超高壓技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用

1、超高壓技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用研究進展摘 要：超高壓技術(shù)是食品加工領(lǐng)域的高新技術(shù)之一，不僅可用于食品殺菌、滅酶與質(zhì)構(gòu)改善等，而且對食品的營養(yǎng)價值、色澤和天然風(fēng)味也具有獨特的保護效果。本文綜述了超高壓技術(shù)概念及其加工原理，重點介紹了超高壓技術(shù)在食品加工應(yīng)用領(lǐng)域的進展。關(guān)鍵詞：超高壓技術(shù) 食品加工 進展Application Research Progress of Ultra High Pressure in Food IndustryLi Shuang, Wang Chengzhong, Tang Xiaoxuan(Food and biological engineering college.

2、 Qilu University of Technology, Jinan 250353, China) Abstract: Ultra-high pressure(UHP) technology is one of the high and new technology in the field of food processing. It not only can be used in food sterilization, enzyme destruction and the quality and structure improvement, but also protecting n

3、utritional value of food, color and natural flavor .This paper reviews the concept and processing principle of ultra-high pressure technology,mainly introduces the progress of the application of the ultra-high pressure technology in food processing field .keywords: Ultra- high pressure technology; F

4、ood processing; Latest progress 隨著生活水平的提高，人們對食品質(zhì)量的要求不再僅僅局限于安全衛(wèi)生，對食品的色、香、味、營養(yǎng)成分等也提出了更高的要求，超高壓技術(shù)在這方面具有突出的優(yōu)勢。超高壓技術(shù)處理食品不僅能夠滅菌，還能最大限度地保持食品的原有的功能成分和營養(yǎng)物質(zhì)，同時還避免了輻照、微波和電磁場等加工技術(shù)存在的缺陷，具有節(jié)約資源、減少污染的優(yōu)點。因此，超高壓技術(shù)在食品加工領(lǐng)域具有十分廣闊的應(yīng)用前景。早在1899年,美國化學(xué)家Bert Hite首次發(fā)現(xiàn)了450MPa的高壓能延長牛乳的貯藏期,1986年日本率先完成工業(yè)化試驗,1989年第1批超高壓加工的果醬應(yīng)市,目前又

5、將超高壓技術(shù)應(yīng)用海洋魚類的食品加工上。我 國超高壓技術(shù)在食品加工中的應(yīng)用雖然處于起步階段,但目前已有企業(yè)采用國產(chǎn)超高壓設(shè)備與技術(shù)加工鮮牡蠣、鮮海參、鮮果汁及水果等食品并已成功上市。這標(biāo)志著我國在超高壓技術(shù)裝備制造方面已取得突破性進展,對推動我國超高壓技術(shù) 在食品領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有十分重要的意義。1. 超高壓技術(shù)簡介 超高壓技術(shù)又稱高靜壓加工技術(shù)，是將食品原料包裝后密封于超高壓容器中，在一定壓力（100 MPa）下加工適當(dāng)?shù)臅r間，殺滅細菌等微生物，同時使食品中的酶、蛋白質(zhì)和淀粉等生物大分子改變活性、變性或糊化，以達到殺菌、鈍酶和改善食品功能性質(zhì)的一種新型食品加工技術(shù)。超高壓加工是一個物理過程，其

6、基本效應(yīng)是減少樣品的體積（即是減少物質(zhì)分子間、原子間的距離），從而使得物質(zhì)的電子結(jié)構(gòu)和晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生變 化。超高壓處理只作用于對生物大分子立體結(jié)構(gòu)有 貢獻的氫鍵、離子鍵和疏水鍵等非共價鍵，對維生 素、色素和風(fēng)味物質(zhì)等小分子化合物的共價鍵無明顯影響，因此較好地保持了食品原有的營養(yǎng)、色澤和風(fēng)味。這一加工過程遵循以下2個基本原理，一是 Le Chtelier 原理。該原理是指反應(yīng)平衡朝著減小系統(tǒng)外加作用力影響的方向移動。這意味著超高壓處理將促使反應(yīng)朝著體積減小的方向移動，包括化學(xué)反應(yīng)平衡以及分子構(gòu)象的可能變化。二是帕斯卡原理。根據(jù)帕斯卡原理，在超高壓加工過程中，液體壓力可以瞬間均勻地傳遞到整個樣品，與

