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超高压对天然肠衣组织性质的影响 摘要 天然肠衣是食品可食性包装、人体组织工程材料等的重要来源。超高压技 术作为一项食品加工的高新技术，已广泛应用于食品工程领域。本研究通过单 因素试验方法，考察加压水平( 1 0 0 6 0 0m p a ) 、加压介质温度f 2 0 4 5 ) 和保压 时间( 5 3 0m i n ) 对天然肠衣性质( 包括：色泽、力学性质与基本物理性质) 的 影响，并通过超高压处理前后肠衣表面与微观组织结构的观察，探索超高压对 天然肠衣性质的影响规律及其变化枫理。 试验研究结果表明：( 1 ) 压力( 1 0 0 6 0 0m p a ) 与加压介质温度( 2 0 4 5 ) 的变化对肠衣红度差值a a 和黄度差值a b 值的影响有限( 变化值均 2 ) ； 而在介质温度2 0 条件下，2 0 0m p a 以上的压力处理1 0r a i n 可使肠衣的l 与 e 值显著增大( p 0 0 5 ) ( 3 ) 较低加压介质温度( 2 0 ) 条件 下，3 0 0 6 0 0m p a 的超高压可明显提高肠衣的剪切强度与抗拉强度( p 0 0 5 ) ， 这将为其在组织工程中的应用提供了可行性。但在较高加压介质温度( 4 5 ) 条件下，3 0 0m p a 压力可导致肠衣剪切强度与抗拉强度的显著降低( p 0 0 5 ) 。( 4 ) 保压时间对天然肠衣力学性质、色泽和膜厚变化率的影响不显著。( 5 ) 高于3 0 0 m p a 的压力可使肠衣纤维组织致密亿；而4 5 的加压介质温度可明显损伤肠衣 组织。 关键词：天然肠衣超高压组织结构力学特性色泽膜厚 e f f e c to fh i g hp r e s s u r eo nt h ep r o p e r t i e so f n a t u r a l c a s i n g s a b s t r a c t n a t u r a lc a s i n gc a nb ee d i b l ep a c k a g i n go f s a u s a g ea n dh a m ，t i s s u ee n g i n e e r i n g m a t e r i a l si nv i v o ，a n ds oo n a sah i g h t e c hf o o dp r o c e s s i n g h h p f h v d r o s t a t i c h i g hp r e s s u r e ) t e c h n o l o g yh a sb e e nw i d e l yu s e di nf o o da r e a sa tp r e s e n t t h e p r o p e r t i e s ( 1 n c l u d ec o l o r ，m e c h a n i cp r o p e r t i e sa n db a s i cp h y s i c a lp r o p e r t i e s ) o f n a t u r a jc a s i n g su n d e rd e f e r e n tp r e s s u r e l e v e l s ( 1 0 0 6 0 0m p a ) p r e s s u r em e d i u m t e m p e r a t u r e ( 2 0 4 5 ) a n d p r e s s u r eh o l d i n gt i m e ( 5 3 0m i n ) w e r ei n v e s t i g a t e dv i a s i n g l ef a c t o rm e t h o di nt h i sp a p e r ，a n dt h r o u g ho b s e r v i n gs u r f a c ea n dm i c r o s t r u c t u r eo ft h ec a s i n g sw i t ho rw i t h o u th i g h p r e s s u r e ，t h em e c h a n i s mi nt h e p r o p e r t i e so fn a t u r a lc a s i n gw o u l db ei n i t i a le x p l o r e d t h er e s u l t ss h o w e d ：( 1 ) t h ee f f e c t so fc h a n g e si n p r e s s u r e1 e v e l s ( 1 0 0 6 0 0 m p aja n dp r e s s u r em e d i u mt e m p e r a t u r e ( 2 0 4 5 ) o n aa n d bo fc a s i n g s w e r el i m i t e d ( v a l u e 2 ) ；h o w e v e r ，w h e np r e s s u r em e d i u mt e m p e r a t u r ea t2 0 。