食品超高壓技術(shù)淺談

食品超高壓技術(shù)淺談?wù)趯W(xué)習(xí)完食品超高壓技術(shù)后，我對(duì)這方面的信息進(jìn)行了更深層次的查詢，對(duì)超高壓技術(shù)又有了更進(jìn)一步的了解.下面就對(duì)超高壓技術(shù)的一些基本概念，特點(diǎn)，原理，發(fā)展，以及對(duì)食品、微生物影響，做簡(jiǎn)要的闡述。關(guān)鍵詞超高壓技術(shù)殺菌影響因素應(yīng)用AbstractAfterwehavelearnedtheultrahighpressureprocessing(UHPP),IhavecarriedonthedeeperlevelinquirytothisaspectinformationandknowmoreaboutUHPP.NowIamgoingtomakeabriefelaborationonitsbasicconception,character,principium,developmentanditsinfluenceonfoodandmicrobe.KeywordsUHPPsterilizationinfluencefactorapplication1超高壓概述1．1超高壓的基本概念在我國(guó)壓力容器領(lǐng)域里，把壓力超過(guò)100MPa的稱為超高壓，而在其他一些國(guó)家則稱為高壓。因此，習(xí)慣上把大于100MPa的壓力稱為超高壓，具有超高壓的環(huán)境稱為超高壓環(huán)境。超高壓環(huán)境一般只能在一定的范圍/一定的容器內(nèi)實(shí)現(xiàn)，也有在空間爆炸瞬間產(chǎn)生超高壓的。能承受超高壓的容器稱為超高壓容器，常把產(chǎn)生與維持超高壓的一系列技術(shù)稱為超高壓技術(shù)。超高壓技術(shù)（ultrahighpressureprocessing,UHPP），可簡(jiǎn)稱高壓技術(shù)（highpressureprocessing,HPP）或靜水壓技術(shù)（highhydrostaticpressure,HHP）。食品超高壓技術(shù)就是將食品原料包裝后密封育超高壓容器中（常以水或其他流體介質(zhì)作為傳遞壓力的媒介物），在靜高壓（一般不小于100MPa，常用的壓力范圍是100～1000MPa）和一定的溫度下加工適當(dāng)?shù)臅r(shí)間，引起食品成分非共價(jià)鍵（氫鍵、離子鍵和疏水鍵等）的破壞或形成，使食品中的酶、蛋白質(zhì)、淀粉等生物高分子物質(zhì)分別失活、變性和糊化，并殺死食品中的細(xì)菌等微生物，從而達(dá)到食品滅菌、保藏和加工的目的。所謂超高壓食品，就是以液體作為壓力傳遞介質(zhì)（通常以水為壓力傳遞介質(zhì)），用100~1000MPa的壓力來(lái)處理食品物料，達(dá)到殺菌和滅酶的目的，或使之產(chǎn)生一些新的性質(zhì)。眾所周知，食品主要是由蛋白質(zhì)、淀粉、脂質(zhì)、酶、核酸、水分等組成的多種物質(zhì)的立體結(jié)構(gòu)。在超高壓下，食品中的小分子（如水分子）之間的距離要縮小，而蛋白質(zhì)等大分子組成的物質(zhì)還仍保持球狀，這時(shí)水分子等小分子就要產(chǎn)生滲透和填充效果，進(jìn)入并黏附在蛋白質(zhì)等大分子基團(tuán)內(nèi)的氨基酸周圍，使蛋白質(zhì)等的食品中生物大分子鏈在加工壓力下，由超高壓降為常壓后被拉長(zhǎng)，而導(dǎo)致其全部或部分立體結(jié)構(gòu)被破壞，這樣便改變了蛋白質(zhì)的性質(zhì)（簡(jiǎn)稱為“變性”）。超高壓同樣能導(dǎo)致酶全部或部分立體結(jié)構(gòu)被破壞，這樣便使酶失去活性（簡(jiǎn)稱為“失活”）。微生物也是由蛋白質(zhì)組成的，由于在超高壓下蛋白質(zhì)會(huì)變性，致使微生物內(nèi)部組織被破壞而死亡，另外，在超高壓下，食品中某些物質(zhì)的分子會(huì)穿透組成微生物的細(xì)胞膜，可致使微生物的細(xì)胞膜遭受損壞，甚至被徹底破壞，因此，這就可以達(dá)到滅菌的目的（簡(jiǎn)稱為“滅菌”）。超高壓對(duì)細(xì)菌孢子的影響主要是在壓力被釋放的瞬間，此時(shí)被加壓的液體以極高的絕熱速率運(yùn)動(dòng)，對(duì)細(xì)胞組織產(chǎn)生很大地沖擊。