7、樣品的尺寸和體積無關(guān)，因此整個樣品受到均勻的處理，不存在壓力梯度。2. 超高壓技術(shù)的加工原理 超高壓加工食品的原理為在超高壓作用下，食品中的小分子（如水分子）間的距離會縮小，但蛋白質(zhì)等大分子團組成的物質(zhì)卻仍保持原狀。這時水分子就會產(chǎn)生滲透和填充效果，進入并且粘附在蛋白質(zhì)等大分子團內(nèi)部的氨基酸周圍，從 而改變了蛋白質(zhì)的性質(zhì)，“變性”的大分子鏈在壓力下降為常壓后被拉長，而導(dǎo)致其部分立體結(jié)構(gòu)被破壞4。從而使蛋白質(zhì)凝固、淀粉等變性, 酶失活或激活，細菌等微生物被殺死以及改善食品的組織結(jié)構(gòu)或生成新型食品。超高壓技術(shù)的一個獨特性質(zhì)就是它只作用于非共價鍵，因此對維生素、色素和風(fēng)味物質(zhì)等低分子物質(zhì)的共價鍵無明

8、顯影響，從而使食品較好地保持了原有的營養(yǎng)價值、色澤和天然風(fēng)味。3. 超高壓在食品加工中的應(yīng)用超高壓加工技術(shù)不僅可用于食品殺菌、滅酶與質(zhì)構(gòu)改善等，而且對食品的營養(yǎng)價值、色澤和天然風(fēng)味也具有獨特的保護效果。目前，超高壓技術(shù)在果蔬制品、肉制品、乳制品、蛋類食品、水產(chǎn)品加工及有效成分提取中已得到廣泛的應(yīng)用。3.1超高壓在果蔬加工中的應(yīng)用 超高壓技術(shù)在食品加工中最成功的應(yīng)用是果蔬產(chǎn)品的殺菌。與傳統(tǒng)的熱力殺菌相比，超高壓技術(shù)可以在常溫或較低溫度下達到殺菌、抑酶及改善食品性質(zhì)的效果，不會破壞果蔬制品的新鮮度和營養(yǎng)成分，符合消費者對果蔬制品營養(yǎng)和風(fēng) 味的要求。 新鮮果汁中含有豐富的維生素、蛋白質(zhì)、氨基酸以及還

9、原糖等營養(yǎng)成分，這些營養(yǎng)成分經(jīng) 過傳統(tǒng)熱力殺菌處物質(zhì)、抗氧化物質(zhì)、抗壞血酸、類胡蘿卜素等的 影響，通常情況下超高壓不會引起風(fēng)味物質(zhì)的丟失5。王寅等采用200500MPa高壓分別對藍莓汁處理515min后，發(fā)現(xiàn)高壓處理后，藍莓汁的還原糖的含量變化不大，壓力為500MPa時，藍莓汁的Vc的保留率可達94.2%6。 采用高壓技術(shù)殺菌不僅使水果中的微生物致死,還可使酶活力降低。劉興靜等采用超高壓處理 鮮榨蘋果汁,隨著處理壓力升高和保壓時間延長， 菌落總數(shù)、大腸菌群數(shù)均下降顯著7。姜莉等研 究了超高壓對馬鈴薯多酚氧化酶和過氧化物酶的影響。壓力超過200MPa時酶的活性下降，壓力為400MPa，隨著時間的

10、延長，多酚氧化酶和過氧化物酶活性都呈下降趨勢8。 果汁的感官品質(zhì)包括顏色、香氣、滋味等方面超高壓殺菌屬于冷殺菌技術(shù)，其操作過程是在常溫下進行，并且超高壓只作用于非共價鍵， 而不影響共價鍵，因而能較好保持果汁固有的口感、風(fēng)味及色澤。林怡等將楊梅鮮果經(jīng)過超高壓處理后，樣品的顏色沒有顯著變化，汁水流失的速率與鮮果硬度減小的速率與未處理的對照組相比明顯降低9。3.2超高壓在肉制品加工中的應(yīng)用 超高壓技術(shù)應(yīng)用于肉制品可提高其保水性、乳化性、黏結(jié)性等，Macfarlan(2003)報道 ,添加1%食鹽經(jīng)超高壓處理的牛肉泥比添加3%食鹽而未經(jīng)超高壓處理的黏性好。Berry(2002)在制作調(diào)味 牛排時采用1

11、00 MPa 超高壓處理 , 在不加食鹽的情況下可制得具有良好組織結(jié)構(gòu)的牛排。超高壓還可以直接生產(chǎn)新產(chǎn)品, 例如, 經(jīng) 400 MPa或600 MPa的作用保持 10 min, 處理后的生豬肉就可以吃了。其原因是豬肉的蛋白質(zhì)已經(jīng)變性,肉色已轉(zhuǎn)白, 細菌檢查結(jié)果表明大腸桿菌為陰性。日本一家公司還利用超高壓加工的方法使瘦牛肉變成這樣乳蛋白被處理后其凝膠化性能提高, 會附著 在瘦肉中間, 使牛肉肥瘦相間吃起來風(fēng)味更佳4。3.3超高壓在水產(chǎn)品加工中應(yīng)用 水產(chǎn)品的加工與其它產(chǎn)品相比較為特殊, 高壓處理后的水產(chǎn)品具有原有的風(fēng)味、色澤及良好的口感。而熱處理、干制處理均不能達到上述效果。陳復(fù)生( 2005)