c p r e s s u r ea b o v eo re q u a l2 0 0m p ac a ns i g n i f i c a n t l yi n c r e a s e la n d eo fh o g c a s i n g s ( p 0 0 5 ) ( 3 ) a tl o w e rp r e s s u r em e d i u mt e m p e r a t u r e ( 2 0 ) t h es h e a r i n g s t r e n g t ha n dt e n s i l es t r e n g t ho fp r e s s u r i z e dc a s i n g sw e r em a r k e d l ye n h a n c e du n d e r 3 0 0 6 0 0m p af p 0 0 5 ) w h i c hw o u l dp r o v i d ea f e a s i b i l i t yf o ra p p l y i n gc a s i n g st o t i s s u ee n g i n e e r i n g b u ta t h i g h e rp r e s s u r em e d i u mt e m p e r a t u r e ( 4 5 。c 1 t h es h e a r s t r e n g t ha n dt e n s i l es t r e n g t ho fc a s i n g sw e r es i g n i f i c a n t l yr e d u c e db y3 0 0m p a p r e s s u r e ( p 0 0 5 ) ( 4 ) p r e s s u r eh o l d i n gt i m eh a v eu os i g n i f i c a n te f f e c to nt h e m e c h a n i c a ip r o p e r t i e s ，c o l o r sa n dt h i c k n e s so fn a t u r a l c a s i n g t h ef i b e r so fh o g c a s i n gu n d e r3 0 0 6 0 0m p ah i g hp r e s s u r et r e a t m e n tw e r em o r ed e n s e ；w h i l e p r e s s u r em e d i u mt e m p e r a t u r ea t4 5 0 c ，c a s i n g ss t r u c t u r ew e r eo b v i o u s l yi n i u r e db y h i g hp r e s s u r e k e y w o r d s ：n a t u r a lc a s i n g ，h i g h p r e s s u r e ，o r g a n i z a t i o ns t r u c t u r e ，m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s ，c o l o r ，t h i c k n e s s 表格清单 表1 1 我国天然肠衣2 0 0 1 2 0 0 5 年出1 2 1 概况4 表2 1 主要试验试剂表1 0 表2 2 主要试验仪器设备1 0 表2 3 原料肠衣的基本组成1 4 表3 1 加压水平对天然肠衣色泽的影响2 1 表3 2 加压水平对天然肠衣剪切强度的影响2 l 表3 3 加压水平对天然肠衣抗拉强度的影响2 2 表3 - 4 加压水平对天然肠衣膜厚的影响2 3 表3 5 加压介质温度对天然肠衣色泽的影响2 4 表3 - 6 加压介质温度对猪肠衣剪切强度的影响一2 6 表3 7 加压介质温度对猪肠衣抗拉强度的影响2 7 表3 8 加压介质温度对猪肠衣膜厚的影响一2 8 表3 - 9 保压时涮对天然肠衣色泽的影响3 0 表3 1 0 保压时间对猪肠衣剪切强度的影响3 0 表3 一1 1 保压时间对猪肠衣抗拉强度的影响3 1 表3 1 2 保压时间对猪肠衣膜厚的影响3 1 插图清单 图2 1 本试验所用超高压设备1 l 图2 2 超高压试验平台0 6 0 0 m p a 升压曲线图1 l 图2 3 超高压试验平台6 0 0 0m p a 降压曲线图1 2 图2 - 4 剪切力随时间变化曲线图15 图2 5 拉伸力与位移关系图，1 6 图2 - 6 苏木精一伊红染色流程1 9 图3 1 加压水平对天然肠衣色泽的影响2 0 图3 ，2 加压水平对天然肠衣剪切强度的影响一2 2 图3 3 加压水平对天然肠衣抗拉强度的影响2 3 图3 