食品超高压加工技术课堂PPT.ppt

食品超高压加工技术1 概述2 超高压对食品中各种成分的影响3 超高压对食品中微生物的影响与超高压杀菌1.§1概述概述一、超高压一、超高压(UHP,ultra high pressure)技术的概念技术的概念1.1.超高压超高压 指大于指大于100Mpa 100Mpa 的压力，在某些国家称为的压力，在某些国家称为““高压高压””一般指一般指100-1000 Mpa100-1000 Mpa 能承受超高压的容器称超高压容器；把生产与维持能承受超高压的容器称超高压容器；把生产与维持超高压的一系列技术称超高压技术超高压的一系列技术称超高压技术2.2.食品超高压技术：是将食品及食品原料包装后密封食品超高压技术：是将食品及食品原料包装后密封于超高压容器中，以水或其他流体介质作为传递压力于超高压容器中，以水或其他流体介质作为传递压力的媒介物，在静高压下（一般的媒介物，在静高压下（一般100-1000 Mpa100-1000 Mpa）和一定）和一定的温度下加工适当的时间，引起食品成分非共价键的温度下加工适当的时间，引起食品成分非共价键（氢键、离子键、疏水作用）的破环或形成，使食品（氢键、离子键、疏水作用）的破环或形成，使食品中的酶、蛋白质、淀粉等高分子物质失活、变性、糊中的酶、蛋白质、淀粉等高分子物质失活、变性、糊化，并杀死食品中的细菌等微生物，从而达到食品的化，并杀死食品中的细菌等微生物，从而达到食品的灭菌、保藏、加工的目的。

灭菌、保藏、加工的目的2.二、超高压食品加工技术的发展二、超高压食品加工技术的发展1.超高压技术的早期应用：并非在食品工业，而是在陶瓷、超高压技术的早期应用：并非在食品工业，而是在陶瓷、钢铁、合金领域以惰性气体为压媒，钢铁、合金领域以惰性气体为压媒，P、、T分别达分别达100 Mpa.1000℃℃，以流体静压达，以流体静压达130-270 Mpa2. UHPP食品加工技术始于食品加工技术始于19世纪末世纪末①①1899年，年，Bert Hite报道了报道了450 Mpa能延长牛奶的保存期，能延长牛奶的保存期，首先提出首先提出UHP可作为食品加工方法的可能性可作为食品加工方法的可能性②②1914年，年，Bridgman 首先发现，首先发现，UHP会产生蛋白质的加会产生蛋白质的加压凝固和酶的失活，而且还能杀死微生物压凝固和酶的失活，而且还能杀死微生物③③20世纪初，美国一艘货船沉入世纪初，美国一艘货船沉入1500m海底，一年后打捞海底，一年后打捞上来，船长室的苹果、三明治、肉汁都没有腐败后研究上来，船长室的苹果、三明治、肉汁都没有腐败后研究发现，海底压力发现，海底压力15Mpa、、2℃℃的条件微生物可以生存但不的条件微生物可以生存但不能繁殖。

能繁殖3.二、超高压食品加工技术的发展二、超高压食品加工技术的发展④④20世纪世纪80年代，各国特别是日本开始对年代，各国特别是日本开始对UHP杀菌技术进杀菌技术进行系统研究，结果表明，当压力达行系统研究，结果表明，当压力达200Mpa微生物被灭活微生物被灭活或杀死，或杀死，500Mpa蛋白质发生不可逆变性，蛋白质发生不可逆变性，600Mpa以上以上细菌芽孢才会杀死细菌芽孢才会杀死⑤⑤20世纪世纪90年代，一批年代，一批UHP食品相继问世食品相继问世1）日本明治屋食品厂于）日本明治屋食品厂于1991年年4月推出月推出UHP加工果酱等加工果酱等7个个品种2）法国，）法国，1991年开始研究，年开始研究，1993年底推出年底推出UHP杀菌鹅肝杀菌鹅肝小面饼，是首次用该技术生产的商业化低酸性食品小面饼，是首次用该技术生产的商业化低酸性食品3））1992年，美国年，美国FMC公司、英国凯氏食品饮料公司开始建公司、英国凯氏食品饮料公司开始建立商业化的食品立商业化的食品UHP杀菌工艺设备杀菌工艺设备4.二、超高压食品加工技术的发展二、超高压食品加工技术的发展⑥⑥我国，我国，UHP技术还处于早期研究阶段，技术还处于早期研究阶段，1995年以前，研年以前，研究报道很少，只是一些综述和翻译文章，目前市场上还究报道很少，只是一些综述和翻译文章，目前市场上还未见未见UHP食品出售。

