（食品科学专业论文）高压脉冲电场对乳状液体系中油酸氧化的影响.pdf

摘要 摘要 高压脉冲电场( p e f ) 是近年来液态食品非热处理领域研究的热点之一，但国内外对其的研 究仅局限在杀菌方面，而其对食品组分的影响尤其是对食品中脂质的影响还鲜有研究。本论 文研究了p e f 对食品中各种脂肪酸的影响，尤其对油酸及含油酸的模拟体系氧化的影响。 首先，研究了p e f 处理对油酸理化性质的影响及p e f 处理过的油酸在贮藏过程中理化性 质的变化。p e f 处理过的油酸在贮藏过程中其折光系数、色泽等变化不大；p e f 处理对油酸 的酸价无显著影响；油酸的过氧化值随着p e f 处理强度和贮藏时间的增加显著增大；表征二 次氧化产物多少的羰基价在p e f 处理后的一周内变化不大，但随后迅速升高；p e f 处理过的 油酸碘价在贮藏2d 后有下降趋势。 其次，研究了p e f 处理对n a c i 水溶液的电解程度及活性氧的影响。p e f 作用下水会轻 微电解，诱使n a c l 水溶液中产生活性氯，且随场强增大活性氯浓度增大；p e f 处理n a c l 水 溶液还会发生电化学反应，生成氧化性强的h 2 0 2 、超氧阴离子自由基等活性氧。 第三，研究了p e f 处理对油酸和含油酸的乳状液中产生的挥发性氧化产物的影响以及产 生的自由基种类的鉴定，并就p e f 处理诱使油酸发生氧化的机理进行了探讨。根据 s p m e 。g c m s 的检测结果，己醛、戊醛、庚醛等是主要产物；电子顺磁共振( e p r ) 的检测结 果表明，油酸和含油酸的乳状液中均产生了超氧阴离子自由基和以c 为中心的烷自由基或烷 氧自由基。 最后，研究了p e f 处理对其他脂肪酸( 月桂酸、硬脂酸等) 过氧化值的影响；还应用差示 量热扫描技术( d s c ) 得到了p e f 处理后的各种不同的含油酸的模拟食品体系的氧化动力学常 数，来判断其氧化稳定性。其中，添加酪蛋白的模拟食品体系最稳定，而加入过渡金属的模 拟食品体系最不稳定。 关键词：油酸、高压脉冲电场、氧化、电化学反应、自由基 a b s t r a c t a bs t r a c t p u l s e de l e c t r i cf i e l d ( p e f ) h a sb e e no n eo ft h eh o t t o p i c so nn o n t h e r m a lf o o dp r o c e s s i n g t e c h n o l o g i e si nr e c e n t l yy e a r s h o w e v e r , t h er e s e a r c h e sb o t ha th o m ea n da b r o a dw e r eb a r e l y f o c u s e do ns t e r i l i z a t i o nb vp e ft r e a t m e n t ；t h e r ew e r ef e wr e p o r t sa b o u tt h ee f f e c t so fp e ft r e a t m e n t o nf o o dc o m p o n e n t se s p e c i a l l yo nf o o dl i p i d s t h ee f f e c t so fp e ft r e a t m e n to nk i n d so ff a t t ya c i d s i i lf o o dl i p i d sw e r ei n v e s t i g a t e di nt h i sp a p e r ，m a i n l yo no x i d a t i o no fo l e i ca c i da n do l e i c a c i d - c o n t a i n e dm o d e ls y s t e m f i r s t l y , o l e i ca c i dw a sp r o c e s s e db yp e f t i m e r e l a t e dc h a n g e so fp h y s i c a la n dc h e m i c a l c h a r a c t e r i s t i c so fp e ft r e a t e do l e i ca c i dd u r i n gs t o r a g ew e r ea s s a y e d p e fp r o c e s s i n ga n ds t o r a g e h a ds l i g h ti n f l u e n c eo nb o t hr e f r a c t i v ei n d e xa n dc o l o lp e fh a dn os i g n i f i c a n ti n f l u e n c eo nt l l ea c i d v a l u eo fo l e i ca c i d w i mi n c r e a s i n go fe l e c t r i cf i e l ds t r e n g t ha n ds t o r a g