利用射频处理对棕榈仁内胚乳中的酶进行失活研究:一种动力学建模方法

《Innovative Food Science & Emerging Technologies》:Enzyme inactivation in Palmyrah endosperm using radio frequency treatment: A kinetic modelling approach

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年10月01日 来源:Innovative Food Science & Emerging Technologies 6.9

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  摘要多酚氧化酶(PPO)引起的褐变严重限制了柔软棕榈果仁的保鲜期和市场竞争力,然而,在这种极易变质的基质中应用射频(RF)加热来灭活PPO的方法尚未被研究过。本研究使用10千瓦、40.68 MHz的RF系统评估了PPO的灭活行为,并考察了在不同射频处理条件下的影响,这些条件对应于

  

摘要

多酚氧化酶(PPO)引起的褐变严重限制了柔软棕榈果仁的保鲜期和市场竞争力,然而,在这种极易变质的基质中应用射频(RF)加热来灭活PPO的方法尚未被研究过。本研究使用10千瓦、40.68 MHz的RF系统评估了PPO的灭活行为,并考察了在不同射频处理条件下的影响,这些条件对应于测量的表面温度65°C、70°C和75°C以及电极间隙185–225毫米。在75°C的表面温度条件下,约85%的PPO在50秒内被灭活。通过一阶、Weibull和双相模型进行动力学建模,结果表明双相模型拟合度最高(R2=0.996;RMSE=1.97)。在70–75°C的表面温度条件下进行RF处理可以最小化颜色退化(ΔE ≤ 2.0),并将微生物负荷从7.2 log CFU/g降低到3.0 log CFU/g。GC–MS分析显示主要挥发性化合物仅有轻微变化,表明对产品质量影响有限。所获得的动力学参数基于测量的表面温度,而非真正的热灭活常数。总体而言,RF加热作为一种稳定棕榈果仁的方法显示出潜力,且品质损失最小。未来的研究应结合使用光纤探头的内部温度监测,并与传统热处理方法进行直接比较。

