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. 擬攻讀博士學位科學計劃書 姓名： 報考專業(yè)： 計劃書題目：高壓脈沖電場滅菌對果醋品質的影響及其在貯藏過程的作用 一、立題依據(jù) 1.1. 研究的背景 果醋是為實現(xiàn)水果的綜合利用而開發(fā)的新產(chǎn)品，它一種營養(yǎng)豐富、風味優(yōu)良的酸性調味品，兼有水果和食醋的營養(yǎng)保健功能。其在發(fā)酵過程中，水果的大部分糖分被微生物發(fā)酵生成果醋的主要成分醋酸，而氨基酸、有機酸、礦物質元素、維生素等的小部分被微生物利用形成新的營養(yǎng)和風味成分，因而果醋保留了大部分水果原有的營養(yǎng)成分[1]。果醋除了具有普通食醋的作用如解除疲勞、消除肌肉疼痛、預防心血管病的發(fā)生、增進食欲、促進消化等，還兼有水果的保健功能。如：山楂的降血壓、改善心臟收縮力和利用氧氣功能降低體內脂肪酸和堆積的乳酸，具有健美、消除疲勞的作用；蘋果的治脾虛火盛、補中益氣、潤肺、悅心，生津開胃；梨的生津潤燥、清熱化痰、止咳等功效[2-4]。 近幾年，國內果醋研究也已成為食醋領域研究的熱點之一，而且果醋的種類也逐漸增加。敬思群[5]以玉米，麩皮為主要原料，經(jīng)酒精發(fā)酵后加入葡萄皮渣進行醋酸發(fā)酵而制得葡萄果醋，再經(jīng)調配，制成風味獨特的葡萄果醋飲料；蔣家新等[6]以大米糖化醪為主要原料添加菠蘿生產(chǎn)帶肉果汁醋；還有研究人員以殘次蘋果和高粱為主要原料釀成蘋果高粱保健醋飲料以及百合果醋、香蕉西番蓮果醋等等[7-9]。目前，根據(jù)果品資源的特點，可選擇合適的工藝和方法，進行果醋系列產(chǎn)品的研究與開發(fā)，已開發(fā)的可作為生產(chǎn)果醋的果品資源主要有：蘋果、山楂、水蜜桃、獼猴桃、野生酸棗、沙棘、南瓜、葡萄、鴨梨、烏梅、黑加侖、番茄、龍眼、芒果、杏、桔子、檸檬、草莓、菠蘿、香蕉、芭蕉、柿子和羅漢果等[1]。 在果醋工業(yè)生產(chǎn)中，工藝的優(yōu)化和選擇對果醋的質量如香味、口感等產(chǎn)生直接的影響。除了水果的選擇、發(fā)酵過程中條件的選擇與控制、酵母的菌種質量之外，發(fā)酵之后的滅菌處理與陳釀過程對于果醋的質量也具有十分重要的意義。殺菌是食品加工過程中的一個重要單元操作，該本操作可以食品中的酶失活并殺死食品中存在的致病菌、腐敗菌和產(chǎn)毒菌，以保證食品的安全性，延長產(chǎn)品的保藏期。發(fā)酵而成的果醋液中存在大量的酵母菌殘體、醋酸菌及其它微生物，為了終止醋酸發(fā)酵過程通常要進行滅菌處理[10]。發(fā)酵所得的新醋味粗，且渾濁，不適宜飲用，經(jīng)一定時期儲藏和適當?shù)墓に囂幚?，在儲藏期發(fā)生一系列理化及生化的變化，果醋變得香濃醇和清晰色美，此過程稱為果醋的老熟或陳釀[11]。陳釀的本質是物理上的分子重排與化學上的氧化和合成的過程，該過程具有促進醋液的澄清和提高果醋的穩(wěn)定性。經(jīng)過陳釀過程的氧化還原、酯化以及聚合沉淀等作用，果醋中的不良風味物質減少，芳香物質得到加強和突出，各種物質之間達到平衡，果醋變得和諧、柔順、細膩、醇厚，并表現(xiàn)出特有的典型風格[12]。 