食品出售 我国目前虽能生产我国目前虽能生产UHP设备，但只用于工程力学试验，设备，但只用于工程力学试验，价格高，设备笨重，不合适食品加工及应用于连续化生价格高，设备笨重，不合适食品加工及应用于连续化生产5.三、超高压加工的作用特点三、超高压加工的作用特点1.根据帕斯卡原理：液体压力可以瞬间、均匀地传递到根据帕斯卡原理：液体压力可以瞬间、均匀地传递到整个体系，因此，超高压加工食品将受到均一的处理，整个体系，因此，超高压加工食品将受到均一的处理，压力传递速度快，不存在压力梯度（热加工不具备此压力传递速度快，不存在压力梯度（热加工不具备此有点），其加工效果与食品的几何尺寸、形状、体积有点），其加工效果与食品的几何尺寸、形状、体积等无关2.UHP只作用于非共价键，而保持共价键完好无损只作用于非共价键，而保持共价键完好无损这在保持食品原有品质方面非常有益，对食品中的这在保持食品原有品质方面非常有益，对食品中的风味物质、色素、维生素、氨基酸等小分子物质无风味物质、色素、维生素、氨基酸等小分子物质无影响6.3.超高压会改变液态物质的某些物理性质超高压会改变液态物质的某些物理性质①水加压到200MPa时，其冰点降至-20℃②超高压使水的体积变小，发生收缩，压力越大，压缩率越大。

1000MPa时，可达20%不同温度下水的压缩率略有不同三、超高压加工的作用特点三、超高压加工的作用特点③超高压下水的压缩还将导致其温度的变化升压会使水的温度升高，降压使其温度降低；原始水的温度越高，高压下升温现象越明显④超高压还可引起水的传热特性和比热容的变化7.三、超高压加工的作用特点三、超高压加工的作用特点4.UHP会改变某些生物高分子物质的空间结构，导致变性、失活等会改变某些生物高分子物质的空间结构，导致变性、失活等 超高压下，食品中小分子（如水）之间距离要缩小，并渗透和超高压下，食品中小分子（如水）之间距离要缩小，并渗透和填充到蛋白质及大分子集团内的氨基酸周围，当降为常压后，大填充到蛋白质及大分子集团内的氨基酸周围，当降为常压后，大分子链将被拉长（如爆米花），而导致其全部或部分立体结构破分子链将被拉长（如爆米花），而导致其全部或部分立体结构破坏5. 超高压会改变某些生化反应的速度及平衡超高压会改变某些生化反应的速度及平衡1）） 根据化学反应热力学及动力学原理，超高压会使液体密根据化学反应热力学及动力学原理，超高压会使液体密度增加，因此会增加反应物的浓度，而导致反应加速。

度增加，因此会增加反应物的浓度，而导致反应加速2）） 根据根据Le Chatelier’s原理：反应平衡将朝着减小施加于原理：反应平衡将朝着减小施加于系统的外部作用力（如，加热、加压、反应物添加系统的外部作用力（如，加热、加压、反应物添加 ）影响的）影响的方向移动因此超高压加工将促使反应体系向着体积减小的方向移动因此超高压加工将促使反应体系向着体积减小的方向移动换句话，对体积减小的可逆反应，方向移动换句话，对体积减小的可逆反应，UHP将使反应将使反应更加完全更加完全8.§2 超高压对食品中各成分的影响超高压对食品中各成分的影响一、超高压一、超高压(UHP)对食品中水分的影响对食品中水分的影响①①UHP下水的冻结曲线，如下水的冻结曲线，如图图OABC线线由图知，超高压下水的冻结由图知，超高压下水的冻结点较常压低（一定压力范围点较常压低（一定压力范围内，内，630Mpa以下）且不同的以下）且不同的压力范围，冻结点的变化规压力范围，冻结点的变化规律不同1）在）在0～～209.9Mpa,水的冻结点随压力升高而下降，最低水的冻结点随压力升高而下降，最低大大-21.99℃℃（（209.9Mpa时）时）---冰冰ⅠⅠ（（2））209.9～～350.1 Mpa，水的冻结点随压力的升高而回升，水的冻结点随压力的升高而回升（（-21.99- -16.99℃℃））-----冰冰ⅡⅡ9.§2 超高压对食品中各成分的影响超高压对食品中各成分的影响一、超高压一、超高压(UHP)对食品中水分的影响对食品中水分的影响不同超高压低温下形成的冰结构性质不同，除冰不同超高压低温下形成的冰结构性质不同，除冰ⅠⅠ接接近常压下形成的冰外，其它状态的冰密度均比水大。