引言

棕榈果(Borassus flabellifer L.)是棕榈科(Arecaceae)中的一种重要植物,因其广泛的应用和重要的社会经济价值而备受重视(Jerry, 2018)。它主要分布在印度次大陆,并在菲律宾、斯里兰卡、马来西亚、孟加拉国、缅甸和东非部分地区也有广泛种植(Prasad et al., 2023; Rao et al., 2021)。据估计,全球棕榈果树的数量约为1.4亿株(Naguleswaran et al., 2010)。印度是棕榈果树的最大种植国,全国约有1.22亿株(Prasad et al., 2023; Vengaiah et al., 2012)。
棕榈果被誉为泰米尔纳德邦的州树,也是柬埔寨的国树,被认为是大自然的珍贵礼物(Mohan et al., 2016)。在泰米尔语中,它被称为Kalpak Tharu,意为“提供一切的棕榈树”或“愿望树”,因为它能够生产多种具有经济价值的资源(Rajeshwari et al., 2024)。棕榈果仁是棕榈果幼果内部柔软、呈胶状的可食用部分。在生长初期,嫩果仁呈半透明状,类似冰块,内部包含含有微甜可饮用液体的空核。从营养角度来看,100克新鲜棕榈果仁提供43千卡的能量、87.6克水分、10.9克碳水化合物、0.8克蛋白质和维生素B等必需营养素(Rao et al., 2021)。棕榈果仁极易变质,通常在采摘后立即食用。尽管其营养价值高且对加工程度较低的水果产品需求不断增长,但针对这种材料的快速、保质漂白或稳定方法的研究仍然有限(Ambrose, 2018)。传统热处理方法,如热水(Chhe et al., 2018)、蒸汽(Ndiaye et al., 2009)和含有盐或酸的溶液(Terefe et al., 2014),被广泛用于灭活多酚氧化酶(PPO);然而,这些方法通常伴随着处理时间较长、营养损失以及在密集或高水分基质中的加热不均匀问题。射频(RF)加热是一种体积电磁加热技术,在多种食品系统中显示出快速加热和保持品质的潜力。然而,其在棕榈果仁中灭活酶的有效性尚未得到系统研究。
RF加热利用3 kHz至300 MHz范围内的电磁波,通过分子摩擦产生体积加热(Altin et al., 2025)。RF加热在苹果(Jiao et al., 2018; X. Zhang et al., 2020)、蘑菇(Pang, Jia, et al., 2024)、西兰花(X. Wang et al., 2025)、胡萝卜(Viswanath et al., 2024)、小麦胚芽(Liao et al., 2020)和龙眼(Zhu et al., 2023)等食物中的酶灭活方面显示出良好潜力。然而,目前还没有研究针对高水分含量、质地柔软且易褐变的棕榈果仁中的PPO进行RF灭活。鉴于市场对高效稳定方法的迫切需求,这是一个重要的研究空白。
此外,热带水果中PPO的灭活行为常常表现出非线性或双相特性,反映了不同抗氧化酶成分对灭活的抵抗程度不同。由于RF加热具有快速体积能量传递的特点,其可能对酶灭活的动力学模式产生与传统加热不同的影响。然而,RF条件下PPO灭活的动力学机制尚未得到记录,相关的模型参数在棕榈果仁中的情况也不清楚。在RF系统中,电极间隙和处理温度是影响电场强度、加热速率和均匀性的关键参数(Dragoev et al., 2024)。本研究选择的温度范围(65–75°C)对应于许多热带水果中PPO的激活-失活阈值,而电极间隙(185–225毫米)代表了实际控制RF功率密度的实际工业范围。本研究首次报道了使用RF加热来灭活柔软棕榈果仁中的PPO。解决这些空白对于扩展RF技术到未充分利用的水果种类、延长其保鲜期以及保留营养成分和感官品质至关重要。
因此,本研究的目标是:(i)评估RF加热参数(电极间隙和温度)对柔软棕榈果仁中PPO灭活的影响;(ii)使用一阶、Weibull和双相模型对灭活动力学进行建模,以确定最合适的表示方法;(iii)评估RF处理对颜色、微生物质量和挥发性化合物的影响,以确定其作为保质稳定方法的适用性。

章节摘录

样品制备

从印度泰米尔纳德邦的Pollachi采集了新鲜棕榈果,2小时内运送到实验室并立即进行处理。使用灭菌的不锈钢刀手工提取了嫩果仁。所有样品均用无菌蒸馏水清洗,并在冰上(4°C)保存以防止处理前的酶促褐变。
为了最小化表面氧化,将提取的果仁浸入1.5%的食品级柠檬酸中2分钟。所有实验均采用

电极间隙对加热速率的影响

图2显示了电极间隙分别为185毫米、200毫米和225毫米时RF参数对加热速率的影响。电极间隙减小时,加热速率显著增加,表明较小的间隙促进了更快的热传导(Wang et al., 2025)。这是由于在较小间隙处RF能量浓度增加,从而增强了能量吸收和热传导效率。然而,185毫米和200毫米间隙之间的加热速率差异更为明显

结论

本研究首次探讨了使用RF加热灭活棕榈果仁中的PPO,并通过动力学建模方法评估了相关的灭活行为。在65–75°C的表面温度条件下进行处理时,观察到PPO活性显著降低,较高表面温度条件下的酶灭活速度更快。在所考察的动力学模型中,双相模型最准确地

CRediT作者贡献声明

Peratchi Selvi Shanmugam:方法学、研究、数据分析、概念化。Amuthaselvi Gopal:研究、资金获取、数据分析、概念化。Balakrishnan Murugesan:研究、资金获取、概念化。Anand Manickam:方法学、研究、概念化。Ramalakshmi Alaguthevar:方法学、研究、资金获取、数据分析。Preetha Palanisamy:方法学、研究、概念化。

未引用参考文献

Wang, Zhu, Chen, Li and Wang, 2015

利益冲突声明

作者声明他们没有任何已知的财务利益或个人关系可能影响本文 reports 的内容。

致谢

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