超高壓食品加工技術淺析

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超高壓食品加工技術是指以液體作為壓力傳遞介質（通常以水為加壓介質），在靜高壓100-1000MPa和一定溫度下處理適當時間，使食品中的酶、蛋白質、淀粉等生物分子失活、變性或糊化，以達到滅酶、殺菌和改善食品功能等目的（圖1）。

1.超高壓食品加工技術原理及作用特點

超高壓食品加工技術是一個物理過程，在處理食品時主要遵循兩個原理，即帕斯卡原理和勒夏特勒原理。帕斯卡原理認為，食品高壓處理過程中，壓力以同一數值沿各個方向傳遞到介質流體中所有流體質點，使得食品受壓均勻，壓力傳遞速度極快，與食品的形狀和體積無關，且不存在壓力梯度。勒夏特勒原理是指反應平衡將朝著減小施加于系統的外部作用力影響的方向進行，即超高壓處理會使食品成分中發生的理化反應向著最大壓縮狀態的方向進行，從而食品中反應平衡，反應速率，以及分子構象變化等。超高壓食品加工技術的最大特點是純物理過程，瞬間將壓力均勻地傳到食品的中心，操作安全、耗能低、無“三廢”污染，有利于生態環境可持續發展。超高壓技術是在常溫或較低的溫度下進行，不會對食品產生熱損傷，而且只破壞形成大分子立體結構的非共價鍵（氫鍵、離子鍵、疏水鍵和水合作用等），而對形成小分子物質（如色素、維生素等）的共價鍵幾乎沒有影響，同時能夠激活或滅活食品中自身存在的酶，提高食品品質。因此，超高壓處理既可以保留天然風味、色澤以及原有的營養價值，又可以殺死微生物、鈍化酶，延長食品的貨架期。超高壓處理技術與傳統熱處理技術相比較，其特點如表1所示：

2.超高壓技術對食品的影響

2.1超高壓技術對食品中蛋白質和酶的影響

壓力對蛋白質的影響是超高壓研究中的一個重要組成部分。超高壓作用下蛋白質的分子體積被壓縮變小，改變分子非共價鍵，引起蛋白質的解聚、分子結構伸展等變化，從而影響蛋白質的溶解性、乳化性、凝膠性、起泡性等性質。低于800MPa的壓力會造成蛋白質分子的空間結構的改變，其中四級結構最為敏感，三級結構次之，二級結構則改變較??；高于800MPa，蛋白質分子的一級結構也會受到影響。酶作為一種特殊的蛋白質，超高壓可以破壞維持蛋白質三級結構的鹽鍵、疏水鍵以及氫鍵等各種次級鍵，導致空間結構崩潰，發生變性，而三級結構是酶活性中心的基礎。因此，超高壓對酶蛋白的構象的改變或破壞，會影響酶的活性。研究表明，超高壓對酶活性的影響分為兩個方面：一方面較低的壓力會破壞完整組織中酶與基質的膜隔離，增加酶與基質的接觸面積，提高酶的活性；另一方面，較高的壓力導致三級結構崩潰時，使酶的活性中心喪失或氨基酸組成發生改變，改變酶的催化活性。食品中常見的酶對壓力的耐受性從小到大依次為：脂肪氧化酶、乳過氧化物酶、果膠酯酶、脂酶、過氧化氫酶、多酚氧化酶、過氧化物酶。趙光遠等的研究表明壓力為400MPa時，激活了多酚氧化酶，當壓力高于600MPa，多酚氧化酶失去活性。袁根良等研究了超高壓對香蕉果肉多酚氧化酶和過氧化物酶的殘存率的影響，結果表明，55℃，480MPa保壓10min時，它們的殘存率分別達到0.90%和3.26%。

2.2超高壓技術對食品組織結構的影響

超高壓技術對食品組織結構的影響主要表現為食品中蛋白質和細胞結構的變化。楊慧娟等報道鴨胸肉及腿肉經超高壓處理，肌肉纖維組織內肌動蛋白和肌球蛋白的結合解離，造成肌肉剪切力的下降，可以提高肉的嫩度。對于水產品，超高壓處理引起蛋白質體積變小，形成立體結構的各種鍵切斷或重新形成，結果產生了變性，肉組織變得白濁、不透明，發生凝膠化和組織化。另外，超高壓也可以改變植物細胞的通透性，也可以使細胞內的代謝物和水分流到細胞外，進而引起化學反應，影響食品的品質。Tangwongchai等研究超高壓處理對番茄組織結構的影響，發現200MPa壓力幾乎沒有影響番茄的結構，隨著壓力升高，300MPa壓力下，細胞間會截留一些氣泡，500和600MPa時，截留氣泡消失，但細胞間的空間變大。

2.3超高壓技術對食品中營養成分的影響

食品中的營養成分通常包括糖類、脂類、有機酸、維生素以及少量的蛋白質和氨基酸、礦物質、膳食纖維等。超高壓技術對食品營養成分的影響主要依賴于自身營養成分的性質，前人研究發現超高壓一般對食品中各組分分子間的非共價鍵起作用，所以超高壓處理對食品中寡糖、有機酸、維生素、氨基酸和礦物質等的影響較小。超高壓力技術在加工淀粉時，液體介質在高壓下，遵循勒夏特勒原理，物系平衡高壓下呈體積減小趨勢，于是淀粉團粒靜水壓下呈體積減小，水分子和淀粉之間的勢能增加，促使淀粉糊化。一些研究認為，超高壓對脂類的影響是可逆的。陳迎春等指出脂類的耐壓能力較低，通常100-200MPa即可使其固化，但解除壓力后仍能復原，只是對油脂的氧化有一定的影響。Doblado等在室溫下，運用超高壓技術（300、400、500MPa，保壓15min）處理發芽4天和6天的豇豆種子，結果表明，維生素C含量分別達到23.3和25.2mg/100g（干重），分別降低了10%-28%和9%-14%。