目前，熱處理滅菌方式廣泛應用于果醋等流體食品的殺菌，其顯著提高了食品的質量，延長了食品的貨架期。但熱力殺菌技術存在一些難以克服的問題：它對果醋中尤其是熱敏性營養(yǎng)成分及色、香、味等有很大的破壞作用，使其失去原有的新鮮厚，甚至還可能產(chǎn)生異味(如蒸煮味)，而影響了食醋的質量。隨著近年來人們對食品新鮮度要求的不斷提高，希望食品在加工過程中能保持其原有的新鮮度。此外加熱滅菌的果醋擱置一段時間后可能逐漸呈現(xiàn)均勻的混濁，這是由嗜溫、耐醋酸、耐高溫、厭氧的梭菌引起的[1]。梭菌的增殖不僅消耗醋中的各種成分，還會代謝不良物質，如產(chǎn)生異味的丁酸、丙酮等破壞醋的風味，而且大量菌體包括未自溶的死菌體使醋的光密度上升，透光率下降，影響其品質[13]。 果醋發(fā)酵目前常采用液態(tài)發(fā)酵法生產(chǎn)，剛發(fā)酵完的新鮮果醋口感生硬、醋味刺激、香氣淡薄。為了提高食醋的風味，增加香氣，必須對新鮮食醋進行陳釀處理[14]。傳統(tǒng)多采用自然陳釀工藝，存在時間長(少則數(shù)月，多則經(jīng)年)，占用設備容器多，管理困難，衛(wèi)生條件差，不能很好地滿足市場的供應。為加速食醋的陳化，縮短陳釀期，現(xiàn)代加工多采取人工快速催陳技術。目前應用于食醋催陳的方法主要有高壓靜電催陳、激光催陳、微波催陳、紅外線催陳等[15,16]，微波和紅外線作用于酒體或醋體后溫度升高，這實際上是“高溫”貯存，促使雜味物質揮發(fā)掉的同時，也不可避免地失去了酒或醋中的部分香味成分，影響了產(chǎn)品質量；激光方法簡便易行，但由于激光管使用壽命有限，故處理成本高。在解決許多果醋發(fā)酵風味比較平淡、缺乏香氣這一困擾果醋發(fā)展的問題上，研究出適合果醋的陳釀工藝將取得突破性進展。 1.2. 國內外現(xiàn)狀 國內外研究人員從能量消耗、經(jīng)濟性、處理效果等影響因素等方面對果醋的滅菌與陳釀進行了一定的研究。馬永昆等[17]人對幾種滅菌處理對桑葚果醋香氣品質的影響，發(fā)現(xiàn)熱處理桑椹果醋香氣品質較差，微波處理的桑椹果醋香氣成分綜合得分最高。許多研究都在嘗試新的滅菌方式對果醋進行處理，以改善果醋的品質。安鳳平等[10]人采用酸性硅溶膠澄清及無機陶瓷膜微濾除菌工藝對荔枝果醋進行滅菌處理，發(fā)現(xiàn)該方法不僅可以效除去果醋中的醋酸菌等微生物，產(chǎn)品透光率可達95.2％、風味及營養(yǎng)保留好。林曉姿[18]以新釀制的枇杷果醋為原料，采用超聲波催陳，對其影響因子進行單因素和正交試驗，并與自然陳釀3個月枇杷醋的品質進行比較。試驗結果表明：超聲波處理能提高枇杷果醋總酯的含量，對總酸、氨基態(tài)氮的影響較小，并能使枇杷果醋的口感柔和、香氣濃郁，與自然陳釀3個月的品質相當。李維新[14]以新鮮全汁枇杷果醋為原料，分析了臭氧在枇杷果醋中的溶解特性和穩(wěn)定性；以果醋總酯含量為催陳效果指標，采用正交試驗優(yōu)化了枇杷果醋臭氧催陳工藝。 高壓脈沖電場以其良好的應用特性而被國內外學者廣泛研究，成為當前最有前途實現(xiàn)工業(yè)化應用的冷殺菌方法之一[19]。