超高压技术

➢1990年 日本首次将超高压产品果酱投放市场，其 独到风味立即引起了发达国家政府、科研机构及企 业界的高度重视。 ➢1992年 在法国召开高压食品专题研讨会； ➢1993年 法国、英国政府也开始资助高压食品加工 的研究，推出高压杀菌鹅肝小面饼、橘子汁、切片 火腿、牡蛎等。
我国也开展了食品高压技术的研究, 并取得不 少的成果。中国兵器工业集团公司五二研究所利用 超高压技术研制成功了高压西瓜、果肉汁、高压菜 花等果蔬新产品, 使产品在常温下的包装有效期达 6 个月以上。
2.3、高压处理胡萝卜 热处理胡萝卜时，果胶在pH＞5时可发生反式同分异构
现象，pH＜2时则会水解，而高压处理则不分解； 热处理后的胡萝卜硬度低，而高压则不改变硬度； 压力大于200MPa，可增加断裂应力，高压处理胡萝卜的
总果胶量与加热3min相同，但随压力增加，高甲氧基果胶 量减少，低甲氧基果胶量增加。
2.4、高压处理大蒜和茶
大蒜具有特殊气味和营养及杀菌功能，蒜泥在冷藏状态 下一天就变绿，再过一段时间就会产生刺激性的臭味，不 能食用。高压处理蒜泥，并在5℃下保存，开始时变成青 绿色，香味减弱，但在冷藏中慢慢恢复，没有刺激性气味 ，原有的香味保留下来。故而对蒜泥高压处理效果较好， 可防止变色。
茶饮料加压处理时，香气成分虽稍有减少，但保持有 香气组成的总体平衡，茶中特有的新鲜、清香被保存，高 压处理是茶类饮品杀菌、保香的最适方法。
的食品温度，使食品的温度达到常压时的冻结点之上，可 以在短时间内实现均一的快速解冻，从而避免常压外部升 温解冻时间长和受热不均匀而造成的营养损失和品质变劣 的缺点。
3.4. 低温高压下的不冻结储藏
低温高压下的不冻结储藏需要控制好压力和温度，使处在 不冻结区域内。在0-209.9 MPa 范围内，储藏的温度愈低， 所对应的压力就愈高。
的pH范围； 2）在食品允许范围内，改变介质pH，使微生物生长
环境劣化，也会加速微生物的死亡速率，缩短高压杀菌时 间或降低所需压力。
1.2.5 水分活度（Aw）
水分活度（Aw）对灭菌效果影响也很大。低Aw产生细胞 收缩和对生长的抑制作用，控制Aw无疑对高压杀菌，尤其 是固态和半固态食品的保藏加工有重要意义。
3、超高压速冻和不冻冷藏
食品（如蔬菜、水果、豆腐）常压冷冻储藏时由于食品 中水分在冻结时体积膨胀，造成组织细胞破损，解冻后食 品中汁液流失，食品的冷冻损伤严重，给产品的风味带来 很大的影响。
高压冻结一般先将欲冻结的食品加压，达到一定的压力 后再降温，实际处理过程中也可先将传压介质降低到所需 的低温，然后放入欲冻结的食品，迅速加压以缩短高压维 持的时间，并适于设备的连续使用。
3.1. 高压空气冻结 在自然对流条件下，用高压空气冷冻食品可有效地提高
冻结速度，缩短冷冻时间，如高压冻结牛肉猪肉的冻结时 间比常压冷冻缩短约41-45%，黄瓜和桃缩短50%。
此外，加压冷冻可减少冷冻过程中食品的干耗量50%以 上。
3.2. 压力移动冻结 根据水在200 MPa压力下其冻结点下降到-20℃以下的
灭和处理
✓ 超高压在石油化工、压力容器和木材的超强化处 理技术中的应用
可使石油化工管道、压力容器抗疲劳寿命大幅度提 高，使木材密度、硬度增高，将普通木材改性为高强 度、高质量的高档木材。
超高压技术在食品中的应用
1、超高压杀菌
超高压杀菌属于冷杀菌，主要作用方式是破坏 氢键之类的弱结合键，使基本物性变异，产生蛋 白质的压力凝固及酶失活，还能使菌体内成分产 生泄露和细胞膜破裂等多种菌体损伤。
构的体积随之降低，细胞膜的通透性将被改变。 （5）高压对细胞壁的影响
20～40 MPa的压力能使较大细胞的细胞壁因受力机械断 裂而松解，200MPa 的压力下细胞壁遭到破坏。真核微生 物一般比原核微生物对压力较为敏感。
1.2 影响超高压杀菌的主要因素
1.2.1 压力大小和受压时间
在一定范围内，压力越高，灭菌效果越好。在相同压力下，灭菌 时间延长并不一定能提高灭菌效果。
