赫桂丹-吉林大学-高压脉冲电场作用对鱼骨液物理状态变化影响的研究.pdf

高压脉冲电场作用对鱼骨液物理状态变化影响的研究 赫桂丹 殷涌光 闫晓侠 于庆宇 吉林大学生物与农业工程学院 长春 131300 摘 要 高压脉冲电场 PEF 技术具有非热 快速 高效 低能耗 低成分污染等优势 可广泛应用于各 天然产物的处理分析 本文通过鱼骨液的流变学性质研究 PEF 作用对鱼骨液物理状态变化影响 通过主成 分分析法确定 PEF 下鱼骨液物理状态变化的综合指标公式 通过单因素试验和 Box Behnken 中心设计法得 出 PEF 作用鱼骨液最佳工艺 液料比 9 81 mL g 场强 23 10kV cm 脉冲数 10 综合指标达到 2 3312 此时鱼骨液的物理指标分别为第一压缩功 1 2N 第二压缩功 1 3N 内聚性 1 21 弹性 9 25mm 胶着性 0 11N 鱼骨液的物理状态得到明显改善 因此高压脉冲电场技术可以应用于鱼骨液的加工处理 关键词 高压脉冲电场 PEF 鱼骨 物理变化 主成分分析 Box Behnken 设计 Research on Physical Change of Fishbone Liquid by High Intensity Pulsed Electric Fields Guidan He Yongguang Yin Xiaoxia Yan Qingyu Yu College of Biological X2 x2 x0 2 5 X3 x3 x0 2 试验结果见表 4 表 4 PEF 下 Box Behnken 设计试验及结果 Tab4 Results of Box Behnken design test by PEF 序号 液料比 X1 mL g 场强 X2 kV cm 脉冲数 X3 综合评价指标 Y 1 10 20 12 1 55 2 10 22 5 10 2 33 3 10 25 8 1 85 4 10 25 12 1 52 5 11 22 5 12 1 71 6 10 22 5 10 2 32 7 9 22 5 12 1 75 8 11 20 10 1 85 9 10 20 8 1 67 10 9 25 10 2 09 11 10 22 5 10 2 33 12 10 22 5 10 2 34 13 11 25 10 2 04 14 11 22 5 8 1 91 15 9 20 10 1 92 16 9 22 5 8 1 99 17 10 22 5 10 2 31 采用 Design Expert 软件对 17 个试验点数据进行回归计算 建立二次响应面回归模型 回归方程如下 Y 2 33 0 30 X1 0 064 X2 0 11 X3 5 000E 003X1 X2 1 000E 002X1 X3 0 053 X2 X3 0 079X1 2 0 27 X2 2 0 41 X 3 2 2 对回归方程进行方差分析和方程系数显著性检验 结果见表 5 表 5 响应面回归方程方差分析 Table 5 ANOVA for response surface quadratic model 方差来源 平方和 自由度 均方 F 值 P 值 模型 1 267649118 9 0 14085 163 1016 0 0001 液料比 X1 0 0072 1 0 0072 8 337469 0 0234 场强 X2 0 0325125 1 0 032513 37 64888 0 0005 脉冲数 X3 0 0990125 1 0 099013 114 6547 0 0001 X1 X2 1E 04 1 1E 04 0 115798 0 7436 X1 X3 0 0004 1 0 0004 0 463193 0 5180 X2 X3 0 011025 1 0 011025 12 76675 0 0091 X1 X1 0 026444474 1 0 026444 30 62222 0 0009 X2 X2 0 310939211 1 0 310939 360 0619 0 0001 X3 X3 0 696612895 1 0 696613 806 6651 0 0001 以 Y 值做为指标 通过对回归模型进行方差分析 得出 回归模型达到极显著水平 p 0 01 R2 0 9953 说明该方程的拟合程度极高 对 PEF 处理效果影响最大的为脉冲数 影响极显著 p 0 0001 其次为场强 影响极显著 p 0 005 0 01 最后为液料比 影响 显著 p 0 0234 0 05 二次项影响极显著 p 0 01 交互项 X1 X2 X1 X3不显著 p 0 05 X2 X3影响极显著 p 0 01 因此 在一定范围内调节电场强度 脉冲数和液料比 可使处 理效果达到最佳 基于二次回归模型进行响应面绘图 如图 5 所示 图 5 不同因素对 PEF 处理鱼骨液响应面曲图 Fig5 Response Surface of different factors of fishbone liquid by PEF 响应曲面图直观地反映了各因素对响应值的影响 从响应面的最高点可以看出在所选的 范围内的极值 从图 5 中可以看出 X2 X3的交互作用最强 编码值较大的 X2 X3反而使 得响应值 Y 有减小的趋势 这可能是场强和脉冲数过高导致一些大分子的降解和结构的破 坏 