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现代食品加工原理论文超高压技术在食品加工中的应用与研究进展 摘要:应用超高压技术加工食品可以致死微生物,影响酶的活性,改变物质间的相互作用。对超高压技术发展的历史与现状及其在食品加工中的应用与研究进展作一阐述,并对超高压技术的发展前景进行了展望。关键词:超高压技术;食品工业;应用;前景Research Advance and Application of Ultra High Pressure in Food IndustryAbstract: Usingthe ultra-high pressure(UHP) technologyoffood process mayinactivate microorgamisms,influ-ence rates of enzymatic reactions, modifies interaction between individual components.To review the develop-ment of UHP technology and some application in food industry,and prospect of UHP application is also be men-tioned in this paper.Key words:ultra-high pressure;food industry;application;prospect前言随着科学技术的发展，多种新的食品加工和贮存方法得以研究与开发，其中高压技术是最近引起各方面广泛关注的“高新技术”之一，被誉为“当前七大科技热点”、“21世纪十大尖端科技”。高压处理过程是一个纯物理过程，具有瞬间压缩、作用均匀、操作安全和耗能低的特点，有利于生态环境保护；超高压加工技术除节约能源、减少污染等优点外，其最大优越性在于这种技术是目前人们发现的能最好保持食物天然色、香、味和营养成分的加工方法。1.超高压技术的发展历史与现状早在1899年,美国化学家Bert Hite就首次发现了450 MPa的高压能延长牛乳的贮藏期,以后相继有很多报道证实了高压对各种食品和饮料的杀菌效果。公认的开创现代高压技术先河的是美国物理学家P WBridgeman(1946年获得诺贝尔物理学奖)。P W Bridgeman在1914年发现在静水压(500 MPa)下蛋白质变性凝固、700 MPa形成凝胶的现象。这是超高压技术应用于食品加工的理论雏形。但是限于当时的各方面条件,这些研究成果并未引起足够的重视。随着现代高压物理的诞生与发展,20世纪80年代末首先在日本研发出食品的超高压加工技术。1986年日本京都大学的林力丸教授率先开展了高压加工食品的试验,并引起了日本加工业界的浓厚兴趣,掀起了(超)高压技术在食品中的应用基础研究热潮。日本国内的很多学者,如小川浩史、昌子有、崛江耀、松本正等也纷纷开展了与此有关的试验研究工作。为产业化发展做准备的大量前期研究终于使世界在1990年4月迎来了第一批高压食品果酱(草莓酱、苹果酱和猕猴桃酱3个品种,7种风味系列)的问世,并在日本当地取得良好的试售效果,且引起了整个日本国内的轰动。经高压技术加工的果酱在日本超市的问世,揭开了高压理论(超高压技术)应用于食品加工业的序幕。目前,日本在超高压食品加工方面仍居于国际领先地位,已拥有大量的食品超高压处理实验装置与生产设备,果酱、果汁、鱼糜制品等超高压食品已进入超市,并且有了食品超高压加工、杀菌、保鲜的专利技术。超高压技术在日本的成功应用,很快引起了德、美、英、法等欧美国家及韩国的高度重视,先后投资对高压食品的加工原理、方法、技术细节及应用前景进行了广泛而深入的研究。美国已将超高压技术列为21世纪食品加工、包装的主要研究项目,并已有了一定规模的工业化生产。