整理范明月利用高电压脉冲电场技术对鱼骨加工利用的研究

精品文档哈尔滨理工大学课程设计题 目：利用高电压脉冲电场技术对鱼骨加工利用院、 系： 电气与电子工程学院姓 名：范明月学 号： 1220300036扌指导教师： 郑殿春2013 年 5 月 20 日摘要本研究以鱼骨为研究对象，把高电压脉冲电场技术应用到酸法水解鱼 骨过程中，展开大量试验研究。并利用所制得的鱼骨水解液在产品开发上 开展了部分研究。具体得出以下结论：1）利用高电压脉冲电场作用于鱼骨酸解反应，所得水解液钙的溶出率和 蛋白质的水解度均明显高于单纯酸解 6h 所制得的水解液。由于高电压脉 冲电场的作用是在几十毫秒内完成的，故此方法与单纯酸解法相比，具有 高效、快速的优点。2）通过单因素试验，筛选适宜的试验条件并确定显著因素的大概范围。 发现采取酸料比（总酸与鱼骨粉的质量比）为1：1，加水量（相对于鱼骨粉质量）为 10 倍为较适宜的试验条件；脉冲数对鱼骨粉水解效果的影 响为：钙的溶出率和蛋白质水解度均随着脉冲数的增加而增大；电场强度 对鱼骨粉水解效果的影响为：当电场强度在 25 kv/cm 以下时，钙的溶出 率和蛋白质水解度均随着电场强度的升高而增大；当电场强度超过 25 kv/cm 时，钙的溶出率和蛋白质水解度均随着电场强度的升高而减小。3）通过正交试验和结果分析得出，影响鱼骨水解效果的3 个因素中（电场强度、脉冲数、柠檬酸与苹果酸的配比） ，以电场强度的影响最大，其 次是脉冲数，混合酸中柠檬酸与苹果酸的配比的影响最小。4）通过试验确定鱼骨营养口服液最佳稳定剂配方为：得出了最佳的参数 组合：脉冲数=6,场强=25kv/cm,混合酸中柠檬酸与苹果酸配 1: 1。在 该试验条件下钙的溶出率为 83.86%，蛋白质水解度为 45.03%，黄原胶 0. 1 %、CMC-Na0. 1 % 。5）所制得的口服液澄清透明,呈淡黄色；酸甜适口,口感醇和。其中含 有钙5028mg/L,蛋白质19.1%，硫酸软骨素16.05mg/L。蛋白质中氨基 酸组成平衡,赖氨酸含量高,并含有一定数量的脂肪酸和保健功能极佳的 硫酸软骨素,营养价值很高,是理想的补钙剂和蛋白质补充剂。关键词 高电压脉冲电场（PEF）;鱼骨；酸解；口服液；钙；蛋白质The Study of Polymer Flame RetardantsAbstractThis took the fish-bone as studu object. By the mean of which was self-made Aplly the high intensity pulsed electric fields (PEF) technique into the acid standard hydrolyze course of fishbone, outspread a great deal tentatively investigate. Equally, progress part investigate on manufacture exploiture of fishbone hydrolyze liquid.The conclusions are as follows:1) Using High intensity pulsed electric fields ( PEF) act on fishbone acid standard hydrolyze course, discover that the come out rate of calcic and the come out rate of protein of the earning hydrolyze liquid both were evidence hyper the earning hydrolyze liquid of simply acid standard hydrolyze. In virtue of that the action of PEF was completdid within a few decades millisecond, so this method be provided with the characteristic of high-efficiency and clipping compare with simply acid standard hydrolyze.2) By the single factor experiment, it was found that the quite feasible examination condition is the proportion of total acid quality and fishbone dust is1:1, theaccession quality of water is 10 times of the quality of fishbone dust. And also found that the effect of fishbone dust hydrolyze was increased along with the increase of pulse number . The effect of fishbone dust by field strength was that, When it was less than 25kv/cm,the come