12、研究表明, 超高壓處理可保持水產(chǎn)品原有的新鮮風(fēng)味。超高壓處理可以使某些導(dǎo)致腐敗的酶類致死, 調(diào)節(jié)魚類的組織, 同時致死腐敗微生物與病原菌。眾所周知, 魚肉含有豐富的不飽和脂肪酸, 高壓處理則盡可能地保留住魚肉中的營養(yǎng)成分。日本大洋漁業(yè)公司研究所將狹鱈魚糜裝入乙烯袋內(nèi), 并放入水中, 從四周均勻地加壓到 400 MPa, 保持 10 min,即能制成魚糕, 加壓后的魚糕透明, 咀嚼感堅實, 彈性比原來高出 50%。美國一家公司利用超高壓技術(shù)處理牡蠣, 250300 MPa 處理 10 min 牡蠣的外殼自動脫落, 使牡蠣的前處理節(jié)省了大量人力、物力和財力。此外, R Lakshamanman 等

13、( 2003) 還利用超高壓技術(shù)加工生產(chǎn)鮭魚和紅鱒魚, 不但延長了貨架期, 而且還保留了它們原有的感官及營養(yǎng)成分。3.4 超高壓在酒類加工中應(yīng)用 酒類生產(chǎn)中酒的自然陳化是個既耗時、能耗又大的一個處理過程。而超高壓技術(shù)對酒的催陳可起到重要作用。申圣丹等用超高壓射流處理新酒，以總酸、 電導(dǎo)率、異戊醇/異丁醇、四大酯為指標(biāo)與常壓 (0.1MPa)下的新酒對比，并將各酒樣存放1個月，檢測各項指標(biāo)用以對比。結(jié)果隨著壓力的上升，總酸、電導(dǎo)率、乳酸乙酯增加，異戊醇/異丁醇等均有所變化，總的變化趨勢是朝酒陳化方向變 化。充分說明超高壓射流技術(shù)對白酒的催陳作用顯著14。 此外，超高壓技術(shù)在啤酒中還具有良好的殺

14、菌作用。劉睿穎等采用超高壓水射流設(shè)備對新鮮未經(jīng)滅菌的啤酒清酒進行滅菌處理，分析壓力對滅菌效果的影響。結(jié)果表明：超高壓射流對啤酒中主要的腐敗菌乳酸菌具有很好的殺菌作用， 而且隨著射流壓力的增大，其殺菌效力也不斷增大，當(dāng)壓力控制在150MPa以上時，可以將啤酒中的乳酸菌完全殺滅15。3.5超高壓在蛋制品加工中的應(yīng)用 將600 MPa 的壓力作用于雞蛋時,蛋雖然是冷的,但卻已經(jīng)凝固。與加熱煮熟的雞蛋相比,這種 蛋的味道非常鮮美,蛋黃呈鮮黃色且富有彈性。研究表明超高壓處理使蛋白質(zhì)變性的膠凝,比加熱凝 膠軟而且更富彈性,消化率較好,此外，氨基酸和維生素沒有損失,保留了雞蛋的自然風(fēng)味,不會生成其他物質(zhì)16

15、。 夏遠景等對液體蛋超高壓處理后細菌致死率與處理壓力、保壓時間的關(guān)系作了研究。結(jié)果表明,隨著壓力和保壓時間的增加，液體蛋中細菌致 死率逐漸增大;壓力為440，保壓20min時,細菌致死率為99.90%。壓力400MPa、保壓20min，蛋液的細菌總數(shù)由初始13100cfu/mL降到31cfu/mL，完全符合國家雞蛋衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)細菌總數(shù)的要求。經(jīng)感官評定，室溫下,密封于消毒培養(yǎng)皿中未經(jīng)處理的液體蛋10天后便已發(fā)霉、變質(zhì),而經(jīng)過300 MPa、保壓10 min處理的液體蛋30d 以后依然新鮮如初17。3.6超高壓在乳制品加工中應(yīng)用 熱處理是在現(xiàn)代乳制品生產(chǎn)中是最常見的加工處理方法。它雖然能殺滅乳品中部