目前,国外超高压技术已在果酱(草莓酱、猕猴桃酱、苹果酱等)、果汁(橘子汁等)、含果肉的果冻、豆浆、乳蛋白制品、鱼糜鱼糕、鱼肉制品、牛肉制品、甲壳类水产品等开展系列研究1,并取得了可喜的研究成果。我国超高压技术在食品加工中的应用虽然处于起步阶段,但很多学者已致力于这方面的研究,国家高度重视这一技术,已有多项课题被列入国家863计划、农业跨越计划及科技攻关等领域。我国也有很多该领域研究人员较早地应用超高压技术进行食品加工的研究,叶怀义(2003)就超高压对微生物、酶的灭活机理,果肉饮料和果酱的加工工艺以及对小麦、玉米、绿豆、藕、木薯、甘薯、土豆等淀粉的糊化特性影响进行了详细研究,励建荣等(1999)对橙子、草莓、西瓜、黄瓜、猪肉、牛肉、草鱼、河虾、鸡蛋等超高压处理后的灭菌效果、营养品质、风味以及超高压催陈黄酒进行了一系列研究,取得了预期试验效果,获得了超高压保鲜果汁和超高压催陈酒类技术。潘见等(2004)对草莓汁、西瓜汁等做了大量的试验,获得了很多有价值的数据。张宏康等(2001)和日本的合作项目大豆分离蛋白凝胶也取得了显著的成果。此外,研究者还针对酶、病毒、微生物、超微结构与质构、蛋白质等进行了大量的研究。据报道,目前已有企业采用国产超高压设备与技术加工鲜海参、鲜牡蛎、鲜果汁及水果等食品并已成功上市。这标志着我国在超高压技术装备制造方面已取得突破性进展,对推动我国超高压技术在食品领域的产业发展具有十分重要的意义。2.超高压技术原理及技术特点超高压技术（ultra high pressuretechnology）也称为超高压杀菌技术（ultra high pressure sterilization technology），是指利用100 MPa以上的压力,在常温或较低温度条件下,使食品中的酶、蛋白质及淀粉等生物大分子改变活性、变性或糊化,同时杀死细菌等微生物的一种食品处理方法2。超高压技术必须以液体为介质，当食品在液体介质中体积被压缩后，形成高分子物质立体结构的氢键、离子键、疏水键等非共价键即发生变化,结果导致蛋白质变性、淀粉糊化、酶失去活性、微生物等被杀死3。由于超高压处理只作用于非共价键，因此对维生素、色素和风味物质等低分子物质的共价键无明显影响，从而使食品较好地保持了原有的营养价值、色泽和天然风味4。3.超高压技术杀菌机理超高压处理被认为是一种新型的冷杀菌方式,可以应用于食品的贮藏保鲜。超高压通过导致微生物的形态结构，基因机制及细胞壁膜等多方面发生变化，从而影响微生物原有的生理活动机能，甚至使原有功能破坏或发生不可逆变化，所以超高压在常温下具有杀死微生物的作用5。不同的微生物对压力具有不同的抗性,微生物细胞的存活率与所采用的压力大小有直接关系。通常各种微生物的耐压性强弱依次为革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌、真菌，而芽孢较营养细胞的耐压性高，一般耐高温的微生物耐高压的能力也较强6。4. 超高压技术对酶的影响食品在加工和贮存过程中，由于食品自身酶的作用，会产生变色、变味甚至变质，造成很大的损失。大部分酶的化学本质是蛋白质，其生物活性依赖于蛋白质分子的三级结构，维持蛋白质分子三级结构的作用力主要是范德华力、氢键、静电作用力和疏水相互作用力等非共价键。通过超高压处理可破坏蛋白质的三级结构，改变其催化活性从而提高食品品质。研究表明超高压对酶活力的影响主要分个阶段：在压力较低时，酶活力中心凝聚，酶与基质接触更加充分，酶活升高；随着压力的升高，酶蛋白的三级结构遭到破坏，酶活性降低7。研究发现，在500 MPa、60或750 MPa、50时可使鲜榨梨汁中多酚氧化酶失去6260%以上活性。在600 MPa时处理10 min，可有效抑制多酚氧化酶活性，防止褐变，且经保藏9 d后，仍然具有较好的理化指标。在400 MPa600 MPa压力下处理番茄切片，可使其果胶甲基酯酶活性上升8。5.超高压技术在食品中的应用5.1超高压技术在谷物及豆制品中的应用谷物和豆类是人类饮食中提供能量的主要来源,谷物可减少心脏病及一些肠胃癌和呼吸道疾病的发病率。