基于耗散结构的T/P-SAEW并联加工对E.coli协同杀菌效应熵驱动机制的动力学研究
批准号:
32060573
项目类别:
地区科学基金项目
资助金额:
35.0 万元
负责人:
和劲松
依托单位:
学科分类:
食品安全与品质控制
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
和劲松
中文摘要
如何在确保杀菌效果的同时,有效降低杀菌处理对食品可能的负面影响?针对这一问题,项目组提出:通过技术组合,在杀菌效果靶向增强的同时,实现负面影响的多靶点分散削弱。前期工作中围绕微酸性电解水与热杀菌或高压杀菌的并联组合,发现了“1+1>2”模式的协同杀菌效应(SSE),并提出SSE的熵驱动假说。本项目将围绕SSE熵驱动机制这一科学问题,以代谢网络信息完整的E.coli为对象,通过对杀菌过程的表观动力学分析,建立SSE发生的动力学判据;进而基于耗散结构理论,构建胞内物质流网络攻击模型,探讨介观个体杀灭过程与表观群体杀菌过程的统计关系,据此建立杀菌过程的熵驱动理论;然后通过对不同技术所引发热力学流与热力学力的耦合作用分析,揭示SSE的熵驱动机制;最后基于E.coli代谢网络,利用神经网络模拟,探讨熵增率的节点分布及其时间演化,阐明SSE的生物学基础。相关成果为新型绿色杀菌技术的开发提供理论支撑。
英文摘要
The single sterilization technique can not only enhance its sterilization effect, but also increase the negative effect on food. In response to this problem, the project team proposed a combination of technologies to achieve targeted enhancement of the sterilization effect while controlling negative effects. In the previous work, the project team found the phenomenon of synergistic sterilization effect which satisfies the "1+1>2" mode under the parallel processing of slightly acidic electrolyzed water with heating or pressurization, and hypothesized that the synergistic sterilization effect is the result of entropy driven. This project will study on this scientific problem of entropy driving mechanism of synergistic sterilization effect. Firstly, study on the apparent kinetics of sterilization process and establish the kinetic criterion of synergistic sterilization effect. And then, based on the dissipative structure model, the statistical relationship between mesoscopic individual sterilization process and apparent population sterilization process was explored, to establish the entropy driving theory of sterilization process. And through the coupling analysis of thermodynamic flow and thermodynamic force caused by different technologies, the entropy driving mechanism of synergistic sterilization effect is revealed. Finally, based on E.coli metabolic network, artificial neural network simulation is used to explore the network node distribution and time evolution of entropy increase rate, and clarify the biological basis of synergistic sterilization effect. The results have guiding significance for the development of new green sterilization technology.
随着现代食品产业的发展,开发遵循“最小加工、最少剂量、最佳效果”这一绿色加工新理念的新型杀菌技术具有重要意义,如何在确保杀菌效果的同时,减小加工强度(能耗),减少添加剂量,有效降低杀菌处理对食品的负面影响?保证食品的营养与品质,针对这一问题,本项目提出了通过中温、超高压、微酸性电解水处理等技术组合,在杀菌效果靶向增强的同时,实现负面影响的多靶点分散削弱。基于前期工作,发现了微酸性电解水与热杀菌或高压杀菌的并联组合下,存在“1+1>2”模式的协同杀菌效应,并提出了协同杀菌效应的熵驱动假说。本项目围绕协同杀菌效应的熵驱动机制这一科学问题,以代谢网络信息完整的E.coli为对象,通过对杀菌过程的表观动力学分析,建立杀菌过程的熵表征理论;进而基于耗散结构理论,探讨介观个体杀灭过程与表观群体杀菌过程的统计关系,据此建立杀菌过程的熵驱动理论;通过对不同技术所引发热力学流与热力学力的耦合作用分析,最后揭示协同杀菌效应的熵驱动机制。结果表明,阐释了微生物介观个体杀灭过程的内禀随机性,以及表观群体杀菌过程的熵驱动机制,构建了杀菌过程的熵表征理论,即杀菌过程的熵变ΔS与微生物的存活数量N满足:ΔS=-ln(N),表观群体杀菌过程是一个熵增加过程。一定条件下的杀菌过程,是一个偏离耗散结构的远热力学非平衡定态,杀菌过程由最小熵产生驱动。热杀菌过程中,个体杀灭过程的内禀随机性表现如下:1)过程中能量守恒;2)个体之间的死亡不相关;3)过程的无记忆性。微酸性电解水与热杀菌或高压杀菌的并联组合下的协同杀菌效应,是多场作用下不同热力学力的耦合结果,并且协同杀菌效应受时空对称性约束。构建了协同杀菌效应参数区间的数学模型及求解方法,通过优化参数,开发基于协同杀菌效应的并联杀菌新技术,并应用于鲜切果蔬等实际产品的杀菌应用,取得好的杀菌效果。相关成果为新型绿色杀菌技术的开发提供了理论支撑。
并联加工对马铃薯主食产品中丙烯酰胺形成的协同抑制效应及其动力学研究
-
批准号:31860474
-
项目类别:地区科学基金项目
-
资助金额:38.0万元
-
批准年份:2018
-
负责人:和劲松
-
依托单位:
高压诱导乳清蛋白质凝胶化中相分离的动力学研究
-
批准号:31371875
-
项目类别:面上项目
-
资助金额:60.0万元
-
批准年份:2013
-
负责人:和劲松
-
依托单位:
国内基金
海外基金