（食品科学专业论文）超高压处理对微加工茭白货架期影响的研究.pdf

摘要 摘要 超高压处理技术被认为是近年来新的食品加工与保藏技术中最有潜力和发展前途 的一种冷杀菌技术。利用超高压技术加工食品，能有效地克服传统的热加工法处理食品 所带来的种种弊端，在满足能源问题、化学污染问题和社会对高质量食品的需求等方面 充分体现出了其自身价值。尤其是现在人们对食品的新鲜度的要求越来越高，因而促使 微加工食品概念的诞生，推动了对非热加工技术的研究丌发。 本论文以微加工茭白为对象，通过不同压力和保压时间对茭白中苯丙氨酸解氨酶 ( p a l ) 和过氧化物酶( p o d ) 活性以及其他部分品质指标变化的影响，确定了微加工 茭白的超高压预处理条件；以失重率、呼吸强度、细胞膜相对透性、维生素c 含量、纤 维素含量和色差变化等参数为指标，探讨了超高压处理对微加工茭白货架期保鲜的效 果；此外，通过对微加工茭白在不同后续贮藏温度下呼吸强度、维生素c 含量和叶绿素 含量变化的分析，确定了超高压处理后微加工茭白的适宜贮藏温度；针对微加工茭白容 易发生木质化的问题，研究了茭白木质化进程中木质素含量和与木质素合成相关的酶活 性以及木质素合成的前体物酚类物质含量的变化，并寻找它们之间的关系，分析了 超高压处理对这三者的影响，以了解微加工茭白木质化的机理和超高压处理保持茭白嫩 度的原因。 实验结果表明，在室温( 1 8 2 0 0 c ) 下，6 0 0 m p a 超高压处理1 0 m i n ，可显著降低 茭白中p a l 和p o d 的活性，并且茭白的营养成分和感官特性得以最大限度的保留；与 对照相比，在贮藏过程中，超高压处理可以显著降低茭白的失重率、呼吸强度、细胞膜 相对透性和纤维素含量等，并且在总体色泽上保持相对稳定。低温贮藏( 4 0 c ) 可以有 效延长微加工茭白的贮藏时问，并且提高其贮藏品质。此外，超高压处理通过调控p a l 和p o d 的活性，影响了合成木质素的3 种主要前体物质香豆酸、咖啡酸和阿魏酸 含量的变化，从而显著抑制了微加工茭白中木质素含量的上升，延缓了微加工茭白木质 化的进程。 实验结果证明了超高压处理作为一种冷杀菌手段应用于微加工茭白保藏的可能性。 关键词：超高压处理微加工茭白木质素苯丙氨酸解氨酶过氧化物酶酚类物质 货架期 a b s t r a c t a b s t r a c t i nr e c e n ty e a r s ，u l t r ah i g hp r e s s u r e ( u h p ) t e c h n o l o g yh a sr e c e i v e dc o n s i d e r a b l ea t t e n t i o n a san e wn o n t h e r m a lm e t h o df o rf o o dp r o c e s s i n ga n dp r e s e r v a t i o n u h pp r o c e s s i n gh a sg o o d p o t e n t i a lf o rf o o dp r e s e r v a t i o nn o to n l yb e c a u s ei tf a v o r e dt oo v e r c o m et h ed i s a d v a n t a g e s c a u s e db vt r a d i t i o n a lh e a tt r e a t m e n t 。b u ta l s od e a lw i t ht h ep r o b l e m so fe n e r g yr e s o u r c e sa n d c h e m i c a lp o l l u t i o n i na d d i t i o n ，u h pp r o c e s s i n gw a sa b l et os a t i s f yt h es o c i a lr e q u i r e m e n to f h i g h e rq u a l i t yf o o d e s p e c i a l l yf o rp e o p l e sh i g h e rd e m a n do ff o o df r e s h n e s s ，w h i c h p r o m o t i n gt h ee m e r g i n go fm i n i m a l l yp r o c e s sf o o d s ( m p f ) a n dt h ef u r t h e rr e s e a r c ho n n o n t h e r m a lt e c h n o l o g i e s m i n i m a l l yp r o c e s s e dw a t e rb a m b o os h o o t sw e r et a k e na sr e s e a r c ho b j e c ti nt h i sp a p e r t h ee f r e c to fd i f f e r e n tp r e s s u r ea n dt i m eo nt h ea c t i v i t i e so