基本信息
- 項目名稱：
- 綠色食品脫硫劑--生物催化劑脫除食品中二氧化硫的研究
- 小類：
- 生命科學(xué)
- 簡介：
- 食品中二氧化硫殘留量超標而引發(fā)的安全問題日趨引起了社會上的重視。本項目針對這個難題，從特定的植物組織中提取具有生物活性的細胞器——葉綠體作為生物催化劑，在葉綠體對外源性亞硫酸鹽的代謝調(diào)控機制指導(dǎo)下，研究降低或清除食品加工中殘留的亞硫酸鹽的方法，達到安全、經(jīng)濟、高效地清除殘留的亞硫酸鹽的目的，使其清除率達到94.85%。該項目為解決食品加工中的重大安全問題提供了一種新的方法，具有廣闊的應(yīng)用前景。
- 詳細介紹：
- 為了更好地解決食品加工中因亞硫酸鹽的過量使用導(dǎo)致食品中二氧化硫殘留含量超標而引發(fā)的食品安全問題，從菠菜中提取并制備葉綠體，利用葉綠體中的代謝途徑將外源性亞硫酸鹽進行氧化還原反應(yīng)，將亞硫酸轉(zhuǎn)化為無毒的硫酸鹽。 本課題通過研究生物催化劑催化亞硫酸鹽氧化還原反應(yīng)的動力學(xué)模型，從而揭示葉綠體對外源性亞硫酸鹽的代謝調(diào)控機制，并在該機制的指導(dǎo)下，研究了葉綠體反應(yīng)pH值、反應(yīng)時間、1%的葉綠體溶液用量三者分別對葉綠體脫除NaHSO3效果的影響。同時，根據(jù)單因素試驗結(jié)果，采用響應(yīng)面分析三因素（反應(yīng)pH值、反應(yīng)作用時間、1%的葉綠體溶液用量）對NaHSO3的脫除條件進行優(yōu)化。 本課題通過單因素試驗以及響應(yīng)面分析試驗優(yōu)化，確定葉綠體脫除NaHSO3的最佳條件是：pH為8.07，反應(yīng)時間為3h，葉綠體和NaHSO3用量比為1:250（m/m），在此優(yōu)化條件下，SO2脫除率可達到94.85%。同時，光照、氧氣和震蕩等處理對亞硫酸鹽的氧化反應(yīng)具有0良好的促進作用。 將研究結(jié)果應(yīng)用于荔枝酒和杏脯的脫除SO2的實驗中，得到顯著的效果。當pH值為6.95，反應(yīng)時間為345min，葉綠體濃度為345ppm,對荔枝酒中初始有效含量為300ppm的SO2脫除率可高達97.07％。而在杏脯中，加入超聲波輔助技術(shù)，當pH值為7.0，反應(yīng)時間為5h，葉綠體濃度為300mg/kg,杏脯的SO2脫除率可高達89.97％. 這達到安全、經(jīng)濟、高效清除（降低）食品加工過程中殘留亞硫酸鹽的目的，使得食品中二氧化硫殘留量達到符合標準的范圍內(nèi)。該課題的研究適用于食品(如木耳、粉絲、罐頭、蘑菇、葡萄酒等)、藥材（如淮山、玉竹等）等加工過程中的二氧化硫殘留嚴重的領(lǐng)域，市場需求量巨大，具有重要的理論意義和良好的實際應(yīng)用前景。
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作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 目的：利用生物技術(shù)方法進行安全、經(jīng)濟、高效清除（降低）食品加工過程中殘留亞硫酸鹽。 基本思路：從生活中發(fā)現(xiàn)很多食品中二氧化硫殘留超標，需要一種高效而安全的脫硫方法，從菠菜組織中提取并制備一種具有生物活性的細胞器?——葉綠體作為一種生物催化劑，利用葉綠體中的代謝途徑將外源性亞硫酸鹽進行氧化還原反應(yīng)，將亞硫酸轉(zhuǎn)化為無毒的硫酸鹽。
科學(xué)性、先進性及獨特之處