4 加压水平对天然肠衣膜厚的影响2 4 图3 5 加压介质温度对天然肠衣色泽的影响一2 5 图3 - 6 加压介质温度对猪肠衣剪切强度的影响2 6 图3 7 加压介质温度对猪肠衣抗拉强度的影响2 7 图3 8 加压介质温度对猪肠衣膜厚的影响2 8 图3 - 9 保压时间对天然肠衣色泽的影响2 9 图3 1 0 保压时间对猪肠衣剪切强度的影响3 0 图3 1 1 保压时间对猪肠衣抗拉强度的影响3 1 图3 1 2 保压时i 日j 对猪肠衣膜厚的影响3 2 图4 1 加压水平对天然肠衣表面可见组织结构的影响3 3 图4 2 加压介质温度对天然肠衣表面可见组织结构的影响3 4 图4 3 天然猪肠衣的显微结构图3 5 图4 4 加压水平对天然肠衣纤维结构的影响3 6 图4 5 加压介质温度对天然肠衣纤维结构的影响3 6 v i l 独创性声明 本人声明所节交的学位论文是本人在导师指导f 进行的研究【：作及取得的研究成果。 据我所知，除了文中特别加以标占和l 致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰 写过的研究成果，也不包含为获得 鱼8 i 二些厶堂 或其他教育机构的学位或证书而使 胡过的材料。与我一同t 作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说 明弗表示谢意。 学位论文作者签字：壹弓短 签字日期：驴7 年。2 月王f 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解 盒罂l ：丝厶堂 有戈保留、使刚学位论文的规定，有权保 留了f = 向国家有关部门或机构送交论文的复印什和磁盘，允许论文被布阅或借阅。本人授 权 盒! i ei ：些太堂 可以将学位论文的全部或部分论文内容编入有关数据厍进行检索， 可以采影印、缩印戚扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文者签名：萋手钽 导师签名 签字日期：p 。7 年f1 月2 1 日- z - - 字日期：2 - ，7 年j 训z ) e l 学位论文作者毕业后去向 j 一作单位： 通讯地址： 电话 邮编 致谢 感谢我的导师陈从贵先生，他思维敏捷，博学通达，待人和善大度。当我 对论文题目漫无头绪时，他循循善诱，不断给我以支持和鼓励，使我有耐心从 遇到的困惑中解脱出来，也使我有勇气去正视和面对挫折和失败。在写作过程 中，他又多次对论文的框架提出修改意见，指明写作的方向和重点，正是在他 的悉心指导下，我的论文才能如期完成。 感谢母校合肥工业大学生物与食品工程学院给我提供的良好生活学习条 件，也感谢每一位任课老师的勤勉和敬业，特别是学院的马道荣、吕顺两位老 师，他们对后来者的一贯百般呵护使我更加自信。在这里，也感谢同学姬莹莹、 赵俊平、蒋连平、陈晓晖、章炳宣和赵平，他们在烦忙中仍然有求必应，使我 有理由孥信并不寂寞和无助。谢谢我的家人，他们在我后面永远支持着我，使 我能够峰强。 此外，特别感谢我的师兄张慧曼。和他共事的时光早我学会了很多东西， 有技术上的，也有做人方面的。 作者：黄子程 2 0 0 7 年1 2 月0 4 同 第一章前言 1 1 天然肠衣的性质及其用途 1 1 1 天然肠衣 肠自内向外可分为黏膜层、黏膜下层、肌层和浆膜层4 层。天然肠衣是由 家畜的大、小肠经刮制而成的峰韧半透明膜。加工不同畜别的肠衣所刮制的膜 层亦不同：加工猪、羊的盐肠衣时，仅留黏膜下层，刮去其他3 层；而制作猪、 羊的干肠衣时，除黏膜下层外还保留部分黏膜层；牛的盐、干肠衣制作方式是 只除去黏膜而保留其他3 层。品质优良的猪肠衣质地薄韧，透明均匀；羊、牛 肠衣则以质地较厚为佳i j l 。 1 1 2 天然肠衣的性质 1 1 2 1 天然肠衣的力学性质 天然肠衣( 小肠黏膜下层) 具有各向异性的力学特征1 2 】。小角度光学扫描 结果表明，天然肠衣主要由连续的单一平行于小肠长轴的纤维构成，偶有纤维 与长轴成12 8 度角排列。因此，天然肠衣有非线性的各向异性的力学性质，沿 长轴有最高的应力强度，圆周的应力应变反应受长轴的应变水平影响最大，而 圆周最大应变水平仅受长轴应力应变反应的轻微影响，因此其纤维问有强大的 相互机械连接作用。抗拉强度作为肠衣的力学特性，其无论在肠衣作为组织工 程中的材料还是香肠外包装的材料时，都有非常重要的作用。上述作用使肠衣 能承受非常高的拉伸强度。不剖丌组天然肠衣管壁的屈服应力为( 7 7 2 士0 7 0 ) m p a ，应变为4 2 6 6 士1 4 6 9 ；剖开管壁，平行于管腔纵轴拉伸组的屈服应力 为( 7 5 7 士1 9 4 ) m p a ，应变为4 2 3 4 士8 2 9 ，垂直于管腔纵轴拉伸组屈服应 力为( 3 9 1 士o 9 1 ) m p a ，应变为7 1 5 9 士l3 6 4 ，在纵轴方向可以承受相当大 的拉伸强度，相当于肌腱或韧带的l 7 到1 1 4 【3 4 j 。 