out rate of calcic and the come out rate of protein of the earning hydrolyze liquid both were increased with the increase of field strength,but when it was more than 25kv/vm,they were decreased with the increase field strength.3) It was found that the factor of affect the effect of fishbone dust hydrolyze greatest was field strength (A), and it was the notable factor whose level of significance was 0.01; The next one is pulse mumber(B), and it was also the notable factor whose level of significance was 0.05; the last one was the proportion between citric acid and malic acid in mix- acid (A), and it s level ofsignificance was also 0.05 The best combination was A 3B 3C1,namely, pulse number: 6, field strength:25kv/cm, proportion between citric acid and malic acid in mix-acid:1:1.4) It was confirm by exanminations that the best directions for the stability of fishbone alimentation take orally liquid is: xanthic acid 0.1%, CMC-Na0.1%。5) fishbone alimentation take orally liquid was clear and clarity, canary, flavor go down easily, Thereinto contain calcium5028mg/L,19.1% of protein and chindroitin sulfate (Chs) 16.05mg/L.Key words: High intensity pulsed electric fields( PEF) fishbone acid standard hydrolyze take orally liquid calcium protein目录摘要 IAbstract II第 1 章 绪论 0.1.1 选题的目的和意义 0.1.1.1 问题的提出 0.1.1.2 本文的目的 0.1.1.3 本文的意义 0.1.2 鱼骨的概述 1.1.3 研究现状 2.1.4 高电压新技术的优点分析 3.1.5 本文主要研究的内容 3.第 2 章 高电压脉冲电场处理系统 4.2.1 处理装置基本结构 4.2.2 高电压脉冲电场获得方法 5.2.3 食品处理室 6.2.4 电场参数计算 7.2.5 PEF技术在食品工业中的应用 72.5.1 PEF 技术在食品保藏中的应用。 7.2.5.2 PEF 技术在食品成分提取中的应用 9.2.5.3 其它应用 9.第 3 章 在高电压脉冲电场作用下酸解鱼骨的试验研究 113.1 试验方案的确定 1.13.2 试验材料与设备 1.13.2.1 实验材料与药品 1.13.2.2 试验设备 1.13.3 测定项目及方法 1.13.3.1 钙含量的测定 1.13.4 试验方法 1.3.3.4.1 原料鱼骨的预处理 1.33.4.2 鱼骨粉总钙含量及总氮含量的测定 1.33.4.3 酸的选择实验 1.33.4.4 传统酸解法酸解时间对水解效果的影响 1.43.4.5 PEF 技术中脉冲数对水解效果的影响 1. 43.4.6 PEF 技术中电场强度对水解效果的影响 1. 53.4.7 不同水解方法效果的比较 1.53.5 鱼骨水解液营养成分分析 1.63.6 本章小结 1.7.结论 1.8.致谢 1.9.参考文献 2.0.精品文档精品文档第1章 绪论1.1 选题的目的和意义1.1.1 问题的提出我国淡水鱼产量居世界首位，并呈现上升趋势 1 。而我国水产品的加 工利用仍是薄弱环节。除鲜销及少量冷冻冷藏外运，淡水鱼的加工品仅占 其总产量的 3%左右 23，加工量比例较低，且加工技术含量低，高附加值 产品少；废弃物综合加工利用水平不高；其中很有价值的成分尚未充分提 取和利用 4。对于合理利用鱼类资源，提高鱼类加工品的经济效益，满足国民经济 发展的需要都具有重要意义 5。因此鱼加工废弃物的开发利用越来越受到 重视，吸引了化学化工、食品、生物、医药、环境保护等众多领域的学者 6。骨头是各种畜、禽动物的有机组成部分，含有极其丰富的钙、磷、镁 等矿物质，其蛋白质和脂肪的含量同肉的成分很相似 7。鱼骨（鱼头骨和 鱼中骨）中除含有上述营养成分外，还含有硫酸软骨素和CD -3多元不饱和脂肪酸（EPA、DHA ）这两种特殊成分。