超高压杀菌技术

果汁超高压加工技术的现状与展望

刘正青 13720284

摘要：超高压加工技术是一项具有广阔应用前景的食品冷杀菌技术。该文综述了超高压加工技术对果汁中微生物、酶和产品品质的影响，以及超高压杀菌设备的现状。在分析各超高压处理效果影响因素的基础上，提出下一步研究的方法与方向，并对其发展前景进行了展望。

关键词：超高压；果汁；杀茵；灭酶

食品工业是整个工业中与国计民生关系最重的大产业,是世界各国销售额最大的产业之一。随着世界人口的不断增加和人类文明的发展，人类对食品的需求量越来越大，对食品的品质要求也越来越高。然而由于食品卫生质量低下，食源性疾病严重影响人们的健康，食品安全问题十分严重。据联合国世界卫生组织(WHO)统计，每年世界人口死亡约5000万人，其中因食源性疾病死亡人数约为1500万人，是全球人类的首位死亡原因；另外，据统计，全世界收获农产品的1/3在到达消费者之前就因腐败和虫害而损失；我国也不例外，每年粮食损失约在10%左右，油类在20%左右，肉食品的损失是30%左右，水果年损失量达15%～20%，此外一些名贵的中草药土特产品以及出口商品损失也十分严重，不仅造成了巨大的经济损失，还影响了市场供应。由于各种条件的限制，目前食品带菌严重，全世界80%的人口还不得不食用这样的食品，致使疾病蔓延相当严重，微生物病原菌及生物毒素己严重的威胁全球人类的健康，导致了近年来广泛的、严重的食源性疾病时有暴发。因此，如何使食品不受病原微生物及昆虫的破坏，减少化学污染，为人类提供更好的农产品和食品，保护人类的健康，一直是食品业的一个难题。为解决这些问题，一是从生产入手，二是从贮藏、保鲜等方面寻求途径。传统的食品保藏方法，如加热、冷藏、化学处理等有效的方法很多，但能耗大、存在化学药剂和添加剂的残留、污染环境及导致食品品质改变等，促使人们在不断探索食品贮藏保鲜的新方法、新技术。食品超高压技术就是一种应运而生的绿色加工新技术。

1 果汁超高压加工技术的发展概况

超高加工技术(ultra—high pressure processing，UHP)是将100—1000MPa的静态液体压力施加于食品、生物制品等物料上并保持一定的时间，起到杀菌灭酶等作用。食品超高压加工技术属于一种纯物理的冷加工技术，与传统的热加工技术

相比，具有其显著优点：(1)处理过程为液体介质的瞬间压缩过程，灭菌均匀，效率高、耗能低；(2)属于冷加工技术，因此不会破坏食品中原有的营养、风味、色泽等有效成分；(3)可以在保持食品原有风味条件下“冷杀菌”，经简单加热后再食用，扩大半调理食品的用途；(4)改善某些食品物料的内部组织结构，有可能获得具有新物性的食品[1]。超高压是一项共性加工技术，应用范围广。

超高压食品处理技术是超高压技术应用的一个重要分支，是在超高压技术上发展起来的。最早于19世纪末H.Royer(1895)、Bert H.Hite(1899)等人就利用高压杀死牛奶、果汁、蔬菜汁中的微生物[2-3]。而公认开创现代超高压技术研究先河的是美国物理学家P．W．Bridgman(1946年因超高压研究获得诺贝尔物理学奖)[4]。自1906年开始，他对固体压缩性，熔化现象，力学性质，相变，电阻变化等宏观物理行为的超高压效应进行系统研究，并于1912年报告了超高压下水的状态图，确立了超高压物理学；1914年提出蛋白质在500MPa下凝固，在700MPa下变成硬的凝胶状的现象[5]，这些先期成果为超高压应用到食品加工领域奠定了基础。1924年，Cruss在他的书中明确指出高压可用于商业果汁的加工[6]。由于当时工业制冷技术的发展，家庭冷藏技术迅速普及，在很长时间里，并没有人把超高压技术应用到食品行业的研究领域中。直到20世纪80年代日本学者才把超高压处理技术作为解决加热处理难以解决的食品加工上。并于1990年由明治屋食品公司首次研究生产出世界第一种高压处理食品(果酱)[7]。随后法国“即榨”新鲜风味橘子汁于1995年作为加压食品进行商业销售。高压食品以其独特的杀菌、灭酶效果和热灭菌所不具有的优势引起人们更大的兴趣，高压作为加工手段在多种食品物料上被广泛研究。目前，超高压食品加工技术受到世界各国重视，研究应用范围已经不断扩大。

从超高压加工技术研究伊始便主要用于食品的保存，超高压杀菌技术一直是该类研究的主旨，与保鲜处理相关的主要因素有：杀菌、灭酶和品质三方面；此外超高压研究是随着超高压设备技术瓶颈的突破而蓬勃发展。由于当前的研究内容必须建立在现有的超高压设备能力和实验检测水平的基础上，因此做好超高压技术的杀菌、灭酶、产品品质和设备等方面的研究综述，将有助于超高压加工技术下一步研究工作的开展。

2 超高压果汁杀菌研究现状

超高压杀菌的基本原理就是压力对微生物的致死作用。高压可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，甚至使原有功能被破坏或者发生不可逆转的变化，导致微生物死亡[8]。近来有关超高压杀菌的研究较多，品种涉及到橙汁、苹果汁、番茄汁、西瓜汁、梨汁、哈密瓜汁等[9-15]。现有研究表明果汁超高压灭菌的效果与压力大小、保压时间、果汁含菌量、微生物种类、物料pH值、处理温度等诸多因素有关。

目前超高压灭菌的突出问题在于耐压性细菌芽孢的杀灭问题，即部分芽孢在1200MPa下仍能存活[16]。为此，超高压与温度、pH值、超声波等协同灭菌的处理方法在各种物料中进行试验研究，并取得了较好的效果[17]。由于超高压处理腔中高压密封性的要求，外界的协同措施难以实现，因此选择较好的超高压协同技术仍然是近几年的研究方向。此外针对不同果汁原料特性开展的产业应用研究较少，也少有各种果汁在超高压处理下灭菌效果的基础性研究。因此采用不同的工艺参数(压力、处理时间、温度等)处理水果汁，研究超高压对其中细菌总数、霉菌、酵母菌等微生物的杀菌效果，建立微生物致死的动力学模型，是超高压灭菌研究中不可或缺的基础内容之一。

3 超高压果汁灭酶研究现状

酶是一种生物催化剂，能够高效率地催化各种生物化学反应，超高压处理对酶活性的影响主要表现在对酶蛋白三级结构的影响上。已有研究表明超高压处理可以破坏维持蛋白质三结构的次级键，破坏蛋白质的空间结构，从而使蛋白酶失去生物活性[18]。在超高压灭菌研究的同时，也进行了许多灭酶的试验研究[19-21]。与超高压灭菌效果的影响因素相类似，超高压灭酶效果同样与压力大小、保压时阎、果汁含酶量、酶的种类、物料pH值、处理温度、酶活性抑制剂等诸多因素有关[22]。超高压处理酶还有其特殊性，即超高压处理除了能够使酶失去活性，也可以使某些在常压下受抑制的酶激活，从而增加酶的活性[23]。几种酶的耐压性由强到弱依次为：过氧化物酶、多酚氧化酶、过氧化氢酶、磷酸醋酶、脂酶、果胶醋酶、乳过氧化物酶和脂肪氧化酶。过氧化酶具有最强的耐压性，经600MPa压力，60℃处理30min后仍可保持90％的活性。