et i m e ，p e r o x i d ev a l u e o b v i o u s l yi n c r e a s e d t h ec a r b o n y lv a l u ew h i c hr e l a t e dt ot h es e c o n do x i d a t i v ep r o d u c t so fp e f t r e a t e do l e i ca c i di n c r e a s e ds l o w l yw i t h i nt h ef i r s tw e e k ，b u tt h e ni ti n c r e a s e dm u c hm o r er a p i d l y a f t e rt h a t i o d i n ev a l u eo fp e ft r e a t e do l e i ca c i dd e c r e a s e da f t e rs t o r a g eo ft w od a y s s e c o n d l y , t h ee f f e c t so fp e f t r e a t m e n to nt h eh y d r o l y s i sd e g r e ea n dr e a c t i v eo x y g e no fn a c l a q u e o u ss o l u t i o nw e r ei n v e s t i g a t e d t h e r ew a saw e a kh y d r o l y s i si nn a c la q u e o u ss o l u t i o ni n d u c e d b yp e ft r e a t m e n t ，t h u s ，t h ea c t i v ec h l o r i n e ( c 1 2 ) c a m ei n t ob e i n ga f t e rp e ft r e a t m e n t ，a n dt h e c o n c e n t r a t i o no fa c t i v ec h l o r i n ew e n tu pw i t ht h ei n c r e m e n to fe l e c t r i cf i e l ds t r e n g t h h 2 0 2 ， s u p e r o x i d ea n i o nr a d i c a lo fs t r o n go x i d b i l l i t ya n ds oo ng e n e r a t e di nn a c la q u e o u ss o l u t i o na sa r e s u l to fe l e c t r o c h e m i c a lr e a c t i o n st o o kp l a c ei n s i d et h ep e fc h a m b e r t l l i r d l y , t h ee f f e c t so fp e ft r e a t m e n to nv o l a t i l ec o m p o u n d sa n df r e er a d i c a ls p e c i e sg e n e r a t e d o fo l e i ca c i dw e r es t u d i e da sw e l la st h ed i s c u s s i o no ft h em e c h a n i s mo fp e f i n d u c e do l e i ca c i d o x i d a t i o n f o rs p m 匝( c m sm e a s u r e m e n t s h e x a n a l p e n t a n a l ，h e p t a n a la n ds oo nw e r et h em a i n v o l a t i l ec o m p o u n d so fo l e i ca c i da f t e rp e f 仃e a t m e n t a p p l i e de p rs t u d yt op e f t r e a t e do l e i ca c i d s o m ek i n d so fu n d e f i n e dc a r b o n c e n t r e dr a d i c a l s ( a l k y lo ra l k o x y l 、a n ds u p e r o x i d ea n i o nr a d i c a l w e r ed e t e c t e d ，w h i c hp l a y e dt h er o l eo fi n i t i a t o ri nf r e e r a d i c a lc h a i nr e a c t i o n f i n a l l y , t h ee f f e c t so fp e f t r e a t m e n to np e r o x i d ev a l u eo fo t h e