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

                

                    作者單位：東北農業(yè)大學
                    發(fā)表期刊：Innovative Food Science & Emerging Technologies
                

                
                    

                        
關鍵詞：

                        
                            
集成超聲 - 微波處理

                        
                            
液態(tài)蛋清

                        
                            
巴氏殺菌

                        
                            
結構

                        
                            
功能特性

                        
                    

                

                

                    
摘要：

                    

                        微波（MW）巴氏殺菌是一種高效節(jié)能的技術，但存在熱不均勻的缺點。本研究通過集成超聲和微波（IUM）處理來減少巴氏殺菌的不均勻性，在確保巴氏殺菌效果的同時，減少對液態(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，二級結構變化不大。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）和凝膠強度分別提高了6.83％、7.41％和77g。本研究為LEW的傳統(tǒng)巴氏殺菌提供了一種替代方法。
                    

                


            

            

                
                    
超聲與微波結合的蛋清巴氏殺菌:對結構和功能特性的影響

                    

                        
    

  1. 

    引言
    液態(tài)蛋清（LEW）是由新鮮雞蛋制成的產品，經過去殼、加工和包裝等步驟（Liu等人，2020）。與帶殼雞蛋相比，LEW便于運輸，可延長保質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，但可能導致蛋白質變性、功能特性降低和高能耗（Lechevalier等人，2017）。過高的溫度會導致蛋白質聚集，影響LEW的發(fā)泡、乳化和凝膠特性（Espina，Monfort，´Alvarez，García - Gonzalo，& Pag´an，2014）。蛋白質的結構會在高溫下展開，內部基團隨著熱變性暴露在蛋白質表面。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LEW的不利影響，非熱技術已應用于巴氏殺菌，如高靜水壓（Barba，Koubaa，do Prado - Silva，Orlien，& Sant’Ana，2017）、脈沖電場巴氏殺菌（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技術可以產生體積熱和高能量效率（Auksornsri，Bornhorst，Tang，Tang，& Songsermpong，2018），并減少對食品感官和營養(yǎng)特性的有害影響（Soni，Smith，Thompson，& Brightwell，2020）。與傳統(tǒng)加熱技術需要傳熱介質或環(huán)境進行熱傳遞不同，MW技術使材料直接吸收MW能量并將其轉化為熱能。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個對數級（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沒有太大差異（D. A. Clare，2005）。然而，MW巴氏殺菌存在溫度分布不均勻的缺點，導致液體、固體和多組分食品中存在熱點和冷點（C. James，2002）。熱點和冷點的分布與電磁場強度有關（Guo，Sun，Cheng，& Han，2017）。熱點集中在電磁場強度高的區(qū)域，其局部過熱導致蛋白質變性，影響食品系統(tǒng)的均勻性。不均勻的加熱會損害食品的質量和質地（Hossan，Byun，& Dutta，2010）。在異質系統(tǒng)中，如牛奶、脂肪和膠體分散體，它們會阻礙離子遷移并降低電導率，加熱過程中的不均勻性會增加（Chandrasekaran，Ramanathan，& Basak，2013）。因此，實現微波加熱的均勻性是一個挑戰(zhàn)。
    超聲（US）技術具有高頻和短波長的特點（Paniwnyk，2017）。US在液體介質中引起空化效應，產生氣泡和動力學變化（Y. Ma等人，2022）。空化氣泡的破裂會引發(fā)極端的剪切力，從而實現高效的混合和均質化（Soltani Firouz，Farahmandi，& Hosseinpour，2019）。US可以與其他巴氏殺菌方法結合，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菌活性，而不會對流變學和外觀產生不利影響（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，同時保護乳酸菌，并且酸乳飲料的物理化學和感官特性優(yōu)于熱處理的酸乳飲料（Erkaya，Baslar，Sengul，& Ertugay，2015）。結合液壓高壓和US導致在LWE中沙門氏菌的減少比單一處理更好（E. Huang，Mittal，& Griffiths，2006）。因此，超聲的空化效應可以增加傳質，減少微波過程中的不均勻加熱。結合微波和超聲技術已應用于生物材料的合成、提取或預處理（Z. Li，Wang，Zheng，& Guo，2020；Zhou，Zhang，Fang，& Liu，2015）。
    本研究的目的是結合US和MW來克服MW巴氏殺菌的不均勻性，并減少對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LEW的結構、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。
    

    2. 

  2. 

    材料和方法
    2.1. 材料
    新鮮雞蛋購自當地超市。十二烷基硫酸鈉（SDS）和8 - 苯胺 - 1 - 萘磺酸（ANS）購自Sigma Chemical Reagents Co.（美國）。所有其他試劑均為分析純，購自國藥化學試劑有限公司（上海，中國）。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作為原始LEW樣品，并在4℃下冷藏保存。
    

    3. 



 


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，將它們在冰水中冷卻，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）處理，該處理器可以通過自動調節(jié)MW功率來控制溫度。該設備具有高精度溫度傳感器（長150mm，直徑3mm），帶有鉑熱電阻（PT1000）。在處理過程中，溫度傳感器放置在反應容器中，以測量LEW樣品的內部溫度，測量精度不超過±0.1℃。
經MW處理的LEW樣品（MW - LEW）在4.5分鐘內加熱至57℃，并在自動MW功率下保持2分鐘。
經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。
根據我們的初步研究，選擇了確保蛋白質穩(wěn)定性的IUM處理條件，如圖1所示。經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分鐘內用700W US功率和自動MW功率加熱至57℃，并在57℃下用自動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. 蛋白質穩(wěn)定性和巴氏殺菌效果的評估
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）測量。使用分光光度計（UV - 6100，湘儀實驗室儀器發(fā)展有限公司，湖南，中國）在660nm處測量濁度為0、4、10、20、40、80、100 FTU的標準溶液的吸光度，并獲得標準曲線。以蒸餾水為空白對照測量樣品的吸光度。根據標準曲線計算樣品的濁度（Z. Jiang等人，2022）。