率下保持2分鐘。
經(jīng)US處理的樣品(US - LEW)在700W恒定US功率下超聲處理4.5分鐘,并在最終溫度下保持2分鐘。
根據(jù)我們的初步研究,選擇了確保蛋白質(zhì)穩(wěn)定性的IUM處理?xiàng)l件,如圖1所示。經(jīng)IUM處理的樣品(IUM - LEW)在700W恒定US功率下超聲處理30秒,使LEW更加均勻。然后在4分鐘內(nèi)用700W US功率和自動(dòng)MW功率加熱至57℃,并在57℃下用自動(dòng)MW功率保持2分鐘。
最后,樣品在冰水中迅速冷卻,并在4℃下冷藏保存。

 

2.3. 蛋白質(zhì)穩(wěn)定性和巴氏殺菌效果的評(píng)估
2.3.1. 濁度
IUM、MW處理和巴氏殺菌的溫度范圍為51℃至63℃。
濁度以福爾馬肼濁度單位(FTU)測(cè)量。使用分光光度計(jì)(UV - 6100,湘儀實(shí)驗(yàn)室儀器發(fā)展有限公司,湖南,中國(guó))在660nm處測(cè)量濁度為0、4、10、20、40、80、100 FTU的標(biāo)準(zhǔn)溶液的吸光度,并獲得標(biāo)準(zhǔn)曲線。以蒸餾水為空白對(duì)照測(cè)量樣品的吸光度。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算樣品的濁度(Z. Jiang等人,2022)。