rf a t t ya c i d s ( f o re x a m p l e ，l a u r i e a c i d ，s t e a r i ca c i d ) w e r es t u d i e d i na d d i t i o n ，d s cw a sr e c r u i t e dt og e tt h eo x i d a t i o nk i n e t i c s p a r a m e t e r so f d i f f e r e n to l e i ca c i d c o n t a i n e df o o dm o d e ls y s t e m ，f o rt h ep u r p o s eo fd e t e r m i n i n gt h e o x i d a t i v es t a b i l i t y t h er e s u l t sr e v e a l e dt h a tt h em o d e ls y s t e mc o n t a i n e dc a s e i nh a dt l l eh i g h e s t o x i d a t i v es t a b l ea b i l i t y , a n dt h es y s t e mc o n t a i n e dt r a n s i t i o nm e t a lh a dt h el o w e s to x i d a t i v ea b i l i t y k e y w o r d s ：o l e i ca c i d ，p u l s e de l e c t r i cf i e l d ，o x i d a t i o n ，e l e c t r o c h e m i c a lr e a c t i o n ，f r e er a d i c a l s - - 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是苯人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文 中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含本人为获得江南 大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志 对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 签名：鞫 日 期：! 葺：阻曼 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解江南大学有关保留、使用学位论文的规定： 江南大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允 许论文被查阅和借阅，可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文， 并且本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。 保密的学位论文在解密后也遵守此规定。 签名o 导师签名：丑盈刎二 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含 本人为获得江南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示谢意。 签名：鍪鑫日期：年月e l 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解江南大学有关保留、使用学位论文的规 定：江南大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和 磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文的全部或部分内容编 入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、 汇编学位论文，并且本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。 保密的学位论文在解密后也遵守此规定。 签名：墨煎导师签名：互墨遴 日期：年月 日 1 引言 1 引言 1 1 高压脉冲电场概述 1 1 1p e f 简介 非热杀菌是一种新型的食品加工技术，其杀菌条件易于控制，外界环境影响较小。由于 杀菌过程中的食品的温度并不升高或升高很低，有利于保持食品功能成分的生理活性及色、 香、味和营养成分，如高压脉冲电场( p u l s e de l e c t r i cf i e l d s ，以下简称p e f ) 、超高压( u l t r a h i g h p r e s s u r e ) 、超声波( u l t r a s o n i c ) 、强磁脉冲( s t r o n gm a g n e t i s mp u l s e ) 等。