根據(jù)這種觀點(diǎn)，加壓與卸壓不斷交替進(jìn)行對(duì)孢子的殺菌效果遠(yuǎn)比純粹的超高壓處理并輔以適當(dāng)加熱或延長(zhǎng)保壓時(shí)間要好的多。此外，食品產(chǎn)品中的糖度、鹽離子濃度、含水量、食物組分和pH值等因素都不同程度的影響微生物的生存繁殖，所以超高壓與其中的一些條件如產(chǎn)品的pH值、溫度、化學(xué)添加劑、包裝袋中的分壓及氣調(diào)等恰當(dāng)?shù)慕Y(jié)合起來(lái)就可以獲得更好的滅菌消毒效果，特別是對(duì)孢子的殺滅，也可以進(jìn)一步獲得更好的保質(zhì)保鮮效果。由于加壓能產(chǎn)生“變性”、“失活”、和“滅菌”等效應(yīng)，所以它可被用于食品加工。而且加壓處理比加熱處理更具有一定的優(yōu)點(diǎn)，這就是在加壓時(shí)，由于傳遞給食物分子的能量很小，這樣就不會(huì)使食物分子的維生素、香味、色素等較低分子化合物原子間的強(qiáng)有力的連接關(guān)系像加熱時(shí)那樣會(huì)產(chǎn)生劇烈地原子振蕩而被破壞，因此，加壓不會(huì)像加熱那樣引起食品顏色發(fā)生變化，同時(shí)還能保持其原有的新鮮味道和營(yíng)養(yǎng)成分。1.2超高壓的分類依據(jù)超高壓加工食品的機(jī)理，超高壓食品加工過(guò)程是一個(gè)冷等靜壓過(guò)程，因此，超高壓加工食品的方式主要有以下兩種。1.2.1對(duì)液態(tài)食品物料加工對(duì)液態(tài)食品物料加工，首先將其用超高壓泵送入超高壓容器中，加壓到事先由實(shí)驗(yàn)所確定的壓力指標(biāo)并保持一定時(shí)間（這對(duì)處理效果影響很明顯，一般要在30min以上），然后降壓放出，根據(jù)需要進(jìn)行滅菌包裝，即得成品，這是間歇式的超高壓食品加工。還有連續(xù)式的超高壓食品加工，即泵不停地送入物料經(jīng)過(guò)壓力系統(tǒng)后不斷再放出。據(jù)報(bào)道，日本已經(jīng)研制出了可以連續(xù)生產(chǎn)液態(tài)食品的管式超高壓經(jīng)過(guò)裝置。1.2.2對(duì)半固態(tài)和固態(tài)食品物料的加工對(duì)半固態(tài)和固態(tài)食品物料的加工，首先降物料（果醬、果塊等）靜事先處理好再進(jìn)行真空軟包裝（而不能用玻璃瓶等剛性器皿），放入超高壓容器內(nèi)，加蓋密封后用泵向容器內(nèi)加壓并保壓，然后降壓開蓋取出包裝，即得成品，這種方式基本上與冷靜壓進(jìn)行金屬粉末成型加工處理一樣，是其中的濕袋處理方式。這種方式對(duì)容器要求顯然要高于第一種方式的要求，即在進(jìn)出料的過(guò)程中，容器必須一直是密封的，要求容器必須具有能頻繁和快速開啟的大開口裝置，以備物料的進(jìn)出。1.3超高壓食品加工的特點(diǎn)1.3.1超高壓加工食品的作用超高壓對(duì)食品成分有重要的作用，能夠改變食品的凝固點(diǎn)、熔點(diǎn)、濃度等物理性質(zhì)和改善食品的組織狀態(tài)以及結(jié)構(gòu)屬性等。水在超高壓作用下被壓縮，而受壓介質(zhì)中的蛋白質(zhì)、淀粉等物質(zhì)也被壓縮，即在高壓下形成生物體構(gòu)造的氫鍵結(jié)合、離子鍵結(jié)合以及疏水鍵結(jié)合等非共價(jià)鍵結(jié)合發(fā)生變化，導(dǎo)致酶失去活性、微生物備殺死。而形成蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)的氨基酸的結(jié)合是共價(jià)鍵結(jié)合，在數(shù)千大氣壓下不發(fā)生變化；同樣，食物中的維生素及香氣等低分子化合物也具有共價(jià)鍵結(jié)合，在高壓下不發(fā)生變化。超高壓對(duì)食物產(chǎn)品的重要影響大致可概括為一下幾個(gè)方面。超高壓會(huì)改變液態(tài)物質(zhì)某些物理性質(zhì)通常壓力下，可以認(rèn)為液體不可壓縮，壓力對(duì)液體密度、冰點(diǎn)幾乎沒(méi)有影響，壓縮熱也可以忽略。然而水加壓至200MPa時(shí)，其冰點(diǎn)降至－2。