fp h e n y l a l a n i n ea m m o n i al y a s e ( p a l ) a n dp e m x i d a s e ( p o d ) a n dt h ec h a n g e so fs o m eo t h e rq u a l i t yp a r a m e t e r sw e r ee v a l u a t e d ， t h e nt h eo p t i m u mc o n d i t i o n so fu h pp r o c e s s i n gf o rw a t e rb a m b o os h o o t sw e r ed e t e r m i n e d d u r i n gs t o r a g e t h ep a r a m e t e r so fw a t e rb a m b o os h o o t s ，i n c l u d i n gw e i g h tl o s i n gr a t e ， r e s p i r a t o r yi n t e n s i t y , r e l a t i v ec e l lm e m b r a n ep e r m e a b i l i t y ，a s c o r b i ca c i dc o n t e n t ，c e l l u l o s e c o n t e n ta n dc o l o rv a l u e ，w e r em e a s u r e du n d e rt h eo p t i m u mu h pc o n d i t i o n sa n dt h e nt h e p r e s e r v a t i o ne f f e c to fu h po nm i n i m a l l yp r o c e s s e dw a t e rb a m b o os h o o t sw a se v a l u a t e d i n a d d i t i o n ，t h eo p t i m a lt e m p e r a t u r eo fs t o r a g ew a sc o n f i r m e db ya n a l y s e so fr e s p i r a t i o n i n t e n s i t y a s c o r b i ca c i dc o n t e n ta n dc h l o r o p h y l lc o n t e n tu n d e rd i f f e r e n tt e m p e r a t u r ec o n d i t i o n s o fs t o r a g e m i n i m a l l yp r o c e s s e dw a t e rb a m b o os h o o t st e n dt ol i g n i f i c a t i o nd u r i n gs t o r a g e p a la n dp o da c t i v i t i e sa r er e l a t e dw i t hl i g n i ns y n t h e s i sd u r i n gt h ep r o c e s so fl i g n i f i c a t i o n ， a n dp h e n o l i c sa r et h ep r e c u r s o rf o rt h es y n t h e s i so fl i g n i n i nv i e wo ft h i sp r o b l e m ，c h a n g e so f l i g n i nc o n t e n t r e l a t e de n z y m ea c t i v i t ya n dp h e n o l i c sc o n t e n tw e r er e s e a r c h e da n d t h e i r c o r r e l a t i o nw e r ea l s os t u d i e d m e a n w h i l e ，t h ee f f e c to fu h pt r e a t m e n to nt h e s et h r e ef a c t o r s w e r ea n a l y z e df o ru n d e r s t a n d i n gt h em e c h a n i s mo fl i g n i f i c a t i o na n dt h er e a s o nw h yu h p t r e a t m e n tw a sa b l et oi n h i b i tt h el i g n i f i c a t i o np r o c e s s t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h er e s i d u a la c t i v i t i e so fp a la n dp o dw e r ed e c r e a s e d