流变学性质发生损态变化而使 Y 值降低 X1 X2和 X1 X3的交互作用不大 通过模型 的数据分析 得到最大响应值 Y 时 X1 X2和 X3对应的编码值分别是 0 19 0 24 0 19 与 其对应的最佳参数为 液料比 9 81mL g 场强 23 10kV cm 脉冲数 9 62 由于受到 PEF 实 际操作的影响 脉冲数只能取整数 因此最佳脉冲数取 10 此时理论综合指标达到 2 3283 为了检验响应面法的可行性 采用得到的最佳参数进行验证性实验 平均实验三次 测 得综合评价指标 Y 值为 2 3312 与理论预测值相比相对误差为 0 12 与理论值非常接近 即进一步验证了数学回归模型的适合性 可见该模型能较好地模拟和预测 PEF 处理效果 此时鱼骨液的流变学指标分别为第一压缩功 1 2N 第二压缩功 1 3N 内聚性 1 21 弹性 9 25mm 胶着性 0 11N 而未经过处理的鱼骨液流变学指标分别为第一压缩功 0 1N 第二 压缩功 0N 内聚性 1 84 弹性 8 0mm 胶着性 0 18N 说明经过 PEF 处理 鱼骨液在第一 循环和第二循环内获得指定形变所需要得能量增加 样品弹性增加 组成样品结构的内部键 力降低 用来估计吞咽前所需要的能量降低 综合各物理状态指标的变化 说明 PEF 处理 后的鱼骨液物理状态得到了明显改善 更适合于制作各种饮品及保健品 4 结论 1 本文通过对鱼骨液的流变学性质研究发现 利用高压脉冲电场技术可以明显改善 鱼骨液的物理状态 因此高压脉冲电场技术可以应用于鱼骨液的加工处理 2 本文采用主成分分析法确定 PEF 下鱼骨液物理状态变化的综合指标公式 达到了 简化分析过程的目的 3 本文通过单因素试验和 Box Behnken 中心设计法得出 PEF 作用鱼骨液最佳工艺 液料比 9 81mL g 场强 23 10kV cm 脉冲数 10 综合指标达到 2 3312 此时鱼骨液的物理 指标分别为第一压缩功 1 2N 第二压缩功 1 3N 内聚性 1 21 弹性 9 25mm 胶着性 0 11N 此水解液更适合于制作各种饮品及保健品 具有良好的开发前景 参考文献 1 欧阳杰 沈建 淡水鱼加工技术研究进展 J 肉类研究 2012 26 7 29 31 2 米红波 千春录 傲特海 茅林春 淡水鱼鱼糕加工适性和微冻特性的研究 J 中国食 品学报 2012 12 3 84 95 3 陈胜军 曾名勇 淡水鱼加工利用的研究进展 J 中国水产 2002 5 28 4 孙晓莲 低值水产品及加工废弃物的综合利用 J 食品研究与开发 2009 30 3 158 161 5 向清凯 中国水产品要逐步与国际接轨 J 2003 5 29 6 Ho S Mittal G S High voltage pulsed electrical field for lquid food pasteurization J Food Rev Int 2000 16 4 51 56 7 Rodrigo D Ru za D P Barbosa C novas G V et al Kineticmodel for the inactivation of Lactobacillu plant arum by pulsed electric fields J International Journal of Food Microbiology 2003 81 3 47 54 8 Qin B L Barbosa C novas G V Swanson B G et al Inactivating microorganism using a pulsed electric field continuous treatment system J IEEE Trans Indus Applic 1998 34 1 43 49 9 田红云 孔繁东 祖国仁 高压脉冲电场杀菌技术的研究与展望 J 饮料工业 2004 7 4 1 5 10 Vega Mercado Humberto Martin Belloso Olga Qin Bai lin et al Non thermal food preservation pulsed electric fields J Food science and Technology 1997 5 8 151 157 11 Songyi Lin Yan Jin Mingyuan Liu Yi Yang Meishuo Zhang Yang Guo Gregory Jones Jingbo Liu Yongguang Yin Research on the preparation of antioxidant peptides derived from egg white with assisting of high intensity pulsed electric field J Food Chemistry 2013 139 300 306 12 赵武奇 殷涌光 关伟 等 高压脉冲电场杀菌系统设计与试验 J 农业机械学报 2002 33 3 67 69 13 毛世忠 邓涛 唐文秀 等 广西紫金牛属野生观赏植物的综合评价 J 广西植物 2012 32 4 501 506 14 唐启义 冯明光 DPS 数据处理系统 M 北京 科学出版社 2010 2 280 2