一般来讲压力超过300MPa 对蛋白质的变性是不可逆的
（3）影响细胞内酶活力 高压使酶失活的根本机制是：①改变分子内部结
构；②活性部位上构象发生变化。
通过影响微生物体内的酶，进而会对微生物基 因机制产生影响，主要表现在由酶参与的DNA复 制和转录步骤会因压力过下，细胞膜磷脂分子的横切面减小，细胞膜双层结
处于指数生长期的微生物比处于静止生长期的微生物对压力反 应更敏感。
研究发现，芽孢菌和金黄色葡 萄球菌在100-400MPa下，其-20 ℃ 的高压杀菌效果较20℃时好。
1.2.3. 温度
由于微生物对温度有敏感性，在低温或高温下，高压 对微生物的影响加剧，因此，在低温或高温下对食品进行 高压处理具有较常温处理更好的杀菌效果。
原理，把高水分食品物料加压到200 MPa，同时冷却到 -20 ℃，此温度迅速消除压力降至常压，此时0℃成为冰 点，而物料的温度远在冻结点温度以下，-20 ℃的水呈极 不稳定的过冷状态，进而水分瞬间在物料原来位置发生相 态变化，产生大量极细微冰晶体且均匀分布于冻品组织中 ，使物料迅速、均匀的冻结。
3.3 高压解冻 通过高压使冻结食品中的冰结晶融化，然后再提高融化
1.1 超高压杀菌原理
（1）改变细胞形态 极高的流体静压会影响细胞的形态，包括细胞
外形变长，胞壁脱离细胞质膜，无膜结构细胞壁 变厚。上述现象在一定压力下是可逆的，但当压 力超过某一点时，便不可逆地使细胞的形态发生 变化。
（2）影响细胞生物化学反应 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 。
2.2 高压处理淀粉
通过高压处理可以使淀粉变性，常温下加压到400～ 500MPa时，可以使淀粉溶液变成不透明粘稠的糊状物质 ，同时还可以提高淀粉中淀粉酶消化性。
通过对大米的软化加工，使陈米的品质改良，陈米在 20℃吸水润湿后在50～300MPa处理10min，再按常规煮制 成饭，其硬度下降、黏度上升、平衡值提高到新米范围， 同时光泽和香气也得到改良，还可缩短煮制时间。
2.5、高压处理肉的嫩化 与常规加工方法相比，经高压处理后的肉制品在嫩度、
风味、色泽等方面均得到改善，同时也增加了保藏性。例 如，对廉价质粗的牛肉进行常温250MPa处理，结果得到 嫩化的牛肉制品。300MPa，10min处理鸡肉和鱼肉，结果 得到类似于轻微烹任的组织状态。
高压嫩化机理
1）机械力作用使肌肉肌纤维内肌动蛋白和肌球蛋白的 结合解离，肌纤维蛋白崩解和解离成小片段，造成肌肉剪 切力下降。
大多数微生物在低温下 耐压程度降低的原因：
①压力使得低温下细胞因冰晶析出而破裂程度加剧 ②蛋白质在低温下高压敏感性提高，致使此条件下蛋白质更
易变性，菌体细胞膜的结构也更易损伤 低温下高压处理对保持食品品质，尤其是减少热敏性
成分的破坏较为有利。
1.2.4 pH
在压力作用下， pH对微生物生长的影响表现在： 1）压力会改变介质的pH值，且逐渐缩小微生物生长
2、超高压技术的研究进展
1899年 美国化学家 Bert Hite使用超高压技术杀灭 牛奶中的微生物以增长其保质期。
1914年
美国物理学家 P.W.Briagman 提出了在静水 压下蛋白质变性、凝固的报告。由于当时高 压装置制造技术和加工中食品的包装材料尚 未成熟，研究被迫中段
1986年 日本京都大学林力丸率先开展高压食品研究
2.1 高压处理脱除热臭味
高压处理大豆蛋白提取液，一定条件下（＜500MPa、＜ 10min）蛋白变性，蛋白液黏度增加，稳定性提高而乳化能 力降低。增加压力并长时间加压(500MPa、30min)，蛋白液 胶凝成豆腐，硬度大于常规生产方法生产的产品，且对豆 腥味和皂体物的亲和性提高，从而降低腥味和苦味。
1.2.6 食品本身的组成和添加物
营养丰富的环境中微生物的耐压性较强，蛋白质、碳水 化合物、脂类和盐分对微生物具有缓冲保护作用，而且这 些营养物质加速了微生物的繁殖和自我修复功能。