1 1 2 2 天然肠衣( 小肠黏膜下层) 的免疫原性 黏膜下层无免疫原性，用于移植不会导致免疫介导的炎性反应。黏膜下层 在超过1 0 0 0 种的跨种交叉移植实验中均表现为无免疫原性，直接诱发实验无应 答反应 j 。有多种因素导致黏膜下层无免疫原性，首先黏膜下层含有的多种因 子可抑制辅助t 细胞( t h e l p e r l y m p h o c y t e ，t h ) 的活化并参与t 细胞的凋亡。黏 膜下层可部分抑制辅助t 细胞一i ( th e l p e r l y m p h o c y t e l ，t h i ) 的扩增，并以转 化生长因子一b ( t g f 1 3 ) 依赖方式抑制白介素一1 2 ( i n t e r 1 e u k i n l 2 ，i l 一1 2 ) 、t 干扰 素的分泌，这种抑制可通过加入外源重组i l 1 2 而解除，在体外，黏膜下层可 完全抑制辅助t h 2 的增蜻1 6 】。但是，黏膜下层对t h 2 的抑制不影响受体对细菌 和病毒的免疫反应，将黏膜下层植入小鼠皮下，测定4 种情况下抗体反应和致 死剂量：分别用依赖于t 亚单位的疫苗抗流感病毒疫苗、抗s 肺炎疫苗接种小 鼠，将细胞反应的二硝基氟苯及异基因皮肤移植物植入小鼠，发现黏膜下层的 植入不影响小鼠在上述情况下的免疫反应。因此，黏膜下层的植入不影响受体 对病毒和细菌病原体的敏感性1 7 l 。 1 1 2 3 天然肠衣的抗微生物活性 天然肠衣拥有抗微生物活性。将其用醋酸处理制得浸提液，测定其对革兰 氏阴性大肠杆菌和革兰氏阳性金黄色葡萄球菌作用，在浸提液蛋白浓度为 0 7 7 1 6 m g m l 时，最短可在1 3 小时内抑制细菌生长1 8 j 1 1 3 天然肠衣的用途 1 1 3 1 作为香肠、火腿肠的外包装 天然肠衣作为香肠的外包装不但安全可食用，而且口感脆、香，使其与所 包装的香肠制品融为一体，易储存，食用时无需剥皮，有天然的色、香、味， 特别适合消费者方便、营养的要求。同时，天然肠衣由动物肉食纤维构成，不 但可食，还改变了产品的营养结构，使产品包装趋向营养化。除此以外，天然 肠衣的加工都不超过1 0 0 c ，更适用于f 1 益流行的中、低温肉制品加工要求【9 l 。 1 1 3 2 作为组织工程的生物材料 天然肠衣( 即小肠黏膜下层) 还可作为体内组织工程的生物材料。这是由 于小肠黏膜下层是天然细胞外基质( e m c ) 类材料，其结构包含复杂排列的胶 原、蛋白聚糖、糖蛋白、非胶原糖蛋白、氨基聚糖以及尚未被充分认识的各种 生长因子，目前己知的有：碱性成纤维细胞生长因子( b f g f ) 和转化生长因子 1 3 ( t g f b ) 等。与大多数组织工程所使用的材料不同，这种生物材料更接近于 天然结缔组织复杂的成分结构，这样的结构可以更有效地传递分子和细胞信息； 小肠黏膜下层还可以在动物体内快速降解，b a d y l a k 等将狗尿道膀胱i j i 9 隆切除 约4 0 ，用小肠黏膜下层修复，术后4 ，8 ，1 2 周处死动物，使用特异针对小肠 黏膜下层的单克隆抗体的免疫组织化学方法进行检测，4 周时，在新生尿道膀胱 周围仅有分散存在的阳性小肠黏膜下层，8 ，1 2 周时己检测不到。说明在动物体 内，小肠黏膜下层可快速降解【l 们。r e c o r d 等研究了小肠黏膜下层修复尿道膀 胱，观察其在动物体内的降解，小猪出生后3 周丌始，每周静脉注入o 3 7 g b q ， 直到2 6 周，处死动物，取出小肠制各小肠黏膜下层，其同位素含量高于未标记 组织1 0 0 0 倍，将其用于修复膀胱，术后不同时间收集再生的膀胱标本，采用液 | j 记数和加速质谱仪测定1 4 c ，术后3 个月，再生组织含有的1 4 c 不到植入的小 肠黏膜下层1 4 c 的1 0 ，植入的小肠黏膜下层被受体组织和再生组织替代。手 术后，在血和尿中测得高浓度的1 4 c ，表明小肠黏膜下层在修复膀胱时，被降 解并通过尿液排除j 。除此以外，b a d y l a k 等将3 t 3 成纤维细胞、n i h 3 t 3 胆成纤 维细胞、原代人成纤维细胞、原代人角化细胞、人微血管内皮细胞和兔骨肉瘤 细胞株在小肠黏膜下层上分别或共培养，观察发现所有细胞在小肠黏膜下层均 能生长增殖，成纤维细胞株和角化细胞能在小肠黏膜下层增殖并迁移至小肠黏 膜下层中，骨肉瘤细胞株和人血管内皮细胞在小肠黏膜下层表面生长。将 2 n i h 3 t 3 j 2 成纤维细胞和人原代角化细胞在小肠黏膜下层上共培养，可产生明显 的两种细胞的空间定位和分层，在气一液界面培养，成纤维细胞可进入小肠黏 膜下层内部，而角化细胞形成上皮样结构。表明小肠黏膜下层是可提供细胞生 长、迁移并有空问定位的三维材料1 1 “。目前的研究结果表明，小肠黏膜下层是 最有可能实现组织体内完全再生性修复的材料。 1 1 3 3 其他用途 除此以外，天然肠衣还可加工成肠线，用于制造运动器具、乐器和外科手 术线等i j “。 1 2 天然肠衣的产业现状 1 2 1 天然肠衣的市场现状 肠衣业是我国传统的民族加工业，具有悠久的历史，国产天然肠衣占世界 总产量的三分之，其产量的8 0 用于出口，年出口量可达3 0 多万桶，会额 约4 亿美元。