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

关键词:
集成超声 - 微波处理
液态蛋清
巴氏杀菌
结构
功能特性
摘要:
微波(MW)巴氏杀菌是一种高效节能的技术,但存在热不均匀的缺点。本研究通过集成超声和微波(IUM)处理来减少巴氏杀菌的不均匀性,在确保巴氏杀菌效果的同时,减少对液态蛋清(LEW)功能特性的不利影响。IUM处理后,粒径增加了48.5nm,表明蛋清蛋白轻微变性和聚集。然而,二级结构变化不大。与传统巴氏杀菌的LEW相比,IUM处理的LEW(IUM - LEW)具有较低的表观粘度、较高的Zeta电位值和疏水性,使其功能特性得以保持或改善。IUM - LEW的乳化能力(EC)、乳化稳定性(ES)和凝胶强度分别提高了6.83%、7.41%和77g。本研究为LEW的传统巴氏杀菌提供了一种替代方法。
超声与微波结合的蛋清巴氏杀菌:对结构和功能特性的影响

  1. 引言
    液态蛋清(LEW)是由新鲜鸡蛋制成的产品,经过去壳、加工和包装等步骤(Liu等人,2020)。与带壳鸡蛋相比,LEW便于运输,可延长保质期并提高鸡蛋的利用率(Pei等人,2020)。LEW的微生物灭活方法通常是巴氏杀菌,其温度主要是为了确保巴氏杀菌效果,但可能导致蛋白质变性、功能特性降低和高能耗(Lechevalier等人,2017)。过高的温度会导致蛋白质聚集,影响LEW的发泡、乳化和凝胶特性(Espina,Monfort,´Alvarez,García - Gonzalo,& Pag´an,2014)。蛋白质的结构会在高温下展开,内部基团随着热变性暴露在蛋白质表面。分子间和界面力发生改变,这将影响功能特性(Yoshinori Mine & Haga,1990)。Wang发现加热处理后LEW的发泡能力下降(G. Wang & Wang,2009)。为了克服传统热处理工艺对LEW的不利影响,非热技术已应用于巴氏杀菌,如高静水压(Barba,Koubaa,do Prado - Silva,Orlien,& Sant’Ana,2017)、脉冲电场巴氏杀菌(X. Li & Farid,2016)、辐照巴氏杀菌(Unluturk,Atilgan,Baysal,& Unluturk,2010)、脉冲光(J. Zhu等人,2019)和微滤(Mukhopadhyay,Tomasula,Luchansky,Porto - Fett,& Call,2010)。
    MW巴氏杀菌已被证明适用于连续流体系统中的液体食品。MW技术可以产生体积热和高能量效率(Auksornsri,Bornhorst,Tang,Tang,& Songsermpong,2018),并减少对食品感官和营养特性的有害影响(Soni,Smith,Thompson,& Brightwell,2020)。与传统加热技术需要传热介质或环境进行热传递不同,MW技术使材料直接吸收MW能量并将其转化为热能。许多研究表明,MW在微生物灭活方面是有效的。连续流MW巴氏杀菌系统使苹果酒中的大肠杆菌减少了5个对数级(Gentry & Roberts,2005)。连续微波处理的牛奶与间接超高温处理的牛奶相比,具有更好的感官特性,而它们的微生物和生化参数没有太大差异(D. A. Clare,2005)。然而,MW巴氏杀菌存在温度分布不均匀的缺点,导致液体、固体和多组分食品中存在热点和冷点(C. James,2002)。热点和冷点的分布与电磁场强度有关(Guo,Sun,Cheng,& Han,2017)。热点集中在电磁场强度高的区域,其局部过热导致蛋白质变性,影响食品系统的均匀性。不均匀的加热会损害食品的质量和质地(Hossan,Byun,& Dutta,2010)。在异质系统中,如牛奶、脂肪和胶体分散体,它们会阻碍离子迁移并降低电导率,加热过程中的不均匀性会增加(Chandrasekaran,Ramanathan,& Basak,2013)。因此,实现微波加热的均匀性是一个挑战。
    超声(US)技术具有高频和短波长的特点(Paniwnyk,2017)。US在液体介质中引起空化效应,产生气泡和动力学变化(Y. Ma等人,2022)。空化气泡的破裂会引发极端的剪切力,从而实现高效的混合和均质化(Soltani Firouz,Farahmandi,& Hosseinpour,2019)。US可以与其他巴氏杀菌方法结合,使系统更加分散,温度分布更加均匀,从而提高巴氏杀菌效果。一些研究证明,结合热和US(热超声)可以减少脱脂牛奶或奶油中的总纤溶酶和细菌活性,而不会对流变学和外观产生不利影响(Vijayakumar,Grewell,Annandarajah,Benner,& Clark,2015)。热超声(35kHz,60℃)处理1分钟可以抑制酵母和霉菌的生长,同时保护乳酸菌,并且酸乳饮料的物理化学和感官特性优于热处理的酸乳饮料(Erkaya,Baslar,Sengul,& Ertugay,2015)。结合液压高压和US导致在LWE中沙门氏菌的减少比单一处理更好(E. Huang,Mittal,& Griffiths,2006)。因此,超声的空化效应可以增加传质,减少微波过程中的不均匀加热。结合微波和超声技术已应用于生物材料的合成、提取或预处理(Z. Li,Wang,Zheng,& Guo,2020;Zhou,Zhang,Fang,& Liu,2015)。
    本研究的目的是结合US和MW来克服MW巴氏杀菌的不均匀性,并减少对LEW功能特性的不利影响。在本研究中,我们揭示了IUM巴氏杀菌对LEW的结构、功能和流变特性的影响,为后续LEW巴氏杀菌的发展提供了基础。
  2. 材料和方法
    2.1. 材料
    新鲜鸡蛋购自当地超市。十二烷基硫酸钠(SDS)和8 - 苯胺 - 1 - 萘磺酸(ANS)购自Sigma Chemical Reagents Co.(美国)。所有其他试剂均为分析纯,购自国药化学试剂有限公司(上海,中国)。鸡蛋用清水清洗,并多次用75%酒精消毒。将蛋清从蛋黄中分离出来作为原始LEW样品,并在4℃下冷藏保存。