o b v i o u s l yu n d e r6 0 0 m p af o rl0 m i na n dt h en u t r i t i o na n dq u a l i t yo fw a t e rb a m b o os h o o t s w e r ep r e s e r v e dw e l la tr o o mt e m p e r a t u r e ( 1 8 2 0 0 c ) c o m p a r e dw i t hc o n t r o l ，u h pt r e a t m e n t n o to n l yh a dl o w e rw e i g h tl o s i n gr a t e r e s p i r a t o r yi n t e n s i t y , r e l a t i v ec e l lm e m b r a n e p e r m e a b i l i t ya n dc e l l u l o s ec o n t e n t ，b u ta l s oh i g h e rr e t e n t i o nr a t i oo fa s c o r b i ca c i dc o n t e n ta n d s t a b l ec h a n g eo fw h o l ec o l o rv a l u e a tt h es a m et i m e ，s t o r a g ei n1 0 wt e m p e r a t u r e ( 4 0 c ) w a s b e t t e rf o re x t e n d i n gt h es h e l f - l i f eo fm i n i m a l l yp r o c e s s e dw a t e rb a m b o os h o o t sa n di m p r o v i n g t h es t o r a g eq u a l i t y l i g n i ni sac o m p l e xp o l y m e rd e r i v e df r o mt h r e ep r e c u r s o rs u b s t a n c e s ， i n c l u d i n gc o u m a r i ca c i d c a f f e i ca c i da n df e r u l i ca c i d w i t ht h er e g u l a t i o no fp a la n dp o d a c t i v i t i e st h r o u g hu h pt r e a t m e n t ，t h e r ew a sas i g n i f i c a n te f f e c to nt h ec o n t e n tc h a n g e so f t h r e ep r e c u r s o rs u b s t a n c e s s ou h pt r e a t m e n tw a sa b l et oi n h i b i tt h ei n c r e a s eo fl i g n i n c o n t e n to b v i o u s l y a n dt h e nd e l a yt h el i g n i f i c a t i o np r o c e s so fm i n i m a l l yp r o c e s s e dw a t e r b a m b o os h o o t s t h e s es t u d i e ss u g g e s t e dt h a tu h pt r e a t m e n tm i g h tb ea ne f f i c i e n tn o n t h e r m a la l t e r n a t i v e f o r t h eq u a l i t yr e t e n t i o no fm i n i m a l l yp r o c e s s e dw a t e rb a m b o os h o o t s k e yw o r d s ：u h p ；m i n i m a l l yp r o c e s s e d ；嘞b a m b o os h o o t s ；l i g n i n ；r 地：p o d ；p h e n o f i e s ； s h e l f - l 恐 i i 独创性声明 、本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注扣致谢的地方外，论文 中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含本人为获得江南 大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志 对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 签名： 龌粒 e l 期：砌6 、7 2 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解江南大学有关保留、使用学位论文的规定： 江南大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允 许论文被查阅和借阅，可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文， 并且本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。 