极端高静压对果蔬质构影响的作用机制

Traditional thermal processing can induce quality changes of fruit and vegetable products, such as texture softening and hardness decrease. Ultra high pressure (UHP) is a non-thermal processing technology commercially, due to its minimal effects on quality. Recently, the research mainly focused on the changes of fresh-cut fruit and vegetable texture, enzymatic activity related to the texture and cellular microstructure below 1000MPa. However,this unique technology can hardly inactivate some endogenous enzyme and baro-resistant spores with limited application in low-acid food. The objective of this study is to evaluate the related endogenous enzymatic activity affecting carrot texture and the changes in texture, microstructure and cell wall component in extreme high pressure processing (>1000MPa). According to analyse the effect of callus mechanism on fresh-cut carrot during the storage, further explain the possible mechanism of better texture retention of extreme high pressure treated fresh-cut carrot. The study is positive for fruits and vegetables processing technology, it can provide theoretical and practical value to some extent.

传统热杀菌技术会导致加工果蔬制品质构软化、硬度降低，严重影响果蔬产品品质。超高压（ultra high pressure, UHP）杀菌技术作为一项已经产业化的非热加工技术，能较好地保持果蔬品质。但目前，UHP对果蔬质地的影响主要集中于鲜切果蔬质构、相关酶活及细胞微观结构变化的研究，且所用压力均低于1000MPa，不能有效钝化果蔬中的内源酶及耐压的芽孢，限制了其在低酸性食品中的应用。本项目以胡萝卜为研究对象，利用极端高压技术（大于1000MPa）对其进行处理，系统研究极端高压处理后胡萝卜质构相关内源酶、细胞形态结构及细胞壁组分变化的影响，并通过研究贮藏过程中果蔬愈伤机制对质构的影响，探讨极端高压对胡萝卜质构的影响机制，为推动UHP技术在果蔬加工中的应用提供理论依据。项目具有重要的理论意义和实际应用价值。

摘要：作为一项应用广泛的非热加工技术，高静压技术(HHP)在果蔬营养、感官品质的保持和安全品质的保证等方面展现出了极大的优势。但目前对果蔬质构的研究主要集中于600 MPa以下的压力，在此压力下不能有效钝化内源性酶活和耐压的芽孢。本项目利用自主研发的极端高静压设备，研究了700 MPa以上处理压力对胡萝卜和莴笋质构的影响。利用仪器测定和感官评价法综合评价质构特征，从细胞形态和超微结构特征、细胞膜的损伤以及细胞壁果胶的变化共同探讨质构变化的机制。结果表明，极端高静压处理后，胡萝卜和莴笋的硬度显著下降。光学显微镜和透射电镜观察发现，极端高静压下细胞形态无规则程度随压力增加而增大，细胞溃散，细胞膜结构消失，胞间隙果胶降解，细胞分离。二氨基联苯胺(DAB)染色、过氧化氢含量以及相对电导率结果表明，800-1200 MPa下细胞膜氧化损伤严重，膜通透性显著增加。此外，质构的变化还与果胶组分的特性与分布相关。极端高压处理后，半乳糖醛酸含量增加，果胶酯化度下降，碱溶性果胶含量增加。果胶的点免疫分析和原位免疫标记结果表明，极端高静压使分支状果胶降解，低酯化果胶主要分布于胞间层，在细胞粘连中起重要作用。高效液相色谱分析和红外光谱扫描发现果胶分子量分布和所含多糖类型在极端高压下未发生改变。极端高静压下内源性酶活如过氧化物酶(POD)和聚半乳糖醛酸酶(PG)被钝化，但果胶甲酯酶(PME)的钝化需要1100 MPa以上压力才能实现。贮藏期内细胞愈伤机能通过产生更多的POD抵抗高压应激，质构的下降与果胶的降解有关。综合以上结果，提出了极端高压下质构变化的可能机制，即细胞形变、细胞膜损伤以及细胞壁果胶理化性质改变共同引起了宏观质构的变化。极端高静压下质构改变机制的初步明确，帮助我们从微观结构充分认识构成果蔬质构的要素及其在极端高压下的变化特征，为极端高静压下质构保持策略的研究提供重要基础数据，推动广度压力范围(100-1200 MPa)的高静压技术在食品加工中的合理应用。