2.4超高壓技術對食品中微生物的影響

超高壓對食品中微生物的影響主要表現為改變微生物細胞形態、結構、代謝反應及遺傳等方面。極高的流體靜壓會影響細胞的形態和結構；有學者利用電子顯微鏡觀察發現，30-40MPa壓力下，假單胞菌菌株的細胞外形變長、細胞壁變厚且質壁分離、細胞膜消失及細胞質出現明顯的網狀區域、核糖體數量減少、細胞分裂減慢等變化。與化學反應不同的是，生物體內所有的代謝反應都需要催化劑酶的參加；超高壓可以引起酶分子結構或活性中心構象的改變，影響酶的活性，進而影響微生物的代謝反應。

3.超高壓技術在食品中的應用

3.1超高壓技術在乳制品中的應用

乳制品加工中，超高壓技術主要用來滅活微生物，而不破壞乳制品的營養成分，其原理是利用核酸、蛋白質、多糖等生物大分子或細胞膜受超高壓的影響結構發生改變，影響微生物的生命活動而停止，從而達到殺菌或鈍化酶的目的。與傳統的熱處理方法相比，超高壓處理不會破壞牛乳中的熱敏性成分，而且能夠改善乳制品的品質，促進酪蛋白的消化吸收。趙光遠等研究發現牛乳殺菌效果取決于處理壓力的高低和保壓時間的長短，壓力越高，對牛乳的殺菌效果越好。肖楊等研究表明，在500MPa處理5-15min后，牛乳中的大腸菌群、霉菌、酵母等幾乎全被殺死，而且保壓時間越長，牛乳的殺菌效果越好。研究表明，超高壓處理乳制品殺菌，因微生物種類和試驗條件不同而有所差異。一般而言，細菌、霉菌、酵母營養體在300-400MPa壓力下可被殺死；病毒稍低壓力即可失活；芽孢桿菌屬的芽孢對壓力比本身營養體更具抵抗力，需要更高壓力才會被殺滅。類似于加熱殺菌中出現的低溫長時、高溫短時和超高溫瞬時殺菌，超高壓殺菌也分為低壓長時、高壓短時和超高壓瞬時殺菌，即壓力越高，處理所需時間越短。

3.2超高壓技術在果蔬品中的應用

果蔬品的加工是超高壓技術在食品工業最為成功的應用，同樣主要用于產品的殺菌作業。目前，日本、美國等發達國家已成熟運用超高壓技術，超高壓處理的果蔬品可以達到商業無菌狀態，且會產生新的風味或組成成分。除了殺菌應用外，改良食品品質也是超高壓技術在果蔬品的另一重要應用；芒果汁在25℃條件下，500MPa保壓20min后，檢測其香氣成分發現，超高處理使芒果汁的香氣成分含量發生變化，產生新的香氣成分（2-己烯醛和十八醛），芒果汁的香氣更加突出。日本明治屋食品公司采用室溫，400-600MPa壓力處理10-30min，生產草莓醬、蘋果醬等果醬，感官評價結果，加壓處理的果醬比加熱法的味道好。孫思成等報道500MPa壓力條件下處理10min能夠明顯改善大蒜產品的刺激性臭味和功能性營養品質。

3.3超高壓技術在肉制品中的應用

超高壓技術應用于肉制品主要包括改善食肉口感、滅菌、解凍等方面。相關研究發現，150MPa以上超高壓處理能促進肌原纖維小片化，促使肌肉蛋白分解加速，游離氨基酸增加，使食肉嫩化，提高保水性、促進熟成等。滅菌方面，大森丘報道，300MPa以上對肉制品常見腐敗菌大腸桿菌、彎曲桿菌、綠膿菌、沙門氏菌以及耶爾森菌等滅菌效果顯著，但對微球菌、葡萄糖球菌、腸球菌等則需更高的壓力，400MPa以上才開始減少，600MPa以上方可殺滅。有關肉制品解凍，研究發現5℃以下水作解凍熱媒體，壓力以100-150MPa為佳，與常壓解凍相比，不僅實現了快速解凍，而且汁液流失減少，肉色鮮艷、柔嫩，表里均一，有效地提高了解凍肉的品質。

4結語

超高壓技術作為當今食品加工技術的尖端科技，熱門食品加工技術之一，滿足了人們對食品營養和衛生的需求。但需要指出的是，超高壓食品加工技術仍然存在一些不足，如超高壓引起酶促變質的食品安全以及我國超高壓食品加工設備過分依賴進口，昂貴的成本制約了超高壓食品產業化。另外，超高壓處理食品成分的變化以及相互作用的關系尚不能完全明白。相信隨著超高壓食品加工技術研究和開發不斷深入，超高壓食品科學必將與中華飲食文明結合，由單一的“熱”處理為主，走向“熱”“壓”并舉的時代，有著廣闊的應用前景。

作者:左海萍 陳曉蘭 圣志存 單位:江蘇農牧科技職業學院