 

2.2. 样品制备
2.2.1. 蛋清的传统巴氏杀菌
按照Gurtler等人(2015)的方法,将50mL样品包装在100mL烧杯中,加热至58℃,并在磁力搅拌下保持4.5分钟。然后,将它们在冰水中冷却,并在4℃下冷藏保存。

 

2.2.2. MW、US和IUM处理
样品用微波超声可控处理器(XH - 300A +,北京祥鹄科技发展有限公司,北京,中国)处理,该处理器可以通过自动调节MW功率来控制温度。该设备具有高精度温度传感器(长150mm,直径3mm),带有铂热电阻(PT1000)。在处理过程中,温度传感器放置在反应容器中,以测量LEW样品的内部温度,测量精度不超过±0.1℃。
经MW处理的LEW样品(MW - LEW)在4.5分钟内加热至57℃,并在自动MW功率下保持2分钟。
经US处理的样品(US - LEW)在700W恒定US功率下超声处理4.5分钟,并在最终温度下保持2分钟。
根据我们的初步研究,选择了确保蛋白质稳定性的IUM处理条件,如图1所示。经IUM处理的样品(IUM - LEW)在700W恒定US功率下超声处理30秒,使LEW更加均匀。然后在4分钟内用700W US功率和自动MW功率加热至57℃,并在57℃下用自动MW功率保持2分钟。
最后,样品在冰水中迅速冷却,并在4℃下冷藏保存。

 

2.3. 蛋白质稳定性和巴氏杀菌效果的评估
2.3.1. 浊度
IUM、MW处理和巴氏杀菌的温度范围为51℃至63℃。
浊度以福尔马肼浊度单位(FTU)测量。使用分光光度计(UV - 6100,湘仪实验室仪器发展有限公司,湖南,中国)在660nm处测量浊度为0、4、10、20、40、80、100 FTU的标准溶液的吸光度,并获得标准曲线。以蒸馏水为空白对照测量样品的吸光度。根据标准曲线计算样品的浊度(Z. Jiang等人,2022)。