超高压杀菌

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，进入并黏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。
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 以将超高技术用于食品速冻，形 成很好的冰晶体结构。
2、对蛋白质的影响
蛋白质一般具有四级结构。一 级结构是由多肽链中的氨基酸顺序 决定。二级结构是由肽链内和肽链 间的氢键维持，一般高压有利于这 一结构的稳定。三级结构是由于二 级结构间相互作用而包接在一起形 成球形，高压对三级结构有较大影 响。一些三级结构的球状蛋白体结 合在一起形成四级结构，这一结构 靠非共价键间的相互作用来维持， 对压力非常敏感。
二、超高压杀菌的原理
高压处理食 品是先将食品原 料充填到塑料等 柔软的容器中， 密封后再投入到 有数百兆帕静水 压的高压装置中 加压处理。
食品领域利用高压处理和加工 主要是基于食品的主成分水的压 缩效果，即高压对液体的压缩作 用，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。
7. 胶体和凝胶 胶体及凝胶一般由蛋白质或多 糖形成，因此高压对胶体及凝胶亦 具有较大影响。Okamota等报道， 在高压状态下，鸡蛋的蛋白可形成 一个强度较高但柔软的蛋白胶体。 迄今为止，还罕见关于高压下胶体 分子间的相互作用的报道。
8. 对维生素的影响 对果蔬原料在预定的压力时间条件下处理后发 现，还原型维生素C含量与其中所含的Fe3+和Cu2+ 有关： Fe3+对于维生素C的降解起着重要作用，在高压下 会更加明显；Cu2+的存在，在高压下会激活铜酶， 铜酶是维生素C降解的重要酶类之一。 此外，在高压作用下，氧化型维生素C可能会转 变为还原性维生素C；总体来说，高压处理对维生 素C的影响很小。
第二节
超高压杀菌
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目录
背景介绍 超高压杀菌原理


高压对食品的影响
对流变性影响 对天然风味影响 对蛋白质影响 酶控制调节 对淀粉影响 对脂类影响 胶体和凝胶
蛋白质的高压变性 高压对微生物的影响 高压对酶的影响 高压处理影响因素
高压杀菌设备介绍
UHP对生成蛋白质凝胶的影响
蛋白质加热变性时，在高温条件下，蛋白质分 子混乱形成团状结构，造成凝胶网状 结构不致密 ，不均匀，还可能使网络结构受到破坏，形成大的 空洞，从而形成粗糙的网络结构，进而影响其凝胶 强度。 UHP条件产生的凝胶强度比热凝胶要高，并且 浓稠，柔滑，致密精细， 弹性好，且能保持天然的 色泽及香味。但蛋白质溶 液需达到一定的质量分数 才能形成凝胶，且随温度 、压力增高而增高。
1992年 在法国召开高压食品的专 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。
10. 对化学反应的影响 高压使化学反 应向体积减小的方 向移动，改变某些 生化反应的速度和 平衡，使系统一些 组分发生量变以致 质变，从而影响食 品的品质。
5. 对淀粉的影响 在常温下把淀粉加压到 400-600MPa，并保持一 定的作用时间后，淀粉 颗粒将会： a) 溶胀分裂； b) 晶体结构遭到某种程 度的破坏淀粉。
与热处理相比，超高压对淀粉的作用特点为： a) 高压使淀粉粒膨胀却不破裂； b) 超高压所致完全糊化的淀粉无老化现象 ，而热处理所致的未完全糊化的淀粉有 老化现象； c) 高压处理可提高淀粉对淀粉酶的敏感性 及凝胶温度，从而 提高淀粉的消化率； d) 低于700MPa的压力时，淀 粉不会产生类似热加工的 变色。
4、对酶的影响 UHP对酶活性的影响主要是通过酶与底物 的构象和性质而起作用，对酶促反应可产生两 种结果： 抑制：UHP对维持酶蛋白质空间结构的次级 键（盐键，氢键，疏水键等）的破坏，导致 酶活中心改变或丧失，从而失活。 促进：在较低压力下酶活性的上升被认为是 压力产生的凝聚作用， 完整的组织中酶与 底物常常被隔离， 而较高的压力可破 坏这种隔离，使酶 与底物相接触，加 速酶促反应。
4. 酶控制调节 压力与热同样的皆为影响酶反应速率的 因子，高压能使酶失去活性，有助于生鲜食 品的保藏。 以嗜热菌蛋白酶作用不同的蛋白质为例 ，于2000MPa时酪蛋白和大豆蛋白不受压力 作用所影响，无论于常压和高压状态下均可 强烈分解，而四聚体蛋白之乙醇脱氢酶；血 红蛋白；乳球蛋白只有在压力作用下分解， 球蛋白因具有许多双硫键，故不易 受压力作用而分解。