美国食品科技学会( i n s t i t u t e o f f o o dt e c h n o l o g i e s ) 在1 9 9 9 年专门成立了非热食品加工分会，且定期每年举办食品非热加工 技术的研讨会，从而更有力地推动了世界食品非热技术的发展。 在众多的非热杀菌技术中，p e f 以其良好的应用特性被国内外学者广泛研究。与热杀菌 相比，p e f 杀菌技术最主要的优势为使食品保持“准新鲜”的特征，降低加工所需的能量， 减少加工单元的污染以及减少具有腐蚀性的清洁液体的使用【l 】。这使其成为当前最有前途实 现工业化应用的杀菌方法之一。 至今为止，p e f 的杀菌机理尚未完全阐明，关于其作用机理，现有多种假说：细胞膜穿 孔效应、电磁机制模型、粘弹极性形成模型、电解产物效应、臭氧效应等，而大多数学者则 倾向于认同电磁场对细胞膜的影响【2 】。当细胞置于高压脉冲电场下时细胞膜的通透性增加， 并导致电穿孔，一旦加在膜两端的临界电压持续足够时间，细胞膜上便形成了不可逆转的孔 洞并最终导致细胞的死亡，从而达到杀菌的目的1 3 j 。 影响p e f 的杀菌效果因素较多，有电场强度、脉冲数、脉冲波形、液态食品电导率、微 生物细胞大小等。一般来说，脉冲电场强度是最主要的影响因素，随着强度增加，微生物存 活率迅速降低。其次是微生物细胞大小，体积越大的细胞对p e f 越敏感，这是因为细胞尺寸 与电场在膜上的诱导电场强度成比例。对于脉冲数影响来说，在同样电场强度下，脉冲数越 多杀菌效果越好【4 】。 1 1 2p e f 的发展历史 从上世纪八十年代开始，p e f 作为一种新型的冷杀菌技术，一直受到美国、德国、法国、 加拿大、西班牙、比利时、荷兰等发达国家的政府、企业和研究单位的广泛重视。国际上在 该领域比较著名的研究小组有h u l s h e g e r , p o t e l & n i e m a n n ( 1 9 8 1 1 9 8 3 ) ；s i t z r n a n & g r a h l ( e l c r a c k ，e l s t e r i l ) ( 1 9 8 5 1 9 9 6 ) ；d u n n ，h o f m a n n & b u n s h n e l l ( 1 9 8 2 现在) ；b a r b o s a - c a n o v a s & s w a n s o n ( 1 9 9 2 现在) 和z h a n g ( 1 9 9 4 现在) 领导的研究小组。至上世纪九十年代后期，大功率 p e f 加工设备的制造取得了突破性进展，为将来真正实现商业化奠定了坚实的基础。 p e f 技术研究之初，主要体现在其对各种微生物的杀灭作用。s a l e 和h a m i l t o n ( 1 9 6 7 年， 1 9 6 8 年) 报道了脉冲电场使微生物失活，而且不会使产品发生电解和温度升高； s u k u r a u c h i 和k o b n o d o ( 1 9 8 0 年) 报道了脉冲电场能使芽孢杆菌和大肠杆菌失活，发现高容量和长时问 江南大学硕士学位论文 的脉冲电场处理可使芽孢失活，这可能是由于处理过程中形成的电解产物的间接杀菌作用； g u p t a 和m a r r a y ( 1 9 8 9 年) 研究认为：较小的结构( 如细菌芽孢) 比大细胞更难于破坏：p a i k 用 方脉冲波的短脉冲( o 0 5s ) 测试脉冲电场对微生物的灭活效果，发现处理时间和存活率之间呈 指数关系。j a y a r a m 等( 1 9 9 2 年) 研究应用脉冲电场杀灭短乳酸杆菌，并且认为微生物细胞的 失活，基本上是由于电场使细胞壁破裂而造成的，而不是由于欧姆加热引起的。 现在，p e f 已成功应用于低酸性果蔬汁，乳饮料、液蛋等多种液态食品体系，并且p e f 对其中微生物的杀灭效果及模型已研究得较为透彻，同时，p e f 对液态食品体系中各种功能 性组分的影响也在近些年得到了国内外众多学者的高度重视。 1 1 3p e f 的国内外研究现状及分析 相较于欧美等国家对于p e f 应用的研究工作，我国p e f 在食品保藏中应用的研究起步较 晚，但到目前为止，p e f 的研究己成为我国非热杀菌行业的研究热点，并取得了一定的成绩。 江南大学将p e f 应用于低酸性饮料中，研究其杀菌钝酶的效果；并采用p e f 处理富含蛋白质 及脂质的食品体系，深入研究了p e f 作用下蛋白质的结构和功能的改变及其对食品品质的影 响【5 7 】。中国农业大学就p e f 应用于低酸性果蔬汁饮料的杀菌及对酶的活性和结构进行了很多 研究，得到了许多有意义的结果；最近，他们有研究表明p e f 可以显著地降解果蔬汁中的农 刻舯】。华南理工大学的研究范围比较广泛( 杀菌、酶、果汁、大豆分离蛋白、维生素c ) ，最 近就p e f 对食品中脂质的影响进行了一些研究，得出了p e f 处理可以明显地促进脂质氧化的 结论【lo - 1 2 】。吉林大学在利用p e f 提取功能性物质方面的研究工作尤为突出，他们利用p e f 进 行了包括桦褐孔菌多糖、苹果渣中的果胶及牛脾脏中食用d n a 的快速提取【1 3 。”j 。国内进行 p e f 研究工作的还有清华大学、福建农林大学、常州工程职业技术学院等高校及研究机构。 