现代食品加工原理作业

超高压技术在食品加工中

的应用与研究进展

摘要:应用超高压技术加工食品可以致死微生物,影响酶的活性,改变物质间的相互作用。对超高压技术发展的历史与现状及其在食品加工中的应用与研究进展作一阐述,并对超高压技术的发展前景进行了展望。

关键词:超高压技术;食品工业;应用;前景

Research Advance and Application of Ultra High Pressure

in Food Industry

Abstract:Usingthe ultra-high pressure(UHP) technologyoffood process mayinactivate microorgamisms,influ-ence rates of enzymatic reactions, modifies interaction

between individual components.To review the develop-ment of UHP technology

and some application in food industry,and prospect of UHP application is also be

men-tioned in this paper.

Key words:ultra-high pressure;food industry;application;prospect

前言

随着科学技术的发展，多种新的食品加工和贮存方法得以研究与开发，其中高压技术是最近引起各方面广泛关注的―高新技术‖之一，被誉为―当前七大科技热点‖、―21世纪十大尖端科技‖。高压处理过程是一个纯物理过程，具有瞬间压缩、作用均匀、操作安全和耗能低的特点，有利于生态环境保护；超高压加工技术除节约能源、减少污染等优点外，其最大优越性在于这种技术是目前人们发现的能最好保持食物天然色、香、味和营养成分的加工方法。

1.超高压技术的发展历史与现状

早在1899年,美国化学家Bert Hite就首次发现了450 MPa的高压能延长牛乳的贮藏期,以后相继有很多报道证实了高压对各种食品和饮料的杀菌效果。公认的开创现代高压技术先河的是美国物理学家P WBridgeman(1946年获得诺贝尔物理学奖)。P W Bridgeman在1914年发现在静水压(500 MPa)下蛋白质变性凝固、700 MPa形成凝胶的现象。这是超高压技术应用于食品加工的理论雏形。但是限于当时的各方面条件,这些研究成果并未引起足够的重视。

随着现代高压物理的诞生与发展,20世纪80年代末首先在日本研发出食品的超高压加工技术。1986年日本京都大学的林力丸教授率先开展了高压加工食品的试验,并引起了日本加工业界的浓厚兴趣,掀起了(超)高压技术在食品中的应用基础研究热潮。日本国内的很多学者,如小川浩史、昌子有、崛江耀、松本正等也纷纷开展了与此有关的试验研究工作。为产业化发展做准备的大量前期研究终于使世界在1990年4月迎来了第一批高压食品———果酱(草莓酱、苹果酱和猕猴桃酱3个品种,7种风味系列)的问世,并在日本当地取得良好的试售效果,且引起了整个日本国内的轰动。经高压技术加工的果酱在日本超市的问世,揭开了高压理论(超高压技术)应用于食品加工业的序幕。目前,日本在超高压食品加工方面仍居于国际领先地位,已拥有大量的食品超高压处理实验装置与生产设备,果酱、果汁、鱼糜制品等超高压食品已进入超市,并且有了食品超高压加工、杀菌、保鲜的专利技术。

超高压技术在日本的成功应用,很快引起了德、美、英、法等欧美国家及韩国的高度重视,先后投资对高压食品的加工原理、方法、技术细节及应用前景进行了广泛而深入的研究。美国已将超高压技术列为21世纪食品加工、包装的主要研究项目,并已有了一定规模的工业化生产。目前,国外超高压技术已在果酱(草莓酱、猕猴桃酱、苹果酱等)、果汁(橘子汁等)、含果肉的果冻、豆浆、乳蛋白制品、鱼糜鱼糕、鱼肉制品、牛肉制品、甲壳类水产品等开展系列研究[1],并取得了可喜的研究成果。