保密的学位论文在解密后也遵守此规定。 签名： 导师签名： e l 期： 删6 7 第一章绪论 第一章绪论弟一早珀下匕 1 1 超高压处理技术概述 随着生活水平的提高，人们对产品的质量及安全性越来越重视并显示出“回归自 然”、“崇尚自然的趋向。现在，越来越多的消费者都希望获得高品质的食品，希望食 品中不含有害微生物，具有更长的货架期、新鲜的口味和新的质构特性，而且防腐剂和 其他化学添加剂尽可能少。从传统意义上说，这些要求可以通过加热来满足。然而，热 处理影响食品的风味、质构和色泽。为获得更高质量、最少加工和无防腐剂的食品，超 高压食品处理等冷杀菌技术正同益引起人们的关注【l 】。 1 1 1 超高压处理技术概念 超高压处理技术( u l t r ah i g hp r e s s u r ep r o c e s s i n g ) ，又被称为高静压处理技术，一般 是指将密封于柔性容器内的食品置于以水或其它液体作为传压介质的压力系统中，采用 1 0 0 m p a 以上的压力处理食品，在常温或较低温度下，使食品中的酶、蛋白质和淀粉等 生物大分子改变活性、变性或糊化，同时杀死细菌等微生物，而食品的天然味道、风味 和营养价值不受或很少受影响，并可能产生一些新的质构特点的一种新型食品加工技术 【2 】 o 1 1 2 超高压处理技术的应用范围和特点 超高压处理技术在食品加工和保藏等方面的应用范围相当广泛( 见表1 1 ) 。但从目 前世界范围内的现状和对今后发展趋势看，有关超高压处理技术的研究主要集中在以下 两方面：一是以达到食品保藏为目的，研究超高压处理的杀菌、灭酶作用；二是以改变 食品大分子的有关特性为宗旨，研究超高压处理对食品的蛋白质、脂类、多糖等理化特 性的影响。 表1 - 1 超高压处理技术的应用方面及实例 t a b 1 - 1a p p l i c a t i o n so fu l t r ah i g hp r e s s u r ep r o c e s s i n ga n de x a m p l e s 应用方面实例 蛋白质改性肉质嫩化【1 0 1 或改善肉蛋白的凝胶性1 1 】 淀粉改性陈米改良f 1 2 】 脂质改性巧克力加工【1 3 1 高压速冻豆腐14 1 、蔬菜1 5 1 和肉制品【1 6 1 的速冻 控制反应控制美拉德褐变反应【17 1 ，加速水解反应【1 8 ，1 9 1 等 其他有机成分的提取【2 0 1 、天然产物有效成分提取【2 1 1 等 超高压处理是一个物理过程，与热处理完全不同。相比于传统的食品热处理工艺， 江南人学顾：l ：学位论文 超高压食品处理技术具有其独特的优点。表1 2 为超高压法与加热法的比较。 表1 - 2 超高压法与加热法的比较 t a b 1 - 2c o m p a r i s o nb e t w e e nm e t h o d so fu l t r ah i g hp r e s s u r ea n dh e a t i n gt r e a t m e n t ( 1 ) 热处理导致分予的剧烈运动和化学反应不仅破坏了非共价键使蛋白质、淀粉等高 分子物质变性，同时也破坏了共价键使维生素、色素和风味物质等低分子物质发生改变。 超高压处理由于通常在室温或较低温度下进行，因此与传统的热处理相比，超高压处理 在达到杀菌、灭酶作用的同时，还能减少由于高热处理引起的食品营养成分和色、香、 味的损失或劣化。 ( 2 ) 超高压处理使蛋白质、淀粉变性或糊化。超高压处理使蛋白质发生不同于热变的 凝胶或变性，使蛋白质在色泽、风味、透明度上都有良好变化，使蛋白质增加了修饰作 用。超高压处理也提高了淀粉的可消化性。利用该特点可以获得新物性的食品。 ( 3 ) 超高压处理可用于半调理食品的加工。超高压处理可以保持食品的原有风味，为 冷杀菌，这种食品可简单加热后食用，有利于扩大半调理食品的市场。 ( 4 ) 超高压处理安全性好，能耗少。超高压处理只是液体的压缩过程，安全可靠；达 到一定压力后，保持压力无需再提供能量，因而能量消耗少。 ( 5 ) 超高压食品处理技术适用范围广，具有很好的开发推广前景。 因此，超高压食品加工技术以其独特的领先优势，被认为是食品加工和保藏新技术 中最有潜力和发展前途的一种。 1 1 3 超高压处理技术的基本原理 超高压处理技术遵循下列两个基本原理瞄j ： 第一个原理是l e c h a t e l i e r 原理。l e c h a t e l i e r 原理是指反应平衡将朝着减小施加于系 统的外部作用力( 如热、产品或反应物的添加) 影响的方向移动。这意味着超高压处理 将促使反应朝着体积减小的方向移动，包括化学反应平衡以及分子构象的可能变化。 第二个原理是帕斯卡原理。它对于理解超高压的影响非常重要，即液体压力可以瞬 间均匀地传递到整个样品。