C；室溫水加壓至100MPa時(shí)，體積減小19％；30。C的水快速加壓至400MPa時(shí)，會(huì)產(chǎn)生12。C的升溫。由此可見(jiàn)高壓對(duì)液態(tài)物質(zhì)某些物理性質(zhì)的影響于常壓、中壓不同。超高壓會(huì)改變某些生物高分子物質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)例如蛋白質(zhì)，在強(qiáng)烈作用下發(fā)展激烈運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致共價(jià)鍵的破壞活新結(jié)合鍵的生成，破壞了蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)，使其基本性質(zhì)發(fā)生變化。而高壓進(jìn)引起氫鍵之類的非共價(jià)結(jié)合的變化，使分子空間結(jié)構(gòu)變化，而不改變生物高分子物質(zhì)的基本性質(zhì)。由此可見(jiàn)，超高壓可在保留食品原有生鮮風(fēng)味和營(yíng)養(yǎng)、不產(chǎn)生異物的情況下使蛋白質(zhì)、淀粉之類高分子物質(zhì)形成不同于熱加工所產(chǎn)生的凝膠或凝固物。這就為殺菌、滅酶和新型食品的開發(fā)提供了新的加工技術(shù)手段。超高壓會(huì)改變某些生化反應(yīng)的速度和平衡依據(jù)化學(xué)反應(yīng)熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)原理可知，壓力對(duì)反應(yīng)速度的影響是由于壓力對(duì)反應(yīng)物濃度影響所致，對(duì)于液相反應(yīng)而言，因超高壓下液體密度會(huì)有明顯增加，故超高壓有助于反應(yīng)加速。依據(jù)LeChatelier’s原理，對(duì)于體積變化小的可逆反應(yīng)，超高壓將使反應(yīng)更趨于完全。1.3.2超高壓食品加工的特點(diǎn)①超高壓具有冷殺菌的作用②超高壓保持食品的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值③超高壓形成食品原特有的色澤和風(fēng)味④超高壓具有速凍及不凍冷藏的效果⑤超高壓加工延長(zhǎng)食品的保質(zhì)期⑥超高壓改善生物多聚體的結(jié)構(gòu)，調(diào)整食品質(zhì)構(gòu)⑦超高壓簡(jiǎn)化食品加工工藝，節(jié)約能源⑧超高壓加工原料的利用率高，無(wú)“三廢”污染[1]1.4超高壓殺菌的原理食品超高壓殺菌，即將食品物料以某種方式包裝完好后，放入液體介質(zhì)I（通常是食用油、甘油、油與水的乳液）中，在100～1000MPa壓力下作用一段時(shí)間后，使之達(dá)到滅菌要求。其基本原理就是壓力對(duì)微生物的致死作用，主要是通過(guò)破壞細(xì)胞膜、抑制酶的活性和影響P)Q等遺傳物質(zhì)的復(fù)制來(lái)實(shí)現(xiàn)的。極高的靜壓會(huì)影響細(xì)胞的形態(tài)。埃希氏大腸桿菌(E.coli)的長(zhǎng)度在常壓下為1~2μm，而在40MPa下為10~100μm，1969年Kriss等利用電子顯微鏡觀察30~45MPa下的假單胞菌菌株(Pseudomomas)，發(fā)現(xiàn)形態(tài)發(fā)生多方面的變化，包括細(xì)胞外形變長(zhǎng)、胞壁脫離細(xì)胞質(zhì)膜、無(wú)膜結(jié)構(gòu)細(xì)胞壁變厚。高壓對(duì)細(xì)胞膜、細(xì)胞壁都有影響，在壓力作用下，細(xì)胞膜雙層結(jié)構(gòu)的容積隨著每一磷脂分子橫切面積的縮小而收縮。300~400MPa下，啤酒酵母的核膜和線粒體外膜受到破壞，加壓的細(xì)胞膜常常表現(xiàn)出通透性的變化，壓力引起的細(xì)胞膜功能劣化將導(dǎo)致氨基酸攝取受抑制。20~40MPa的壓力能使較大的細(xì)胞因受應(yīng)力的細(xì)胞壁的機(jī)械斷裂而松解，200MPa的壓力下，細(xì)胞壁遭到破壞。高壓抑菌是由于主要酶類的變性。