將食品置于帶有兩個電極的處理室中，給予高壓電脈沖，形成脈沖電場，作用于處理室中的食品，從而殺滅微生物和鈍化酶活性，使食品得以長期貯藏。相比于熱力殺菌，脈沖電場具有顯著優(yōu)點：處理溫度低，可以在常溫下或更低的溫度下進行殺菌；殺菌時間非常短，通常是幾十微秒便可以完成；節(jié)省能源，不需要加熱，不會污染環(huán)境；對產(chǎn)品的色、香、味和營養(yǎng)成分沒有破壞，能保持產(chǎn)品的新鮮度[20]。美國、德國、荷蘭、日本等國已對PEF技術的基礎和應用進行了多年的研究，有些實驗己進入中試階段，而我國在相關領域的研究也逐漸增加。 廖小軍等[21]研究PEF殺菌滅酶效果和對蘋果汁品質的影響。發(fā)現(xiàn)PEF處理后大腸桿菌與釀酒酵母細胞發(fā)生明顯變化，表面粗糙、褶皺,原生質收縮、團聚、分布不均勻，出現(xiàn)質壁分離。大腸桿菌細胞壁和細胞膜局部變得模糊，部分細胞原生質大量或全部流失，剩下細胞壁和細胞膜，表明PEF對這兩種微生物具有很好的殺滅效果；此外還發(fā)現(xiàn)PEF很好的保留了蘋果汁的色澤、風味。楊穎等[22]研究了高壓脈沖電場(PEF)對百合混汁的滅菌效果。發(fā)現(xiàn)當電場強度達到30 kV/cm時，滅菌效果非常顯著，處理時間為400μs時菌落總數(shù)已降低了4個對數(shù)值，并且表示經(jīng)PEF處理后的百合混汁的理化指標沒有明顯的變化，其原有品質被較好的保存。曾新安等[23]研究不同電場強度和處理時間的脈沖電場(PEF)對荔枝汁中釀酒酵母菌的殺滅效果，并探討能量輸入對釀酒酵母殺滅效果的影響。結果顯示：電場強度的增大和處理時間的延長均能增大釀酒酵母的菌數(shù)減少指數(shù)；對不同生長時期釀酒酵母進行殺菌，表明荔枝汁中處于4個不同生長時期的釀酒酵母對電場敏感度不同，由強到弱依次為穩(wěn)定期對數(shù)期衰亡期調整期。PEF對釀酒酵母的滅菌效果隨著電場能量輸入的增加而增強。 研究表明PEF能夠很好的保留橘類果汁的品質。Yeom等[24]人對比了脈沖電場(35kV/cm，35μs)與巴氏加熱(94.6℃，30s)對橙汁質量的影響，研究發(fā)現(xiàn)PEF處理的橙汁在維生素與代表性五種風味物質的保留上明顯高于熱處理組。此外，PEF處理組的在色澤等方面也優(yōu)于熱處理組。Zeng等[25]研究脈沖電場與超聲技術對葡萄柚汁的質量影響，結果表明聯(lián)合這兩種技術對從pH、酸度、糖度與導電率沒有多大影響，但可以明顯改善果汁的粘度與色度。Cserhalmi等[26]也進行了類似的研究，發(fā)現(xiàn)脈沖電場處理過的葡萄柚汁、檸檬汁、橙子汁、橘子汁與對照組(未處理)在很多物化性質上沒有差異。 此外，有報道表示脈沖電場對酒類的陳釀等方面有明顯作用。Zeng等[26]發(fā)現(xiàn)脈沖電場能夠明顯的加速白蘭地酒的熟化過程，相比于對照組，脈沖電場處理的白蘭地酒的單寧量、總酚含量以及揮發(fā)性酚類和酯類的量都明顯的增加，而一些有害化合物如乙醛、乙縮醛以及高級醇的量都有所降低。 1.3. 