欧洲是我国肠衣的主要进口对象，目鲋我国肠衣有5 0 左右出口 到欧洲，同时我国肠衣还出口到美国、加拿大、日本、俄罗斯等国家和地区。 自1 9 8 5 年对肠衣生产企业实施出口食品卫生注册管理以柬，我国出口肠衣生产 企业的整体管理水平得到了很大的提高，现有肠衣出口注册企业2 0 0 家左右， 其中对欧盟注册的就有1 1 9 家左右，有力地保证了我国肠衣的对外出口。在国 内，肉类加工企业也顺应国际潮流，开始逐步接纳天然肠衣，对天然肠衣的需 求也呈上升的趋势。因此，无论是国际还是国内市场，天然肠衣的需求量都在 不断扩大。 我国天然肠衣出口地区的分布非常广泛，几乎遍及全国各个省市。2 0 0 2 年 我国出口肠衣在1 0 0 0 万美元以上的省份为8 个，其中江苏省出口会额最多，为 5 6 0 5 万美元；2 0 0 4 年，出口余额在】0 0 0 万美元以上的省份增加到1 2 个，其中 上海和江苏的出口额均超过8 0 0 0 万美元。从肠衣出口的地区分布来看，主要集 中在江浙一带，这一地区的肠衣原料以收购和进料加工为主，其次是河北、山 东、天津、四川、河南等传统出口地区。南部省份出口金额则较少。 我国出口肠衣主要包括猪肠衣和羊肠衣( 见表1 1 ) ，其中猪肠衣年出口 量维持在4 万吨左右。2 0 0 1 年我国猪肠衣出口量为4 18 力| 吨，出口会额为1 6 5 亿美元，2 0 0 5 年出口量增加到4 8 5 万吨，出口金额增加到2 6 9 亿美元，较2 0 0 1 年分别增长1 3 ，8 和3 8 7 。羊肠衣出口量基本维持在1 万吨左右，2 0 0 5 年出 口量最多，达到1 4 1 万吨。2 0 0 4 年羊肠衣的出口会额最多。为2 6 4 亿美元。 羊肠衣又分为绵羊肠衣和山羊肠衣两种，我国出口的羊肠衣以绵羊肠衣为主， 出口额约占我国肠衣全部出口额的3 0 4 0 ，绵羊肠衣出口额约为山羊肠衣 出口额的5 倍。其他类别的肠衣在我国肠衣出口中所占比重很小。 我国肠衣出口市场遍及世界5 0 多个国家和地区，但出口市场相对集中。 3 同本、美国和德国是我国肠衣主要出口市场，出口肠衣的金额占约全部出口金 额的7 0 。 表1 1 我国天然肠农2 0 0 1 2 0 0 5 年出口概况 t a b 1 - 1e x p o r t so v e r v i e wo f n a t u r a lc a s i n gf r o m2 0 0 1t o2 0 0 5 单倚：吨万元 ( 1 ) i = t 本 日本从中国进口的肠衣主要是羊肠衣，猪肠衣量非常小。从中国海关统计 数掘来看，r 本进口中国肠衣余额呈逐年上升趋势，2 0 0 1 年r 本从中国进口肠 衣会额为3 4 5 6 万美元，2 0 0 3 年上升到6 1 13 万美元，2 0 0 4 年进一步增长到9 6 0 5 万美元。同本作为岛国，畜牧业在国民经济中所占的比重非常小，因此同本市 场的肠衣主要依靠进口。日本进口的肠衣主要来源自中国，闩本从中国进口的 肠衣占其全部进口肠衣总额的一半以上。但近几年，同本从澳大利亚和新西兰 进口的肠衣量也在逐步增加，这主要是因为澳、新所产的肠衣在质量上具有一 定的优势。 ( 2 ) 美国 美国每年要从国外进口大量的肠衣，根据联合国网站的统计数据，2 0 0 2 年 美国进口肠衣金额为8 5 4 4 力i 美元，2 0 0 3 年增长到1 0 3 亿美元，2 0 0 4 年稍有下 降，会额为9 4 2 9 万美元。美国进口的肠衣主要来自中国、丹麦、加拿大、新西 兰、澳大利亚等国家，其中中国是美国最大的肠衣来源国，尤其是近两年，美 国从中国进口的肠衣会额超过6 0 0 0 力- 美元，占美国全部进口金额的6 0 以上。 美国从中国进口的肠衣呈逐年上升的趋势。根据我国海关统计，2 0 0 2 年美国从 中国进口的肠衣会额为5 6 1 3 力美元，2 0 0 3 年为8 0 5 0 万美元，2 0 0 4 年进一步增 长到8 8 3 0 万美元。 ( 3 ) 德国 2 0 0 4 年德国肠衣进口额达到4 0 5 亿美元，约占全球肠衣进口额的三分之 一。德国长期以来一直是我国肠衣的出口市场。对德国出口肠衣金额超过1 0 0 0 力i 美元的国家主要包括中国、伊朗、土耳其、波兰、巴西、叙利亚、埃及、荷 兰、巴基斯坦和黎巴嫩等。德国不仅是肠衣进口大国，同时也使肠衣出口大国。 4 除国内自产的肠衣以外，每年还会从澳大利亚、新西兰等国进口肠衣原料进行 加工后出口。近几年，德国肠衣出口金额不断上升，其肠衣主要出口到法国、 俄罗斯、波兰及西班牙等国。受欧盟对我国肠衣提高检验标准的影响，近两年 我国对德国出口肠衣数量有所下降。2 0 0 4 年，中国对德国出口肠衣金额仅次于 f 1 本、美国和波兰。目酊我国对德国出口的肠衣以猪肠衣为主1 ”j 。 1 2 2 天然肠衣的加工现状 目酊，对于肠类产品的加工，主要有熟制食品( 如：生扣鹅肠、赫渍海参 肠、红烧肥肠) 和肠衣两大类：而天然肠衣主要包括盐渍肠衣和干制肠衣两种， 分别采用下述工艺生产。 ( 1 ) 盐渍肠衣：原料一浸漂一刮肠一灌水一量码一盐制缠把 一漂浸沈涤一灌水分路一配码一腌肠及缠把。 ( 2 ) 干制肠衣：原料一漂洗一剥油脂一氢氧化钠溶液处理一漂 洗一腌肠一吹气一压平一包扎成把一装箱。此工艺中，吹气后的肠 衣需用针刺排气，并均匀喷水。 总之，目前对于肠类资源的加工方式还比较有限，产品的种类也不丰富， 这也为其进一步开发利用带来了潜在的市场机会。 1 3 天然肠衣的国内外研究现状 在我国传统肠衣加工工艺中，肠衣色泽的研究早有报道，研究目的主要在 于肠衣增白。通常采用n a 2 0 2 等化学试剂对肠衣进行漂白，以提高肠衣的白度； 但这类方法会引起肠衣组织结构的受损，并由此产生化学试剂残留等问题，难 于适用规模生产及现代社会对食用安全的要求。有学者报道，利用冰水浸泡肠 衣可使其亮度值增大1 15 1 。 关于天然肠衣力学性质的研究，己受到国内外学者的关注，研究内容与报 道文献相对丰富，例如：利用y 射线照射、臭氧气调处理肠衣可使其抗拉强度 发生变化f 6 。17 】利用偏磷酸盐等食品添加剂浸泡处理肠衣使其表面变得更加光 滑，以较少香肠充填过程中的摩擦阻力i i “。 另外，在肠衣贮减保鲜方面也有不少文献报导，例如：利用氯化钠、乳酸 钠等添加剂，来有效抑制各种腐败菌及致病菌的生长；采用臭氧气调法来有效 延长肠衣的保存时间 17 , 1 9 - 2 0 。 肠衣的市场虽然较大，但开展的相关研究还相对滞后，人们对肠衣各种性 质的认识还很有限，关于超高压对天然肠衣组织及性质的影响，国内外至今尚 无文献报道。 5 1 4 超高压对食品的影响作用及其在食品工业中的应用 1 4 1 食品超高压技术简介 食品超高压技术可简称高压技术( h i g hp r e s s u r ep r o c e s s i n g ，h p p ) 或液态 静高压技术( h y d r o s t a t i c h i g hp r e s s u r e ，h h p ) 是指将软包装的食品放入密封的、 高强度的压力容器中，以水或矿物油为传压介质，施加1 0 0 10 0 0m p a 的静水 压力，并维持一定的时间，从而达到了灭菌，物料改性和改变食品某些物理， 化学感应速度的效果1 2 ”。 超高压技术源自于陶瓷、钢铁和超合金的生产，用于制作高速硬质的合会 刀具1 2 ”。现已广泛应用于粉体材料压制、新型材料研究、化学合成、食品加工、 高压射流及生物利用方面等领域【2 引。18 9 9 年化学家美国b e r t h i t e 就证明了牛 奶、果蔬和其他食品和饮料中的微生物对压力敏感1 2 4 25 j ；1 9 1 4 年，美国物理 学家b r i d g m a n 提出在5 0 0 压力下白蛋白会发生凝固，在7 0 0m p a 下则变成硬 的凝胶状态1 26 1 。1 9 8 6 年，r 本京都大学林立九教授提出超高压在食品工业上的 应用，并使超高压技术成为一种可行的商业加工手段。之后，日本的大学、科 研机构、食品加工厂家相继丌展超高压技术在食品加工上的应用研究。1 9 8 9 年 日本2 3 家食品加工和食品机械制造厂家组织了技术研究组，加速了超高压在食 品工业上的应用。到1 9 8 9 年在同本高压食品用的试验机就达到了3 0 台以上。 1 9 8 9 年，科隆召开的第5 次国际食品加工学学术会议上，林力丸教授报告的文 章高压在食品加工贮存中的应用、设想及发展趋势引起欧美国家的反响。 1 9 9 0 年，世界第一种高压食品一果酱被林立丸教授丌发1 2 ”。 1 4 2 超高压对食品的影响作用 1 4 2 1 超高压对食品中水分的影响 超高压对水的某些物化性质会产生可逆的影响1 2 8 1 。例如：1 0 0 、4 0 0 与6 0 0 m p a ( 加压温度为2 2 ) 压力可使水的体积分别减小约4 、1 2 和15 ；绝热 条件下，压力每上升1 0 0 m p a 可使受压水分( 或水溶液) 的温度上升2 3 ( 取 决于加压速度和仞始温度) ，而随着压力释放，温度也会下降，且升、降幅度 相同。加压还可使得正负电荷产生分离现象，提高水中离子态 h + 】与 o h 一】的数 量；而且，lm o l 解离的水会以2 h 2 0 = h 3 0 + + o h 一的方式分离，并使体积缩小 2 2m l 。因此，对于弱酸和一些缓冲液来说，每1 0 0m p a 压力可使溶液p h 值下 降o 2 o 5 个单位。虽然p h 值的变化在压力释放的时候是可逆的，但其为加 压时蛋白质的变化做出了贡献。压力也对水的相变点温度产生重要影响( 特别 是熔化结晶过程) ，2 1 0m p a 压力可使水在2 2 时依然保持液态。 1 4 2 2 超高压对食品中蛋白质的影响 超高压通过影响蛋白质分子中电致伸缩所形成的盐键、疏水作用、氢键等， 从而对蛋白质的功能和性质产生影响。造成这些影响的分子机制非常复杂，人 们这方面的信息还较少了解【2 “3 3 j 。超高压对蛋白质一级结构基本没有影响，其 6 所引起的蛋白质构象的变化会使其体积发生徽小变化，变化后体积与变化前体 积差异在1 以下。