帕斯卡原理的应用与样品的尺寸和体积无关，这也表明整个 样品将受到均一的处理，传压速度快，不存在压力梯度，这也使得超高压处理过程较为 简单，而且能耗也较少。而热处理为了达到样品中心预定的温度，将可能导致加热点和 表面的过热。 2 第一章绪论 1 1 4 超高压处理设备简介 目前国内外常见的超高压食品加工装置的主体部分，即其加压装置是由超高压容器 和压力发生器( 又称加减压系统) 两大部分组成，超高压容器是整个装置的核心，它承 受的操作压力可高达数百甚至上千m p a ，对其技术要求也较高；压力发生器的加压方式 又分为外部加压式和内部加压式两种【2 3 l 。 1 活塞顶盖2 超高压容器3 承援框架4 _ 油压缸 5 低压活塞6 - 换向阔7 油捱泵8 油精 1 顶蘸2 超高压容器3 承援框架4 压媒横 5 超高压泵6 - 换向阀7 油压泵8 油槽 ( a )( b ) 图1 - 1 超高压设备原理示意图( a 内部加压式，b 外部加压式) f i g 1 - 1g e n e r a t i o no fu l t r ah i g hp r e s s u r e ( a i n t e r n a lp r e s s u r eg e n e r a t i o n ，b e x t e r n a lp r e s s u r eg e n e r a t i o n ) 如图1 1 所示，内部加压式设备是油压泵通过活塞直接对超高压容器内的液体介质 施以压力。压力介质通常是水和油的混合物，添加油的目的是润滑和防锈。这种方法升 压速度快，但对密封材料要求严格，且损耗较大。外部加压式设备是采用超高压泵通过 管道将高压介质泵入超高压容器内以达到设定的压力。这种方法为大部分工业化生产采 用。 1 2 超高压处理技术的研究概况 利用高压来处理食品由来已久。在食品领域，关于超高压杀菌最重要的工作是b e r t h i t e 于1 8 9 9 年6 月报道的，他探索了超高压在牛奶【2 4 1 、水果和蔬菜保鲜中的作用。 但在以后的许多年中，由于经济地建造大规模压力装置等方面的技术困难，加之当时人 们对高压食品并没有很强烈的需求愿望，很长一段时间来这项技术一直被食品工业所忽 视。直到本世纪8 0 年代末期，日本京都大学林力丸教授率先开展了高压食品的研究， 高压技术在食品工业中的潜能被提出，这又重新激起了人们对于该领域的兴趣。1 9 9 1 年，世界上第一种超高压食品果酱正式在日本市场上出售【5 j ，标志着超高压处理技 术取得了突破性进展。从此以后，大约有十几种高压食品在日本销售。欧美国家也纷纷 展开这一领域的研究，并取得不少进展。 3 江南人学硕i ：学位论义 1 2 1 超高压对微生物的影响研究进展 ( 1 ) 超高压致死微生物机理 一般认为超高压致死微生物是由于超高压使细胞形态改变，细胞壁和生物膜被高压 损伤，膜内各种物质泄漏，或进行生理活动所需的各种蛋白质( 包括酶) 在高压下变性， 某些代谢途径被阻断，遗传机制被改变，从而生命停止1 2 6 , 2 7 。 ( 2 ) 微生物种类耐压性的影响 不同微生物的耐压性有差别，耐压性强弱依次为革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌、真 菌，一般来说耐高温的微生物其耐高压的能力也较吲2 8 1 。a r r o y o 等【2 9 】对莴苣和西红柿 的研究表明：3 0 0 m p a 下可以导致各种微生物有相当数量的死亡；革兰氏阴性菌和霉菌 则需3 5 0 m p a 的压力；革兰氏阳性菌在4 0 0 m p a 下尚不能完全灭活。曾有报道提出革兰 氏阴性菌因为其细胞膜结构更为复杂而更容易受环境( 包括压力) 变化的影响而发生结 构变化，也就是说越高级的生命形式，对压力越敏感。 ( 3 ) 食品成分对超高压杀菌的效果的影响 超高压杀菌时，微生物所在食品( 介质) 成分对杀菌的效果也有较大的影响。可归 纳为以下几点【3 0 】：微生物在营养性基质中比在非营养基质中的耐压性更强；酸性条 件下较中性条件下更有利于高压杀菌；糖类对菌体有保护作用，而且不同种类的糖类 保护程度可能不同，糖的浓度愈高，对菌体的保护作用愈强( 在低温下的效果不十分明 显) ，在浓度达到4 0 以上的高粘度介质中，高压杀菌的作用非常微弱；食盐对菌体 也有一定保护作用，而且在一定范围内，随浓度的增加保护作用会加强，但对酵母菌的 研究表明，低温( 一2 0 0 c ) 下，食盐的加入有利于杀菌；蛋白质对菌体有一定的保护 作用，但这种作用有时不明显。液态油脂对菌体有保护作用，固态油脂的保护作用则很 小，蛋白质和油脂的乳化液对菌体有明显的保护作用；高价的金属离子，对高压杀菌 效果影响不大。 ( 4 ) 超高压协同其他手段进行孢子的杀灭 孢子耐压力很高，有的甚至可耐受1 0 0 0 m p a 以上的压力。大量的研究表明，杀死 具有耐压性的细菌孢子需更高的压力或结合其他处理形式。超高压加工对芽孢有活化作 用【3 l 】，s a l e 等吲研究表明，b a c i l l u ss p p 的孢子在1 0 1 - - - 3 0 3 m p a 压力下的致死率高于更 高压力下的致死率，这可能是由于在此压力下可诱导孢子萌发的缘故。