基本信息
- 项目名称：
- 绿色食品脱硫剂--生物催化剂脱除食品中二氧化硫的研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 生命科学
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 食品中二氧化硫残留量超标而引发的安全问题日趋引起了社会上的重视。本项目针对这个难题，从特定的植物组织中提取具有生物活性的细胞器——叶绿体作为生物催化剂，在叶绿体对外源性亚硫酸盐的代谢调控机制指导下，研究降低或清除食品加工中残留的亚硫酸盐的方法，达到安全、经济、高效地清除残留的亚硫酸盐的目的，使其清除率达到94.85%。该项目为解决食品加工中的重大安全问题提供了一种新的方法，具有广阔的应用前景。
- 详细介绍：
- 为了更好地解决食品加工中因亚硫酸盐的过量使用导致食品中二氧化硫残留含量超标而引发的食品安全问题，从菠菜中提取并制备叶绿体，利用叶绿体中的代谢途径将外源性亚硫酸盐进行氧化还原反应，将亚硫酸转化为无毒的硫酸盐。 本课题通过研究生物催化剂催化亚硫酸盐氧化还原反应的动力学模型，从而揭示叶绿体对外源性亚硫酸盐的代谢调控机制，并在该机制的指导下，研究了叶绿体反应pH值、反应时间、1%的叶绿体溶液用量三者分别对叶绿体脱除NaHSO3效果的影响。同时，根据单因素试验结果，采用响应面分析三因素（反应pH值、反应作用时间、1%的叶绿体溶液用量）对NaHSO3的脱除条件进行优化。 本课题通过单因素试验以及响应面分析试验优化，确定叶绿体脱除NaHSO3的最佳条件是：pH为8.07，反应时间为3h，叶绿体和NaHSO3用量比为1:250（m/m），在此优化条件下，SO2脱除率可达到94.85%。同时，光照、氧气和震荡等处理对亚硫酸盐的氧化反应具有0良好的促进作用。 将研究结果应用于荔枝酒和杏脯的脱除SO2的实验中，得到显著的效果。当pH值为6.95，反应时间为345min，叶绿体浓度为345ppm,对荔枝酒中初始有效含量为300ppm的SO2脱除率可高达97.07％。而在杏脯中，加入超声波辅助技术，当pH值为7.0，反应时间为5h，叶绿体浓度为300mg/kg,杏脯的SO2脱除率可高达89.97％. 这达到安全、经济、高效清除（降低）食品加工过程中残留亚硫酸盐的目的，使得食品中二氧化硫残留量达到符合标准的范围内。该课题的研究适用于食品(如木耳、粉丝、罐头、蘑菇、葡萄酒等)、药材（如淮山、玉竹等）等加工过程中的二氧化硫残留严重的领域，市场需求量巨大，具有重要的理论意义和良好的实际应用前景。
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作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 目的：利用生物技术方法进行安全、经济、高效清除（降低）食品加工过程中残留亚硫酸盐。 基本思路：从生活中发现很多食品中二氧化硫残留超标，需要一种高效而安全的脱硫方法，从菠菜组织中提取并制备一种具有生物活性的细胞器¬——叶绿体作为一种生物催化剂，利用叶绿体中的代谢途径将外源性亚硫酸盐进行氧化还原反应，将亚硫酸转化为无毒的硫酸盐。
科学性、先进性及独特之处
- (1)目前国内还没有关于利用叶绿体的功能特性开展功能应用研究的报道，该项目把叶绿体作为一种生物催化剂应用到工业生产中，为细胞器的开发利用与功能应用研究奠定了基础； (2)研究叶绿体作为一种生物催化剂的催化性能以及对外源性亚硫酸盐的代谢调控机制，并建立代谢调控动力学模型； (3)以亚硫酸盐在生物催化剂中的代谢调控机制为指导，开发出一种利用生物催化剂清除食品中二氧化硫残留的技术条件与方法。
应用价值和现实意义
- 由于食品加工中亚硫酸盐的过量使用导致食品中二氧化硫残留含量超标而引发的食品安全问题严重，本项目针对食品中二氧化硫残留超标的难题，拟采用生物技术方法进行解决，安全、经济、高效清除（降低）食品加工过程中残留亚硫酸盐。 在项目实验中，荔枝酒、杏脯等食品的二氧化硫脱除率达到90%。
学术论文摘要
- 为了解决因二氧化硫残留含量超标引发的食品安全问题，从菠菜中提取叶绿体，利用其代谢途径将外源性亚硫酸盐进行氧化还原反应，将亚硫酸转化为无毒的硫酸盐。 通过研究生物催化剂催化亚硫酸盐氧化还原反应的动力学模型，从而揭示叶绿体对外源性亚硫酸盐的代谢调控机制，在其指导下进行单因素试验和响应面分析试验优化，确定叶绿体脱除NaHSO3的最佳条件：pH=8.0，反应时间为3h，叶绿体和NaHSO3用量比为1:250，在此条件下，其脱除率可达到94%。同时，光照、氧气和震荡等处理均有促进作用。 将研究结果应用于荔枝酒和杏脯中有显著的效果。当pH=6.9，反应时间为345min，叶绿体浓度为345ppm，对荔枝酒中的SO2脱除率可高达97％。杏脯中（在超声波辅助技术下），当pH=7.0，反应时间为5h，叶绿体浓度为300mg/kg，SO2脱除率可高达90％。 这达到安全、经济、高效清除（降低）食品加工过程中残留亚硫酸盐的目的，使其二氧化硫残留量合符标准。该课题的研究适用于食品(木耳、粉丝、葡萄酒等) 、药材(淮山、玉竹等)等加工中的二氧化硫残留严重的领域，市场需求量巨大，具有良好的实际应用前景。
获奖情况
- 第十一届“挑战杯”广东省大学生课外学术科技作品竞赛二等奖
鉴定结果
- 暂无
参考文献
- （1）黄国平. 食品中脱除SO2方法研究进展[J]. 食品科技, 2007(12): 19-22. （2）王向丽, 黄国平, 温其标. 生物催化剂脱除食品中SO2初探[J]. 2008-10-08, （3）赵德阳, 王进, 陈勇. 荔枝烈酒去除SO2方法探讨[J]. 酿酒科技, 2007,(4):58-59 （4）Robert Hansch, Ralf R. Mendel. Sulfite oxidation in plant peroxisomes[J]. Photosynthesis Research, 2005, 86: 337–343
同类课题研究水平概述
- 国内近年来开展的脱硫技术研究主要是针对环境污染，有关脱除食品中二氧化硫的技术研究鲜见报道。通常降低果脯中二氧化硫含量的方法有加热和搅拌的物理方法，但是传统的方法存在效率低、溶剂污染环境等问题。化学方法中的离子交换法和化学氧化法都能够将二氧化硫分离出来，但是对其风味有不良影响，可能导致产品品质的下降。 国外关于降低食品中二氧化硫残留的研究，主要集中在发酵果酒方面，特别是葡萄酒。有关降低发酵类果酒中二氧化硫残留的研究，国外已有大量报道，归纳起来主要有以下3种方法：离子交换法、化学氧化法、酶法。