一般說(shuō)來(lái)，1000~3000atm的壓力引起的酶變性是可逆的，而超過(guò)3000atm壓力引起的變性是不可逆的。酶失活的主要原因是酶分子內(nèi)部結(jié)構(gòu)的破壞和活性部位上構(gòu)象的變化，這些效應(yīng)受pH值、底物濃度、酶中脂質(zhì)的性質(zhì)、酶亞單元結(jié)構(gòu)和溫度的影響。高壓能使大腸桿菌的誘導(dǎo)、翻譯、轉(zhuǎn)錄受到影響，27MPa下誘導(dǎo)停止，但翻譯仍然進(jìn)行，但在68MPa下翻譯受到抑制，轉(zhuǎn)錄進(jìn)行，壓力減除后，這些過(guò)程都將恢復(fù)正常[2]。1.5超高壓技術(shù)的發(fā)展熱和壓力是自然界中所存在的能獨(dú)立地改變物質(zhì)狀態(tài)的兩個(gè)基本因素。通過(guò)加熱類烹煮食物，早在原始人類時(shí)期便已開始，至今已經(jīng)延續(xù)了數(shù)萬(wàn)年，但是用超高壓來(lái)烹煮食物卻是前所未聞的。超高壓食品加工技術(shù)始于19世紀(jì)。并且超高壓技術(shù)在食品的領(lǐng)域的應(yīng)用首先是開始于食品殺菌。早在1895年，H.Royer就進(jìn)行了利用超高壓處理殺死細(xì)菌的研究。在19世紀(jì)末20世紀(jì)初，人們就認(rèn)識(shí)到一般深海魚類和生物可耐50MPa的壓力。當(dāng)壓力達(dá)到200MPa以上時(shí)，會(huì)使蛋白質(zhì)、酶的可逆性變性、失活以及出現(xiàn)亞基解離的現(xiàn)象，壓力升到303MPa以上后，微生物、酵母、霉菌及病毒就被滅活或殺死。500MPa壓力下蛋白質(zhì)則發(fā)生不可逆變性和蛋白凝膠等現(xiàn)象，而細(xì)菌的芽孢則要在600MPa以上才會(huì)死亡。在1899年，BertHite用超高壓處理、加工牛奶和肉制品，報(bào)道了利用450MPa或更高壓力能延長(zhǎng)牛奶的保存期。探索了超高壓在牛奶、水果、蔬菜保鮮中的作用，取得了較好的殺菌效果，并首次提出超高壓可作為食品加工方法的可能性。1914年，高壓物料學(xué)家Bridgman首先發(fā)現(xiàn)，超高壓會(huì)產(chǎn)生蛋白質(zhì)的加壓凝固和酶的失活，而且還能殺死微生物等。20世紀(jì)初，美國(guó)有一艘貨船沉入1500米的深海底，一年后打撈上來(lái)，船長(zhǎng)室里的蘋果、三明治和肉汁都沒(méi)有腐敗變質(zhì)（蘋果被壓的像條乳黃瓜）。對(duì)此現(xiàn)象進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)在海底壓力約15MPa和溫度約2。C的環(huán)境中，微生物雖然可以生存，但是不能增殖，最后會(huì)因環(huán)境惡劣漸漸死亡。所以在海洋深處達(dá)一萬(wàn)米的海底，環(huán)境壓力達(dá)100MPa條件下，能生長(zhǎng)的耐壓微生物是極少的。這給人們以很大的啟迪。1918年，Larson等用1200MPa的壓力作用于枯草桿菌（芽孢），90％的枯草桿菌被殺死。20世紀(jì)60年代，Kriss、Short等對(duì)土壤中的自然菌絲進(jìn)行超高壓（200～500MPa）處理，結(jié)果大部分菌絲被殺死。20世紀(jì)80年代。世界各國(guó)特別是日本開始對(duì)超高壓殺菌技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)研究，結(jié)果表明：微生物如細(xì)菌、霉菌、酵母等營(yíng)養(yǎng)體在300～400MPa壓力下可被殺滅，病毒則在稍低的壓力下，即可使其失活。在500MPa的壓力下，會(huì)發(fā)生蛋白質(zhì)不可逆變性和蛋白質(zhì)凝膠等想象，而細(xì)菌芽孢則需要在600MPa以上的壓力下才會(huì)死亡。超高壓技術(shù)的出現(xiàn)雖然有100多年歷史，但在20世紀(jì)80乃年代以后在食品加工業(yè)才開始出現(xiàn)商業(yè)化。1986年，日本京都大學(xué)林力丸首次發(fā)表采用非熱高壓（101.3～1013MPa）加工食品的報(bào)告。1987年，林力丸率先提出利用超高壓加工、保藏食品。