h e i n z 等【3 3 j 认为 可以先采用高压加工使孢子萌发或激活孢子，再用一段时间的重复压力处理来杀灭萌发 的孢子和有生长力的细胞。h a y a k a w a 等【3 4 j 采用振动式间歇重复高压加工杀灭嗜热脂肪 芽孢杆菌孢子的结果表明，该方法较同样时间的连续超高压加工具有更好的杀菌效果。 c r a w f o r d 等【3 5 1 进行了高压和辐射相结合杀灭孢子的研究，结果表明高压加工之前进行辐 射处理是杀死孢子的一种有效的技术。k n o r r 【3 6 j 提出如果对样品先进行超声波处理然后 再进行超高压处理，比起单独使用超声波或超高压处理的杀菌效果要明显得多。加压和 加热结合是杀死孢子的一种有效的方法，加热可以降低高压加工的压力或缩短压力加工 的时间。 4 第一章绪论 1 2 2 超高压对生物大分子的影响研究进展 1 2 2 1 超高压对蛋白质的影响 ( 1 ) 超高压对蛋白质结构的影响 蛋白质的结构分为一、二、三和四级结构，目前的研究结果表明，超高压只能破坏 蛋白质中的非共价键，因此对于一级结构并不产生影响。而二级结构是由多肽链形成的 a - 螺旋、p 转角、d 折叠和无规则卷曲等结构，依靠多肽链内和多肽链间的氢键稳定其 结构。超高压对这一级结构会产生影响，当然这也取决于压缩速率和二级结构的重排程 度。蛋白质的三级结构是在二级结构的基础上的三维排列，通过氢键、疏水相互作用、 范德华相互作用、静电相互作用和二硫键等来维持。而四级结构的变化类似于三级结构 的变化。1 9 7 6 年，“等1 37 j 的研究发现，超高压下蛋白质的变性是一个复杂的过程，涉 及由中间体形成的多种变性形式。1 9 9 0 年m a s s o n 等【38 】发现，低聚体蛋白的离解伴随着 亚基的聚合或沉淀作用。1 9 9 6 年h a y a k a w a 等1 3 9 j 提出了蛋白质高压变性的设想，研究了 卵清蛋白、牛血清蛋白和p 乳球蛋白在1 0 0 - - 一1 0 0 0 m p a 下的变性机理，提出蛋白质高压 变性与尿素和氢氯胍导致的变性机理( 即切断氢键) 十分类似。 ( 2 ) 超高压对蛋白质功能性质的影响 超高压对于具体蛋白质功能性质影响和应用方面，主要分为动物蛋白和植物蛋白两 大类。目前，在动物蛋白方面研究较多，而且对于动物蛋白的研究以肌肉蛋白和乳蛋白 为主。2 0 0 4 年c r u z r o m e r o 等1 4 0 j 研究了超高压对于新鲜牡蛎的作用，结果表明高压处 理使得牡蛎肉的p h 和鲜亮度升高，牡蛎肌肉蛋白质变性并从壳中脱去，水分含量增加 而灰分和蛋白质含量降低。d u m a y 等【4 l j l 9 9 4 年提出b 乳球蛋白经2 5 0 c 下4 5 0 m p a 处理 1 5 m i n 后，热变焓降低5 0 ，二、三级结构有部分展开。而4 0 c 存放2 4 小时后焓值反 而升高，说明变性是可逆的。1 9 9 5 年d e f a y e 等1 4 2 l 的研究结果表明许多高压变性的蛋白 质在压力解除之后，分子的构象会发生改变，从而使得蛋白质的功能特性得以改善。1 9 9 6 年d i c k i n s o n l 4 3 1 指出蛋白质的结构和分子之间的相互作用对环境的溶液条件( 如温度， p h 值，离子强度等) 很敏感，可通过改变这些条件来改善蛋白质的功能特性。 超高压对于植物蛋白的影响方面研究主要集中针对于大豆蛋白。k a j i y a m a 等】研究 了豆奶中蛋白质在超高压处理后的变化，结果表明5 0 0 m p a 处理1 0 m i n ，豆奶的物理状 态仍为液态，而粘度升高，乳化活性和稳定性增加同时乳化能力下降。2 0 0 1 年，m o l i n a 等m j 研究了超高压处理( 2 0 0 , - 一6 0 0 m p a ) 大豆分离蛋白、7 s 和1 1 s 球蛋白的乳化性质 的改变，结果表明7 s 球蛋白4 0 0 m p a 处理后显示出最高的乳化活性和表面疏水性，而 1 l s 球蛋白在2 0 0 m p a 处理后显示出最高的乳化活性和表面疏水性，大豆分离蛋白 4 0 0 m p a 处理后显示出最高的乳化活性，尽管它的表面疏水性很低。2 0 0 3 年，m o l i n a 等 一6 j 又研究了超高压( 3 0 0 - - 一7 0 0 m p a ) 和热处理( 9 5 0 c ，1 5 m i n ) 联用对于大豆蛋白( s p i 、 7 s 、1 1 s ，浓度均为1 2 ) 凝胶的质构性质的变化，表明如果热处理在超高压前，只有 1 1 s 形成自持凝胶，但是如果先加压再热处理，则所有的蛋白都形成自持凝胶。 5 堑堕叁堂堡：! ：堂垡笙兰 1 2 2 2 超高压对淀粉的影响 ( 1 ) 超高压对淀粉糊化特性的影d 晌j 4 7 , 4 5 。 超高压对淀粉糊化温度和糊化焓均有较复杂的影响。而对淀粉糊化影响的程度依赖 于压力的大小、处理时间、温度、水分含量、淀粉的结构和淀粉的类型。 ( 2 ) 超高压对淀粉结晶结构的影响【4 9 1 。 淀粉在超高压下发生糊化后偏光十字消失，说明超高压作用下其微晶结构己被破 坏。在压力的范围内，淀粉发生糊化与淀粉的结晶结构有一定的相关性。