超高压技术在食品工业中的应用

超高压技术在食品工业中的应用研究进展摘要：超高压技术是食品加工领域的高新技术之一，不仅可用于食品杀菌、灭酶与质构改善等，而且对食品的营养价值、色泽和天然风味也具有独特的保护效果。本文综述了超高压技术概念及其加工原理，重点介绍了超高压技术在食品加工应用领域的进展。关键词：超高压技术食品加工进展ApplicationResearchProgressofUltraHighPressureinFoodIndustryLiShuang,WangChengzhong,TangXiaoxuan(Foodandbiologicalengineeringcollege.QiluUniversityofTechnology,Jinan250353,China)Abstract:Ultra-highpressure(UHP)technologyisoneofthehighandnewtechnologyinthefieldoffoodprocessing.Itnotonlycanbeusedinfoodsterilization,enzymedestructionandthequalityandstructureimprovement,butalsoprotectingnutritionalvalueoffood,colorandnaturalflavor.Thispaperreviewstheconceptandprocessingprincipleofultra-highpressuretechnology,mainlyintroducestheprogressoftheapplicationoftheultra-highpressuretechnologyinfoodprocessingfield.keywords:Ultra-highpressuretechnology;Foodprocessing;Latestprogress随着生活水平的提高，人们对食品质量的要求不再仅仅局限于安全卫生，对食品的色、香、味、营养成分等也提出了更高的要求，超高压技术在这方面具有突出的优势。超高压技术处理食品不仅能够灭菌，还能最大限度地保持食品的原有的功能成分和营养物质，同时还避免了辐照、微波和电磁场等加工技术存在的缺陷，具有节约资源、减少污染的优点。因此，超高压技术在食品加工领域具有十分广阔的应用前景。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贮藏期,1986年日本率先完成工业化试验,1989年第1批超高压加工的果酱应市,目前又将超高压技术应用海洋鱼类的食品加工上。我国超高压技术在食品加工中的应用虽然处于起步阶段,但目前已有企业采用国产超高压设备与技术加工鲜牡蛎、鲜海参、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。1.超高压技术简介超高压技术又称高静压加工技术，是将食品原料包装后密封于超高压容器中，在一定压力（≥100MPa）下加工适当的时间，杀灭细菌等微生物，同时使食品中的酶、蛋白质和淀粉等生物大分子改变活性、变性或糊化，以达到杀菌、钝酶和改善食品功能性质的一种新型食品加工技术。超高压加工是一个物理过程，其基本效应是减少样品的体积（即是减少物质分子间、原子间的距离），从而使得物质的电子结构和晶体结构发生变化。超高压处理只作用于对生物大分子立体结构有贡献的氢键、离子键和疏水键等非共价键，对维生素、色素和风味物质等小分子化合物的共价键无明显影响，因此较好地保持了食品原有的营养、色泽和风味。这一加工过程遵循以下2个基本原理，一是LeChtelier原理。该原理是指反应平衡朝着减小系统外加作用力影响的方向移动。这意味着超高压处理将促使反应朝着体积减小的方向移动，包括化学反应平衡以及分子构象的可能变化。二是帕斯卡原理。