20世紀(jì)80年代開始，日本充分展示了超高壓在食品加工中的應(yīng)用。在日本市場(chǎng)上可以發(fā)現(xiàn)包括口味像新鮮水果的果醬、果汁、色拉調(diào)味料、即食甜點(diǎn)、葡萄柚和具有“即榨”新鮮風(fēng)味的橘子汁等的超高壓食品。1990年，日本開始試售第一號(hào)加壓食品——果醬。日本明治屋食品廠于1991年4月推出了超高壓加工果醬7個(gè)品種，后來(lái)又有沙司、調(diào)味汁、飲料等十多種高壓食品面世。在歐洲市場(chǎng)，法國(guó)是第一個(gè)開發(fā)這種商業(yè)的國(guó)家。從1994年，法國(guó)Ulti公司就開始利用超高壓加工技術(shù)，在冷凍溫度下將新鮮柑橘汁的貨架期延長(zhǎng)至6～16天。1992年，美國(guó)FMC公司、英國(guó)凱氏食品飲料公司開始建立商業(yè)化食品的超高壓殺菌的工藝設(shè)備。1998年，墨西哥Avomex公司將超高壓技術(shù)應(yīng)用于鮮榨油梨汁的生產(chǎn)上，并將超高壓殺菌環(huán)節(jié)確定為產(chǎn)品關(guān)鍵控制點(diǎn)之一。目前，超高壓食品在日本、美國(guó)、韓國(guó)、法國(guó)、德國(guó)等均處在不斷研究不斷商品化階段。其中，日本在這方面研究居國(guó)際領(lǐng)先水平。我國(guó)的超高壓處理食品技術(shù)正處于早期研究階段，在1995年以前，這方面的研究報(bào)道較少，至今，市場(chǎng)上尚未見(jiàn)到超高壓食品出售[3]。2超高壓對(duì)食品成分的影響2.1超高壓對(duì)維生素的影響超高壓處理對(duì)添加有大量維生素的液態(tài)功能食品具有較好的保護(hù)作用。研究表明：果蔬維生素C、A、B1、B2、E和葉酸不受壓力的影響。。超高壓處理的草莓醬能保留95%的VC，是熱力加工草莓醬的1.7倍。200～500MPa處理的鮮榨橙汁其VC、VB6、VB1、VB2、煙酸和果糖、葡萄糖、蔗糖的含量在實(shí)驗(yàn)壓力水平上無(wú)顯著差異。經(jīng)過(guò)200～500MPa處理的河套蜜瓜汁、西瓜汁、橙汁、黃瓜汁、草莓汁的維生素C的平均保留率達(dá)到95%以上[4]。2.2超高壓對(duì)脂類的影響日本學(xué)者研究了超高壓處理對(duì)沙丁魚肉中脂類的影響。采用100～400MPa、30min分別處理絞碎的沙丁魚肉和沙丁魚脂類的萃取物，并將它們貯藏在5℃的條件下，結(jié)果發(fā)現(xiàn)未經(jīng)超高壓處理的樣品其游離脂肪酸的含量增加，而超高壓處理的二種樣品其游離脂肪酸含量沒(méi)有變化，原因是超高壓處理使脂氧合酶失活。同時(shí)發(fā)現(xiàn)碎沙丁魚肉在高于300MPa處理后貯藏會(huì)發(fā)生脂肪氧化，EPA、DHA的含量和比例發(fā)生了變化，而沙丁魚的脂類提取物在同樣條件下則沒(méi)有發(fā)生氧化反應(yīng)，這表明超高壓處理后魚肉脂類氧化反應(yīng)與魚肉蛋白的變性有關(guān)。在無(wú)氧和常溫條件下，超高壓處理可以使脂氧合酶完全失活，同時(shí)又不會(huì)導(dǎo)致不飽和脂肪酸發(fā)生變化，利用超高壓處理含不飽和脂肪酸高的食品則能達(dá)到滅酶殺菌而又不破壞不飽和脂肪酸的目的，這樣處理將避免傳統(tǒng)熱力加工、輻照處理引起的不飽和脂肪酸氧化和降解反應(yīng)[5]。一些研究結(jié)果認(rèn)為，超高壓對(duì)脂類的影響是可逆的。超高壓處理可使乳化液中的獨(dú)體脂肪增加，而且此結(jié)果受壓力、溫度、時(shí)間和脂肪球大小的影響。當(dāng)水分活度在0。40～0。55范圍時(shí)，超高壓處理使油脂的氧化速度加快，但水分活度不在此范圍時(shí)則相反，溫度對(duì)這一結(jié)果有影響。甘油三酯的熔點(diǎn)歲壓力的升高而升高。在常溫常壓下存在的液體狀態(tài)的油脂在更高的壓力下將發(fā)生結(jié)晶。超高壓有利于最穩(wěn)定狀態(tài)晶體的形成[6]。2.3超高壓對(duì)蛋白質(zhì)、過(guò)氧化物酶的影響魚肉蛋白進(jìn)行高壓處理后發(fā)生變性凝膠化，與加熱凝膠不同，它具有高彈性、透明感和光澤，并保持致密的組織性，放置與低溫下，彈力會(huì)進(jìn)一步增強(qiáng)。