压力对淀粉颗 粒结晶结构的影响与淀粉结晶类型有关，对a 型淀粉影响最大，超过2 0 0 m p a 遭到破坏， 并有b 一型结构出现：对b 型淀粉影响较小，结晶度稍有加强：对c 型淀粉影n 向介于a 型和b 一型之间。 ( 3 ) 超高压对淀粉糊流变特性的影响。 s t o l t 等通过测量黏性和低变形黏弹性研究了压力处理1 0 黏玉米淀粉分散体系 的流变学特性。在4 5 0 m p a 压力下处理1 l o m i n 黏度系数都不超过7 p a s ，然而在5 5 0 m p a 压力下处理5 1 0 m i n 黏度系数就能达到2 0 p a s o 储能模量g 的测试结果与黏度系数的 结果完全相同，除了在保压时间特别长的情况下g 出现降低。这说明过度的压力会削 弱凝胶结构。 1 2 2 3 超高压对油脂的影响 超高压对油脂的影响是可逆的【1 1 。甘油三酯的熔点随压力的升高而升高。在常温常 压下存在的液体状态的油脂在更高的压力下将发生结晶。这种现象是遵循l e c h a t e l i e r 原理。超高压有利于最稳定状态晶体的形成。下面是有关一些油脂熔点( o c ) 和压力 ( k b a r ) 的两个经验公式：t = 1 3 9 p + 2 6 6 ( 椰子油) ，t _ 1 2 1 p 一1 0 9 ( 大豆油) 。一个日 本公司己经证实通过压力循环处理可以更好地提高巧克力的韧度( 和热循环处理相比) 。 1 2 3 超高压对食品质构调整的影响研究进展 1 2 3 1 超高压对牛奶的影响 1 9 9 3 年k l _ l i i l e n o 【5 研究发现市场选购的固形物含量为2 5 的冷冻溶缩生牛奶，在 5 。c ，5 m i n ，3 0 0 m p a 或更高压力处理下形成凝胶。压力的升高导致形成更强和更具粘弹 性的凝胶。这些凝胶具有高白度、高亮度和新鲜的奶油香味等特征。而冷冻干燥的粉末 状牛奶形成的溶液，在不加入糖的条件下，甚至在固形物含量超过2 5 的情况下都不能 形成凝胶。 许多研究者都指出高压可改善牛奶凝乳酶的凝结特性。例如，1 9 9 6 年l o p e z f a n d i n o 等1 5 2 j 研究发现在3 0 0 m p a 下处理3 0 m i n ，牛奶凝结时间减少1 9 ，凝结物凝结速率和凝 胶硬度分别增加3 9 和5 8 ，还引起8 0 的d 一乳球蛋白变性和增重1 3 。他们还指出 凝结物重量的增加是由于p 乳球蛋白更好地结合到凝结物中，特别是结合了更多的水 分。 1 9 9 7 年d r a k e 等【5 3 】研究了压力对成熟干酪的微生物、感官质量和产量的影响。由 6 第一币绪论 压力处理后的牛奶制得的干酪( 在5 8 6 m p a ，1 m i n 下处理3 次) 具有更高的水分含量。 其高水分含量可能是由于在压力作用下酪蛋白的重新聚集和奶脂肪球伴随酪蛋白微胶 束瓦解而造成的。 1 2 3 2 超高压对豆浆的影响 1 9 9 5 年k a j i y a m a 等1 4 4 j 发现蛋白质含量为5 的豆浆，在室温、5 0 0 m p a 压力下处理 3 0 m i n ，从液体变成凝胶。经过超过1 0 0 m p a 的压力处理后，加入c a c l 2 ，豆浆会凝固。 和传统的通过热处理加工获得的豆腐相比，在超过3 0 0 m p a 压力下形成的凝胶具有更大 的硬度。 1 9 9 8 年李汴生等【3 0 】研究发现，高压处理使豆浆中蛋白质颗粒和脂肪球的存在状态 发生明显变化，蛋白质颗粒变小，而脂肪球增大。豆浆在、 2 0 0 m p a 时，浊度又下降，但豆浆的沉降稳定性随处理压力 的增大而提高，豆浆的粘度也开始有所增大，3 0 0 , - 一4 0 0 m p a 范围内粘度的增加最为明显。 这与高压对疏水性蛋白质解聚和重新缔合的影响有关。 1 2 3 3 超高压对动物肉凝胶的影响 僵硬后的牛骨骼肌经1 0 0 m p a 或更高压力处理5 m i n 后，可降低肌肉的硬度，同时 肌原纤维的破碎增加。s u z u k i 掣l o 】在1 9 9 0 年研究发现在1 0 0 、1 5 0 和3 0 0 m p a 的控制压 力下，压力处理后肌肉的硬度分别降低到原来的6 0 、2 0 和1 0 ，而其弹性没有变化； 在未处理的肌肉中，肌原纤维破碎的程度小于1 0 ，而在1 0 0 、1 5 0 和3 0 0 m p a 压力处 理下分别达到3 0 、7 0 和9 0 。在3 0 0 m p a 压力下处理5 m i n ，其破碎程度达到了最大 值。1 9 9 2 年y o s h i o k a 等【5 4 】发现高压处理只稍微改善鸡肉的嫩度，和热处理相比，经高 压处理的鸡肉糊具有较低的硬度。1 9 9 4 年y o s h i n o 等【”】研究发现高压处理的腌制和未腌 制猪肉凝胶的硬度( 5 0 0 m p a ，1 0 m i n ，2 0 0 c ) 几乎都低于热诱导凝胶( 7 5 0 c ，5 0 m i n ) 的三分之一。当对压力处理过的肉作进一步热处理时，腌制肉的硬度轻微增加，而未腌 制肉的硬度则显著增加。1 9 9 4 年n o s e 等【5 6 】发现经2 5 0 m p a 或更高压力处理1 h ，牛肉的 破断应力增加；而压力处理时间延长( 直到3 h ) 不会导致断裂应力的进一步增加。 