16、分（主要是病原菌和腐敗菌）或全部的微生物，破壞酶類， 延長產(chǎn)品的保質(zhì)期，但是同時也會給產(chǎn)品帶來不利的一面，而超高壓技術(shù)不僅能夠保證乳品在微生物方面的安全，而且還能較好地保持乳品固有 的營養(yǎng)品質(zhì)、風(fēng)味和色澤18。 酪蛋白是牛奶中的主要蛋白質(zhì)，超高壓處理使酪蛋白膠粒直徑變小，乳蛋白表面暴露的疏水性基團增加，引起乳清蛋白變性，使其進人凝塊。胡志和等對酪蛋白用超高壓進行處理，結(jié)果表明：經(jīng)超高壓處理的酪蛋白能夠明顯改善其加工特性，其乳化性、黏度、溶解性、持水性均有較大幅度的提高。在400MPa時其乳化性、黏度、溶解性、持水性最好19。Anna Zamora等通過對比用超高壓處理的牛奶和經(jīng)單一的巴氏殺菌的

17、牛奶生產(chǎn)的奶酪的不同，發(fā)現(xiàn)經(jīng)超高壓處理之后，奶酪的持水性更強，貨架期明顯高于傳統(tǒng)的殺菌方法20。3.7 超高壓技術(shù)在有效成分提取中的應(yīng)用 超高壓技術(shù)在有效成分提取方面與傳統(tǒng)提取方法相比具有提取時間短、提取得率高、能耗 低的優(yōu)點。超高壓提取有效成分可以在室溫條件下進行，故不會因熱效應(yīng)而使有效成分的活性降低。 目前，超高壓技術(shù)已在多糖類成分、黃酮類成分、皂苷類成分、生物堿類成分、萜類及揮發(fā)油、酚類及易氧化成分、有機酸類成分等的提取中得到了應(yīng)用。岳亞楠等用超高壓法提取蘋果渣中的多酚，并在相同實驗條件下對比超高壓法與超聲波法、 微波輔助提取法、超臨界提取法等常用提取方法 的蘋果渣多酚得率，結(jié)果表明，超

18、高壓提取的蘋果渣多酚得率比其他提取方法高出10%以上，且提取率高、環(huán)境污染小、安全性高21。3.8超高壓技術(shù)在谷物及豆制品中的應(yīng)用 谷物和豆類是人類飲食中提供能量的主要來源,谷物可減少心臟病及一些腸胃癌和呼吸道疾病的發(fā)病率。它們提供人體所需能量和 8%的蛋白質(zhì)及多種維生素。長期以來,谷物的加工都要經(jīng)歷很多熱過程, 并以此來提高消化性和消除過敏反應(yīng),但是營養(yǎng)物質(zhì)的損失較為嚴(yán)重。Y Estrada Giron （2005) 利用超高壓技術(shù)對谷物及豆類的研究表明，該技術(shù)可消除谷物中的抗?fàn)I養(yǎng)因素,從而保存了制品的質(zhì)量及營養(yǎng)成分。超高壓處理過程中過 敏蛋白溶解,尤為突出的是7S球蛋白。然而在壓 力處理過

19、程中色澤、形狀等沒有發(fā)生明顯的變化。蔬菜中的蛋白如豆腐, 通常情況下是通過真空包裝后貯存在冷凍條件下。然而通過超高壓處理 后, 豆腐中的微生物數(shù)量明顯減少,而且消化性也隨之提高。谷物中的其他成分如維生素A沒有受到影響, 脂溶性的B族維生素的保留率為85%。4 結(jié)語 超高壓技術(shù)被譽為當(dāng)前七大科技熱點,21世紀(jì)十大尖端科技, 食品工業(yè)的一場革命。超高壓食品色、香、味以及營養(yǎng)成分完整性的保存以及安全、衛(wèi)生的優(yōu)點迎合了消費者的心理需求, 符合當(dāng)前綠色食品的要求。但同時超高壓技術(shù)也存 在一些不足,如超高壓技術(shù)的基本理論研究不夠全面，超高壓殺菌技術(shù)的適用條件和主要限制因素 還有待進一步研究。此外，超高壓處

20、理后食品組分的變化以及各組分相互作用的關(guān)系尚不明確。而且超高壓食品技術(shù)用到的設(shè)備存在投資成本高、設(shè)備密封和強度要求高、設(shè)備耗材壽命短等問題。特別是高壓技術(shù)在我國還處于起步階段,與世界先進水平相比,有相當(dāng)大的差距,與國內(nèi)市場要求也極不相適應(yīng)。為此,我國應(yīng)不失時機地跟上國際潮流,加快超高壓技術(shù)的研究和應(yīng)用。參考文獻:1 潘科,孫遠明 , 黃麗.超高壓加工對食品品質(zhì)酶的影響J.食品科學(xué), 2004, 24(3):142146.2 肖慶生,朱勉學(xué).國內(nèi)外食品超高壓加工技術(shù)J.食品開 發(fā)與研究, 2004, 25(1): 2228.3 勵建榮,王泓. 超高壓技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用及前景J.現(xiàn)代食品科技,

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