而国际上对于p e f 的研究也已从杀菌模型研究更多地转向为对提取物质、食品组分( 包括 对酶) 、风味以及安全性的研究。有学者研究p e f 对食品组分中各种蛋白质的影响，不同的蛋 白质其变性程度及结构变化不同。b a r s o t t i 等的结论表明p e f 不会引起卵球蛋白的明显变形， 蛋清蛋白的热凝胶性能稍有下斛1 6 】，f e m a n d e a - d i a z 等指出p e f 可使卵清蛋白部分展开或提 高s h 解离成易反应s 一的离子化程度，w e iz h a o 等就p e f 处理对胃蛋白酶的活力、构象以 及自聚集的影响进行了研刭1 7 】；也有学者对碳水化合物的变化做了研列1 8 】，g a r d e c e r d a n 等 应用p e f 处理葡萄汁，发现p e f 处理对葡萄汁中还原糖含量几乎没有影响1 1 9 】；还有学者就橘 汁中类胡萝卜素、牛乳和橙汁中水溶性维生素及花色苷等物质的变化进行了研究1 2 0 - 2 2 ，而橙 汁乳饮料中富含的维生素c 在p e f 处理后产生的变化及贮藏过程中的稳定性也得到了学者的 重视【2 3 1 。 同时，一些研究者提出了p e f 处理食品过程中的电化学问题和电极腐蚀问题，但主要是 对这些问题进行阐述，或仅研究了有害物质的产生，但就此产生的更为广泛的影响并未涉及。 m o r r e n 等( 2 0 0 3 ) 研究了p e f 处理过程中的电化学反应引起的电极腐蚀问题，认为可以通过改 进处理腔的设计和缩短脉宽来减少电极腐蚀t 2 4 ；b a r tr o o d e n b u r g 等( 2 0 0 5 ) 的研究显示，在p e f 处理食品过程中，电极中的f e 、c r 、n i 和m n 等金属物质会少量释放到食品中，但p e f 处理 过的桔汁中上述四种金属的量并未超出欧盟制定的饮料标准 2 5 j 。 1 引言 1 1 4p e f 对食品中脂质的影响研究 最近，p e f 处理过程中脂肪酸等脂质发生变化的现象开始受到研究者的关注，t e r e s a g a r d e c e r d a n 等( 2 0 0 7 ) 发现p e f 处理( 杀菌) 可引起葡萄汁中脂肪酸总量的减少，其中月桂酸的 变化最为明显1 1 9 】；m a n u e l ag u d e r j a n 等( 2 0 0 7 ) 应用p e f 辅助提取油菜籽中的油脂来提高出油 率，发现p e f 辅助提取的油的酸价显著高于未用p e f 处理的【2 6 1 。这些研究还只局限于对一些 现象的观察，到目前为止，不管国内还是国际上对于p e f 技术直接影响食品中脂质的研究寥 寥无几，且没有系统深入的研究可供参考。张铁华( 2 0 0 7 ) 等研究了p e f 对食品中生物大分子 的影响，得出的结论为p e f 在用来杀菌和提取功能物的同时，对食品中的酶和蛋白质的影响 结果还不确定，对脂肪和糖类基本没有影响【2 7 】：资智洪、曾新安等( 2 0 0 8 ) 研究了p e f 作用下 水中溶解氧的变化反应，实验表明p e f 作用下水会轻微电解从而导致溶解氧微量增加【l l 】；他 们于2 0 0 9 年又报道了p e f 处理油酸和花生油后脂质发生一定程度的氧化，且对其各组分的 含量有一定影响i l2 j ；同时，他们也以花生油为处理对象，考察p e f 对其物化性质的影响，结 果显示p e f 处理可以限制油脂氧化反应的速度，进而增加富含脂质食品的货架期【l o 】。 1 2 油脂氧化简介 1 2 1 油脂氧化理论1 2 8 1 油脂氧化反应历来受到学者们的高度重视，尤其涉及到不饱和脂肪酸的反应。总的来说， 化学物质和空气均可导致油脂的氧化。化学物质在氧化不饱和脂肪酸及其酯时不需切断碳链， 这称之为羟基化作用和环氧化作用，其氧化产物为羟基化合物，例如臭氧和高锰酸钾甚至可 以切断碳链，形成多种小分子的化合物。而空气氧化又可以通过三种途径来实现：一是自动 氧化，二是光敏氧化，三为酶促氧化。一般认为，自动氧化的实质就是自由基链式反应，反 应过程分为三个阶段：链引发( 诱导) 、链传播和链终止。其公认的反应机制如下： 链引发：产生游离基r 或r 0 0 r h + x jr + x h 链传播： r + 0 2 - - - 尺o d 灭d o + g n r o d 月+ r r 0 0 + r 0 0 专r o o r + 0 2 链终止：r 0 0 + r 一r o o r r + r 哼r 一只 其中r h 表示参加反应的不饱和底物，h 表示双键相邻的亚甲基上最活泼的氢原子。 油脂氧化首先产生氢过氧化物；氢过氧化物可以继续氧化( 其他双键) 生成二级氧化产物； 聚合形成聚合物；脱水形成酮基酸酯；分解产生醛、酮、酸等一系y u d , 分子等等。油脂空气 氧化过程是一个动态平衡过程。氢过氧化物产生的同时还存在着分解和聚合( 图1 1 ) ，氢过氧 化物的含量增加到一定值，分解和聚合速度都会增加。反应底物和条件不同，这一动态平衡 有很大不同。例如干性油脂在一定条件下将主要以聚合形式发生反应、分解形式不太明显。 江南大学硕士学位论文 时同 图1 - 1 油脂自动氧化的一般历程 f i g1 - 1t h eg e n e r a lc o u r s eo fl i p i da u t o x i d a t i o n 光敏氧化是指单线态氧和不饱和双键发生的一步协同反应，单线态氧直接进攻双键，双 键发生位移后形成氢过氧化物。