由于部分活性部位又開始暴露的緣故[7]。2.4超高壓對(duì)類胡蘿卜素的影響食品加工過(guò)程中食品色素成分的保留率已成為產(chǎn)品加工品質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)功能性評(píng)價(jià)的一個(gè)重要指標(biāo)。功能性色素如番茄紅素、花青素、β-胡蘿卜素和紅曲等在加工過(guò)程中易受光、氧、輻照和熱力的作用發(fā)生降解，導(dǎo)致其穩(wěn)定性和功能性的降低，甚至產(chǎn)生一些異味成分，影響產(chǎn)品的感官質(zhì)量。采用超高壓處理食品中的功能性色素能避免氧、光和熱的作用，因而其穩(wěn)定性好，保留率和生物效價(jià)高。超高壓加工能較大限度地保留食品的功能色素成分，又能在不降低色素含量的條件下產(chǎn)生更多的同分異構(gòu)體，從而改變色素的功能性和理化特性。超高壓處理的番茄汁色度值(a值與b值的比值)較熱破碎加工的番茄汁高，但這并不是由二者番茄紅素含量的差別引起的，可能是超高壓處理導(dǎo)致番茄紅素、番茄黃素等色素結(jié)構(gòu)變化引起的。超高壓加工草莓醬的色素保留率較高，其色度值(L-、a-值)優(yōu)于熱力加工的草莓醬。膳食中的番茄紅素80%～97%都是反式結(jié)構(gòu)，而人體組織器官中的番茄紅素主要是順式結(jié)構(gòu)。研究發(fā)現(xiàn)順式番茄紅素更易與膽酸混合乳化，而反式番茄紅素在腸道內(nèi)易形成結(jié)晶，前者的吸收率和生物效價(jià)要比后者高。加工處理能增加番茄紅素的順式體含量和比例，如加熱處理能增加順式番茄紅素的含量，一般不超過(guò)10%，但加熱處理同時(shí)能使番茄紅素發(fā)生降解，并產(chǎn)生番茄紅素的氧化物導(dǎo)致其總體含量的降低。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)采用超臨界萃取技術(shù)(35～40MPa)能防止提取過(guò)程番茄紅素的降解、氧化分解，并有一定程度的異構(gòu)化作用，其提取的番茄紅素中全反式番茄紅素占88%，順式番茄紅素占12%，而鮮番茄中的番茄紅素基本都是反式的。這表明壓力可能對(duì)番茄紅素結(jié)構(gòu)的異構(gòu)化有作用。實(shí)際生產(chǎn)中可在不降低番茄紅素含量的條件下，通過(guò)超高壓處理來(lái)控制番茄或其產(chǎn)品中番茄紅素順?lè)串悩?gòu)體的種類、含量和比例，達(dá)到改善并提高番茄紅素的吸收率和生物效價(jià)的目的。這就意味著在番茄紅素含量一定的前提下就能通過(guò)超高壓處理增加番茄紅素的吸收和生物利用率[8]。2.5超高壓對(duì)淀粉的影響高壓可使淀粉改性。常溫下加壓到400MPa~600MPa,可使待那份糊化而呈不透明的黏稠狀物，且吸水量也發(fā)生改變。其原因是壓力可使淀粉分子的長(zhǎng)鏈斷裂，分子結(jié)構(gòu)發(fā)生改變。高壓所致完全糊化的玉米淀粉沒(méi)有與熱加工糊化淀粉相同的老化現(xiàn)象，而超高壓未完全糊化玉米淀粉有類似熱加工淀粉的老化現(xiàn)象。低于700MPa的壓力不能想熱加工那樣使玉米淀粉變色[9]。3影響超高壓時(shí)間的因素3.1壓力的大小和加壓時(shí)間在一定范圍內(nèi)，壓力越高，滅菌效果越好。在相同壓力下，滅菌時(shí)間延長(zhǎng)，滅菌效果也有一定程度的提高。300MPa以上的壓力可使細(xì)菌、霉菌、酵母菌消滅，病毒在較低的氣壓下失去活力。對(duì)于非芽孢類微生物，施壓范圍為300~600MPa時(shí)有可能全部致死。對(duì)于芽孢類微生物，有的可在1000MP的壓力下生存，對(duì)于這類微生物，施壓范圍在300MPa以下時(shí)，反而會(huì)促進(jìn)芽孢發(fā)芽。Watanable等人研究了高壓處理菠蘿歐文氏菌用于延長(zhǎng)食品的保藏期，隨著壓力的增大，滅菌效果提高。L.A.LUCORE等人研究了環(huán)境條件對(duì)抑制大腸桿菌0157:H7的作用，用300、500、700MPa壓力處理，加壓時(shí)間較長(zhǎng)的話，大腸桿菌0157:H7會(huì)被抑制5個(gè)數(shù)量級(jí)。