其中，硫酸软骨素用途广 泛，可用做药物，主要用在治疗头痛、偏头痛、冠心病、心绞痛等的药物 中 9-10。因此，充分利用丰富的鱼骨资源和营养价值，开发生产出“营养化” 、 “特色化”、“系列化”、“礼品化”的骨头食品，具有重要的社会效益和经 济效益。1.1.2 本文的目的 11 本研究以高电压脉冲电场技术结合有机酸法对淡水鱼加工中的下脚料 鱼骨（鱼头骨和鱼中骨）进行加工利用，制得鱼骨水解液，并利用此 水解液开发具有补钙、健脑、预防心脑血管疾病、血栓症、预防动脉硬 化、调节血压、降低血液黏度、促进血液循环、辅助治疗神经性头痛、神 经痛、关节痛、痛风，风湿等疾病，缓解疲劳综合症等一系列功效的口服 液。1.1.3 本文的意义 随着物质生活水平的不断提高，人们对食品的营养性、健康性的要求 越来越高，特别是中老年人对于保健食品的需求量越来越大，因此具有较 精品文档精品文档高保健功能的食品市场前景广阔。本文不仅为鱼骨的综合利用提供了新技 术，同时也为鱼骨的加工利用提供了新的具有更高。附加值的加工途径。 既为鱼骨的加工利用带来经济效益，作为高电压新技术的一个应用领域， 这也为高电压脉冲电场技术的应用推广奠定了理论基础。1.2 鱼骨的概述1.2.1 基本结构 骨质实际上由胶原蛋白基质组成，之间有磷酸钙以羟基磷灰石的形式 附着在其中。1.2.2 主要功效成分及其生理功效1.2.2.1 钙鱼骨中含有大量的钙。钙，是人体组成的重要元素，人体中99%的钙都储存在硬组织，即骨骼和牙齿中，其余 1%分布在血液、肌肉和其他组 织中。骨骼中的钙是骨矿物质的重要成分，使骨骼具有一定的强度，起到 对身体的支撑作用 12。钙是生命的起动剂，代谢的调节剂；钙盐是人体含量最多的一种无机 盐；钙对于骨骼和牙齿的形成、正常心跳的维持、神经活动的传导（兴奋 和抑制）、肌肉的收缩、血液凝固、细胞膜的物质交换、能量转换、信息 传递功能的维护、体液酸碱平衡的调节、基因的稳定（酶活性）等重要生 命活动，都有着极为重要的作用 13。1.2.2.2 胶原蛋白 胶原蛋白是结缔中最重要的蛋白质，它存在于动物的骨、皮和结缔组织中。据估计，它占人体总蛋白含量的大约 1/3。胶原蛋白作为一大类蛋 白质,在生物体内起着重要的作用，具有很多独特的生化性质和生理功能， 如胶原具有良好的细胞适应性、细胞增殖、促进伤口愈合作用；止血 功能，胶原的天然结构使其具有良好的凝聚能力，能促进血小板凝聚和血 浆结块；较低的抗原性；可生物降解性；促进骨的形成；增强皮 肤代谢作用等，因此广泛地应用于食品、化妆品、营养保健品、生物肥料 以及医用材料等领域 14。1.2.2.3 硫酸软骨素 硫酸软骨素是一种酸性黏多糖糖胺聚糖，有多种异构体，硫酸软 骨素为白色粉末，无臭无味，吸水性强，易溶于水而成黏度大的溶液，不 溶于乙醇、丙酮和乙醚等有机溶剂，其盐类对热较稳定，受热达80C亦不被破坏。游离硫酸软骨素水溶液遇较高温度不稳定，主要是乙酰基被水 解，从其结构上脱落下来。在酸性溶液中易水解成单糖体或较小的多糖 体。自然界中的硫酸软骨素多存在与动物的软骨、喉骨、鼻骨（猪含 精品文档精品文档41%）、牛、马中膈和气管（含 36% 39%）中，其他如腿骨、韧带、皮 肤、角膜等组织中也含有。鱼类软骨中含量很丰富，如鲨鱼骨中含50%60%，结缔组织中含量很少。腔肠动物、海绵动物、原生动物也含有硫酸 软骨素。硫酸软骨素作为结缔组织的重要组成部分，具有多种药理作用与 生理功能。硫酸软骨素的多种药理作用与生理功能使其广泛应用于药品和 保健食品领域 15 。1.3 研究现状1.3.1 目前国内外鱼骨加工利用的现状 水产食品加工过程中会产生大量的废弃物，如虾、蟹的头、壳、尾， 鱼的皮、鳞、骨、刺、内脏等。这类废弃物中水分和脂肪含量高，难以运 输，极易腐败变质而污染环境。因此，必须及时就地处置。但是，这类废 弃物中尚含有较丰富的营养物质和有用成分，有些组分甚至还有一定的功 能特性和生理活性，因而是一类重要的生物资源。近几十年来，国内外学 者对此类资源的开发和利用一直比较关注。秘鲁将鱼皮、鳞、骨、刺等一 块儿利用，先用有机酸溶液处理并将其软化，再用碱性溶液中和后经过提 取浓缩、脱色脱臭的工序，最终生产出无色无味的胶凝状胶原蛋白，可广 泛用于食品、医药、化妆品、保健品中，一般每 10 吨废弃物可提取 3 吨成品，提取胶原蛋白后的废渣仍可用于动物饲料。鱼骨中含有相当丰富 的钙质，且钙、磷比合理，制成钙剂，易于人体吸收。在日本，把狭鳕鱼 的骨头制成磷灰石，可以作为人造骨骼和假牙，狭鳕鱼粉的价格仅为每公 斤 80 日元左右，制成磷灰石后销售价格每公斤为 5 万日元左右，变废 弃物为贵重商品，有点石成金之感 16。 1981 年日本贸易振兴会推出超微 粒粉碎新技术设备，确立了生产骨糊的流水线，先后有鱼骨制品骨 松、骨味素、骨味汁、骨肉等问世 1718 。我国的水产品总量占世界的三分之一左右，居世界第一位。近几年 来，我国的渔业生产发展很快，尤其是淡水鱼养殖生产的发展更为迅速 19 。2004 年，我国水产品总量为 4901.77 万吨，其中淡水产品产量为 2133.98 万吨 20。在我国，鱼骨（鱼头骨和鱼中骨）的加工利用主要包括： （ 1）加工成 骨糊食品；（ 2）生产调味品（鱼露等） ；（ 3）制成鱼骨粉钙剂或复合氨基 酸钙剂；（4）制成膨化食品鱼香酥； （5）制成香酥鱼骨食品； （ 6）生产动 物饲料。但是，这些加工利用途径存在能耗大，经济效益较低等缺点 21。