光氧化速度很快，一旦发生，其反应速度千倍于自动氧化， 同时光氧化所产生的氢过氧化物( r o o h ) 在过渡金属离子的存在下分解出游离基( 尺及r 0 0 ) 是目前认为的引发自动氧化的关键。 有酶参与的氧化反应称为酶促氧化。有关氧化油脂的酶有两种：一种是脂肪氧化酶，简 称脂氧酶；另一种是加速分解已氧化成氢过氧化物的脂肪氢过氧化酶。 1 2 2 油脂氧化检测方法进展 基于以上理论，油脂氧化后，产生刺激性的哈喇味，其组成成分、理化性质发生改变， 而且食用后会对人体造成极大的危害，因此油脂氧化程度检测显得尤为重要。油脂氧化程度 的检测方法可分为化学分析法与仪器分析法。常用的化学分析法有过氧化值( p o v ) 法、硫代 巴比妥酸( t b a ) 法和茴香胺( a n y ) 法。油脂氧化的仪器分析法包括：色谱法( g c 、h p l c ) 、光 分析法( 红外、紫外、化学发光和荧光) 、电化学分析法( 电位滴定法) 、其他( 如热分析法) 。 固相微萃取气质联用( s p m e g c m s ) 此法一般应用于食品风味物质的分析，但对于监测油脂的氧化降解产物，此法也有较多 的应用。f r u z s i n a ( 2 0 0 1 ) 等采用s p m e g c m s 的方法来研究葵花籽油在室温下贮存及经过常 规方法精炼过程中油脂氧化的程度及挥发性氧化产物的形成，他们认为对于高挥发性的化合 物，顶空气相色谱虽然有较好的重现性和较低的检测限，但是s p m e 可为检测较高分子的醛 类物质提供较简单可信的方法【2 9 1 。 电子顺磁共振( e p r l 电子顺磁共振或称电子自旋共振( e s r ) 现象最早发现于1 9 4 5 年，它利用具有未成对电子 的物质在磁场作用下吸收电磁波的能量使电子发生能级间的跃迁的特征，对顺磁物质进行检 测与分析。e p r 应用于油脂氧化研究主要是利用其可以检测出体系中的自由基( 即分子中具有 一个未成对电子的分子) 。这方面的研究报道很多：a g n e sk e s z l e r 等利用e p r 检测富含亚油 酸的葵花籽油氧化一段时间后产生的自由基类型，并由此推断出氧化机理【3 叫；k l a u ss t o l z e 等 的 帅 0 i 尔酉分墨 l 引言 捕获剂d e p m p o 的衍生物来捕捉脂质自由基并用e p r 来检测其水相和油相中的超氧化物、 烷基和烷氧自由基【3 。 差示量热扫描( d s c ) 以压力差示量热扫描法( p d s c ) 为例，p d s c 可观察油脂的氧化稳定性和热稳定性，其结 果与活性氧( a o m ) 法具有很好的相关性；d s c 可在脂肪深度煎炸和微波加热过程中检测植物 油的氧化程度，t a n 等人采用简单可靠的方法得出玉米油，精炼脱色脱臭棕榈油( r b d p o ) 和大豆油的d s c 的油脂冷却曲线以确定起始反应温度和热焓【3 2 1 ；d s c 同时也可以应用于油 脂氧化动力学研究，j e n n i f e r 等利用d s c 研究了大豆油与脱水乳脂肪混合物的氧化动力学【3 习； d s c 还可以对油脂中抗氧化剂抗氧化活性进行评估，目前，已发明一种测量r b d p o 抗氧化 活性的d s c 方法。在这一方法中记录油脂氧化过程发生的热量变化，进而对抗氧化活性进行 测定【3 4 1 。 薄层层析法( t l c ) 薄层色谱常常被用于油脂氧化产物的分离和鉴定。根据低r ，值得极性化合物数量可以估 计油脂的氧化程度。极性化合物的数量越多，油脂氧化程度越高。t a m a sk r i s k a 等报道已成 功地应用高效薄层层析色谱法联合四甲基节苯二胺显色法分离及定量氧化的磷脂【3 5 1 。 f r o n t f a c e 荧光法 荧光法可直接在生物原料如鱼和剁碎的肉的表面进行测量，此法已被证明是一项很好的 衡量脂质氧化的指标。而且，荧光光谱法具有多种优点，如快速，灵敏，无损使用等。这种 方法在模拟体系或者在极端的贮藏条件下导致高度氧化的产品有很好的应用性，且相对先进。 p h i l i p p eg a t e l l i e r 3 6 】等采用f r o n t f a c e 荧光技术来测量肌肉在冷冻存储过程中的脂质氧化，并 证明与t b a r s 法具有很好的相关性。 傅里叶变换拉曼光谱 振动光谱由于其能提供许多分子结构的信息，可快速进行脂质氧化的测定。相比于耗时 的色谱方法，现代技术如红外和拉曼光谱法迅速且在分析前不需要任何样品处理。傅里叶变 换光谱可给出样品的不同官能团的信息，而不仅仅是一种，这正是许多传统方法所不可企及 的。b a r b a r am u i k t 3 7 】等采用傅里叶拉曼光谱法对食用油的氧化进行了直接监测，并与其他方 法一茴香胺值和紫外法等比较，获得了很好线性关系。 1 3 立题意义 p e f 以其良好的杀菌效果，且能较完好地保留食品的营养成份、色泽、风味和质构( s m e l t ， 1 9 9 8 ；y e o me t a 1 ，2 0 0 0 ) 3 8 - 3 9 】等优点而成为国际食品非热加工界研究的热点。