这些变化影响( 包括蛋白质与其结合水) 分子内及分子之 间弱交互作用中原子之间的距离。 不同研究指出在常温下，1 0 0m p a 以上的压力经常会引起：( 1 ) 低聚物结 构分裂成更小的聚合物，( 2 ) 单节部分的伸展及变性( 大多数情况下不可逆) ， ( 3 ) 蛋白质的聚合( 很可能作为是伸展的结果) 以及( 4 ) 只要压力和蛋白质 浓度足够的高，蛋白质会凝胶化。在加压的条件下，p h 值、离子强度及多羟基 化合物的出现( 已知不包括蛋白质表面的水分) 会影响蛋白质的聚合和凝胶化。 在受压情况下通过s h s s 之间交换反应所形成的分子间二硫键被固】。水合体 积的改变在压力诱导伸展、分裂、聚合及凝胶化的过程中充当了主要角色。压 力。温度的交互作用及时间因素( 包括压力释放后的时间) 也与其有关系。有研 究结果指出，没有一种通用的使蛋白质变性的加压模式，例如，不同蛋白质的 伸展要求的压力水平不一致【2 8 1 。 1 4 2 3 超高压对食品中脂肪的影响 超高压会使常温下以液体形式存在的脂肪会形成结晶，这是因为脂肪的熔 点随着压力每升高1 0 0m p a 而上升1 0 ，而且这种变化是可逆的。因此，加压 可使结晶形成更密集和最平稳的状态( 有着最低的能量水平和最高的熔点温 度) 。有研究表明，油水乳状液在以小滴( 结合) 及粘质形式存在时，对高压 有着相当的抵抗能力，除非稳定它们的蛋白质在高压下经历严重的变性| 3 ”。 1 4 2 4 超高压对食品中酶的影响 酶的化学本质是蛋白质，其生物活性与其三维结构有关。酶的生物活性产 生于活性中心，活性中心昆 分子的三维结构产生的，即使是一个微小的变化 也能导致活性的丧失，并改变酶的功能。超高压有利于体积减小的反应发生， 而抑制体积增大的反应。蛋白质的三级和四级结构的改变与体积变化有关，因 此会受到高压的影响。高压j 十酶的影响与其对蛋白质的影响不同。可分为两个 方面：一方面，较低的压力能激活一些酶；另一方面，过高的压力也可导致酶 的钝化。关于压力钝化酶的活性，m i y a y u a n 等分为四类：( 1 ) 完全不可逆钝化， ( 2 ) 完全可逆钝化，( 3 ) 不完全可逆钝化，( 4 ) 不完全不可逆钝化【3 “。超高压使酶 激活或钝化与食品的品质有关。除了构型变化，酶激活主要是压力产生的凝聚 作用。在完整的组织中酶和基质经常被隔离分开。应用较低的高压可以破坏这 种隔离，使膜破坏从而使酶和基质相互接触，这种相互接触引起的酶反应可被 压力加速或减速，这取决于酶催化反应的反应容积。每种酶都存在最低钝化压 力，低于这个压力酶就不会被钝化，当压力超过这个值时( 在特定时间内) ，酶 钝化的速度会加速，直到完全钝化。这个压力钝化范围受到酶的类型、p h 值、 介质成分和温度等因素的影响，可逆钝化的酶，当压力解除后恢复原来的状态， 而不可逆钝化的保持不变。 7 1 4 2 5 超高压对食品中微生物的影响 微生物也是由蛋白质组成的，超高压作用下蛋白质将会变性，致使微生物 内部组织被破坏而死亡。磷脂结晶化所引起的细胞膜结构和渗透压的变化也可 能是压力使微生物失活的原因之一。另外，在超高压下，食品中的某些物质分 子会穿透组成微生物的细胞膜，可致使微生物的细胞膜遭受损坏，甚至彻底破 坏。由此达到灭菌目的。超高压对微生物造成的影响具体如下： ( 1 ) 超高压对细胞形态的影响 极高的流体静压会直接影响细胞的内部形态。比如细胞内的气体空泡在压 达到0 6m p a 下会破裂。上述现象在一定压力下是可逆的，但当压力超过某一 点时，便不再可逆了。 ( 2 ) 超高压对细胞生物化学反应的影响 按照化学反应的基本原理，加压有利于促进反应朝向减小体积的方向进行， 推迟了增大体积的化学反应，由于许多生物化学反应都会产生体积上的改变， 所以加压将对生物化学过程产生影响。另外，超高压还会引起主要酶系的失活， 一般来讲压力超过3 0 0m p a 时，对蛋白质的变性将是不可逆的，酶的压致失活 的根本机制是：( a ) 改变分子内部结构；( b ) 活性部位上构象发生变化。 此外超高压还会对微生物基因机制产生影响，主要表现在酶中介的d n a 复制和转录步骤会因压力过高而中断。 1 4 2 6 超高压对食品风味的影响 超高压对非共价键作用明显，而对共价键影响较小，这将有利于保持食品 原有的风味品质。例如：超高压处理的草莓酱可保留9 5 的氨基酸，在口感和 风味上明显超过经加热的果酱【3 7 j 。在日本也有人利用超高压处理生鲜贝类和猪 肉，既达到灭菌的效果，又不会对贝类和猪肉的组成成分和外观造成影响。 1 4 3 超高压技术在食品工业中的应用 1 4 3 1 低温杀菌和灭酶 常用的加热处理技术在杀菌和灭酶的同时，会带来许多负面的影响，如： 使食品产生褐变、热臭味及营养成分损失等等。超高压处理可对蛋白质和酶类 的分子立体结构中非共价键的结合产生影响，对其他的风味物质、色素、维生 素等影响有限，有助于保持食品原有的味道和色泽。