近常压下形成的冰外，其它状态的冰密度均比水大冰冰ⅠⅠ：：0.92，冰，冰ⅡⅡ：：1.14，冰，冰ⅢⅢ：：1.23，冰，冰ⅣⅣ：：1.31（（3））350.1-632.4 Mpa，也随，也随压力的升高而升高（压力的升高而升高（-16.99- 0.16℃℃））----冰冰ⅢⅢ（（4）压力进一步升高，形成）压力进一步升高，形成的冰为冰的冰为冰ⅣⅣ10.11.冰晶形态－I12.冰晶形态－III13.冰晶形态－Ⅳ冰晶形态－Ⅷ14.§2 超高压对食品中各成分的影响超高压对食品中各成分的影响一、超高压一、超高压(UHP)对食品中水分的影响对食品中水分的影响（二）（二）UHP下水相变的几种情况的应用下水相变的几种情况的应用1. UHP下的冷冻，下的冷冻，也称压力辅助冷冻（先加压后降温）也称压力辅助冷冻（先加压后降温）2. 0℃℃下的无冻结冷却下的无冻结冷却3. 变压冷冻变压冷冻v在变压冷冻时，冰晶的数量在变压冷冻时，冰晶的数量取决于食品的过冷程度，但不取决于食品的过冷程度，但不成线性比例成线性比例v过冷程度指样品释放压力时过冷程度指样品释放压力时的最低温度和样品开始形成晶的最低温度和样品开始形成晶核的压力下的平衡温度之间的核的压力下的平衡温度之间的温度差。

温度差15.§2 超高压对食品中各成分的影响超高压对食品中各成分的影响一、超高压一、超高压(UHP)对食品中水分的影响对食品中水分的影响（二）（二）UHP下水相变的几种情况的应用下水相变的几种情况的应用4. 超高压下解冻超高压下解冻v即食品中的冰晶即食品中的冰晶ⅠⅠ仅仅在增仅仅在增加压力的条件下就可以转变加压力的条件下就可以转变为液态水为液态水v好处：冰晶好处：冰晶ⅠⅠ的溶解潜热在的溶解潜热在UHP下比常压下低（如下比常压下低（如193Mpa，，—20℃℃.下为下为241KJ／／Kg；；0.1 Mpa，，0℃℃ 下为下为334KJ／／Kg），因此，），因此，UHP下解冻速度比常压快下解冻速度比常压快16.§2 超高压对食品中各成分的影响超高压对食品中各成分的影响一、超高压一、超高压(UHP)对食品中水分的影响对食品中水分的影响（二）（二）UHP下水相变的几种情况的应用下水相变的几种情况的应用5. 冻结产生压力冻结产生压力v在在一一个个抗抗压压密密闭闭容容器器内内充充满满液液体体，，冷冷却却到到0℃℃以以下下使使之之冻冻结结，，由由于于冰冰晶晶ⅠⅠ的的形形成成使使内内部部压压力力升升高高，，最最大大可可达达约约200 Mpa。

17.§2 超高压对食品中各成分的影响超高压对食品中各成分的影响二、超高压二、超高压(UHP)对脂类的影响对脂类的影响1.油脂耐压程度较低，常压加压油脂耐压程度较低，常压加压100—200Mpa，基本可变成，基本可变成固体，但解除压力可恢复原状固体，但解除压力可恢复原状2.UHP可使乳化液中固体脂肪增加，但此结果受压力、温度、可使乳化液中固体脂肪增加，但此结果受压力、温度、时间和脂肪球大小的影响时间和脂肪球大小的影响3．．UHP对油脂氧化有一定影响对油脂氧化有一定影响1）水分活度）水分活度Aw在在0.40—0.55范围时，范围时，UHP使油脂氧化速度使油脂氧化速度加快金属离子可能有促进作用肉中变性蛋白质可能有协同加快金属离子可能有促进作用肉中变性蛋白质可能有协同作用，尚需证实作用，尚需证实2）水分活度不在上述范围，结果相反且温度对该氧化速）水分活度不在上述范围，结果相反且温度对该氧化速度有影响度有影响4.甘油三酯熔点随压力的升高而升高甘油三酯熔点随压力的升高而升高18.§2 超高压对食品中各成分的影响超高压对食品中各成分的影响二、超高压二、超高压(UHP)对脂类的影响对脂类的影响5.UHP可促使液态油脂和食品体系中脂肪结晶。