它们提供人体所需能量和8%的蛋白质及多种维生素。长期以来,谷物的加工都要经历很多热过程,并以此来提高消化性和消除过敏反应,但是营养物质的损失较为严重。Y Estrada Giron等（2005）利用超高压技术对谷物及豆类的研究表明,该技术可消除谷物中的抗营养因素,从而保存了制品的质量及营养成分。超高压处理过程中过敏蛋白溶解,尤为突出的是7S球蛋白。然而在压力处理过程中色泽、形状等没有发生明显的变化。蔬菜中的蛋白如豆腐,通常情况下是通过真空包装后贮存在冷冻条件下。然而通过超高压处理后,豆腐中的微生物数量明显减少,而且消化性也随之提高。谷物中的其他成分如维生素A没有受到影响,脂溶性的B族维生素的保留率为85%。5.2超高压技术在乳制品中的应用在乳品的生产过程中,A J Trujillo等(2000)通过超高压处理牛奶发现,高压可使酪蛋白胶束破碎,从而出现小的颗粒直径,降低了制品的混浊度。此外,高压可诱导磷酸钙胶束解离,同时使血清蛋白变性。高压处理还可大幅度减少微生物的数量。在液态奶的生产过程中,通过压力-温度-时间的结合来杀灭微生物。在适当温度条件下通过高压处理牛奶,仅仅破坏了弱的共价键(氢键、疏水键、离子键)。这样,小分子的物质如维生素、氨基酸、糖类及风味物质将不受影响。J Antonio等2002)在400 MPa 30 min 25条件处理牛奶,试验结果显示,维生素B1与维生素B6没有明显的损失。在400 MPa 15 min 50条件下处理牛奶,蛋白水解酶的活性明显下降。同时发现,牛奶的感官特性有所提高。因此,压力与温度的结合可以得到更好的感官特性并延长了牛奶的货架期。此外,J An-tonio等(2002)还对牛乳中5种常见的致病菌进行研究,得出5种菌的耐压率依次为金黄色葡萄球菌乳杆菌李斯特氏菌大肠杆菌荧光假单胞菌,同时还发现,大肠杆菌和金黄色葡萄球菌在低温条件下比常温更耐压。通过与热处理的牛奶相比,高压没有破坏共价键。5.3超高压技术在肉制品中的应用超高压技术应用于肉制品可提高其保水性、乳化性、黏结性等。Macfarlan(2003)报道,添加1%食盐经超高压处理的牛肉泥比添加3%食盐而未经超高压处理的黏性好。Berry(2002)在制作调味牛排时采用100 MPa超高压处理,在不加食盐的情况下可制得具有良好组织结构的牛排。超高压还可以直接生产新产品,例如,经400MPa或600 MPa的作用保持10 min,处理后的生猪肉就可以吃了。其原因是猪肉的蛋白质已经变性,肉色已转白,细菌检查结果表明大肠杆菌为阴性。日本一家公司还利用超高压加工的方法使瘦牛肉变成了肥牛肉。在加工时,事先将乳蛋白沿着牛肉的精细纤维注入牛肉中,然后对牛肉进行超高压加工,这样乳蛋白被处理后其凝胶化性能提高,会附着在瘦肉中间,使牛肉肥瘦相间吃起来风味更佳8。5.4超高压技术在果汁和果酱中的应用超高压技术在食品工业中最成功的应用就是果蔬产品的加工,主要应用于杀菌,经超高压处理的果汁可达到商业无菌,而且处理后的果汁风味及组成成分均未发生太大的变化,产品在室温条件下可贮藏数月。陈复生(2005)生产实践证明,采用600 MPa、2 min处理可以将油梨汁中的致病菌减少到5个对数周期以下,而且不需添加任何防腐剂,还可使产品的货架期延长40天。果汁变质的主要原因在于果胶甲基酯酶,A CPolydera等(2004)通过对柑橘中果胶甲基酯酶的研究发现,经600 MPa、50处理的果汁,果胶甲基酯酶已无活性,从而提高了果汁的感官质量与微生物的稳定性。在果酱生产中,采用高压技术杀菌不仅使水果中的微生物致死,还可使酶活力降低。P Butz等(2003)研究各种水果时发现,食品经超高压处理后,碳水化合物生了变化,果糖和蔗糖的含量随着贮藏时间的延长而逐渐降低,从而延长了食物的贮藏时间。此外,其分味物质也没有发生变化。5.5高压技术在水产品加工中的应用水产品的加工与其它产品相比较为特殊,高压处理后的水产品具有原有的风味、色泽及良好的口感。