目前，多项事实 表明，p e f 杀菌技术正在进入商业化阶段。2 0 0 2 年在美国的俄亥俄州立大学建成一条生产能 力达至u 2 0 0 0l h 的准商业化生产线，可进行包括橙汁、苹果汁、酸奶等一系列产品的生产( m i n & z h a n g ，2 0 0 3 ) 4 0 1 目前美国农业部以h o w a r dz h a n g 为领导的小组在设备研究和制造方面处 于国际领先地位，现已拥有1 0t h 的果汁处理能力。美国俄勒冈州，i g e n e s i sj u i c e 公司利用p e f 技术生产的果汁已通过了食品药品管理局认证，并在波特兰市场上正式销售。总之，国际上 江南大学硕士学位论文 p e f 杀菌技术正进入实用阶段，随着一些关键问题的解决，该技术将得到进一步推广。 这些关键性问题包括： ( 1 ) 大功率p e f 发生器的操作可靠性问题； ( 2 ) 电极材料是否会泄漏到食品中； ( 3 ) p e f 处理是否会引起食品组分变化。 本人选择高压脉冲电场处理食品过程中的电化学问题及其对脂类物质的影响作为研究课 题，正是基于如下考虑： ( 1 ) p e f 技术已发展到准商业化阶段，但由于过去的研究主要集中在p e f 对不同微生物的 杀灭效果、杀菌机理和对果蔬汁的风味及货架寿命的影响等，对p e f 对蛋白质、多糖、脂质 和维生素等食品敏感组分的结构、功能和其对食品品质、安全方面的研究很少，缺乏系统知 识和权威评价。 ( 2 ) p e f 处理食品过程中，电化学反应必然发生，电化学反应的产物，例如一些自由基、 活性氯、活性氧等很可能与蛋白质、脂质、维生素等食品组分发生反应，特别是脂质很容易 由单重态氧、自由基和其他氧化性物质引发氧化反应( 链式反应) ，产生一系列复杂的氧化产 物，影响食品的风味，甚至安全性。本人所在实验室在之前的研究中发现，p e f 处理的酸奶， 其风味发生了轻微的变化，质构也产生了变化。而目前，国内外有关这方面的研究很少。 ( 3 ) 脂质是豆奶制品、乳制品、蛋制品等食品的重要营养、结构和风味组分，其变化直 接影响食品的质构、风味、营养、安全和稳定性等问题。 ( 4 ) 相对于p e f 在果蔬汁加工中应用的研究，p e f 在富含蛋白质和脂质食品中应用的研究 很少。豆奶制品、乳制品、蛋制品等含有的活性蛋白、功能脂质、维生素等营养物质在传统 的热杀菌中会受到不同程度的破坏，食品的稳定性和风味也会受到影响，因此这些食品的加 工对非热杀菌技术具有很大的潜在需求。 1 4 主要研究内容 本文研究了p e f 处理过程中电场强度、处理时间等对脂肪酸理化性质、水溶液中活性氧、 脂肪酸乳状液的氧化性以及模拟食品缓冲体系中脂肪酸的影响。 ( 1 ) 油酸在不同参数p e f 处理下其理化性质( 酸价、过氧化值、碘价、羰基价等) 的变化； ( 2 ) p e f 处理水溶液时水的电解程度与p e f 参数之间的关系及水中产生活性氧种类的鉴 定； ( 3 ) p e f 处理引起的脂肪酸及脂肪酸乳状液中挥发性氧化产物的检测及自由基类型确定， 并以此构建氧化机理； ( 4 ) 其他脂肪酸( 亚油酸、硬脂酸、肉豆蔻酸和棕榈酸) 在p e f 处理下过氧化值的变化；添 加不同组分( 蛋白质、金属离子) 的油酸乳状体系在p e f 处理后其氧化稳定性的变化。 2 材料与方拄 2 材料与方法 2 1 材料和设备 2 1 1 主要试剂 韦氏碘液，自制；油酸( 9 0 以上) ，亚油酸( 6 0 一7 4 ) ，酪蛋白e 5 1 1 ，d m p o ( 9 7 ，g c ) ， 黄嘌呤氧化酶( 07u m 1 ) ，购自美国s i g m a - a l d r i c h 试帮公司；新鲜鸡蛋，本地超市；二乙烯 三胺无乙酸( d t p a ) 分析纯，购自国药集团化学试剂有限公司：其他试剂均为分析纯。 2 1 2 主要设备 p e f 处理设备 采用实验室规模连续处理设备( o s u q l ，俄亥俄州立大学，美国) ，如图2 1 所示，p e f 设备的参数为：处理腔直径为02 3 0e l m 单个腔体积为o0 1 2c m 3 ，电极间距o2 9 0c m ；水浴 温度可调范围1 0 - 5 0 c ；流速可调范围0 5 8m l s ；电压范围1 1 5k v ；极性为双极或单极：脉 冲宽度l 一1 0 峨示波器显示脉冲波形为方波，图2 - 2 所示。 f e 2 0 型台式p h 计，瑞士梅特勒托利多公司；固相微萃取头( 聚二甲基硅氧烷涂层，7 5 “m ) ，美国s u p e l c o 公司；u v - 2 1 0 2 c 型紫外可见分光光度计，北京瑞利分析仪器公司；w g l 型罗维朋比色计，上海光学仪器有限公司；4 6 1 0 b 型色谱质谱联用仪( g c m s ) ，菲尼根质谱( 美 国讼司；7 2 3 n 型可见分光光度计，上海精密科学仪器有限公司；g c - 2 0 1 0 气相色谱仪， c r c 2 0 1 0 型气相色谱仪，r f 5 3 0 i p c 型荧光分光光度计，日本岛津( s h i m a d z u ) 公司；a g l l 0 0 型高压液相色谱仪，美国安捷伦公司；e m x 1 0 1 2 型电子顺磁共振波谱仪，德国b r u k c r 公司； i b , r i sld s c 型差示量热扫描仪，美国p e r k i n e l m e r 公司；其他均为实验室常用设备。 