超高压技术及其在食品中的应用

但总体来说，中国超高压技术和超高压装置 研制与国外相比存在较大差距。超高压技术 在农产品加工中的应用还缺乏系统研究，有 关处理工艺、处理参数等尚未明了。迄今为 止，中国超高压技术尚未实现产业化，还没 有自己的超高压食品上市。
四. 超高压技术应用前景
• • • • 超高压技术在果蔬产品加工中的应用 超高压技术在鱼制品肉制品加工中的应用 超高压技术在速冻食品加工中的应用 超高压技术在中药制品、功能性食品中的 应用
追溯起历史，超高压食品(简称“高压食品”) 的研究几乎与现代高压技术的发展同步。 高压技术的发展，大致经历了三个发展阶段：
第一阶段为理论奠基阶段 (1 9世纪末期～20世纪40年代)。
早在1899年，美国化学家BertHite首次 发现了450MPa的高压能延长牛乳的保藏 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。
超高压技术在果蔬产品加工中的应用
•果酱、果汁及饮料 率先获得上市的超高压食品是果酱。1990年三个品 系(草莓酱、猕猴桃酱、苹果酱，七种风味系列)的 果酱等在日本超市的亮相，揭开了超高压技术在食 品加工上成功应用的序幕。此后，日本又相继在果 汁、日本清酒、啤酒等高压饮料和糕点等食品上获 得突破。由于果酱、果汁及饮料，均属以水为主的 生物体系，能够接受超高压的完全作用，达到杀菌、 保鲜的目的，因而首先在这方面获得突破也是顺理 成章的。
3、超高压对微生物芽孢壳的作用
杀灭芽孢是食品保藏中最关键的一环，它是食品是否彻底灭 菌的标志，而杀死芽孢也是食品加工和保藏中最难解决的问 题之一。细菌芽孢可被高于lO00mPa的压力直接杀死，但如 此高的压力不适宜直接应用在实际生产中，这是因为超高压 设备的承压能力越大，设备重量增加的越大。如容积为2OL， 承压为600mPa的超高压设备，重量超过100t，如采用线圈结 构，重量可减轻，但承压能力也随之下降。因此考虑这些， 我们认为lO00mPa以上超高压设备应用于实际生产中，无论 在生产工艺上还是在经济方面都是不适宜的，这就需要我们 重新寻找新的工艺设计。
超高压技术 及其在食品中的应用 Nhomakorabea高压技术及其在食品中的应用
引言 超高压技术的概念和历史 超高压技术原理及特点 超高压技术的应用 展望
引言
在19世纪末20世纪初，人们就认识到一般深海鱼类 和生物可耐50MPa的压力。 高压技术的起源是用于生产陶瓷、钢铁和超合金， 以制作高速硬质合金刀具。如在压力130～270 MPa下使金属材料经过模孔形成长形产品。直到本 世纪80年代末．日本学者首倡食品的超高压处理。 90年代日本已有超高压果酱、调味品、饮料等多种 产品上市。 目前超高压食品加工技术是食品加工业的一次重大 革命，被列为当前“七大技术热点”和二十一世纪 “十大尖端科技之一”。 其发展前景良好，已为各 国关注和重视。
一． 超高压技术的概念、发展历史
1、超高压技术的概念 2、发展历史
1、超高压技术的概念
一般所说的超高压(简称高压)，指的是超 过100兆帕(约为987个大气压)以上的压力。 所谓超高压技术(简称高压技术)，是指应 用超高压(1OOMpa-lOOOMpa)作用于待处理物 质使之发生改变的过程。
2、发展历史
特 点：
高压处理基本是一个物理过程，对维生素 、色素和风味物质等低分子化合物的共价 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，这也 是高压技术在目前各种食品杀菌、加工技 术领域所独具的特点。
①瞬间压缩、作用均匀、时间短、操作安 全和耗能低； ② 污染少(热、化学)； ⑧ 更好保持食品的原风味(色、香、味)和 天然营养(如维生素C等)； ④ 通过组织变性，得到新物性食品； ⑤ 压力不同作用影响性质不同。
2、对微生物遗传机制的影响
