超高压灭菌技术在食品方面的应用

1、超高压灭菌技术在食品方面的应用200830600514 廖颖欣 08 食品工程与科学（食品营养）摘要： 本文讲述了超高压灭菌技术的作用机理及其产品的优越性，并指出了该 项技术在食品方面的应用。关键词： 超高压灭菌 食品 应用、尸、 亠前言随着人们生活水平的提高，人们对食品的质量及安全性越来越重视，要求 营养、原汁原味、具有更长的货架期和新鲜的口味，防腐剂和其它化学添加剂 尽可能少用，利用超高压技术加工食品是一个物理过程，它能顺应这一趋势， 被誉为“食品工业的一场革命”，引起了人们的高度重视。利用超高压技术加 工食品，有效地克服了传统热加工处理方法带来的种种弊端，较好地保持了物 料原有的营养成分

2、，而且加工后的食品口感适宜、色泽鲜艳、保质期较长，而 且整个食品加工过程的能量消耗也较传统的加工工艺有着很大程度地降低 1。食品的超高压处理技术是指将食品放入液体介质（通常是水 ）中，在 1001000MPa 的压力作用一段时间后，使食品中的酶、蛋白质、淀粉等生物高分子 物质分别失去活性、变性和糊化，同时杀死以微生物为主的生物的过程。它避 免了一般高温杀菌带来的不良变化，因此能更好地保持食品固有的色、香、 味，达到延长保存期的效果 2。在食品工业上，高压杀菌技术的应用就是利用这一原理，使高压处理后的 食品得以安全长期保存。超高压灭菌技术相对于传统的加热灭菌技术有较多有 利的优势，因此备受广泛的

3、重视。目前，国外超高压灭菌已在果蔬、酸奶、果 酱、乳制品、水产品、蛋制品等生产中有了一定的应用。而超高压灭菌技术在 我国仍处于起步阶段，并逐步改善中。本文论述了超高压技术工作原理，结合超高压灭菌技术的优势，介绍了超 高压灭菌技术的应用，旨在推进我国在食品超高压杀菌技术方面的研究和应 用。1超高压灭菌的作用机理高压杀菌的基本原理就是压力对微生物的致死作用，高压导致微生物的形 态结构、生物化学反应、基因机制以及细胞壁膜发生多方面的变化，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 3 。高压会影响细胞的形态。细胞内含有小的液泡、气泡和原生质，这些液 泡、气泡和原生质的形状

4、在高压下会变形，从而导致整个细胞的变形。研究表 明，细胞内的气体空泡在 0.6MPa 压力下会破裂。埃希氏大肠杆菌的长度在常压 下为1 !i m2卩m,而在40MPa下为10卩m100y m。高压对细胞膜和细胞壁也有一定的影响。在压力作用下，细胞膜的磷脂双 层结构的容积随着每一磷脂分子横切面积的缩小而收缩。加压对细胞膜常常表 现出通透性的变化和氨基酸摄取的受阻。当压力为 20MPa40MPa时，细胞壁 会发生机械性断裂而松懈；当压力为 200MPa 时,细胞壁会因遭到破坏而导致 微生物的细胞死亡 4。压力对微生物的抑制作用还可能是由于压力引起主要代谢酶或蛋白质的失 活。众所周知，酶是有催化活性

5、的一类特殊蛋白质，是由多种氨基酸以肽键结 合形成链状的高分子物质。酶蛋白的高级构造除共价键外，还有离子键、疏水 键、氢键和二硫键等较弱的键。当蛋白质经高压处理后，其离子键、疏水键会 因体积的缩小而被切断，从而导致其立体结构崩溃，蛋白质变性，酶失活。一 般来说， 100MPa300MPa 压力下引起的蛋白质变性是可逆的，但当压力超过 300MPa时，蛋白质变性是不可逆的5。同样，凡是以较弱的结合构成的生物体高分子物质，如核酸、脂肪、糖类 等物质都会受到超高压的影响，从而使生物体的生命活动受到影响甚至停止， 这就是高压处理可达到杀菌目的的机理 4。2 超高压灭菌食品的特点超高压技术一个独特性质是它