囤2 - l 舞晗室规模连续处理设备0 s u 一4 l 示意图 f i g2 - 1b e n c hs a e l ec o n t i n u o u sp r o c e s s i n gs y s t e m 厂| 一 江南大学硕士学位论文 圈 p r o p o sd e 图22 双极矩形脉冲波形图( 标注l 为测量得到的电压，每格为5k v ，标注2 为澄4 量得到的电流，每 格为2 0 ，时问比例每格为5 曲 f i g2 - 2b i p o l a rs q u a r e o p u l s e o l t r a c e l i s t h e m e a s u r e dv o l t a g e w i t h 5k v p e r d i v i s i o nt r a c e2 i s t h e m e a s u r e dc u r r e n t w i t h2 0 ap e rd i v i s i o nt i m es c a l e i s5g sp e rd i v i s i o n 2 2 实验方法 2 2 1 对照样品的处理覆保藏方法说明 本论文中所提及的对照样品即未经p e f 处理的，其处理条件、保藏方法、检测手段均与 其他样品一致。 2 2 2p e f 处理油酸的参数选择及油酸保藏方法 选取电场强度为2 5 、3 0 和3 5k v c m ，总处珲时间为4 0 0 u s ，脉宽为2u s ，脉冲频率为 3 0 0 h z ：循环式冷却水浴的温度设为1 5 c 。在此条件范围，油酸经过处理腔的温升在15 0 左 右。每个参数下的油酸备取2 5 0m l ，经p e f 处理后置于包有锡箔纸的2 5 0m l 防爆瓶中避光保 存。 2 2 3p e f 处理前后油酸理化性质变化 2 , 2 3 1 折光系数、透明度、色泽的测定1 4 1 i 折光系数采用阿贝折射仪测定，透明度采用水浴静置2 4 小时后观察，色泽采用罗维朋比 色法测定，其中罗维朋比色槽厚度为2 5 4 m m 。 2 2 3 2 过氧化值、酸价、碘价、羰基价的测定1 4 1 。4 5 i 过氧化值( p e r o x i d e v a l u e ，尸0 n ，酸价( a c i d v a l u e ，an ，碘价( i o d i n e v a l u e ) 测定方法参照 a o a c ( 1 9 9 5 ) ；羰基价( c a r b o n y l v a l u e ) 钡y 定方法参照a k m a z a ds h a he t a l ( 2 0 0 9 ) 。 2 2 4 脂肪酸乳状凌配制及提取i “i 采用转相乳化法配制各种饱和脂肪酸乳状液：称取6g 复合乳化剂( t w e e n - 8 0 与油酸纳， ! 2 材料与方法 2 ：1 ) 溶解到油相中，在搅拌作用下，把含有一定浓度n a c l 的水添加到油中，在不断加水的过 程中，连续相油相与水相发生转相，使其成为具有合适电导率的o w 型乳状液。 油脂提取：待提取样品置于分液漏斗中加入适量正己烷( 用力振荡5m i n ) 避 光，静置1 0m i n 取中层油层于带塞试管中5 0 c 水浴蒸发干燥( 充n 2 保护) 纯油脂 2 2 5c a p i l l a r y g c 法检测p e f 处理油酸中反式酸含量1 4 7 1 反式油酸含量检测采用气相色谱法，色谱柱为s u p e l c ot y p e2 5 6 0c a p i l l a r yc o l u m n ( 1 2 0 m x 0 3 2n h ni d ) ；检测器为f i d ：载气n 2 ，总流量为5 0r n l m i n ，分流比8 ：1 ；燃气采用h 2 ， 助燃气为空气，流量4 0 0m l m i n ；采用程序升温：1 2 0 等温3m i n ，以1 0 c m i n 的速度升温 至1 9 0 ，再以1 m i i l 的速度升至2 2 0 。c ，并保持5 m i n ；进样口温度和检测器温度均为2 5 0 ；进样体积为o 5 “l 。结果分别以各脂肪酸峰面积所占的百分比表示。 2 2 6s p m e g c m s 法检测油酸的挥发性氧化产物i i p e f 处理条件：电场强度、脉冲频率和处理时间分别设置为2 9 8 7k v c m 、3 0 0h z 、1 0 0i t s ， 循环5 次，循环式冷却水浴的温度设置为1 5 。在此条件下，油酸经过处理腔的温升在1 0 以内。 固相微萃取条件：5m 1 油酸置于玻璃试管中并向试管中喷射n 2 持续5m i n 来脱氧，最后， 试管密封避光置于4 条件下保存。油顶空的体积比为1 ：l ；5 0 下平衡4 0m i n ；2 5 0 。c 下解 析3m i n 。 毛细管g c m s 条件：色谱柱采用d b w a x ( 3 0m 0 2 5t o n ii d ) ，涂层厚度0 2 5p a n ；柱 温从4 0 开始以6 m i n 的速度升温至9 0 ，持续4m i n