本項目的科學意義 因此為了降低果醋的生產(chǎn)成本，改善其產(chǎn)品品質以及縮短陳釀周期，提高生產(chǎn)效率，發(fā)展更為有效的對果醋進行滅菌與加速陳釀對于果醋行業(yè)的發(fā)展具有重要意義。目前，關于脈沖電場對果醋滅菌及其陳釀過程中的作用的研究鮮有報道。本課題擬研究電場對果醋進行滅菌處理，分析其處理后品質的變化以及分析該方法與常規(guī)加熱滅菌的優(yōu)劣；此外擬研究脈沖電場對果醋陳釀的作用。 1.4. 主要參考文獻 [1] 鮑金勇, 王娟, 林碧敏, 等. 我國果醋的研究現(xiàn)狀, 存在的問題及解決措施[J]. 中國釀造, 2006, 25(10): 1-4. 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Innovative Food Science & Emerging Technologies, 2006, 7(1): 49-54. 二、研究內容、研究目標 2.1 研究目標 優(yōu)化PEF條件如時間、電壓強度等，使果醋殺菌效果達到產(chǎn)品要求，系統(tǒng)研究PEF對釀酒酵母和醋酸菌的殺滅效果、PEF與熱處理方法后果醋的成分變化，探討PEF對陳釀過程中品質的影響。 2.2. 研究內容 (1) 對釀酒酵母和醋酸菌殺滅效果。 (2) 對比幾種滅菌方式的滅菌效果。 (3) 分析PEF與熱處理后果醋的成分變化，如芳香酯類、醇類、多酚類物質等 (4) 陳釀過程中果醋品質的影響，如色度，口感，香味等 (5) 分析PEF對果醋陳釀過程中成分的變化。 三、擬采取的研究方法、技術路線、可行性分析 3.1． 研究方法 (1) 采用PEF電場強度和脈沖數(shù)、熱處理對釀酒酵母和醋酸菌的滅菌處理。涉及微生物的培養(yǎng)與計數(shù)的方法包括微生物接種與培養(yǎng)、微生物OD值測定、平板計數(shù)等。 (2) 一般指標主要包括總酸、可溶性固形物、透明度，方法主要有滴定實驗、折光儀的測定、紫外可見分光光度計等。 (3) 采用頂空固相微萃取結合氣相色譜-質譜聯(lián)用( SPME-GC/MS) 的分析果醋香氣成分，并用主成分分析法( PCA) 對香氣成分進行分析，建立果醋香氣質量評價模型，并用該模型對果醋香氣質量進行了評價。 3.2. 技術路線 3.3. 可行性分析 (1) 理論上和方法上的可行性：果醋的滅菌與陳釀過程是保證其品質的重要過程。目前關于果醋的滅菌和催陳研究較少，而找到合適的方法對果醋行業(yè)的發(fā)展具有重大意義。此外關于脈沖電場滅菌的研究已取得一定的進展，而且有報道其對酒類的催陳具有明顯的促進作用，綜合分析該技術運用果醋的滅菌和陳釀過程在理論上具有可行性。 (2) 有良好的團隊構成與設備保證：本人所申請的團隊在電場技術上具有成熟的技術和理論基礎。近年來，該團隊在脈沖電場技術運用于食品行業(yè)上取得了重大進展。此外該團隊所在單位具有開展本項目研究的硬件條件，擁有多種國內外先進儀器設備。 四、預期目標 (1) 弄清脈沖電場與熱處理滅菌效果，以及脈沖電場對果醋質量的影響 (2) 進一步闡明脈沖電場的可能滅菌機制。 (3) 弄清脈沖電場在果醋陳釀過程中的作用。 精選word范本！