1.3.2 国内水解骨蛋白的研究进展赵胜年等 （1995）22 进行了酶法水解鲜牛骨骼的研究，采用胰酶进行水 解反应，确定了最适酶解条件；何建军等 （1997） 23以小杂鱼和链鱼下脚料 精品文档精品文档 为原料，加酶分解蛋白质，并行恒温发酵，研制了淡水鱼露 (fish sauce)， 比传统方法生产周期短，产品盐份低，产品得率高；陶妍等 (1997) 24 采用 中性蛋白酶对鲢鱼加工废弃物进行酶解，确定水解的最佳工艺参数并测定 了水解物的乳化性和粘度，表明水解产物具有一定的功能特性，适合在食 品加工中应用；周涛 (1998) 25 运用木瓜蛋白酶酶解鲐鱼头骨等加工废弃 物，确定了最佳水解条件，并选用不同颗粒大小的活性炭对水解液进行脱 色，制得营养价值高、水溶性好的蛋白水解物，可作为理想的蛋白质强化 剂；刘红 (2000) 26 运用中性蛋白酶水解废弃鱼头，制得香味浓郁、红褐色 的水解液；余杰、陈美珍 (2001) 27运用中性蛋白酶和木瓜蛋白酶，对酶解 鳗鱼头的最适工艺条件进行了详细研究，采用粉末状活性炭进行脱苦、脱 色，并研制出一种味道鲜美的高级海鲜风味料；赵玉红等 (2001) 28 以鳝鱼 副产物为酶解底物，研究了碱性蛋白酶的浓度、温度和 pH 对蛋白质回收 率的影响，确定了碱性蛋白酶水解鳝鱼副产物的最佳工艺条件；王朝旭等 (2001) 29 采用胰蛋白酶对鲜猪骨进行了酶法水解的研究，确定了酶解最佳 条件；赵霞( 2004)30 对羊骨蛋白的水解利用进行了研究，确定了最优酶 解条件并开发了羊骨多肽饮料。目前，用于骨水解的技术方法主要有：酸 法、碱法和酶法。单纯酸法和碱法水解需要的反应时间较长，对营养成分 破坏较严重；酶法由于酶的价格昂贵，加工成本过高。可见，这三种方法 都有各自的弊端。因此使用高电压新技术对其进行研究，可达到理想效 果。1.4 高电压新技术的优点分析高电压脉冲电场技术作为一种新兴的非热加工技术在食品工业中目前 主要应用在液态食品(如饮料、牛奶等)的杀菌 31，具有处理时间短、能 耗低等优点，亦有少数研究者进行了高电压脉冲电场钝化酶的研究、利用 高电压脉冲电场处理肿瘤细胞的实验研究以及利用高电压脉冲电场提取有 效成分的研究。本文将高电压脉冲电场技术应用到鱼骨酸解过程中，是一 种新的尝试。目前国内外应属新兴产业探索。1.5 本文主要研究的内容通过查阅大量文献资料了解淡水鱼鱼骨加工利用的国内外发展动态， 以高电压脉冲电场作为主要技术手段在鱼骨的加工利用方面开展研究。具 体涉及以下内容：1) 通过单因素实验，确定影响鱼骨水解的主要因素及水平；2) 通过正交试验和二次通用旋转组合设计，确定电场的最佳工艺参数；3) 通过单因素及正交试验，给出鱼骨营养口服液最佳配方。精品文档第 2章 高电压脉冲电场处理系统高电压脉冲电场（High Intensity Pulsed Electric Fields,简称 PEF 或 H I P E F ）是把液态食品作为电解质置于容器内，与容器绝缘的两个放电电 极通过高压电流，产生电脉冲进行作用的加工方法 32。二十世纪后期，很 多研究者对液态食品的非热杀菌进行了研究，认为高电压电脉冲电场可以 用于对可泵食品的非热杀菌，并具有处理时间短、能耗低等优点。高电压 脉冲电场因此而受到北美、日本及欧洲的研究人员和食品工业的关注33。许多研究者进行了 PEF 杀菌条件、参数以及分析模型及机理的研究 和在其它方面应用的实验研究。分析模型的研究有：脉冲电场引起的 Lactobacillus plantarum的失活动力学模型34;脉冲电场（PEF）连续流处 理室中温度升高的模拟 35；在模拟食品系统中脉冲电场处理时的电场流 体耦合模型 36;由脉冲电场处理引起的食品材料电击穿的模拟和实验研究 37。目前高电压脉冲电场技术的应用研究主要集中在对液态食品（如饮 料、牛奶等）的杀菌 38。亦有少数研究者进行了高电压脉冲电场钝化酶的 研究、利用高电压脉冲电场处理肿瘤细胞的实验研究以及利用高电压脉冲 电场提取有效成分的研究。然而，到目前为止，未见报道将高电压脉冲电场技术应用到鱼骨酸解 过程中，本文利用高电压脉冲电场系统，对在高电压脉冲电场作用下鱼骨 的酸解进行了研究，发现，高电压脉冲电场对鱼骨酸解的影响十分显著。2.1 处理装置基本结构高电压脉冲电场系统 39（如图 2-1，图 2-2），脉冲电源的波形为三角 波，频率 105000 赫兹可调。其中高电压脉冲电源、示波器和处理室是 工作部件，示波器用来测量脉冲电压、电流及其波形。高电压脉冲电源产 生的脉冲作用于处理室内的电极上，从而对流经处理室的物料进行处理。 系统的工作流程是：物料在泵的作用下进入处理室，通过示波器指示波 形、电压及电流，在处理室得到处理后流到收集容器。精品文档PEFpncjinz 转 dti图2-1高电压脉冲电场处理装置原理图图2-2高电压脉冲电场电源实物图22高电压脉冲电场获得方法高电压脉冲电场的获得有两种方法 40:一种是利用LC振荡电路的 原理，先用高压电源对一组电容器进行充电，将电容器与一个电感线圈及 处理室的电极相连，电容器放电时产生的高频指数脉冲衰减波即加在两个 电极上形成高电压脉冲电场。由于 LC电路放电极快，在几个至几百个微 秒内即可以将电场能量释放完毕，利用自动控制装置，对LC振荡电路进行连续充电与放电，可在几十微秒内完成所需处理。另一种是利用特定的 高频高压变压器来得到持续的高电压脉冲电场。因为变压不变频，使变压 器内部的电磁场的能量难以转化，高电压又使磁芯发生涡流。