根据帕斯卡原理，在超高压加工过程中，液体压力可以瞬间均匀地传递到整个样品，与样品的尺寸和体积无关，因此整个样品受到均匀的处理，不存在压力梯度。2.超高压技术的加工原理超高压加工食品的原理为在超高压作用下，食品中的小分子（如水分子）间的距离会缩小，但蛋白质等大分子团组成的物质却仍保持原状。这时水分子就会产生渗透和填充效果，进入并且粘附在蛋白质等大分子团内部的氨基酸周围，从而改变了蛋白质的性质，“变性”的大分子链在压力下降为常压后被拉长，而导致其部分立体结构被破坏［4］。从而使蛋白质凝固、淀粉等变性,酶失活或激活，细菌等微生物被杀死以及改善食品的组织结构或生成新型食品。超高压技术的一个独特性质就是它只作用于非共价键，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。3.超高压在食品加工中的应用超高压加工技术不仅可用于食品杀菌、灭酶与质构改善等，而且对食品的营养价值、色泽和天然风味也具有独特的保护效果。目前，超高压技术在果蔬制品、肉制品、乳制品、蛋类食品、水产品加工及有效成分提取中已得到广泛的应用。3.1超高压在果蔬加工中的应用超高压技术在食品加工中最成功的应用是果蔬产品的杀菌。与传统的热力杀菌相比，超高压技术可以在常温或较低温度下达到杀菌、抑酶及改善食品性质的效果，不会破坏果蔬制品的新鲜度和营养成分，符合消费者对果蔬制品营养和风味的要求。新鲜果汁中含有丰富的维生素、蛋白质、氨基酸以及还原糖等营养成分，这些营养成分经过传统热力杀菌处物质、抗氧化物质、抗坏血酸、类胡萝卜素等的影响，通常情况下超高压不会引起风味物质的丢失[5]。王寅等采用200～500MPa高压分别对蓝莓汁处理5～15min后，发现高压处理后，蓝莓汁的还原糖的含量变化不大，压力为500MPa时，蓝莓汁的Vc的保留率可达94.2%[6]。采用高压技术杀菌不仅使水果中的微生物致死,还可使酶活力降低。刘兴静等采用超高压处理鲜榨苹果汁,随着处理压力升高和保压时间延长，菌落总数、大肠菌群数均下降显著[7]。姜莉等研究了超高压对马铃薯多酚氧化酶和过氧化物酶的影响。压力超过200MPa时酶的活性下降，压力为400MPa，随着时间的延长，多酚氧化酶和过氧化物酶活性都呈下降趋势[8]。果汁的感官品质包括颜色、香气、滋味等方面超高压杀菌属于冷杀菌技术，其操作过程是在常温下进行，并且超高压只作用于非共价键，而不影响共价键，因而能较好保持果汁固有的口感、风味及色泽。林怡等将杨梅鲜果经过超高压处理后，样品的颜色没有显著变化，汁水流失的速率与鲜果硬度减小的速率与未处理的对照组相比明显降低[9]。3.2超高压在肉制品加工中的应用超高压技术应用于肉制品可提高其保水性、乳化性、黏结性等，Macfarlan(2003)报道,添加1%食盐经超高压处理的牛肉泥比添加3%食盐而未经超高压处理的黏性好。Berry(2002)在制作调味牛排时采用100MPa超高压处理,在不加食盐的情况下可制得具有良好组织结构的牛排。超高压还可以直接生产新产品,例如,经400MPa或600MPa的作用保持10min,处理后的生猪肉就可以吃了。其原因是猪肉的蛋白质已经变性,肉色已转白,细菌检查结果表明大肠杆菌为阴性。日本一家公司还利用超高压加工的方法使瘦牛肉变成这样乳蛋白被处理后其凝胶化性能提高,会附着在瘦肉中间,使牛肉肥瘦相间吃起来风味更佳[4]。3.3超高压在水产品加工中应用水产品的加工与其它产品相比较为特殊,高压处理后的水产品具有原有的风味、色泽及良好的口感。而热处理、干制处理均不能达到上述效果。陈复生(2005)研究表明,超高压处理可保持水产品原有的新鲜风味。超高压处理可以使某些导致腐败的酶类致死,调节鱼类的组织,同时致死腐败微生物与病原菌。众所周知,鱼肉含有丰富的不饱和脂肪酸,高压处理则尽可能地保留住鱼肉中的营养成分。日本大洋渔业公司研究所将狭鳕鱼糜装入乙烯袋内,并放入水中,从四周均匀地加压到400MPa,保持10min,即能制成鱼糕,加压后的鱼糕透明,咀嚼感坚实,弹性比原来高出50%。