1 2 3 4 超高压预处理对果蔬质构的影响 超高压处理可以改善蔬菜的可口性。例如，1 9 9 0 年s h i m a d a 等【5 7 】发现压力处理后 马铃薯和甘薯变得更加可口，甘薯和果实的甜度增加，根茎类蔬菜变得更加透明和可口。 1 9 9 4 年e s t h i a g h i 等1 5 8 j 发现经压力处理( 6 0 0 m p a ，7 5 0 c ，1 5 m i n ) 和冷冻( 一1 8 0 c ) 的绿 豆、胡萝卜和土豆经干燥后可保持其原来的颜色。这些产品也具有良好的复水特性，一 旦复水，它们表现出一种非常接近原料性质的质构，比其它途径获得的产品要更好。1 9 9 5 年k a s a i 等【5 9 j 指出在烹煮前进行高压预处理是一种能使蔬菜、果实、和豆类变硬，保护 其形状和质构避免因为过度烹煮而损坏的可供选择的工具。他们还发现压力处理后的日 本萝卜、胡萝卜和马铃薯经过烹煮后相对硬度( 定义为：经高压预处理样品的硬度一般 样品的硬度) 增加，并且随着预处理压力的增高，其硬度增加更大。为了有效的避免过 7 江雨人字坝l j 学位论义 度烹煮，预处理压力应该是4 0 0 m p a 或更高。例如，经高压预处理的蔬菜( 4 0 0 m p a ，室 温，1 2 0 m i n ) 经过3 0 m i n 的烹煮后，其相对硬度值在2 一- 3 范围内。相对硬度随着压力 处理时间的延长而增加，压力处理持续2 4 h 直至压力释放后其相对硬度一直增加。事实 上，不管样品是保存在压力下还是经过短时间的压力处理后在常压下储藏，都可获得同 样的结果。他们对高压的影响作了如下解释：首先，细胞膜在压力下崩溃，然后，胞内 的水分、离子和其他细胞内组分扩散开来。同时，果胶酯化作用降低，水溶性和盐酸溶 性果胶降低，而六偏磷酸钠溶性果胶增加。1 9 9 7 年k a s a i 等f 6 0 】还指出在离子中，镁离子 对于未经处理的和经压力处理的未烹煮样品都具有巨大的影响，钙离子只对经压力处理 的烹煮样品硬度有影响。钙离子也许会促进一些组分如蛋白质和半纤维素的相互作用。 压力处理时间的增加延长了获得最适宜硬度的烹煮时间，因此容易避免过度烹煮，而未 经压力处理的蔬菜其烹煮时间较短。 1 2 3 5 其它 1 9 9 1 年w a t a n a b e 等【1 2 】研究发现在1 0 0 m p a 下陈米可获得最好的改善，制成的米饭 硬度下降、粘度上升、平衡值提高到新米的范围，同时光泽和香气也得到改良，具有人 们喜爱的新米饭口味。其原因可能是由于一些生物膜的部分降解。此外，经高压处理还 可缩短炊饭时间。高压处理将成为未来米加工的一项新方法。最近，日本市场上最新推 出了超高压处理的米制品如方便米饭和米饼等工业化产品。 1 9 9 9 年励建荣等【6 l 】利用高压催陈黄酒，探索了一条酒类催陈的新方法。黄酒在5 0 - - - 1 5 0 m p a 压力下处理后色泽和风味不变，酸度基本不变，挥发酯含量提高2 0 左右，呈 苦、涩味的氨基酸比例下降，呈甜、鲜味氨基酸比例上升，处理后酒味变得更加鲜甜、 醇和、爽口，醇香更加浓郁，总体催陈效果达一年以上。 1 2 4 工业化现状 高压处理的食品现已在市场上出现。法国是欧共体中第一个开发这种商业产品的国 家。从1 9 9 4 年，u l t i 公司就开始利用高压处理( 4 0 0 m p a ) 在冷冻温度下将新鲜柑橘汁 的货架期延长至6 1 6 天。这减少了许多后勤方面的问题，降低了运输成本而且还不伤 害果汁的风味及所含的维生素。现在，这家公司正在开发许多产品，包括水果和熟食产 品等。 在欧洲其他地方，如西班牙的e s p u n a ，利用一种工业化的超高压“冷杀菌”单元来 处理装在柔性袋子中的片状火腿和熟肉制品。在4 0 0 - - - 5 0 0 m p a 的压力下处理几分钟可 获得6 0 0 k g h 的生产量。 在美国，第一家生产高压处理食品的公司是位于俄勒冈的h i g hp i 也s s u r e r e s e a r c h 公司，其产品的范围包括牡蛎、蛙鱼、酸奶、食品涂料和水果汁，在冷冻 货架上它们的货架期可以延长至6 0 天。墨西哥a v o m e x 公司生产的高压处理鳄梨产品 在美国市场上销售良好。 在日本市场上，高压处理食品比西方发展得要更好，一些水果产品、果酱和酸奶在 市场上己出现许多年。最近的革新是米制品，米饼和方便包装的熟制米饭已实现商业化。 8 第一章绪论 最近的一个同本专利描述了利用高压技术来改善可感知的水果风味的“新鲜度”。这个 过程是加入少量的水果汁到水果香料中，然后再在冷冻温度和室温之间于1 0 0 4 0 0 m p a 处理到3 0 m i n 。 我国也有一些高校和研究所己经丌展了这方面的工作，但目前国内市场上还没有高 压食品问世。 1 2 5 存在的问题 超高压食品加工技术的研究，是食品加工中一个崭新的研究领域。发达国家在这领 域的研究不断推向深入并已取得一定成果。我国由于起步较晚，与国际水平相比，在这 方面还存在较大的差距。 发达国家其研究的范围受西方饮食文化的影响，对东方特有的一些传统食品的超高 压加工则鲜有涉及。我国有着丰富的农产品资源，然而许多研究还集中于超高压的杀菌 作用，对于超高压