用这种原理 制作大型设备将会有很多困难。下面所提到的均指LC振荡电路。电容器放置于电极板上时，处理室的几何形状对所得到的电场有很大精品文档影响。放电时电容器将积蓄的电荷释放到极板上，在电极板上建立电场， 当电荷释放完毕后，极板上的电场反过来对电容器进行反向充电，下一周 期电容器放电则在极板上建立反向电场。每次建立电场过程中能量都会消 耗一部分到极板间的介质中。所产生的电场为呈指数规律衰减的高频振荡 波，每次放电一般振荡几十次，电容器能量释放完。当外加电压不变时， 极板间的距离决定电场的电压，距离越近，电场强度越高。极板的电导率 高，电荷积蓄快，可以使振荡波指数衰减速率变慢，波形变得平缓，从而 形成更加持久与稳定的脉冲波。极板面积大，分布在介质中的电场就比较 均匀。介质的电导率则相当于在 LC振荡电路中串联了一个大的电容，因 f X 1/ (2n lc)，导致脉冲频率增加，相应的每个脉冲波的宽度下降。2.3食品处理室处理室有静态及连续式两种41，连续式可工业化生产。食品在处理室 内受到高电压脉冲电场作用时，要避免电火花的产生。一旦产生电火花， 电极就会被腐蚀，食品被电解，产生气泡。因此，在设计食品处理室时， 应着重解决好以下问题：电极表面要尽可能光滑以减少电子的逸出，米用圆形电极以避免电场集中，为食品提供一个均匀的高电压脉冲电场。集中电 场式处理装置的上下两端为不锈钢电极，一端接高电压脉冲电源，另一端 接地，绝缘层材料选用聚异丁烯酸树脂。由于绝缘体中心孔内液体食品的 电阻远大于其他部分的电阻，所以在绝缘体中心孔形成集中电场，其电场 强度远大于其他部分电场强度。因此，绝缘体中心孔区是杀菌区域。而电 极附近的电压相对较低，这样就起到了保护电极的作用。图2-4食品处理室结构简图精品文档2.4 电场参数计算1 )处理室体积 V ， mm3V= n r2h( 2-1 )其中r处理室半径，mmh处理室长度，mm2)处理室内花费时间 t，st=V X 10-3/q( 2-2)其中q流量，ml/sV 处理室体积，mm33)脉冲数 CC=tf( 2-3)其中t处理室内花费时间，sf频率，Hz2.5 PEF 技术在食品工业中的应用PEF 技术在食品工业中的应用主要集中在灭菌保藏、提高果汁出汁 率，以及钝化酶活、干燥、解冻等几方面。2.5.1 PEF 技术在食品保藏中的应用。Simpson等人40报道了在50 kv/cm , 10个脉冲，脉冲宽度为2血以及最高处理温度为 45 C的条件下使用PEF对用浓缩汁还原的苹果汁 进行处理，其保质期为 28 天，而同样条件下处理鲜榨的苹果汁，其保质 期为 21 天。并且其中的维生素 C 和糖没有发生物理和化学变化，感官 试验表明经电场处理和未经处理的苹果汁在口感上没有明显差异。VegaMercado等人（1997） 41报道了在22 - 25 C时PEF处理可将鲜苹果汁 和浓缩汁还原的苹果汁的保质期分别延长到 56 天和 32 天以上，并在物 理化学和感官特性上与处理前相比没有明显变化。Sitzmann42报道了应用PEF （场强为15 kv/cm）处理鲜榨橘汁可使其 固有微生物菌丛减少 3 对数周期，同时对其品质没有显著影响。 Zhang 等43报道了在场强为 32 kv/cm 条件下使用 PEF 处理鲜榨橘汁，总需氧 菌的数量减少 3-4对数周期。当在 4 C条件下贮藏时，经热处理和经 PEF 处理的橘汁的保质期都超过 5 个月。 PEF 处理后的橘汁分别在在 4 C或22 C贮藏90天、在37C贮藏15天，维生素 C损失较热处 理的橘汁低且色泽更好。精品文档Dunn 和 Pearlman44 用接种了都柏林沙门氏菌的均质牛奶以及使用 36.7kv/cm 和 40 个脉冲处理 25 分钟的条件下，进行了一个挑战试验以 及保质期的研究。经 PEF处理之后或在7 - 9 C贮藏8天之后没有发 现都柏林沙门氏菌。在未处理的牛奶中固有牛奶菌群增加107cfu/ml，而经处理的牛奶中约为 4X 102cfu/ml。Dunn45进行了进一步的研究并指出对 于乳酪制造来说 PEF 可使风味降解更低，并且牛奶品质属性没有发生化 学和物理变化。当大肠杆菌作为挑战细菌被使用时，经处理后可立刻达到 3 对数周期的减少。Fernandez-Molina 等人 46研究了原料脱脂乳（含乳脂 2%）的保质 期，用 PEF 处理，处理条件为 40 kv/cm， 30 个脉冲，处理时间为2血，脉冲波形为指数衰减脉冲。在 4 C条件下贮藏牛奶的保质期为2周；然而， 原料脱脂乳在 80 C 条件下处理 6s 后紧接着在 30kv/cm, 30个脉冲，脉冲宽度为 2 g的条件下用 PEF处理可使保质 期增加到 22 天，用总需氧菌计数得到 3.6 对数 cfu/ml 并且没有大肠 菌。在原料脱脂乳的 PEF处理期间处理温度不超过 28C。Qin 等人47报道了用 40 kv/cm 的电场处理牛奶（含乳脂 2%），分 3 步处理，最初 2 步都为 7 个脉冲，第 3 步为 6 个脉冲，通过这一处理 在冷藏温度下保质期可达到 2 周。没有明显的物理和化学参数变化并且 热巴氏处理的牛奶和 PEF 处理的牛奶之间在感官特性上没有显著的差 异。Caldero n-Mira nda48研究了悬浮在脱脂乳中的无毒李斯特菌的PEF失活，以及随后对乳酸链球菌肽的敏感性。在 30, 40 或 50 kv/cm 下经 PEF 处理后无毒李斯特菌的微生物菌群较少 2.5 对数。