美国一家公司利用超高压技术处理牡蛎,250～300MPa处理10min牡蛎的外壳自动脱落,使牡蛎的前处理节省了大量人力、物力和财力。此外,RLakshamanman等(2003)还利用超高压技术加工生产鲑鱼和红鳟鱼,不但延长了货架期,而且还保留了它们原有的感官及营养成分。3.4超高压在酒类加工中应用酒类生产中酒的自然陈化是个既耗时、能耗又大的一个处理过程。而超高压技术对酒的催陈可起到重要作用。申圣丹等用超高压射流处理新酒，以总酸、电导率、异戊醇/异丁醇、四大酯为指标与常压(0.1MPa)下的新酒对比，并将各酒样存放1个月，检测各项指标用以对比。结果随着压力的上升，总酸、电导率、乳酸乙酯增加，异戊醇/异丁醇等均有所变化，总的变化趋势是朝酒陈化方向变化。充分说明超高压射流技术对白酒的催陈作用显著[14]。此外，超高压技术在啤酒中还具有良好的杀菌作用。刘睿颖等采用超高压水射流设备对新鲜未经灭菌的啤酒清酒进行灭菌处理，分析压力对灭菌效果的影响。结果表明：超高压射流对啤酒中主要的腐败菌—乳酸菌具有很好的杀菌作用，而且随着射流压力的增大，其杀菌效力也不断增大，当压力控制在150MPa以上时，可以将啤酒中的乳酸菌完全杀灭[15]。3.5超高压在蛋制品加工中的应用将600MPa的压力作用于鸡蛋时,蛋虽然是冷的,但却已经凝固。与加热煮熟的鸡蛋相比,这种蛋的味道非常鲜美,蛋黄呈鲜黄色且富有弹性。研究表明超高压处理使蛋白质变性的胶凝,比加热凝胶软而且更富弹性,消化率较好,此外，氨基酸和维生素没有损失,保留了鸡蛋的自然风味,不会生成其他物质[16]。夏远景等对液体蛋超高压处理后细菌致死率与处理压力、保压时间的关系作了研究。结果表明,随着压力和保压时间的增加，液体蛋中细菌致死率逐渐增大;压力为440，保压20min时,细菌致死率为99.90%。压力400MPa、保压20min，蛋液的细菌总数由初始13100cfu/mL降到31cfu/mL，完全符合国家鸡蛋卫生标准细菌总数的要求。经感官评定，室温下,密封于消毒培养皿中未经处理的液体蛋10天后便已发霉、变质,而经过300MPa、保压10min处理的液体蛋30d以后依然新鲜如初[17]。3.6超高压在乳制品加工中应用热处理是在现代乳制品生产中是最常见的加工处理方法。它虽然能杀灭乳品中部分（主要是病原菌和腐败菌）或全部的微生物，破坏酶类，延长产品的保质期，但是同时也会给产品带来不利的一面，而超高压技术不仅能够保证乳品在微生物方面的安全，而且还能较好地保持乳品固有的营养品质、风味和色泽[18]。酪蛋白是牛奶中的主要蛋白质，超高压处理使酪蛋白胶粒直径变小，乳蛋白表面暴露的疏水性基团增加，引起乳清蛋白变性，使其进人凝块。胡志和等对酪蛋白用超高压进行处理，结果表明：经超高压处理的酪蛋白能够明显改善其加工特性，其乳化性、黏度、溶解性、持水性均有较大幅度的提高。在400MPa时其乳化性、黏度、溶解性、持水性最好[19]。AnnaZamora等通过对比用超高压处理的牛奶和经单一的巴氏杀菌的牛奶生产的奶酪的不同，发现经超高压处理之后，奶酪的持水性更强，货架期明显高于传统的杀菌方法[20]。3.7超高压技术在有效成分提取中的应用超高压技术在有效成分提取方面与传统提取方法相比具有提取时间短、提取得率高、能耗低的优点。超高压提取有效成分可以在室温条件下进行，故不会因热效应而使有效成分的活性降低。目前，超高压技术已在多糖类成分、黄酮类成分、皂苷类成分、生物碱类成分、萜类及挥发油、酚类及易氧化成分、有机酸类成分等的提取中得到了应用。岳亚楠等用超高压法提取苹果渣中的多酚，并在相同实验条件下对比超高压法与超声波法、微波辅助提取法、超临界提取法等常用提取方法的苹果渣多酚得率，结果表明，超高压提取的苹果渣多酚得率比其他提取方法高出10%以上，且提取率高、环境污染小、安全性高[21]。3.8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,