我国超高压技术在食品加工中的应用虽然处于起步阶段,但很多学者已致力于这方面的研究,国家高度重视这一技术,已有多项课题被列入国家863计划、农业跨越计划及科技攻关等领域。我国也有很多该领域研究人员较早地应用超高压技术进行食品加工的研究,叶怀义(2003)就超高压对微生物、酶的灭活机理,果肉饮料和果酱的加工工艺以及对小麦、玉米、绿豆、藕、木薯、甘薯、土豆等淀粉的糊化特性影响进行了详细研究,励建荣等(1999)对橙子、草莓、西瓜、黄瓜、猪肉、牛肉、草鱼、河虾、鸡蛋等超高压处理后的灭菌效果、营养品质、风味以及超高压催陈黄酒进行了一系列研究,取得了预期试验效果,获得了超高压保鲜果汁和超高压催陈酒类技术。潘见等(2004)对草莓汁、

西瓜汁等做了大量的试验,获得了很多有价值的数据。张宏康等(2001)和日本的合作项目大豆分离蛋白凝胶也取得了显著的成果。此外,研究者还针对酶、病毒、微生物、超微结构与质构、蛋白质等进行了大量的研究。据报道,目前已有企业采用国产超高压设备与技术加工鲜海参、鲜牡蛎、鲜果汁及水果等食品并已成功上市。这标志着我国在超高压技术装备制造方面已取得突破性进展,对推动我国超高压技术在食品领域的产业发展具有十分重要的意义。

2.超高压技术原理及技术特点

超高压技术（ultra high pressuretechnology）也称为超高压杀菌技术（ultra high pressure sterilization technology），是指利用100 MPa以上的压力,在常温或较低温度条件下,使食品中的酶、蛋白质及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的一种食品处理方法[2]。超高压技术必须以液体为介质，当食品在液体介质中体积被压缩后，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,结果导致蛋白质变性、淀粉糊化、酶失去活性、微生物等被杀死[3]。由于超高压处理只作用于非共价键，因此对维生素、色素和风味物质等低分子物质的共价键无明显影响，从而使食品较好地保持了原有的营养价值、色泽和天然风味[4]。

3.超高压技术杀菌机理

超高压处理被认为是一种新型的冷杀菌方式,可以应用于食品的贮藏保鲜。超高压通过导致微生物的形态结构，基因机制及细胞壁膜等多方面发生变化，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，所以超高压在常温下具有杀死微生物的作用[5]。不同的微生物对压力具有不同的抗性,微生物细胞的存活率与所采用的压力大小有直接关系。通常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，而芽孢较营养细胞的耐压性高，一般耐高温的微生物耐高压的能力也较强[6]。

4. 超高压技术对酶的影响

食品在加工和贮存过程中，由于食品自身酶的作用，会产生变色、变味甚至变质，造成很大的损失。大部分酶的化学本质是蛋白质，其生物活性依赖于蛋白质分子的三级结构，维持蛋白质分子三级结构的作用力主要是范德华力、氢键、静电作用力和疏水相互作用力等非共价键。通过超高压处理可破坏蛋白质的三级结构，改变其催化活性从而提高食品品质。研究表明超高压对酶活力的影响主要分个阶段：在压力较低时，酶活力中心凝聚，酶与基质接触更加充分，酶活升高；随着压力的升高，酶蛋白的三级结构遭到破坏，酶活性降低[7]。研究发现，在500 MPa、60℃或750 MPa、50℃时可使鲜榨梨汁中多酚氧化酶失去[6]260%以上活性。在600 MPa时处理10 min，可有效抑制多酚氧化酶活性，防止褐变，且经保藏9 d后，仍然具有较好的理化指标。在400 MPa～600 MPa压力下处理番茄切片，可使其果胶甲基酯酶活性上升[8]。

5.超高压技术在食品中的应用

5.1超高压技术在谷物及豆制品中的应用

谷物和豆类是人类饮食中提供能量的主要来源,谷物可减少心脏病及一些肠胃癌和呼吸道疾病的发病率。它们提供人体所需能量和8%的蛋白质及多种维生素。长期以来,谷物的加工都要经历很多热过程,并以此来提高消化性和消除过敏反应,但是营养物质的损失较为严重。Y Estrada Giron等（2005）利用超高压技术对谷物及豆类的研究表明,