食品基质含有的添加剂组分对超高压灭菌影响很大， 如添加脂肪酸酯、蔗糖酯或乙醇等添加剂，将提高加压杀 菌的效果。
生产果酱中，采用高压杀菌，不仅使果酱中的微生物致 死，还可简化生产工艺，提高产品品质。这方面最成功的 例子是日本明治屋食品公司，该公司采用高压杀菌技术生 产果酱，如草莓、猕猴桃和苹果酱。他们采用在室温下以 400-600MPa的压力对软包装密封果酱处 理10-30min，所得产品保持了新鲜水果的 口味、颜色和风味。
不冻结储藏过程中食品始终是处在压力容器中，降温前首 先将欲储藏的食品加压，然后在保持压力的情况下对食品 进行冷却，直至所需的储藏温度。
超高压技术
一、 超高压技术的介绍 二、超高压技术的应用
UHP在食品工业中的应用 UHP对食品成分及品质的影响
三、超高压食品的包装设计和加工设备 四、超高压食品加工工艺 五、超高压技术进展存在的问题
一、超高压技术的介绍
1、食品超高压技术的定义
食品超高压技术是将包装或无包装的固态或液态食品 置于100~1000MPa的高压和一定的温度下处理一段时间， 引起食品成分非共价键(氢键、离子键和疏水键等)的破坏 或形成，使食品中的酶、蛋白质、淀粉等生物高分子物质 分别失活、变性和糊化，并杀死食品中的细菌等微生物， 从而达到食品灭菌、保藏和加工的目的。
2）压力处理使肌肉中内源蛋白酶——钙激活酶的活性 增加，加速肌肉蛋白水解，加快肌肉成熟。
包括β-乳球蛋白、α-乳白 蛋白及酪蛋白中的γ-酪蛋白
2.6、制抗过敏奶粉
高压可以选择性除去乳清中的过敏原物质，研究发现， 在一定高压下，乳清中的球蛋白可被嗜热菌蛋白酶优先分 解，从而有选择地除去β-乳球蛋白，制备脱敏原乳清。
（1）对于非芽孢菌，压力达300~600MPa就可以全部致死 （2）对于芽孢菌并非压力越高越好，杀灭的有效途径是促使孢子 发芽（300MPa以下）然后配合高温杀菌或其它协同杀菌作用；
1.2.2 杀菌效果种间差异
不同微生物的耐压性有差别，一般来说，各种微生物的耐压性 强弱一次为：革兰氏阳性菌＞革兰氏阴性菌＞真菌。
其中细胞膜的主要成分是磷脂和蛋白质，其结构靠氢键和疏 水键来保持。在压力作用下，蛋白质在细胞膜内发生变性，抑制 了细胞生长所必需的氨基酸。高压增加了细胞膜的通透性，使细 胞成分流出，破坏了细胞的功能。
二、超高压技术的应用
✓ 超高压食品处理技术
包括病毒的灭活、中药的提取、疫苗
✓ 超高压生物处理技术 的制取、血浆及血液的病原菌、病毒杀
2、食品的品质和风味改良与新产品开发
根据高压能改变食品物料的某些物性的原理，进行葡 萄柚汁的去苦、增加蛋白质食品的凝胶特性使肉类变得松 软可口；高压还可以使食品中有害蛋白质、一些酶和毒素 失活，保证食品安全性，食品营养价值不变。
超高压可改变冰和脂类可塑性，利用熔点、冰点和沸 点的变化，制造具有不同口感和感官特性的食品，如新型 巧克力、冰淇淋等。
3.3 对微生物的作用
大多数细菌能够在20～30MPa下生长，能够在高于40～ 50MPa压力下生长的微生物称耐压微生物。超高压产生的极高的 静压不仅会影响细胞的形态，还能破坏氢键之类弱结合键，使基 本生物活性变异，产生蛋白质的压力凝固及酶的失活，使菌体内 成分产生泄漏和细胞膜破裂等多种菌体损伤。
3、超高压技术作用机理
3.1 对水的作用
高压下水的冰点会 发生一些改变， 200MPa压力水的冰点 为-20℃左右。通过这种 原理，即可以将超高压 技术用于食品速冻，形 成很好的冰晶体结构。
3.2 对蛋白质的影响
在超高压下，食品中的小分子(如水分子)之间的距离 要缩小，而蛋白质等大分子组成的物质还仍保持球状，这 时水分子等小分子就要产生渗透和填充效果，进入并粘附 在蛋白质等大分子基团内的氨基酸周围，使蛋白质等的食 品中生物大分子链在加工压力下，由超高压降为常压后被 拉长，而导致其全部或部分立体结构被破坏，这样便改变 了蛋白质的性质(简称为“变性”)。