غيرفعال سازي آنزيم پكتين متيل استراز موجود در آب هويج - كيوي طي فرايند حرارتي

Investigation of pectin methylesterase inactivation during thermal processing of carrot-kiwi juice

در اين پژوهش، با تركيب آب هويج و كيوي محصولي جديد با ارزش غذايي بالا توليد شد. كدورت در آب هويج-كيوي يك ويژگي مطلوب به شمار مي رود كه پكتين موجود در عصاره مهم ترين عامل ايجاد آن است. آنزيم پكتين متيل استراز با تجزيه-ي پكتين، موجب از بين رفتن كدورت محصول مي شود. فرايند حرارتي مرسوم ترين روش جهت غيرفعال سازي اين آنزيم است. هدف از اين پژوهش، بررسي سينتيك غيرفعال سازي پكتين متيل استراز موجود در آب هويج- كيوي طي فراوري حرارتي در دماهاي مختلف است. مواد و روش ها جهت مطالعه ي غيرفعال سازي آنزيم پكتين متيل استراز، ابتدا آب هويج-كيويي در حمام آب گرم در دما هاي 60، 70، 80 و 90 درجه سانتي گراد، در بازه هاي زماني مختلف (متناسب با دما) حرارت دهي شد. طي فراوري حراتي، ميزان فعاليت اين آنزيم بر اساس روش ارائه شده توسط كيم بال (1991) اندازه گيري شد. شاخص D، شاخص Z و همچنين پارامتر هاي ترموديناميكي مربوط به تخريب حرارتي پكتين متيل استراز نيز تخمين زده شدند. يافته ها بر اساس نتايج به دست آمده، ميزان شاخص Z انواع حساس و مقاوم به حرارت پكتين متيل استراز موجود در آب هويج-كيوي به ترتيب معادل 85/17 و 27/22 درجه سانتي گراد تخمين زده شد. ميزان انرژي فعال سازي مورد نياز جهت شروع غيرفعال سازي انواع حساس و مقاوم به حرارت پكتين متيل استراز موجود در آب هويج-كيوي به ترتيب معادل 83/356 كيلو ژول بر مول و 17/257 كيلو ژول بر مول محاسبه شد. ميزان انتالپي غيرفعال سازي انواع حساس به حرارت (1/354 تا 8/353 كيلو ژول بر مول) و مقاوم به حرارت (4/254 تا 1/254 كيلو ژول بر مول) تعيين شد. طي فراوري آب ميوه، ميزان انتروپي براي تخريب دو نوع حساس و مقاوم به حرارت به ترتيب برابر 79/0 تا 73/0 و 47/0 تا 43/0 تخمين زده شد. همچنين طي فراوري حرارتي، انرژي آزاد گيبس مربوط به غيرفعال سازي انواع حساس به حرارت پكتين متيل استراز (1/91 تا 3/87) و مقاوم به (حرارت 9/97 تا 0/97) نيز محاسبه گرديد. اين نتايج نشان دهنده-ي اثر تغيير دما بر ساختار پروتئيني اين آنزيم است. علاوه بر اين نيز، ميزان درصد موثر مرحله ي افزايش دماي محصول در تخريب حرارتي انواع حساس (%22 تا %55) و مقاوم به حرارت (%26 تا %66) پكتين متيل استراز موجود در آب هويج-كيوي محاسبه شد. نتيجه گيري با كاهش دماي مورد نياز جهت فراوري حرارتي آب هويج از طريق تركيب آن با كيوي و در نتيجه تعديل pH محصول و همچنين بررسي اثر مرحله ي افزايش دماي محصول بر غيرفعال سازي پكتين متيل استراز، مي توان از حرارت دهي بيش از حد فراورده و در نتيجه افت ارزش غذايي، خواص حسي و كيفي و نيز اتلاف انرژي طي فراوري حرارتي آب ميوه جلوگيري نمود.

Background and objectives: Turbidity is a desirable property in some juices such as carrotkiwi juice that is influenced by the presence of released pectin. Pectin methylesterase (PME) causes turbidity loss in the juice because of desterification of the pectin. Thermal processing is the most common method to PME inactivation. The aim of this study was investigation of PME inactivation during thermal processing of carrot-kiwi juice at different temperature. Materials and methods: To study the PME inactivation, the carrot-kiwi juice was heated at 60, 70, 80 and 90 ℃ at different time (proportional to the temperature). D and Z-value and thermal dependence kinetic parameters consisting of activation energy (Ea), enthalpy (ΔH), entropy (ΔS) and free energy (ΔG) of the thermal inactivation of PME were calculated. Results: Based on the obtained results, the Z-values of heat sensitive and heat resistant isoforms of PME in the juice during processing at 60, 70, 80 and 90 °C were calculeted 17.85 °C and 22.27 °C, respectively. The required Ea to inactivate the heat sensitive and heat resistant isoforms of PME in the carrot-kiwi juice were 356.83 kJ/mol and 257.17 kJ/mol, respectively. Also, enthalpy for inactivation of the heat sensitive and heat resistant isoforms ranged between 354.1 to 353.8 kJ.mol-1 and 254.4 to 254.1 kJ.mol-1,respectively. During the juice thermal processing, the entropy of the inactivation of the heat sensitive and heat resistant isoforms were calculated 0.79 to 0.73 K-1.kJ.mol-1 and 0.47 to 0.43 K-1.kJ.mol-1, respectively. The free energy related to the inactivation of the heat sensitive (91.1 to 87.3 kJ.mol-1) and heat resistant (97.9 to 97.0 kJ.mol-1) isoforms of PME were measured. These results represent the effect of temperature on the protein structure of the PME. In addition, the effectiveness percentage of the come up time (CUT) on inactivation of the heat sensitive and heat resistant isoforms of PME in the carrot- kiwi juice were computed. Conclusion: By considering the effect of come up time and thermal resistance of the heat sensitive isoform of PME, the required pasteurization time for carrot- kiwi juice at 75, 80, 85, 90 and 95 ℃ were 22.14, 11.61, 6.09, 3.19 and 2.01 min, respectively.