研究认为30-50MPa之间的静压能影响基因的表达和蛋白质的合 成。高压能导致啤酒酵母产生四倍体，证明高压能影响 DNA的复 制。在100MPa压力下，酵母的核膜会受到影响，在大于400mPa 压力时，线粒体和细胞质会发生改变，尤其在大于 300mPa压力 下有金属离子释出。嗜热甲烷球菌、紫串状酵母属和埃希氏大 肠杆菌在经过压力处理后都发现了诱导蛋白。DNA和RNA对压力 非常有抗性，但有研究表明单核李斯特氏菌和伤寒沙门氏菌菌 体经压力处理后发现有核物质大量凝结，分析认为在高压条件 下，DNA与核酸内切酶得以充分接触，核酸内切酶打开了DNA双 螺旋结构，但这一过程可回复，推测这一过程与一种负责回复 活性的酶有关。如果这种酶被超高压灭活，则细胞就不能再继 续增殖，这对我们杀灭细菌是非常有利的，可以大大延长食品 的保藏期，这方面的工作还有待于进一步研究。
三. 超高压技术研究应用现状
• 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 和生产设备，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。 • 日本超高压技术在食品加工上的成功应用，很快 引起了德、美、英、法等欧美国家及南朝鲜的高 度重视。它们先后投入巨资对高压食品的加工原 理、方法、技术细节及应用前景开展了广泛而深 入的研究。
超高压杀菌技术是新型杀菌技术。热消毒或灭菌，可 以使微生物失活并使其数量比原来明显减少，然而食 品的味道和营养也被严重地破坏了。使用超高压技术 时，温度没有升高。因此，保持食品原来的特性，没 有热加工的副作用，前景是可喜的。将食品物料以某 种方式包装以后，置于超高压(200兆帕以上)装置中 加压处理，使之达到灭菌的目的。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， 甚至使原有的功能破坏或发生不可逆的变化。
高压处理过程中，物料在液体介质中体积被压缩， 超高压产生的极高的静压不仅会影响细胞的形态， 还能使形成的生物高分子立体结构的氢键、离子 键和疏水键等非共价键发生变化，使蛋白质凝固、 淀粉等变性，酶失活或激活，细菌等微生物被杀 死，也可用来改善食品的组织结构或生成新型食 品。
超高压杀菌技术的基本原理
而公认的开创现代高压技术先河的却是美国物理学家 P．WBridgeman (由于他的高压研究，1946年获得诺贝 尔物理学奖)，他在1906年开始，通过高压实验技术， 对固体的压缩性、熔化现象、力学性质、相变、电阻变 化规律、液体的粘度等宏观物理行为的压力效应进行了 极为广泛的系统研究，并于1914年发现在700Mpa下引起 蛋白质凝固的现象，这是超高压技术应用于食品加工的 理论雏形。但是限于当时的条件，如高压设备、包装材 料的开发研制以及产品的市场需求和有关的技术原因等， 这些研究成果并未引起足够的重视，在实际生产中也未 得到推广和应用。
第三阶段为理论应用阶段 (20世纪80年代末～至今)
随着现代高压物理的诞生和发展，20世纪80年代末
首先在日本出现了食品的超高压加工技术。1986年 日本京都大学的林力九教授率先开展了高压食品的
实验，引起了日本工业界的浓厚兴趣，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实验研究工作。
• 国内最早应用超高压技术进行食品加工研究的是 叶怀义等(1995)和励建荣等(1996)，前者就超高 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，后者则对橙子、草莓、西瓜、黄瓜、猪肉、 牛肉、草鱼、河虾、鸡蛋等超高压处理后灭菌效 果、营养品质、风味以及(超)高压催陈黄酒的一 系列。研究取得了预期实验效果，获得了超高压 保鲜果汁和超高压催陈酒类技术。