- (1)目前國內(nèi)還沒有關(guān)于利用葉綠體的功能特性開展功能應(yīng)用研究的報道，該項目把葉綠體作為一種生物催化劑應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)中，為細胞器的開發(fā)利用與功能應(yīng)用研究奠定了基礎(chǔ)； (2)研究葉綠體作為一種生物催化劑的催化性能以及對外源性亞硫酸鹽的代謝調(diào)控機制，并建立代謝調(diào)控動力學(xué)模型； (3)以亞硫酸鹽在生物催化劑中的代謝調(diào)控機制為指導(dǎo)，開發(fā)出一種利用生物催化劑清除食品中二氧化硫殘留的技術(shù)條件與方法。
應(yīng)用價值和現(xiàn)實意義
- 由于食品加工中亞硫酸鹽的過量使用導(dǎo)致食品中二氧化硫殘留含量超標而引發(fā)的食品安全問題嚴重，本項目針對食品中二氧化硫殘留超標的難題，擬采用生物技術(shù)方法進行解決，安全、經(jīng)濟、高效清除（降低）食品加工過程中殘留亞硫酸鹽。 在項目實驗中，荔枝酒、杏脯等食品的二氧化硫脫除率達到90%。
學(xué)術(shù)論文摘要
- 為了解決因二氧化硫殘留含量超標引發(fā)的食品安全問題，從菠菜中提取葉綠體，利用其代謝途徑將外源性亞硫酸鹽進行氧化還原反應(yīng)，將亞硫酸轉(zhuǎn)化為無毒的硫酸鹽。 通過研究生物催化劑催化亞硫酸鹽氧化還原反應(yīng)的動力學(xué)模型，從而揭示葉綠體對外源性亞硫酸鹽的代謝調(diào)控機制，在其指導(dǎo)下進行單因素試驗和響應(yīng)面分析試驗優(yōu)化，確定葉綠體脫除NaHSO3的最佳條件：pH=8.0，反應(yīng)時間為3h，葉綠體和NaHSO3用量比為1:250，在此條件下，其脫除率可達到94%。同時，光照、氧氣和震蕩等處理均有促進作用。 將研究結(jié)果應(yīng)用于荔枝酒和杏脯中有顯著的效果。當pH=6.9，反應(yīng)時間為345min，葉綠體濃度為345ppm，對荔枝酒中的SO2脫除率可高達97％。杏脯中（在超聲波輔助技術(shù)下），當pH=7.0，反應(yīng)時間為5h，葉綠體濃度為300mg/kg，SO2脫除率可高達90％。 這達到安全、經(jīng)濟、高效清除（降低）食品加工過程中殘留亞硫酸鹽的目的，使其二氧化硫殘留量合符標準。該課題的研究適用于食品(木耳、粉絲、葡萄酒等) 、藥材(淮山、玉竹等)等加工中的二氧化硫殘留嚴重的領(lǐng)域，市場需求量巨大，具有良好的實際應(yīng)用前景。
獲獎情況
- 第十一屆“挑戰(zhàn)杯”廣東省大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽二等獎
鑒定結(jié)果
- 暫無
參考文獻
- （1）黃國平. 食品中脫除SO2方法研究進展[J]. 食品科技, 2007(12): 19-22. （2）王向麗, 黃國平, 溫其標. 生物催化劑脫除食品中SO2初探[J]. 2008-10-08, （3）趙德陽, 王進, 陳勇. 荔枝烈酒去除SO2方法探討[J]. 釀酒科技, 2007,(4):58-59 （4）Robert Hansch, Ralf R. Mendel. Sulfite oxidation in plant peroxisomes[J]. Photosynthesis Research, 2005, 86: 337–343
同類課題研究水平概述
- 國內(nèi)近年來開展的脫硫技術(shù)研究主要是針對環(huán)境污染，有關(guān)脫除食品中二氧化硫的技術(shù)研究鮮見報道。通常降低果脯中二氧化硫含量的方法有加熱和攪拌的物理方法，但是傳統(tǒng)的方法存在效率低、溶劑污染環(huán)境等問題?；瘜W(xué)方法中的離子交換法和化學(xué)氧化法都能夠?qū)⒍趸蚍蛛x出來，但是對其風味有不良影響，可能導(dǎo)致產(chǎn)品品質(zhì)的下降。 國外關(guān)于降低食品中二氧化硫殘留的研究，主要集中在發(fā)酵果酒方面，特別是葡萄酒。有關(guān)降低發(fā)酵類果酒中二氧化硫殘留的研究，國外已有大量報道，歸納起來主要有以下3種方法：離子交換法、化學(xué)氧化法、酶法。