经相同场强 PEF 后暴露在 10IUnisin/ml 无毒李斯特菌可达到 2-, 2.7- 或 3.4-对数的减少周 期。显然作为 PEF 后暴露在乳酸链球菌肽中的结果可能有一种另外的失 活影响。 Reina 等49研究了用 PEF 使巴氏灭菌全脂牛奶，含乳脂2%的牛奶以及脱脂乳中的单核细胞增生李斯特菌斯科特A失活。在25 C单核细胞增生李斯特菌减少1-3对数周期，在50 C减少4对数周期，并 且在三种牛奶中没有发现显著差异。 PEF 的致死效果是电场强度和处理时 间的函数。关于鸡蛋制品 PEF处理的研究最早是由Dunn和Pearlmar!50进行的，实验结果表明，在 4 到 10 天内经 PEF 处理过的蛋液与巴氏灭菌的 蛋液相比保持较低的微生物数量。 Qin 等47以及 Ma 等50的研究表明： 与鲜蛋相比PEF处理降低了液态全蛋的黏度但是加深了颜色（根据 b-胡 萝卜素的浓度）。用三角试验经感官评定小组评价后， Qin 等人92 的研究 结果显示在用鲜鸡蛋炒的鸡蛋和用电场处理的鸡蛋炒的鸡蛋之间没有明显 差异；后者更受消费者欢迎。 Ma 等的研究结果显示，使用经 PEF 处理过 精品文档 的鸡蛋制做的松糕与使用未经处理的鸡蛋制做在感官上没有明显差异。 Vega-Mercado 等51 使用 PEF 处理豌豆汤，实验结果表明其保制期（冷 藏）超过 4 周，而贮藏期间豌豆汤的物理和化学特性或感官特性没有明 显的变化。殷涌光、韩勇等 52 的研究表明， PEF 对菠菜汁的颜色影响显著，并 可延长其保质期。2.5.2 PEF 技术在食品成分提取中的应用 动物、植物或微生物细胞膜的电极化可能被用来强化果汁或者某些特 定细胞代谢产物（巨大分子、蔗糖、色素、风味物质及生物活性物质等） 的提取，或者反过来促进某些溶质（氯化钠、蔗糖等）渗透到生物组织 中。采用 PEF 处理对色素、维生素和风味物质等植物组织成分损害较 少，在果蔬汁提取应用方面， PEF 处理的优点是榨汁效率好、液汁纯度 高、能量消耗少。Kno rr53利用PEF对胡萝卜进行预处理，以场强为 50kv/cm 的 PEF 作用于胡萝卜碎块，然后在室温下以 10MPa 压力榨 5min，出汁率从51%提高到76% （初试碎粒尺寸为1.5mm）或从30%提 高到 70%（初试碎粒尺寸为 3mm）。 Tethapak 公司研究发现以类似方法 处理苹果碎块，榨汁率由 67%提高至 73%，且得到的最终果汁颜色较通 过酶法或热法预处理产品浅且清澈（多酚氧化酶的氧化较少） 。因此 PEF 加工处理的好处在于迅速，需要的酶或预热较少，这对于提取某些热敏代 谢产物有特别的意义。有人研究 20T下1.6 kv/cm场强的10个脉冲处 理可导致红叶藜细胞中的苋菜红提取率为 85%。在采用电脉冲强化提取 时，采用某种中间电阻率的提取介质更其可取。电阻率太低将会迅速削弱 电场，电阻率太高会明显增加欧姆热升温。精密控制细胞膜的穿孔极化可 能能够选择性提取几种胞内代谢产物中的某一种。韩玉珠、殷涌光等 54进行了高压脉冲电场提取中国林蛙多糖的研究，结果显示，在电场强度为20 kv/cm、脉冲数为 6个（处理时间为12心和0.5%KOH提取液的条件下用高压脉冲电场提取林蛙多糖的提取 率较碱法、酶法以及复合酶法高，为55.59%。2.5.3 其它应用PEF 可以抑制一些对食品保藏有害的酶。牛奶中的荧光假单胞菌属产 生蛋白水解酶，从而使牛奶易于发生凝聚变质且在冷藏期间有苦味物质产 生，高压脉冲电场对脱脂牛奶中荧光假单胞菌属产生的蛋白酶的失活率为 60%，对模拟牛奶中血纤维蛋白的失活率为 90%。方胜等 55研究发现 PEF 电场强度对冰解冻时间缩短百分率的影响比较明 显，当电场强度为 5 kv/cm 时，解冻时间仅仅缩短 1.3%，而当电场强度 增大到 22 kv/cm 时，解冻时间缩短 7.4%。此外对冻豆腐、冻肉等冰冻食 精品文档 品都有明显解冻作用。也有人对马铃薯小块在PEF系统中进行处理，研究表明0.92kv/cm的场强下1530个脉冲电场处理可用来作为流化床干燥马铃薯小 块的进一步干燥处理，干燥得到了加速，而最后复水和烹饪质量并没有改 变。精品文档精品文档第3章 在高电压脉冲电场作用下酸解鱼骨的试验研究3.1 试验方案的确定首先，对鱼骨进行预处理，将其制成鱼骨粉；通过单因素试验寻找适 宜试验条件并筛选出鱼骨水解效果的主要影响因素；利用正交试验和二次 通用旋转组合设计试验确定电场的最佳处理参数并对制得的水解液进行营 养成分分析。3.2 试验材料与设备3.2.1 实验材料与药品淡水鱼骨（鲤鱼）、柠檬酸、苹果酸、乙二胺四乙酸 （简称 EDTA） 、紫脲酸胺、丙酮、NazS、三乙醇胺、氢氧化钠、甲基红、溴甲酚绿、浓硫 酸、盐酸、乙醇、硫酸铜、硫酸钾、次甲基蓝、无醛乙醇、咔唑、茚三酮 等。3.2.2 试验设备高电压脉冲电场系统、精密 pH 计、恒温干燥箱、粉碎机、微量凯氏 定氮器、 752-型紫外光栅分光光度计、氨基酸自动分析仪。3.3 测定项目及方法3.3.1 钙含量的测定钙含量的测定采用乙二胺四乙酸（EDTA）滴定法3.3.1.1 原理 钙与氨羧络合剂能够定量地形成金属络合物，这种络合物的稳定性较 钙与指示剂所形成的络合物稳定。因此，在适当的 pH 值范围内 （pH 值 1214 时） ，以氨羧络合剂滴定时，氨羧络合剂从指示剂络合物中逐步地 夺取钙离子而与钙相结合，在到达等电点时，溶液呈现游离指示剂的颜色精品文档（为终点）。