池元斌等人研究了高壓對(duì)鮮牛奶中細(xì)菌行為的影響，鮮牛奶中細(xì)菌菌落尺寸取決于處理壓力的高低以及保壓時(shí)間的長(zhǎng)短。保壓時(shí)間越長(zhǎng)，處理壓力越高，細(xì)菌菌落直徑越小。H.CALIK等人研究了高靜水壓對(duì)蠣中副溶血弧菌的作用，用平皿計(jì)數(shù)法測(cè)定了牡蠣加壓前后的副溶血弧菌數(shù)，最佳條件是50kpsi，施壓30sec.,此處理?xiàng)l件能將含菌量從109cfu/ml降至101cfu/ml，如果壓力降低，要取得同樣的效果，則加壓時(shí)間加長(zhǎng)，如將上述壓力降至35kpsi，則需要14.5min才能將含菌量降101cfu/ml.MitsumasaYasumoto等人研究了100~600MPa的壓力對(duì)番茄汁中的凝結(jié)芽孢桿菌和酵母菌的滅菌效果，找出了保壓時(shí)間和施壓大小的關(guān)系[10]。3.2施壓方式對(duì)于芽孢菌間歇式加壓效果好于連續(xù)加壓，研究者認(rèn)為：第一次加壓會(huì)引起芽孢菌發(fā)芽，第二加壓則使這些發(fā)芽而成的營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞殺死。因而對(duì)于易受芽孢菌污染的食物用超高壓多次重復(fù)短時(shí)處理，殺滅芽孢效果好[11]。3.3溫度溫度是微生物生長(zhǎng)代謝最重要的外部條件，它對(duì)超高壓滅菌的效果影響很大。由于微生物對(duì)溫度有敏感性，在低溫或高溫下，高壓對(duì)微生物的影響加劇，因此，在低溫或高溫下對(duì)食品進(jìn)行高壓處理具有較常溫下處理更好的殺菌效果。大多數(shù)微生物在低溫下耐壓程度降低，主要是因?yàn)閴毫κ沟玫蜏叵录?xì)胞因冰晶析出而破裂程度加劇。蛋白質(zhì)在低溫下高壓敏感性提高，致使此條件下蛋白質(zhì)更易變性，而且人們發(fā)現(xiàn)低溫下菌體細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)也更易損傷。低溫對(duì)高壓殺菌的促進(jìn)效果特別引人矚目，因?yàn)榈蜏叵赂邏禾幚韺?duì)保持食品品質(zhì)，尤其是減少熱敏性成分的破壞較為有利。高橋觀二郎等人對(duì)包括芽孢菌等常見(jiàn)致病菌在內(nèi)的16種微生物的低溫高壓殺菌究顯示，除了芽孢菌和金黃色葡萄球菌外，大多數(shù)微生物在－20。C下的高壓殺菌效果較20。C下的好。對(duì)一定濃度的糖溶液在不同溫度下進(jìn)行高壓殺菌，在同樣的壓力下，殺死同等數(shù)量的細(xì)菌，則溫度高，所需殺菌時(shí)間短。因?yàn)樵谝欢囟认?，微生物中蛋白質(zhì)、酶等成分均會(huì)發(fā)生一定程度的變性。因此，適當(dāng)提高溫度對(duì)高壓殺菌有促進(jìn)作用[12]。3.4pH每種微生物都有適應(yīng)其生長(zhǎng)的pH值范圍，在壓力作用下，介質(zhì)的pH值會(huì)影響微生物的生命活動(dòng)。據(jù)報(bào)道，一方面壓力會(huì)改變介質(zhì)的pH，且逐漸縮小微生物生長(zhǎng)的pH范圍。另一方面，在食品允許范圍內(nèi)，改變介質(zhì)pH，使微生物生長(zhǎng)環(huán)境劣化，也會(huì)加速微生物的死亡速率，使超高壓殺菌的時(shí)間縮短，或可降低所需壓力。酸性食品的高壓殺菌研究較多，而低酸性食品的高壓殺菌研究較少，對(duì)于中性pH的食物進(jìn)行殺菌處理時(shí)，單純依靠高壓處理是不理想的[13]。3.5微生物的種類和特性不同生長(zhǎng)期的微生物對(duì)高壓的反應(yīng)不同。一般地說(shuō)，處于指數(shù)生長(zhǎng)期的微生物比處于靜止生長(zhǎng)期的微生物對(duì)壓力反應(yīng)更敏感。革蘭氏陽(yáng)性菌比革蘭氏陰性菌對(duì)壓力更具抗性，革蘭氏陰性菌的細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)更復(fù)雜而更易受壓力等環(huán)境條件的影響而發(fā)生結(jié)構(gòu)的變化。孢子對(duì)壓力的抵抗力則更強(qiáng)。