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超高压技术在水产品加工的应用摘要 超高压技术可以影响酶的催化反应速率,改变物质之间的交联,在不破坏营养物质的条件下杀灭微生物, 保持食品的天然风味，已成为目前国际上最热门的食品加工技术之一。文中介绍了超高压技术的基本原理及超高压设备的特点,对当前超高压技术在水产方面的开发应用及其前景作了阐述。关键词： 超高压技术 水产品 杀菌 应用 超高压加工的食品在1990年前后相继面世，主要品种有果酱、桔子汁和果蔬，除此之外日本开发了一些具有其民族特色的超高压食品，如以鱼肉为原料的布丁、豆腐、酸乳酪等新产品。通过加压处理可以得到意想不到的许多新颖食品品种，如可以“生吃”的水果类、蔬菜类、水产品等等。1超高压技术的概念及应用的基本原理所谓食品的超高压处理技术，就是将食品放入压媒(如水等)中，使用1001 000 MPa的压力，在常温或较低温度下对食品保持一定的作用时间，从而达到灭菌、物料改性和改变食品中成分的某些理化反应速度的效果。食品的超高压处理过程是一个纯物理过程，它与传统的食品加热处理工艺机制完全不同。当食品物料在液体介质中体积被压缩之后，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、淀粉等发生变性，酶失去活性，细菌等微生物被杀死。但在此过程中，高压对形成蛋白质等高分子物质以及维生素、色素、风味物质等低分子物质的共价键无任何影响，故此高压食品很好地保持了原有的营养价值、色泽和天然风味。这一特点正好迎合了现代人返朴归真、崇尚自然、追求天然低加工食品的消费心理 1。2超高压食品加工装置的特点简介 目前常见的食品加压装置由高压容器和加压减压系统2个部分组成。高压容器是整个装置的核心，工作条件苛刻，要求严格，为保证安全生产其容积不宜过大，一般为150 L。超高压食品加工装置的特点是承受压力高(150600MPa)，循环载荷次数多(连续工作，通常为2. 5次/h)。因此，容器及密封结构的设计必须正确合理的选用材料，要有足够的力学强度、高的断裂韧性、低的回火脆性和时效脆性、一定的抗应力腐蚀及腐蚀疲劳性能2。超高压加工食品大致有2种方式:一是对鱼露这类液体食品物料可将其用超高压泵送入超高压容器中，加压并保持压力一定时间，然后打开出口管路的截止阀降压放出，再进行一定的包装，这是间歇式的;还有连续式的，即泵不停地送入物料，经过压力容器后再减压不断放出。据报道，日本已研制出了能连续生产液态食品的管式超高压加工装置。二是对于固体状的食品物料，经软包装后放入超高压容器内，加盖密封后用泵向容器内加压并保压，然后降压开盖取出包装即可3。为了保证一定的强度和耐疲劳性，筒体采用多层结构的形式，一般有热套式、缠绕式和绕带式。这二种结构各有利弊，设计时根据要求的压力和体积大小等因素择优选用。 密封问题是超高压容器设计的又一关键问题，应具有快开快拆、快启次数频繁、密封可靠、拆装维护方便等特点。密封结构可分为二类:强制密封、半自紧密封和自紧密封。由于前两种密封需要很大的预紧力目前结构笨重，所以超高压密封多采用自紧方式。自紧结构的特点是压力愈高密封元件与端盖及筒体端部之间的接触力愈大，密封效果愈好。自紧结构轻巧，但复杂目前制造困难。 超高压装置的加压方式有直接加压和间接加压之分，其结构如图1所示。 (1）直接加压方式在直接加压方式中，高压容器和加压装置分离，用增压机生产高压介质，并通过高压配管将高压介质送至高压容器。超高压介质一般为水。因为水不仅成本低、来源广，而目_与气体相比无爆炸的危险，能耗也小。若被加工的物料是非流体或其流动性很差，可将其装入耐压无毒、柔韧、可传递压力的软包装内，并置于高压水中进行施压处理。对此换料时必须打开上盖，进行分批处理。若被加压的对象是果汁、奶、饮料等流体，受压对象可直接作为传压介质。这时，将几个高压容器组合起来，可实现半连续加工。（2）间接加压方式在间接加压方式中，高压容器与加压气缸配合工作。在加压气缸向上的运动冲程中，活塞将容器中的介质压缩产生超高压，使物料受到超高压处理。在向下的运动冲程中，减压卸料。 直接加压方式装备结构紧凑，密封部位固定、无损耗，高压容器容量大，适宜于生产用，但需经常保养维护。间接加压方式装备结构庞大，密封部位滑动、易磨损，高压容器容量小，但保养性能好可用于实验室研究8。3 超高压技术在水产方面的开发应用3.1 超高压对微生物生长的影响 来源于水产品中的致病菌通常可分为两组:一组是自身原有的细菌，受水环境和气温 的影响，如肉毒梭菌(C. botuli-num)和李斯特氏菌(Listeria)，常见于较寒冷水域鱼体中;霍乱弧菌(V. cholerae)和副溶血性弧菌(V. parahaemolyticus)，一般见于海滨环境或温热带水域中的鱼体上;另一组致病菌是水产品非自身原有细菌，例如沙门氏菌(Salmonella sp. )、大肠埃希氏菌(E. coil)、志贺氏菌(Shigella)、金黄色葡萄球菌(Staphylococcus auveus)等。