6、只作用于食品成分非共价键，从而保证共价 键完好无损，这对保持食品原有品质方面非常有益。利用超高压加工食品既可 达到灭菌又可保持原有营养成分，除了食品保藏外，超高压技术也可运用于生 产新的组织结构的食品，改变食品的品种，形成特有的超高压食品。它克服了 传统加热处理的不足，具有独特的优点，故而在国际上受到广泛关注。2.1 具有冷杀菌作用超高压应用现以杀菌为主，微生物受到高压时，会使细胞 蛋白质变性，引起细胞完全失活，而整个过程温度几乎没有升高。2.2 保持食品营养价值由于形成蛋白质一级结构氨基酸结合是以共价键结合， 食物中维生素等低分子化合物也是共价键结合，所以，超高压加工技术能更好 保持食品物料

7、营养价值。2.3 形成食品特有色泽和风味超高压处理过程是一个纯物理过程，它对食品中 风味物质、色素等各种小分子物质天然结构及水解物质均无影响，且一般来说 不会产生由于热而产生的“熟煮”味等异味物质，加压睽可达到杀菌目的，又 能保持原有新鲜风味 2 。2.4具有速冻及不冻冷藏效果将高水分物料压到lOOMpa以上冷却到-20C，瞬间产生大量细微的冰晶核，进一步冷却使得形成细小晶体均匀分布于冷冻制品 组织中，实现速冻。高压水冰点下降，在200MPa下，水的冰点为-20E，这说明食品可在0C以下贮藏而不结冰，还可进行加压解冻 。2.5 延长食品保质期经超高压处理食品无“回生”现象，杀菌效果良好，便于

8、长期保存。2.6 改善生物多聚体结构，调节食品质构食品经超高压处理后，使蛋白质变 性，脂肪凝固并破坏生物膜，还能改变蛋白质和肌肉组织结构，影响淀粉糊 化。2.7 简化食品加工工艺，节约能源超高压能瞬间以同样大小向各个方向传递， 瞬间传递到食品中心。压力传递均匀，处理均一性好，运转费用低。2.8 加工原料利用率高，无“三废”污染超高压食品加工过程是一个纯物理过 程，是液体介质的瞬间压缩过程，灭菌均匀操作安全且较加热杀菌能耗低、作 用均匀，不会象加热过程那样伴有化学变化发生，对于地球生态环境的保护十 分有利 7。3 超高压灭菌在食品中的应用3.1 在果蔬产品加工中的应用 超高压技术在食品工业中最成

9、功的应用就是用于果蔬产品的灭菌。在生产 果酱中，采用超高压技术不仅使水果中的微生物杀死，而且还可简化生产工艺 提高产品品质。日本明治屋食品公司采用超高压技术生产果酱，如草莓酱、苹 果酱等。他们采用室温下400MPa600MPa的压力对软包装果酱处理 10min30min， 所得产品具有良好的新鲜口味、颜色和风味。日本、美国等一 些国家也纷纷开发超高压技术用于生产果蔬汁。经超高压处理的新鲜果蔬汁颜 色、风味、营养成分和未经超高压处理的新鲜果蔬汁几乎没有任何差别8，9 。3.2 在奶类产品加工中的应用 超高压杀菌处理乳制品与传统的加热杀菌乳制品比较，可以很大程度的保留食品内的营养成分和原有风味，且

10、杀菌时间较短，不产生毒性物质 10。冯艳 丽 11等研究表明超高压杀菌能杀灭乳中绝大部分常见微生物 , 但对乳中蛋白质有 一定影响 12, 如酪蛋白胶粒直径减小 , 免疫球蛋白变性失活等。由于有些技术还不完善，如果用高压技术取代热处理尚需做进一步的研究。研究证实，100MPa600MPa的高压作用5min10min可以使奶中的细菌和 酵母菌减少直至杀灭，但孢子对压力有一定的耐受性，需要更高的压力，配合 温度处理则可实现完全灭菌。3.3 在肉制品加工中的应用 肉类等经过高压处理能杀灭肉类中的细菌，包括大肠杆菌、绿脓菌、沙门氏菌、葡萄球菌、肠菌等，不损坏维生素等营养成分及风味，改善肉组织1。在常温

