超高压技术在食品中的应用

1、 超高压技术在食品加工中的应用【摘要】超高压技术(Ultra high pressure，UHP)是目前国际上最热门的食品加工技术之一，本文综述了超高压技术在肉品加工、水果加工、蔬菜加工、食品保藏中的应用以及目前超高压技术存在的问题及展望。 【关键词】超高压；食品；应用；前景【Abstract】Ultra high pressure technology is one of the most popular methods in food processthe application of ultra high pressure technology in meat processing,fr

2、uits processing，vegetables processing，and food storage was introducedPutting forward present problems and the prospect of UHP in food industry were also mentioned 【Key words】 Ultra high pressure；Food；Application；Prospect一、前言 随着人们生活水平的提高，人们对食品的质量及安全性越来越重视，要求营养高、原汁原味、具有更长的货架期和新鲜的口味，防腐剂和其它化学添加剂尽可能少用，利用

3、超高压技术加工食品是一个物理过程，它能顺应这一趋势，被誉为“食品工业的一场革命”“当前七大科技热点”、“二十一世纪十大尖端科技”，引起了人们的高度重视。利用超高压技术加工食品，有效地克服了传统热加工处理方法带来的种种弊端，较好地保持了物料原有的营养成分，而且加工后的食品口感适宜、色泽鲜艳、保质期较长，而且整个食品加工过程的能量消耗也较传统的加工工艺有着很大程度地降低。二、超高压灭菌的机理 微生物的生命活动受许多环境条件的影响，而食品加工业大多使用改变环境温度的热力杀菌法，但 高效的热力杀菌常会使食品产生热臭，还有热敏性营养成分损失、变色及其他难以克服的变异现象。而 超高压杀菌就完全不同，我们知

4、道微生物的热力失活，是由于细胞膜构造变化（损伤）、酶的失活、蛋白质 的变性、DNA直接和间接的损伤等主要原因而引起。超高压能破坏蛋白质氢键、二硫键和离子键的结 合，蛋白质一级结构遭受破坏，使其基本物性发生变异，产生蛋白质的压力凝固及酶的失活，超高压还能 使菌体内的成分产生泄漏和细胞膜破裂等多种菌体损伤1，所以超高压在常温下具有微生物灭活的作 用。例如对于胶凝乳蛋白酶原溶液，常压下加热到约 45 ，可产生80% 以上的热变性，而常温（25）下 加压到 400MPa ,有80% 的蛋白质产生压力变性（凝固）2；再如，把大肠杆菌、埃希氏杆菌用生理盐水制成悬浊液（约 108 个/ml），加压处理后，溶

5、液易发泡，且产生明显沉淀。薄层色谱法分析，有香芹酮和磷 脂质存在；高速液相色谱分析，在 260nm 处有强吸收峰，可以确认为是核酸类物引起的，且不仅仅是染色体。另外,不同的高压对微生物的致死作用不同，而同一高压对不同菌类的致死率也不相同。 三、影响超高压杀菌的因素31温度 超高压作用下，低温或高温能提高灭菌效果。果汁在适当温度下加压可以降低酵母菌霉菌的致死压力。枯草杆菌的孢子在800MPa下也很难被完全杀死，但在45-60时，600MPa即可杀灭高压热处理会由于压力作用而放大。如控制好温度。则可减少加工时间和压力。某些微生物如大肠杆菌在加压至400MPa时，反而能生存。此时在低温高压下处理，杀

6、菌效果会增强3。当菌悬液的水相出现冰品，细胞受到机械损伤，又受到压力作用，杀菌效果增强，蛋白质在低温高压下敏感性增强，容易变性。酶活力较弱。并且在低温下有利于保持食品的风味及营养4 。32 pH值 第一代高压食品以酸性食品，如果酱果汁为主。高浓度的氢离子可引起菌体表面蛋白质和核酸水解，破坏酶类水解。压力会改变介质的pH值，并逐渐缩小微生物生长的pH值范围，在68MPa下，中性磷酸盐缓冲液的pH值将降低四个单位。在食品允许范围内，改变介质pH值，使微生物生长环境劣化，也会加速微生物的死亡速率，缩短灭菌时间5 。33水分活度 水分活度对灭菌效果影响很大。较高水活度下，高压可使微生物细胞减少两个数量