根据氨羧络合剂的用量，计算钙含量。一般最常用的氨羧络合剂为乙二胺四乙酸（简称EDTA），由于它在水 中的20溶解度很小，故常用它的二钠盐。以 Na2H2丫代表EDTA，R代 表指示剂，反应如下：CaR+十 Na2H2Y ? Na2CaY 十 2H+十 R3.3.1.2 试剂（1）EDTA 标准溶液（0.015mol/L）:准确称取 EDTA 2Na1.10g,溶 于热水中，冷却后用水稀释至 200mL。（2）杯中，加水100ml，加盐酸溶液（1:4）使之溶解，置电炉上低温煮 沸（刚刚至沸，勿溅出杯外）2min去除CO2，待冷却后，用10%氢氧化钠 镕液中和至pH6 8,然后用水稀释至 500mL。此溶液含钙lmg/mL。（3） 指示剂：称取 0 20g钙指示剂（紫脲酸胺）于40ml50%丙酮溶 液中。3.3.1.3 0.015mol/L 的 EDTA 溶液的标定吸取钙标准溶液 25mL，用水稀释至 50mL，用2mol/L氢氧化钠溶液调节至pH7左右，再加入 2mol/L氢氧化钠溶液10mL，2mL1 : 4三 乙醇胺溶液，1mL2%Na2S溶液和1015滴钙指示剂，立即用 EDTA滴 定，溶液由葡萄酒红变为纯蓝色为滴定终点。重复 12次。则EDTA每 毫升相当于钙的毫克数：x=（25 X.0）/ V（3-1）式中x每毫升EDTA溶液相当Ca2+的毫克数V滴定时消耗EDTA溶液的体积（mL）25钙标准溶液的体积（mL）1.0钙标准溶液的浓度（mg）3.3.1.4待测样品测定精确吸取处理后的样液 1mL，加水20mL，用2mol/ L氢氧化钠溶 液中和后，用水稀释至 50mL，再加入 2mol/L氢氧化钠溶液 10mL， 2mL1: 4三乙醇胺溶液，1 mL2%Na2S溶液和1015滴钙指示剂，立即 用EDTA滴定，用EDTA标准溶液滴定至纯蓝色，重复 3次，结果取 平均值，同时作空白试验。亠2+Ca (mg/L)=Cedta (V -V0) Mca xV试液/1000式中 CEDTAEDTA的摩尔浓度（mol/L）V 滴定时消耗EDTA溶液的体积（mL）V0空白试验消耗 EDTA溶液的的体积（mL）V试液一一测定用样液的体积（mL）MCa钙的分子量精品文档x每毫升EDTA溶液相当Ca2%毫克数3.4 试验方法3.4.1 原料鱼骨的预处理 首先将原料鱼骨（鱼头骨和鱼中骨）进行预煮，去除残留鱼肉；加约 两倍水，在 0.1MPa 压力下蒸煮 90 分钟，目的是将鱼骨软化和杀菌。软 化后的鱼骨高温干燥，粉碎，过 160 目筛，收集备用。3.4.2 鱼骨粉总钙含量及总氮含量的测定首先，将鱼骨粉消化。准确称取 2.0g 鱼骨粉于 500mL 凯氏烧瓶中，加入0.2gCuSO4, 3g K2SO4及20mlH2SO4，稍摇匀后于瓶口放一小漏 斗，将瓶以45o角斜支于有小孔的石棉网上。小心加热，待内容物全部炭 化，泡沫完全停止后，加强火力，并保持瓶内液体微沸，直至液体呈蓝绿 色且澄清透明后。再继续加热 0.5h，取下冷却，力卩20mL水，至完全冷 却后，定容至100mL。用EDTA滴定法测定消化液总钙含量，计算后得 出鱼骨粉含钙 6.07%；以凯氏定氮法测定消化液总氮含量，计算后得出鱼 骨粉约含蛋白质 41.81%。3.4.3 酸的选择实验通过查阅大量资料，本研究确定选用柠檬酸和苹果酸的复合酸，以与 鱼骨水解液中的钙形成具有高溶解性、高生物学吸收利用性、减少铁吸收 阻碍、风味良好且安全无毒的柠檬酸苹果酸钙（ CCM）。 混合酸中柠檬酸与苹果酸配比的确定实验：大致选出两种酸的最佳配比 范围。实验条件：室温下，取经预处理后的鱼骨粉加 10 倍水混合，以酸料 比（总酸与鱼骨粉的质量比）为 1：1 加入混合酸，混合酸中柠檬酸与苹 果酸的比例分别选取 1：1、1：2、1：3、1：4、4：1、3：1、2：1，充 分混匀，反应 6 小时后，测定水解液钙含量及氮含量，计算出钙的溶出率（Ca%）和蛋白质水解度（DH%），以此两项的综合指标衡量实验效果。 根据经验公式，钙的溶出率和蛋白质水解度的权值分别为 0.5 和 0.5，以 公式3-4确定综合指标丫，实验结果见表3-1。丫 = 0. 5 x Ca%+0.5 x DH%（ 3-4）由表 3-1 可以看出，柠檬酸与苹果酸的比例为 1：1、1：2 和 2：1 时， 丫 值相对较大，说明水解效果越好。精品文档3.4.4传统酸解法酸解时间对水解效果的影响以酸料比（总酸与鱼骨粉的质量比）为 1： 1，混合酸中柠檬酸与苹 表3-1柠檬酸与苹果酸配比的确定试验结果实验号柠檬酸苹果酸Ca%DH%丫11153.80P 27.9040.8521252.7226.5239.6331347.8421.9834.9141446.9522.3634.6654141.6617.8129.7463142.4319.5230.9872150.2124.6337.42果酸的配比为1:1，加水量（相对于鱼骨粉质量）为10倍，分别选取反应时间为 0.5h、1h、2h、3h、4h、5h、6h,测定水解液钙含量及氮含 量，计算出钙的溶出率（Ca%）和蛋白质水解度（DH%），以此两项的综 合指标衡量实验效果。以公式3-4确定综合指标 丫，实验结果见表 3-4。