11、下， 对肉制品进 行超高压灭菌， 革兰 氏阴性细菌和酵母菌 在 400MPa 左右的压力下基本灭活；革兰氏阳性细菌则需 600MPa 压力可基本灭 活，但孢子类细菌则较难灭菌。对猪肉和牛肉进行 400MPa， 20min 的超高压处 理，发现他们的嫩度、风味、色泽及成熟度方面均得到改善，而且保质期也大 大延长了 13。3.4 在水产品加工中的应用 水产品加工不同于其他食品，不仅要求保持水产品原有的风味、色泽，还要具有良好的口感和质地。常规加热处理不能满足水产品加工的要求。采用超 高压技术对水产品加工处理可保持产品原有的色、香、味。在 600MPa 下处理 10min 可使甲壳类水产品的酶完全失

12、活，并保持了其外观的红色和内部的白 色，减少了细菌数量， 保持了原有的鲜味。同时，高压处理还可增大鱼肉的凝 胶性。日本大洋渔业公司研究所，采用超高压技术生产鱼糕，在杀菌后其口 感、风味都比较理想，弹性增加。同时，超高压技术也用在制作鱼酱中，其产 品的感观评价优于普通鱼酱 1 。3.5 在酒类产品加工中的应用超高压技术还可用于酒的生产，生酒 （ 生啤酒、生果酒等 ） 经约 400MPa 的 超高压处理，将酒中的所有酵母菌及其他部分菌类杀死，从而得到具生酒风 味，且能长期保存的超高压生酒产品 14。目前，超高压技术用于发酵工业中酒 类的催陈取得了一定的进展。超高压技术用于催陈黄酒的研究表明，黄酒经

13、高 压处理后色泽和风味不变，酸度基本不变，挥发酯含量提高20%左右，呈苦、涩味的氨基酸比例下降，呈甜、鲜味的氨基酸比例上升，使得黄酒味更加鲜 甜、醇和、爽口，醇香更加浓郁。段旭昌利用超高压进行白酒催陈研究，取得 了突破性进展； 李绍峰 15等研究了超高压处理对新鲜干红葡萄酒物理特性的影 响，结果表明酒的折光率没有改变，而酒的沸点、相对密度、氧化还原电位、 电导率、总酸含量均有所变化，对葡萄酒有催陈作用 16 。3.6 在其他方面的应用 超高压在速冻、高压解冻和不冻冷藏方面也有良好的应用。蔬菜、水果、 豆腐、琼脂凝胶等水分含量多的食品在冻结时，会产生很大的冷冻损伤 （ 组织损 伤） ，解冻后汁液

14、流失严重，给产品风味带来不良影响，这是因为一般的冻结是 在常压下进行的，食品中的水分在冻结时体积膨胀，从而产生凝胶并组织破坏6。利用高压条件下冰点下降和压力瞬间传递的原理可实现食品物料的快速冷 冻，避免了物料组织的变性和破坏，真正实现了速冻。同样，在食品物料解冻 时也可以采用高压降低溶点的方法，避免了常压下外部升温解冻时间长和受热 不均匀而造成的营养损失和品质变化的缺点 4 。这种方法既可以保持产品的质 地、风味和营养价值，同时又完成了抑菌过程。4 结语随着科技的突飞猛进，面对着许多的食品安全问题，更体现出超高压灭菌 技术占有着重要的地位，这项技术已被国外许多先进国家所重视以及开发利 用。超高

15、压灭菌技术有效的保持了食品原有的色、香、味和营养成分，减少了 化学添加剂的使用，延长了食品保质期，是 21 世纪的新型产品，有着广阔市场 和发展前景。但由于我国运用超高压灭菌技术仍在初期阶段，与国外的技术存 在着一定的差距，还出现许多问题未解决。所以我国必须加快步伐，对此项技 术深入研究开发，克服困难，争取在短时间内缩短与国外先进技术的水平差 距，才能在食品领域占有一席之地。参考文献1 赵俊芳，赵玉生 . 初探食品工业中的超高压灭菌技术 . 包装与食品机械， 2006，24（5）：27-30.2 方婷，叶克城，陈媛媛 . 超高压杀菌技术及其在食品工业中的应用前景 . 福建 省农业工程学会 20

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