超高压食品加工技术浅析

前言：想要写出一篇引人入胜的文章？我们特意为您整理了超高压食品加工技术浅析范文，希望能给你带来灵感和参考，敬请阅读。

超高压食品加工技术是指以液体作为压力传递介质（通常以水为加压介质），在静高压100-1000MPa和一定温度下处理适当时间，使食品中的酶、蛋白质、淀粉等生物分子失活、变性或糊化，以达到灭酶、杀菌和改善食品功能等目的（图1）。

1.超高压食品加工技术原理及作用特点

超高压食品加工技术是一个物理过程，在处理食品时主要遵循两个原理，即帕斯卡原理和勒夏特勒原理。帕斯卡原理认为，食品高压处理过程中，压力以同一数值沿各个方向传递到介质流体中所有流体质点，使得食品受压均匀，压力传递速度极快，与食品的形状和体积无关，且不存在压力梯度。勒夏特勒原理是指反应平衡将朝着减小施加于系统的外部作用力影响的方向进行，即超高压处理会使食品成分中发生的理化反应向着最大压缩状态的方向进行，从而食品中反应平衡，反应速率，以及分子构象变化等。超高压食品加工技术的最大特点是纯物理过程，瞬间将压力均匀地传到食品的中心，操作安全、耗能低、无“三废”污染，有利于生态环境可持续发展。超高压技术是在常温或较低的温度下进行，不会对食品产生热损伤，而且只破坏形成大分子立体结构的非共价键（氢键、离子键、疏水键和水合作用等），而对形成小分子物质（如色素、维生素等）的共价键几乎没有影响，同时能够激活或灭活食品中自身存在的酶，提高食品品质。因此，超高压处理既可以保留天然风味、色泽以及原有的营养价值，又可以杀死微生物、钝化酶，延长食品的货架期。超高压处理技术与传统热处理技术相比较，其特点如表1所示：

2.超高压技术对食品的影响

2.1超高压技术对食品中蛋白质和酶的影响

压力对蛋白质的影响是超高压研究中的一个重要组成部分。超高压作用下蛋白质的分子体积被压缩变小，改变分子非共价键，引起蛋白质的解聚、分子结构伸展等变化，从而影响蛋白质的溶解性、乳化性、凝胶性、起泡性等性质。低于800MPa的压力会造成蛋白质分子的空间结构的改变，其中四级结构最为敏感，三级结构次之，二级结构则改变较小；高于800MPa，蛋白质分子的一级结构也会受到影响。酶作为一种特殊的蛋白质，超高压可以破坏维持蛋白质三级结构的盐键、疏水键以及氢键等各种次级键，导致空间结构崩溃，发生变性，而三级结构是酶活性中心的基础。因此，超高压对酶蛋白的构象的改变或破坏，会影响酶的活性。研究表明，超高压对酶活性的影响分为两个方面：一方面较低的压力会破坏完整组织中酶与基质的膜隔离，增加酶与基质的接触面积，提高酶的活性；另一方面，较高的压力导致三级结构崩溃时，使酶的活性中心丧失或氨基酸组成发生改变，改变酶的催化活性。食品中常见的酶对压力的耐受性从小到大依次为：脂肪氧化酶、乳过氧化物酶、果胶酯酶、脂酶、过氧化氢酶、多酚氧化酶、过氧化物酶。赵光远等的研究表明压力为400MPa时，激活了多酚氧化酶，当压力高于600MPa，多酚氧化酶失去活性。袁根良等研究了超高压对香蕉果肉多酚氧化酶和过氧化物酶的残存率的影响，结果表明，55℃，480MPa保压10min时，它们的残存率分别达到0.90%和3.26%。

2.2超高压技术对食品组织结构的影响

超高压技术对食品组织结构的影响主要表现为食品中蛋白质和细胞结构的变化。杨慧娟等报道鸭胸肉及腿肉经超高压处理，肌肉纤维组织内肌动蛋白和肌球蛋白的结合解离，造成肌肉剪切力的下降，可以提高肉的嫩度。对于水产品，超高压处理引起蛋白质体积变小，形成立体结构的各种键切断或重新形成，结果产生了变性，肉组织变得白浊、不透明，发生凝胶化和组织化。另外，超高压也可以改变植物细胞的通透性，也可以使细胞内的代谢物和水分流到细胞外，进而引起化学反应，影响食品的品质。Tangwongchai等研究超高压处理对番茄组织结构的影响，发现200MPa压力几乎没有影响番茄的结构，随着压力升高，300MPa压力下，细胞间会截留一些气泡，500和600MPa时，截留气泡消失，但细胞间的空间变大。

2.3超高压技术对食品中营养成分的影响

食品中的营养成分通常包括糖类、脂类、有机酸、维生素以及少量的蛋白质和氨基酸、矿物质、膳食纤维等。超高压技术对食品营养成分的影响主要依赖于自身营养成分的性质，前人研究发现超高压一般对食品中各组分分子间的非共价键起作用，所以超高压处理对食品中寡糖、有机酸、维生素、氨基酸和矿物质等的影响较小。超高压力技术在加工淀粉时，液体介质在高压下，遵循勒夏特勒原理，物系平衡高压下呈体积减小趋势，于是淀粉团粒静水压下呈体积减小，水分子和淀粉之间的势能增加，促使淀粉糊化。一些研究认为，超高压对脂类的影响是可逆的。陈迎春等指出脂类的耐压能力较低，通常100-200MPa即可使其固化，但解除压力后仍能复原，只是对油脂的氧化有一定的影响。Doblado等在室温下，运用超高压技术（300、400、500MPa，保压15min）处理发芽4天和6天的豇豆种子，结果表明，维生素C含量分别达到23.3和25.2mg/100g（干重），分别降低了10%-28%和9%-14%。