7、级。高压对细胞结构的影响产生子细胞膜体系，尤其是细胞核膜。而低水活度产生细胞收缩作用，使细胞在压力中存活下来。当水活度低于O88时，基质对微生物有明显的保护作用。根据研究表明，水活度对超高压的杀菌效果影响较大，对于固体与半固体的超高压杀菌，考虑水活度的影响十分重要6。34食品组分 食品组分是影响高压杀菌的重要因素。在高浓度蛋白质，高脂肪，高碳水化合物的食品体系中微生物的耐压性增高比如在果汁中含糖量越高，加压杀菌的效果就越差。鸡肉培养基中的沙门氏菌暴、露在340MPa加压90分钟仍不能完全灭菌。主要是由于脂肪蛋白等大分子有机物具有缓冲保护作用，而且这些营养物质加速了微生物的繁殖和自我修复功能，但

8、高价的金属离子对高压的杀菌效果影响不大。所以应该在加压杀菌时注意食品组分对微生物的保护作用7四、超高压灭菌在食品中的应用4.1超高压技术在肉品加工中的应用 目前，超高压在肉类加工中的应用研究主要集中于两个方面：一 是改善制品的嫩度，因为嫩度是肉类最重要的品质指标；其次是在保持制品品质的基础上延长制品的贮藏期。高压处理对肉类各种成分的 影响随处理温度、压力值、时间、肌肉种类和所处的不同状态等而存在 很大差异。随着研究的深入，人们主要关注于高压处理对肉类成分的 影响及其与肉类品质变化的关系8.9.10。 各种肌肉遭受高压处理后，会成为很硬和收缩的肉。然而，与未受 处理的肉相比，高压处理过的肉在煮制

9、后更嫩，具有更高的水分含量， 更低的剪切力值。这主要是由于煮沸时的肉质收缩和汁液损失较少。感官检验也显示，压力处理过的肉质比对照肉样更嫩。压力处理后肉 质变嫩表明在加压处理过程中肌肉的节结构受损11。研究表明，鲜肉在僵硬发生前受到(100200)MPa的短暂高压处理对于肉质嫩化足够有效。4.2.超高压技术在水果加工中的应用 超高压加工技术的出现使果蔬加工产品质量更好、更安全、货架 期更长。水果加工过程中频繁使用高温会使产品产生烹调味从而失 去它们本身的质地、颜色和天然的特性12。张峻松91等人采用超高压处理(500 MPa、25、20 min)芒果汁，顶空固相微萃取与毛细管气相色 谱一质谱联用

10、技术检测超高压处理前、后芒果汁中香气成分的变化 并用面积归一化法测定各种成分的质量分数。结果表明：超高压处理 对芒果汁的香气成分有较明显地影响，其中芳樟醇、糠醛、cis一3一己烯 醇和己醇等物质的质量分数分别增长了234、791、938和 1286，并且新增了2一己烯醛(028)和十八醛(O24)等香气成分；乙 酸己酯、乙酸丁酯等香气成分的含量有所降低，而萜烯类等主体特征 香气成分的含量没有明显变化。感官评定结果表明：超高压处理不仅 能很好地保持芒果的特征香气，而且使芒果汁的青鲜香气更加突出， 这与芒果汁中香气成分的检测结果一致。日本专家对柑桔类果汁经 100600MPa、510min加压灭菌

11、，试验结果表明：细菌、酵母菌和霉菌 总数均随压力增加而减少，酵母菌和霉菌及无芽孢细菌可以被完全杀 死，但仍有棒杆菌、枯草杆菌等能形成耐热性强的芽孢残留。但如果加 压至600MPa再结合适当的低温加热则可以达到完全灭菌。UHP杀菌后的果汁风味、化学组成成分均未发生变化13。4.3超高压技术在蔬菜加工中的应用 与超高压加工技术在果酱、果汁、饮料、乳制品等加工方面相比， 超高压技术用于蔬菜产品上还比较少。肖丽霞14等研究UHP处理绿 竹笋结果表明，升压速度：100MPamin，最终压力：500MPa，压箱内温 度：2022，加压介质：油。升压后在500MPa的压力下维持一定时 间(8 min)，能起

12、到“冷杀菌”的作用。徐树来”15研究发现番茄组织对压 力抵抗能力相对较弱，但在400MPa以下、保压时间低于20 min的情 况下，番茄细胞基本变化不大。而压力高于400MPa、保压时间超过 20min时，UHP处理使番茄组织遭到了一定程度的破坏。UHP加工对芹菜组织的影响不大，即便是在600MPa，保压时问长达25min时，对 芹菜纤维细胞横断面仍无影响，只是使其纵断面产生了一些变化。UHP处理对胡萝卜组织的影响不大，只有在压力超过600MPa时才 对其细胞产生了一些影响，而延长保压时间对胡萝卜组织的影响也不 显著16 4.4超高压技术在保藏中的应用 食品贮存技术越来越受到人们的重视，一些行