• 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，并已有小规模工业化生产。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过系列研究， 并取得了产业化效果。 • 如今，日本、美国等一些发达国家在高压加工装置(通用 型和专用型的设备)的定型化、标准化、实现批量生产等 方面取得了一些新成就，如美国的Wenger公司、日本的明 治屋食品公司等都拥有各自的特色产品。 • 中国超高压技术在农产品加工中应用还处于起步阶段，国 内对食品超高压技术研究较有影响的科研单位寥寥可数， 主要有黑龙江商学院、杭州商学院、华南理工大学、中国 农业大学、合肥工业大学等。
因此中国可以在借鉴国外经验的基础上，结 合本地水果资源优势，把超高压术应用于其 它大宗水果上。诸如浙江地区面积较大又有 地方特色的林特果品杨梅、桑椹、蜜梨、水 蜜桃、葡萄、柑橘等，利用超高压技术一方 面可以加工成安全、卫生无菌、营养保存完 整、保鲜保质期长的纯天然果酱果汁等，直 接在超市上出售；另一方而，可以加工成具 有独特风味的饮料乃至果酒等，通过杀菌、 保鲜，延长货架期，同时，也有可能在改进 风味上取得突破。
死亡的原因之一。
另外通常情况下．胆盐是不能进入细胞外膜的。NaC1 也不能渗透到细胞内膜 但是细胞受到压力后．胆盐 和NaC1都可以进入细胞内引起细胞损伤。正常细胞对 盐不敏感，但高压后的细胞对盐非常敏感，压力越大，
对盐的敏感性越太。
有人认为细胞膜破裂的原因在于超高压使细胞膜的物 理结构发生变化，膜蛋白与膜脂质的结合能力降低， 膜内在蛋白和膜的外在蛋白从膜上脱落，使膜破裂。
第二阶段为理论实验阶段 (20世纪40年代末期~20世纪80年)。
虽说这一时期超高压技术在食品上应用研究未成 气候，但在聚态物理上的研究和在化工及冶金工 业上的应用得到了迅速的发展。随着高压装置特
别是金刚石高压容器的研制和应用，高压实验引
向深入，静态高压技术突破了百万大气压，动态 高压技术压力提高到数千万大气压，使(超)高压 理论进一步获得完善，为超高压技术在食品上应 用奠定了技术基础。
Osumi等研究了在0～400Mpa的压力下双形热带念珠菌的细胞 结掏及骨架变化，他们发现在200MPa的压力下，细胞壁遭到 破坏细胞的亚显微结构也发生变化，线粒体的嵴受到不同程 度的损伤，核膜孔张开且被破坏。
Paul等也通过实验证实细菌受到压力后细胞膜破裂，他们用
可与DNA结合的荧光染料溴乙锭处理受压的细胞，在荧光显徽 镜下观察到：在受压时间短的细胞内有荧光物质，说明细胞 膜破裂．溴乙锭进入细胞内与DNA结合。但是在受压时间长的 细胞内却没有观察到上述现象。这是由于超高压使DNA断裂， 不能与溴化乙锭结合。因此细胞内物质的丢失被认为是细胞
超高压杀菌技术的基本原理
• 对微生物细胞结构的影响 • 对微生物遗传机制的影响 • 超高压对微生物芽孢壳的作用
1 对微生物细胞结构的影响
细胞壁和细胞膜是细菌细胞的主要结构， 如果细胞壁和细胞膜的结构发生变化，其 功能势必也随着改变，并最终导致细胞的 死亡。实验结果表明，超高压可以引起细 胞形状、细胞膜和细胞壁的结构和功能发 生变化。
为产业化开发作准备的大量前期研究，终于 使世界于1990年4月迎来了第一批高压食 品——果酱(草莓酱、苹果酱和猕猴桃酱三 个品种，七种风味系)的问世并在日本取得 良好的试售效果，引起了整个日本国内的轰 动。高压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)在食品加工应用 的序幕。
二.超高压技术的原理及特点
刘红等(浙江工业大学，1996)最早应用有限元应力分 析计算的方法，对高压食品加工装置的设计进行了探 索，并和方志民等(1996)提出了“快装快拆小型超高 压食品加压装置结构设计”，最近方志民和刘红等叉 设计山“快装快拆小型超高压食品加压装置，已申报 实用新颖专利。兵器工业部第五研究所以及现在的中 国兵器科学研究院宁波分院，早在l993年开始从事食 品超高压装置研究，并获得了国家实川新颖专利 (1995) 和国家发明专利(1996) 1项。