表3-4反应时间对水解率的影响试验结果实验号反应时间（h）Ca%DH%丫10.526.66P 9.4518.062138.9417.3725.503242.3419.1330.744448.6624.0536.365641.6626.1139.976853.9426.2340.0971253.9526.3740.16由表3-4和图3-3可以看出，丫值随反应时间的增加而增加，当反应时 间达到6小时后，反应趋于稳定。345PEF技术中脉冲数对水解效果的影响以酸料比（总酸与鱼骨粉的质量比）为 1： 1，混合酸中柠檬酸与苹 果酸的配比为1： 1，加水量（相对于鱼骨粉质量）为 10倍，电场强度 为20kv/cm，通过调节频率来调整脉冲数的变化，找出水解效果与脉冲数 变化的关系，以公式3-4确定综合指标丫，实验结果见表3-5。表3-5脉冲数对水解效果的影响试验结果实验号脉冲数（个）Ca%DH%丫1148.28P 15.2431.762261.3629.9045.633363.9831.2447.61精品文档4468.7235.5152.525576.8238.2257.526682.1043.5662.83图3-4脉冲数与水解效果的关系由表3-5和图3-4可以看出，综合指标丫值随脉冲数的增加而增大，说明水解效果随脉冲数的增加而愈加 显著。当脉冲数从1增加到6时，钙的溶出率和蛋白质水解度均随脉冲 数的增加而有所增大。346PEF技术中电场强度对水解效果的影响以酸料比（总酸与鱼骨粉的质量比）为 1:1，混合酸中柠檬酸与苹 果酸的配比为1:1，加水量（相对于鱼骨粉质量）为 10倍，脉冲数为 4,通过调节电场强度，找出水解效果与电场强度变化的关系，以公式 3-4 确定综合指标丫，实验结果见表3-6。表3-6电场强度对水解效果的影响试验结果实验号场强（kv/cm）Ca%DH%丫1126.66P 9.4518.0621044.3926.8735.6331562.5131.0346.7742070.9935.4953.2452581.7543.2062.4863077.0836.2856.6873568.8433.6451.24图3-5电场强度与水解效果的关系由表3-6可以看出，当电场强度在25 kv/cm以下时，钙的溶出率和蛋白质水解度均随着电场强度的升高 而增大；当电场强度超过25 kv/cm时，钙的溶出率和蛋白质水解度均随着电场强度的升高而减小。3.4.7不同水解方法效果的比较由表3-13中的数据可以看出，1号样的各种营养成分均明显高于2号样。由3.4.9中追加实验结果和表 3-4也可以看出：在加水量（相对于 鱼骨粉质量）为10倍，酸料比（总酸与鱼骨粉的质量比）为 1： 1,混 合酸中柠檬酸与苹果酸的比例为1： 1，电场强度为25kV/cm和脉冲数为6个的试验中，钙的溶出率为 83.68%,蛋白质水解度为45.03%, 丫值为表3-13鱼骨水解液基本营养成分（%）项目蛋白质硫酸软骨脂肪水分钙磷（%）素（%）（%）（mg/L）（%）精品文档精品文档（mg/L）119.116.120.67951320.4210.98.870.48632680.3注：1号样为在高电压脉冲电场作用下制得的水解液2号样为传统酸解法制得的水解液64.45%;传统酸解试验中反应时间达到6小时的钙的溶出率为 53.82%,蛋白质水解度为26.11%，丫值为39.97%。PEF方法与传统方法相比，丫 值高出近一倍，并且高电压脉冲电场的作用是在十几微秒内完成的，故此 方法与传统酸解法相比，具有高效、快速的优点。3.5鱼骨水解液营养成分分析将鱼骨在加水量（总酸与鱼骨粉的质量比）为 10倍，酸料比（总酸 与鱼骨粉的质量比）为1：1，混合酸中柠檬酸与苹果酸的比例为1： 1，在电场强度为25kv/cm和脉冲数为6个的条件下制备鱼骨水解液，对其 做基本营养成分测定和氨基酸组成测定，结果见表3-13和表3-14,此外表中还列出了鲢鱼肉和全蛋蛋白的氨基酸组成，以做比对。表3-14氨基酸组成（g/kg蛋白）氨基酸名称鱼骨水解液鲤鱼肉100全蛋101FAO/WHO 模式102Thr37.642.746.740.0Leu63.190.185.570.0lie36.232.353.040.0Cys+Met29.749.861.735.0Vai45.251.665.750.0Tyr+Phe59.777.690.360.0Lys64.392.370.555.0Lys15.810.0Asp89.5106.891.8Ser36.234.172.1Giu135.6149.2127.5Pro84.727.840.4Giy134.552.032.5Ala82.163.056.2Arg18.137.726.1由表3-13和表3-14可以看出：（1）鱼骨水解液中的钙、磷含量很高; 精品文档精品文档（ 2） 含有一定数量的蛋白质和脂肪；（ 3 ） 从所含蛋白质的氨基酸组成看，虽然大部分必需氨基酸低于 FAO/WHO 要求的模式，但其氨基酸组成尚平衡，且赖氨酸含量较高，高 于 FAO/WHO 的模式。根据以上结果认为，鱼骨水解液中含有多种具有 保健功能的营养成分，是制造营养保健食品特别是中老年保健食品的上佳 原料。3.6 本章小结本章以钙的溶出率和蛋白质的水解度为指标，比较了高电压脉冲电场 作用下鱼骨酸解和鱼骨传统酸解的效果，试验研究了柠檬酸和苹果酸的配 比、电场强度、脉冲数等因素对鱼骨水解的影响，得出以下结论：1）利用高电压脉冲电场作用于鱼骨酸解反应，所得水解液钙的溶出率和 蛋白质的水解度均明显高于传统酸解 6h 所制得的水解液。由于高电压脉 冲电场的作用是在十几微秒内完成的，故此方法与传统酸解法相比，具有 高效、快速的优点。2）