芽孢類細(xì)菌，同非芽孢類的細(xì)菌相比，其耐壓性很強(qiáng)，當(dāng)靜壓超過(guò)100MPa時(shí)，許多非芽孢類的細(xì)菌都失去活性，但芽孢類細(xì)菌則可在高達(dá)1200MPa的壓力下存活。革蘭氏陽(yáng)性菌中的芽孢桿菌屬和梭狀芽孢桿菌屬的芽孢最為耐壓。對(duì)于梭狀芽孢桿菌屬的研究較少，缺少足夠的數(shù)據(jù)來(lái)確切評(píng)價(jià)低酸性食品的超高壓殺菌的安全性。芽孢殼的結(jié)構(gòu)極其致密，使得芽孢類細(xì)菌具備了抵抗高壓的能力，殺滅芽孢需更高的壓力并結(jié)合其它處理方式[14]。3.6水分活度水分活度對(duì)滅菌效果影響也很大,根據(jù)研究表明大小對(duì)微生物抵抗壓力非常關(guān)鍵/對(duì)于固體與半固體食品的超高壓殺菌，考慮的大小十分重要[15]。3.7食物本身的組成和添加物超高壓殺菌時(shí)，各種食品的物理、化學(xué)性質(zhì)不同，使用的壓力要求也不同，例如：用300MPa的壓力可滅活豬肉糜中腐敗菌和食物中毒菌，而且含菌量隨著施壓時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸減少，而滅活橙汁中的酵母、霉菌，所需的壓力低得多。在高壓下，食品的化學(xué)成分對(duì)滅菌效果有明顯作用。蛋白質(zhì)、脂類、碳水化合物對(duì)微生物有緩沖保護(hù)作用，而且這些營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)加速了微生物的繁殖和自我修復(fù)功能[16]。4超高壓技術(shù)應(yīng)用舉例4.1超高壓在果汁殺菌中的應(yīng)用日本、美國(guó)的一些飲料廠家已經(jīng)開始利用這項(xiàng)新技術(shù)。小川浩史等人非別對(duì)柑桔類果汁，在pH=2.5~3.7范圍內(nèi)，進(jìn)行加壓范圍為100～600MPa，保持5～10min的高壓滅菌試驗(yàn)。結(jié)果表明，一般細(xì)菌和酵母、霉菌數(shù)都隨著壓力的提高而減少，直到酵母、霉菌完全殺滅。經(jīng)過(guò)超高壓處理的果汁達(dá)到商業(yè)無(wú)菌狀態(tài)，處理后果汁的風(fēng)味、組成成分都沒(méi)有發(fā)生改變，在室溫下可以保持?jǐn)?shù)月。所以對(duì)果汁進(jìn)行超高壓處理是原果汁長(zhǎng)期保存的有效方法之一。4.2超高壓在果漿生產(chǎn)中的的應(yīng)用1990年4月，日本推出了不用加熱的果漿，首次作為世界加壓食品商業(yè)出售，應(yīng)用高壓促進(jìn)了果實(shí)、砂糖及果膠混合物的凝膠化，糖液向果肉內(nèi)浸透，并可同時(shí)滅菌，實(shí)際生產(chǎn)時(shí)，在室溫下，加壓到400～900MPa的壓力，保持10～30min即可得到此產(chǎn)品。感官評(píng)價(jià)結(jié)果，加壓處理的果漿比加熱法的味道好。4.3超高壓在肉制品加工方面的應(yīng)用生豬肉經(jīng)400MPa的作用，保持10min,處理后的生豬肉就可以吃。其原因是豬肉的蛋白質(zhì)已經(jīng)變性，肉色已轉(zhuǎn)白，細(xì)菌檢查結(jié)果，大腸桿菌為陰性。法國(guó)的研究人員用200MPa壓力對(duì)牛腿肉進(jìn)行試驗(yàn)，制成牛排，可與柔軟的脊肉媲美，殺菌效果也很理想。超高壓在魚制品方面的應(yīng)用日本大洋漁業(yè)公司研究所采用超高壓技術(shù)生產(chǎn)魚糕，在殺菌后其口感、風(fēng)味都比較理想。在日本，超高壓技術(shù)已經(jīng)用來(lái)誘導(dǎo)不同型魚糜的凝膠。從海產(chǎn)物中獲得的凝膠比通過(guò)加熱所獲得的凝膠更柔滑，更具有彈性。超高壓在烹調(diào)方面的應(yīng)用把加壓后的米用水煮大約5min，就和直接水煮20min的米粒一樣具有米香味，此外，陳米經(jīng)過(guò)超高壓處理10min，煮出來(lái)的米飯與新米一樣可口，其原因是陳米中的淀粉經(jīng)超高壓處理后能充分的糊化所致。雞蛋黃在25。C下施加400MPa壓力，保持30min，就會(huì)變成凝膠，并能保持原有的顏色、柔