利用超高压技术的低温杀 菌和灭酶作用，可研究和丌发出一系列天然营养的果汁、果酱和蛋白饮料，满 足人们对健康食品的需求。超高压加工的果汁能保持9 5 以上的维生素含量， 远高于果汁热加工的只有7 2 7 8 。目酊用超高压处理的西瓜汁、柑桔汁已 能达到商业无菌要求，在室温下可保持数月，且果汁的风味、维生素、可溶性 固形物、氨基酸等成分均无变化，因此超高压是一种理想的冷灭菌技术1 3 8 1 。 1 4 3 2 速冻、解冻及低温储藏的新型方法 依掘超高压对水分子的影响，利用超高压可实现如下三方面应用功能：( 1 ) 8 在加压情况下，可实现生物学样本的低温解冻( 一2 0 o ) ，而且解冻过程相 对迅速和均衡：( 2 ) 实现生物学样品低温条件下( 一2 0 0 c ) 的液态储藏：( 3 ) 实现生物学样品的速冻，例如，将样品加压到2 0 0m p a ，然后将环境温度降至 2 0 ( 液态) ，再突然释放压力，样品即可实现快速、均衡的冻结，且这种速 冻食品形成的微晶结构，与传统速冻方式相比，对食物和质构的伤害更小”。 1 4 3 3 新型食品的开发 超高压处理对食品中的蛋白质、脂类、多糖等主要成分有不同程度的作用， 可以改善其功能特性，生产出不同的新型食品。食品中的蛋白质经过超高压处 理后发生变性，形成凝胶，其组织结构、凝胶强度、外观、口感均优于热处理 形成的凝胶，如：鸡蛋经5 0 0m p a 压力处理后产生凝固，与热处理煮熟的鸡蛋 不同，其味道特别鲜美，蛋黄富有弹性，且呈鲜黄色，营养成分几乎没有变化； 将鳕鱼鱼糜、青鳕和拉丁鱼在4 0 0m p a 下处理1 0m i n ，均可制成外观细腻、口 感很好的鱼糕：超高压还可以使牛肉组织嫩化。利用超高压的冷加工特色，将 鱼肉、猪肉、牛肉、羊肉等肉片加压处理，即可冷杀菌，也可使肉类组织结构 和形状得到改善，生产出便于食用的方便食品( 可佐以微波烹调或简单加热) ， 如：高压生鱼片和生虾肉等。高压条件还可以改变脂类的可塑性，利用临界温 度的改变，制造具有不同感官特性的食品，如新型的巧克力、冰淇淋等。超高 压还可使淀粉糊化，高压处理的陈米产生新米一样的口感，并缩短大米煮制时 间，可用于陈米改良和快熟大米的生产。 1 5 本课题的主要研究内容及意义 本课题来源于安徽省科技攻关计划“低脂、低盐、低温肉制品加工成套技术” ( 0 6 0 13 1 1 0 b ) 。以雨涧集团阜阳福涧肉类加工有限公司提供的新鲜猪肠衣为 研究对象，利用食品超高压技术对其进行加工，然后测量并记录肠衣基本物性、 色泽、力学性质及组织结构的变化，以期得到超高压对天然猪肠衣的影响规律， 并能解释其物理性质的改变。具体研究方面侧重以下几点： ( 1 ) 单因素研究超高压工艺条件参数( 加压水平、加压介质温度及保压时 间) 对天然肠衣基本物性、色泽、力学性质的影响： ( 2 ) 通过光学观察不同处理条件下天然肠衣组织结构的变化，探讨超高压 影响天然肠衣性质的机理。 通过本次研究，以期更好地开发利用肠衣资源；并拓展超高压技术在组织 工程中的应用，丰富食品超高压加工理论与内容。 9 第二章材料与方法 2 1 试验原料与试剂 2 1 1 试验原辅料 试验原料：猪肠衣，由阿润集团阜阳福润肉类加工有限公司提供，屠宰场 刮制、清洗后的猪肠衣经2 0 冷冻后，送至实验室冰柜中续冻，备用。 试验辅料：聚乙烯袋，食品级，合肥市售。 2 1 2 试验主要试剂( 下表) 表2 1 主要试验试剂表 t a b 2 - fm a i nr e a g e n to f t h ee x p e r i m e n t a t i o n 2 2 主要仪器设备 2 2 1 主要试验仪器设备 表2 - 2 要试验仪器设备 ! ! ! ：! 二：! ! i ! i ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! 业! ! ! ! ! ! ! ! ! ! p ! ! i 婴! ! ! 型! ! 仪器名称仪器删号仪器生产厂家 1 0 2 2 2 超高压试验设备及其操作 2 2 2 1 超高压设备的组成及性能 超高压实验平台如图2 1 。该设备主要由双倍加器、低压控制油泵、电磁 控制系统、压力显示系统、高压水泵、高压食品容器及加热央套组成。外接设 备包括一台低温恒温循环器( 循环保温) 和一台电脑( 控制工艺条件参数) 。 增压系统的低压部分采用液压油驱动，高压腔体最高工作压力为7 5 0m p a ，腔 体容积为6 0 0m l 。室温下，该设备升、降压过程中压力随时间变化情况见图2 2 与图2 3 。从图2 2 与图2 3 中可以看出，压力从常压升到6 0 0m p a 时约耗时 2 0 5s ，卸压到常压耗时仅约3s 。设备升、降压速率迅速，工作性能佳。 图2 1 本试验所j j 超高压设备 f i g 2 1h h pe q u i p m e n t 图i 2 超高压试验平台0 6 0 0 m p a 升压曲线图 f i g 2 - 2p r e s s u r i z i n gt i m ef r o m0t o6 0 0m p a 酗2 - 3