而热处理、干制处理均不能达到上述效果。陈复生(2005)研究表明,超高压处理可保持水产品原有的新鲜风味。超高压处理可以使某些导致腐败的酶类致死,调节鱼类的组织,同时致死腐败微生物与病原菌。众所周知,鱼肉含有丰富的不饱和肪酸,高压处理则尽可能地保留住鱼肉中的营养成分。日本大洋渔业公司研究所将狭鳕鱼糜装入乙烯袋内,并放入水中,从四周均匀地加压到400 MPa,保持10 min,即能制成鱼糕,加压后的鱼糕透明,咀嚼感坚实,弹性比原来高出50%。美国一家公司利用超高压技术处理牡蛎,250300 MPa处理10min牡蛎的外壳自动脱落,使牡蛎的前处理节省了大量人力、物力和财力。此外,RLakshamanman9等(2003)还利用超高压技术加工生产鲑鱼和红鳟鱼,不但延长了货架期,而且还保留了它们原有的感官及营养成分。5.6高压速冻技术在食品中的应用速冻是采用快速越过最大生成带,使组织内只能生成细小冰晶,这是降低冷冻应力,提高冻品质量的关键10。目前采用-30以下低温快速冷冻法,因热阻的存在冻结有一过程,相变就不可能瞬间完成,结果生成的冰晶较大,冻品组织产生不可逆破坏和变性,解冻后汁液流失比较严重,给产品风味带来不良影响。利用超高压技术可以得到0以下的不结冰的低温水,加压到200 MPa,温度降至-18,水仍然不结冰,然后立即降压至常压,-18的水变为不稳定的过冷态,瞬间产生大量细小冰晶均布于冻品组织中,所形成的冰晶也很细微。这样速冻的食品可以显著地改善其汁液的流失。W Kowalczyk11等(2005)将理论与试验结合,研究高压协助速冻,高压的释放在瞬间完成,整个食物迅速形成细小均匀的冰晶。同时发现,汁液流失较少且风味与新鲜食品相差无几。但高压冷冻处理后,有的物料产生硬化现象,如豆腐、魔芋;有的产生软化现象,如白菜、凝胶等,一般认为这主要是因物料的含水量及成分不同所致12。6.超高压技术前景展望超高压技术被誉为当前七大科技热点,21世纪十大尖端科技,食品工业的一场革命。美国已将开发超高压食品列为21世纪食品加工、包装的主要研究项目。它的发展无疑为食品加工提供了一个美好的应用前景。超高压食品色、香、味以及营养成分完整性的保存以及安全、卫生的优点迎合了消费者的心理需求,符合当前绿色食品的要求。目前,超高压技术在食品方面的基础研究与产品开发方兴未艾,除少数超高压食品已投入商品生产外,绝大多数超高压食品还有待研发。随着超高压技术和超高压装置的日趋完善,超高压食品或保健品必将风靡全球13。可以相信,以当今超高压食品科学技术与传统中华饮食文明相结合,必将为人类翻开食品加工历史的新一页,使食品加工业由传统的单一“热”处理为主跨入“热”、“压”并举的新时代。抓住机遇,加快超高压技术的研究与应用,必将提高我国食品质量在国际食品市场上的竞争力。参考文献:1肖庆生,朱勉学.国内外食品超高压加工技术J.食品开发与研究,2004,25(1):2228.2BaueraBA,SommerbK.Optical insitu analysisof starch granules under high pressurewith a high pressure cell concept sandmethodsM.New York:Acedemic Pr,1999.3张英,白杰,张海峰,等.超高压技术在食品加工中的应用与研究进展J.保鲜与加工,2008(5):18-21.4刘延奇,吴史博.超高压对食品品质的影响J.食品研究与发,2008,29(3):137-140.5Pilar M,Bernard M.Morphological andphysiological changes induced by highhydrostatic pressure in exponential andstation aryphase cells of 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