生鲜水产品中含有病原体的生长作用可使生产加工的食品细菌浓度升高，造成引起疾病的风险，而高压可以杀灭牛奶、肉、水果和果汁等多种食品中的微生物4。正像物质从颗粒微细到纳米级时会发生质的变化一样，液体压力达到几千个大气压时物质也会发生质的变化，研究表明:高压灭活微生物依靠的是压力作用的程度和处理持续的时间。具体的作用包括以下几方面5:高压可以使蛋白质变性，如:蛋白质伸展、聚合和凝结;可以致使酶的活性受到抑制;能够破坏微生物细胞内的细胞器;高压能够使微生物细胞的形态发生改变;高压具有杀灭微生物芽孢的作用;高压能够改变微生物的遗传机制。高压杀菌和压力、作用时间、温度、pH以及微生物的种类有关。贝类是食用海水中细菌的滤食动物，其中有一些细菌能潜在地缩短贝类的货架寿命，甚至能引发疾病。因为贝类海洋生物经常是被生食、或在水中轻微煮熟就食用，所以并不能依靠充分的加热而达到消除病原体的目的。3.2 超高压对水产品蛋白质和酶活性的影响 一般地,高压对蛋白质一级结构没有影响,不利于二级结构的稳定,对三级结构有较大影响,而四级结构对压力非常敏感 。肌肉纤维显微结构的改变是蛋白质变性和酶失活的最主要的因素。对海洋食品进行高压处理就是因为它们都倾向于这种变化,当压力较低(100200 MPa)时,蛋白质和酶的变化是可逆的,压力低于150 MPa时首先是蛋白质的疏水基团的相互作用,并因此四级结构先发生了变化。当压力高于200MPa就会发生不可逆反应,包括全部酶的失活和蛋白质的变性,三级结构改变要高于200MPa,而二级结构发生变化需高于700MPa。这样,高压使蛋白质变性包括非共价键的重组或(和)破坏,如氢键及疏水基的相互作用以及离子键的变化,但共价键不会受到影响。鱼类肌肉中的主要蛋白是肌原纤维蛋白和肌浆蛋白。肌球蛋白在100 200MPa高压下发生变性,而肌动蛋白则在300 MPa下才发生变性,在800 MPa的高压下仅有极少量的蛋白质没有变性 。 关于高压通过对某些酶的作用而影响海洋食品品质的研究已有报道,这些酶是胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、组织蛋白酶、胶原蛋白酶。在100400MPa压力下,这些酶都是易变性的7。在低温储藏过程中,鱼肉中的脂酶仍有活性,并最终从糖脂中释放出游离脂肪酸,导致鱼体内脂肪酸随着存放时间而积累。如果在冷藏前用405 MPa高压处理鱼,对防止游离脂肪酸的积累和磷脂含量的减少是很必要的 。高压可以影响到ATP酶的活性,ATP酶在物质运输、能量转换和信息传递等方面有重要作用,ATP在鱼肉中通过脱去磷酸化而降解成为各种化合物,其中的一些会在储藏过程中积聚于鱼体内,将鲤鱼肌肉用200, 350, 500 MPa的高压处理之后,储存于5条件下,发现用350 MPa和500 MPa高压处理后肌肉中的5-次黄嘌呤核苷水平下降了,这表明高压使ATP酶失活或使中间产物降解9。3.3 超高压对水产品脂质的影响 水产品的脂肪中富含不饱和脂肪酸，在常规加工贮藏条件下容易发生氧化反应。当用506MPa流体静压处理萃取的沙丁鱼油60分钟时，过氧化值和硫代巴比妥酸都没有变化。当高于400MPa的压力处理鱼肉时，则大部分鱼产品都会发生脂质氧化反应。这说明纯鱼油在超高压下表现稳定，但分布在水产品中的脂肪出现脂质氧化反应而影响水产品的颜色、气味等品质。这似乎在一定程度上限制了超高压技术在鱼产品加工中的应用。但是，经过高压处理的淡腌海鳗，随着保藏时间增加，硫代巴比妥酸值逐渐减小，而且压力越大.其减小的值越明显，并得出600MPa处理可以极大地抑制淡腌海鳗脂肪氧化。因此，超高压对水产品脂质的影响尚需进一步研究。3.4 超高压对水产品水分的影响 水产品的最大特点之一就是水分含量高，而水分在超高压作用下表现为冰点下降。目前，很少见到超高压对水产品中的水分影响的报道，但是根据高压下冰点下降和压力瞬间传递的原理，可知超高压技术用于水产品的快速冻结和解冻是可行的6。结束语 高压和超高压处理的食品，由于只是对生物高分子物质立体结构中非共价键结合产生影响，因此对食品中维生素等营养成分和风味物质没有任何影响，并且加压处理后的食品某些物性发生改变，使食品能够具有较好的品质;与热反应相反，压力可以在瞬间传到食品的中心，压力传递均匀，处理均一性好，运转费用低。因此，水产品的高压加工有着广阔的应用前景 。参考文献1赵立川，唐玉德，祁振强.超高压食品加工及其装置J.河北工业科技， 2002， 19(2): 22- 28.2刘红，林锋.超高压食品加工装置综述J.食品工业科技， 1998(6): 78- 80.3郭万峻，徐扬.超高压食品加工容器装置设计分析J.压力容器， 1997， 14(2): 53-55， 19.4林向阳，陈金海，郑丹丹等.超高压杀菌技术在食品中的应用J.农产品加工学刊， 2005(1): 912.5高瑀珑，江汉湖，邱伟芬.高压力对微生物的影响及其杀菌机理研究进展J.食品工业科技， 2003， 24(5): 110112.6 段振华 . 超高压技术在水产品加工中的应用J.农村新技术，2008,， 1（1）：3133.7 潘科,孙远明.超高压加工对食品品质酶的影响J.食品科学,2003, 24(3): 142146