5、高压处理影响因素
• 压力的大小和受压时间 在一定的范围内，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。 ① 对于非芽孢菌，压力达到 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 温杀菌或其他协同杀菌作用。
生物，从而达到食品灭菌、保 藏和加工的目的。 通常情况液体或气体压力在 0.1mpa～1.6mpa称为低压， 1.6mpa～10mpa称为中压，10～ 100MPa称为高压，100MPa以上 称为超高压。 超高压杀菌是一个物理过程 ，在食品加工过程中主要是利 用Le Chace－lier 原理和帕斯卡 原理。
产生蛋白质的压力凝固及酶的失活，使 菌体内成分产生泄露和细胞膜破裂等多 种菌体损伤。其属于冷杀菌。 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。
3、对微生物的影响
食品中的微生物是食品加工过程中主 要考虑对象之一，也是衡量食品贮藏期的 关键指标。大量实验证明，高压具有良好 的灭菌效果，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 的结构和功能发生多方面的变化，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转的变化。 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 物称为耐压微生物。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，
6. 对脂类的影响 高压对脂类的影响是可逆的，室温下呈液态的脂 肪在高压下（100-200MPa)基本可以固化，发生 相变结晶，促使更稠、更稳定的脂类晶体形成， 不过解压后仍会复原，只是对油脂的氧化有一定 的影响。 Aw在0.40-0.55范围时， UHP使油脂氧化速度加快 。金属离子可能有促进作 用，温度也会有一定的影 响。
③ 对蛋白质影响 超高压（〈700MPa)对蛋白质 一级结构无影响，有利于二级结 构的稳定，但也会破坏三级结构 和四级结构。 超高压迫使蛋白质的原始结 构伸展，分子从有序而紧密的构 造转变为无序而松散的构造，或 发生变性，活性中心受到破坏， 失去生物活性； 高压破坏蛋白质胶体溶液， 使蛋白质凝集，形成凝胶。
• 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 性强弱依次为：革兰氏阳性菌＞ 革兰氏阴性菌＞真菌。 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 反应更为敏感。
研究发现，芽孢菌与 金黄色葡萄球菌在100400MPa下，其-20℃的高压 • 杀菌效果较20℃时好。 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。
研究表明，在一般的加热处理或热力杀菌 后，食品中维生素C的保留率不到40%，即使挤 压过程也只是有大约70%的维生素C被保留，而 超高压食品加工是在常温或较低温度下进行的 ，它对维生素C的保留率高达96%以上，从而将 营养成分的损失程度降到了最低。
9. 对感官的影响 经高压处理后果汁果酱的风味与营养物质均保持 较好。
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。
三、高压对食品的影响
1. 对流变性影响 高压能够以高温相似 的方法在食品工业中得到 应用，并有很多优点。压 力所引起之变性乃由于疏 水键和离子键的破坏，蛋 白质的伸展不盘结所致。 热引起之变性乃由于共价 键形成或破坏，而此改变 可能为香气改变之原因。
② 对天然风味的影响 利用压力处理柑橘果汁 可以产生接近新鲜果汁香味 、Vc保存及品质保存17个月 以上不变质。果汁pH低，经 过高压处理后可以使耐压细 菌芽孢被抑制，使得它们最 适合以高压杀菌处理达到爆 仓的目的。此基于耐压性的 细菌孢子生长受到抑制所致 。
• 食品成分 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 酸脂、蔗糖酯或乙醇等添加剂，将 提高加压杀菌的效果。
• 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 工有重要的意义。