2.4超高压技术对食品中微生物的影响

超高压对食品中微生物的影响主要表现为改变微生物细胞形态、结构、代谢反应及遗传等方面。极高的流体静压会影响细胞的形态和结构；有学者利用电子显微镜观察发现，30-40MPa压力下，假单胞菌菌株的细胞外形变长、细胞壁变厚且质壁分离、细胞膜消失及细胞质出现明显的网状区域、核糖体数量减少、细胞分裂减慢等变化。与化学反应不同的是，生物体内所有的代谢反应都需要催化剂酶的参加；超高压可以引起酶分子结构或活性中心构象的改变，影响酶的活性，进而影响微生物的代谢反应。

3.超高压技术在食品中的应用

3.1超高压技术在乳制品中的应用

乳制品加工中，超高压技术主要用来灭活微生物，而不破坏乳制品的营养成分，其原理是利用核酸、蛋白质、多糖等生物大分子或细胞膜受超高压的影响结构发生改变，影响微生物的生命活动而停止，从而达到杀菌或钝化酶的目的。与传统的热处理方法相比，超高压处理不会破坏牛乳中的热敏性成分，而且能够改善乳制品的品质，促进酪蛋白的消化吸收。赵光远等研究发现牛乳杀菌效果取决于处理压力的高低和保压时间的长短，压力越高，对牛乳的杀菌效果越好。肖杨等研究表明，在500MPa处理5-15min后，牛乳中的大肠菌群、霉菌、酵母等几乎全被杀死，而且保压时间越长，牛乳的杀菌效果越好。研究表明，超高压处理乳制品杀菌，因微生物种类和试验条件不同而有所差异。一般而言，细菌、霉菌、酵母营养体在300-400MPa压力下可被杀死；病毒稍低压力即可失活；芽孢杆菌属的芽孢对压力比本身营养体更具抵抗力，需要更高压力才会被杀灭。类似于加热杀菌中出现的低温长时、高温短时和超高温瞬时杀菌，超高压杀菌也分为低压长时、高压短时和超高压瞬时杀菌，即压力越高，处理所需时间越短。

3.2超高压技术在果蔬品中的应用

果蔬品的加工是超高压技术在食品工业最为成功的应用，同样主要用于产品的杀菌作业。目前，日本、美国等发达国家已成熟运用超高压技术，超高压处理的果蔬品可以达到商业无菌状态，且会产生新的风味或组成成分。除了杀菌应用外，改良食品品质也是超高压技术在果蔬品的另一重要应用；芒果汁在25℃条件下，500MPa保压20min后，检测其香气成分发现，超高处理使芒果汁的香气成分含量发生变化，产生新的香气成分（2-己烯醛和十八醛），芒果汁的香气更加突出。日本明治屋食品公司采用室温，400-600MPa压力处理10-30min，生产草莓酱、苹果酱等果酱，感官评价结果，加压处理的果酱比加热法的味道好。孙思成等报道500MPa压力条件下处理10min能够明显改善大蒜产品的刺激性臭味和功能性营养品质。

3.3超高压技术在肉制品中的应用

超高压技术应用于肉制品主要包括改善食肉口感、灭菌、解冻等方面。相关研究发现，150MPa以上超高压处理能促进肌原纤维小片化，促使肌肉蛋白分解加速，游离氨基酸增加，使食肉嫩化，提高保水性、促进熟成等。灭菌方面，大森丘报道，300MPa以上对肉制品常见腐败菌大肠杆菌、弯曲杆菌、绿脓菌、沙门氏菌以及耶尔森菌等灭菌效果显著，但对微球菌、葡萄糖球菌、肠球菌等则需更高的压力，400MPa以上才开始减少，600MPa以上方可杀灭。有关肉制品解冻，研究发现5℃以下水作解冻热媒体，压力以100-150MPa为佳，与常压解冻相比，不仅实现了快速解冻，而且汁液流失减少，肉色鲜艳、柔嫩，表里均一，有效地提高了解冻肉的品质。

4结语

超高压技术作为当今食品加工技术的尖端科技，热门食品加工技术之一，满足了人们对食品营养和卫生的需求。但需要指出的是，超高压食品加工技术仍然存在一些不足，如超高压引起酶促变质的食品安全以及我国超高压食品加工设备过分依赖进口，昂贵的成本制约了超高压食品产业化。另外，超高压处理食品成分的变化以及相互作用的关系尚不能完全明白。相信随着超高压食品加工技术研究和开发不断深入，超高压食品科学必将与中华饮食文明结合，由单一的“热”处理为主，走向“热”“压”并举的时代，有着广阔的应用前景。

作者:左海萍 陈晓兰 圣志存 单位:江苏农牧科技职业学院