13、之有效的方法，如 风干法、冷冻法、罐头封装法等，都会使食品的鲜味受到不同程度的损 害。而超高压加工能克服上述缺点，在不损害食品材料本质的情况下 对其进行调和、加工、杀菌。食品材料在超高压环境中，淀粉变成糊状， 蛋白质变成凝胶状，类似蜂蜜。虽然淀粉和蛋白质失去了本来的面目， 变得表面发光、质地细腻，但色香味都不失原有风味。对新鲜的鳕鱼加 4000个大气压，就能变成新鲜鱼糕。把水果和砂糖装入塑料袋中，加 高压能制成果酱。超高压加工食品，还会产生奇特的效果，比如对陈米 加1000个大气压，它便具有新米的味道。超高压食品不但无菌，保鲜 时间长，而且还能提高食品的附加值l7。通过超高压的作用。啤酒的苦

14、味值、总酚含量、酒精度也得到了很好的保持。选取啤酒厂生产的原始 浑浊啤酒经高压,(600MPa，5min)与加热灭菌(60，lOmin)分别处理，风味 物质成分检测结果比较显示，超高压作用明显，并且在色泽保持上有更 好的效果18。五、目前超高压技术存在的问题及展望 由于超高压是基于对食品主成分水的压缩效果，它是利用了帕斯卡定律，因此对于不适合这一定律的干燥食品、粉状或粒状食品，不能 采用超高压处理技术；由于高压下食物的体积会缩小，故只能用软材 料包装；一些产芽孢的细菌，特别是低酸性食品中的肉毒梭菌，需在70以上加压到600MPa或加压到1000MPa以上才能杀死：酶因其分子量和分子结构不同，超

15、高压下活性变化也不一样，故需加压到所有 酶失活为止。若允许残存酶时为防止流通中质量下降需采用低温流通 的方法；超高压装置必须采用耐高压的金属材料和结构，故装置笨重， 且基本建设费用高；因反复加减压，高压密封体易损坏，加压容器易发 生损伤，故实用的超高压装置目前压力在500MPa左右19；虽然已经进 行了蛋白质、淀粉等天然高分子物质及微生物的基础研究但实际应 用时仍需根据加工的食品设定处理条件20。 超高压食品加工技术虽然还有些问题需研究解决，但由于经超高压处理的食品更接近原来食品，具有爽脆、风味好、营养价值高等优点，所以有可能部分代替辐射杀菌和加热杀菌的方法。目前日、美、英、 法等国正在积极开

16、发这一高新技术，还将其用于研制军用食品。我国 在食品加工方面也存在着许多希望以冷加工代替热加工的迫切问题，也许高压处理是目前解决问题的最好途径之一。抓住机遇加快超高 压技术的研究和应用，将有利于我们在国内和国际食品市场竞争中取得有利地位.参考文献：1 藤沼一信.高压力杀菌技术现状展望J.食品科学，1998（4）：59 - 66. 2 林力丸.高压利用食品现状将来（2）J.缶诘时报，1998（3）： 9 - 16. 3万圣勤，陈为均绿茶饮料的生产丁艺研究软饮料工艺，1997，(2)：32-33 4农笠仁1994高压它利用。亡茶饮辩。杀菌J食品工业37(4)：33-375陈玉琼，张家年2001灭菌

17、对罐装绿茶水品质的影响J.食品科学，22(11)：40-436鲍志英，德力格尔桑食品加工中超高压灭菌的机理农产品加工2003(11)：141537俞裕常，尹军峰。等超滤技术对绿茶汁主要化学成分的影响中国茶叶，2002，24(4)：28-298张海峰，白杰，张英，金文剐超高压对肉类品质影响的研究进展叨肉类工业。2009(8)：47509马汉军，赵良，潘润淑，等高压对肉类基本成分的影响娜2006，22(3)：15015310竺尚武肉的超高压处理的研究进展叨广州食品工业科技，2004，20(3)：127129。11Cheah，PB，&Ledward，DACata一1Die mechanism of lipidoxidation following high pressure treatment in porkfat andmeat-JFood Sci1997，62：1135113812Denys，S，et al，Measurement of thethermal conductivity offoods at highpressureJFood Sci，2004，64：709-71313赵俊芳，高愿军，吴光辉超高压技术在水果加工中的应用明农业工程技术， 2007(1 1)：30-3214张峻松，王建民，张文叶，王花俊超高压处理对芒果汁香气成分的影响叨中 国食品学报，2008(2)