因此，可可促使液态油脂和食品体系中脂肪结晶因此，可缩短食品体系达到理想固态脂肪含量的时间，如降低冰淇缩短食品体系达到理想固态脂肪含量的时间，如降低冰淇淋混合料的老化时间，提高生产奶油的物理成熟淋混合料的老化时间，提高生产奶油的物理成熟例：用于制造人造奶油例：用于制造人造奶油与传统通过控制冷却温度与时间控制结晶析出的方法相比，与传统通过控制冷却温度与时间控制结晶析出的方法相比，UHP法具有如下优点：法具有如下优点：（（1）结晶迅速，甚至可瞬时结晶，可大幅提高产量结晶迅速，甚至可瞬时结晶，可大幅提高产量2）生成结晶细密，制品稳定性提高及提高其可加工性）生成结晶细密，制品稳定性提高及提高其可加工性及耐机械性及耐机械性3）可选择以前不能使用的原料油脂，可配合的原料油）可选择以前不能使用的原料油脂，可配合的原料油脂更广泛，因此可选用符合健康要求的油脂脂更广泛，因此可选用符合健康要求的油脂—介绍传统氢介绍传统氢化植物油及反式脂肪酸的危害化植物油及反式脂肪酸的危害 熔点：硬脂酸熔点：硬脂酸 18:0，， 69.6℃℃；； 油酸油酸 18:1 △△9c，， 13.4 ℃℃；； 反油酸反油酸 18:1 △△9t，， 43～～45 ℃℃19.§2 超高压对食品中各成分的影响超高压对食品中各成分的影响三、超高压三、超高压(UHP)对淀粉多糖的影响对淀粉多糖的影响（一）（一）UHP对淀粉粒结晶结构的影响对淀粉粒结晶结构的影响1.根据根据X射线衍射图谱，天然淀粉颗粒结晶主要分为三射线衍射图谱，天然淀粉颗粒结晶主要分为三类（对于类（对于X射线衍射的数据目前尚无公认的模式对其进射线衍射的数据目前尚无公认的模式对其进行解释，行解释，UHP影响也只为初步探讨）影响也只为初步探讨）A型：大多谷物淀粉型：大多谷物淀粉 B型：根茎和球状根茎类型：根茎和球状根茎类 C型：型：大多豆类淀粉大多豆类淀粉衍射图中的峰高（衍射强度）和半峰宽（衍射角）与颗衍射图中的峰高（衍射强度）和半峰宽（衍射角）与颗粒内部结晶区的晶粒大小有关。

晶粒越大，衍射峰越高，粒内部结晶区的晶粒大小有关晶粒越大，衍射峰越高，半峰宽越小半峰宽越小20.§2 超高压对食品中各成分的影响超高压对食品中各成分的影响三、超高压三、超高压(UHP)对淀粉多糖的影响对淀粉多糖的影响2.UHP对淀粉结晶结构的影响对淀粉结晶结构的影响（（1）压力在）压力在200 Mpa以上时，才会有明显影响以上时，才会有明显影响（（2）对不同类型结晶的淀粉、压力的影响不同对不同类型结晶的淀粉、压力的影响不同①①200 Mpa以上压力会使以上压力会使A型原有结晶结构逐步破环，出型原有结晶结构逐步破环，出现弱的现弱的B型结晶结构型结晶结构②②达达450Mpa以上，以上，B型结晶强度会有所增加型结晶强度会有所增加③③在在200-450Mpa之间，之间，A型向型向B型结晶转变，型结晶转变，C型是介于型是介于A型和型和B型之间的类型型之间的类型3）含水量有以一定影响，在悬浮液浓度）含水量有以一定影响，在悬浮液浓度10-40%范围，范围，含水量越大，含水量越大，A型结晶破坏程度越大型结晶破坏程度越大4）加压时间的长短（）加压时间的长短（10分钟以上时），对分钟以上时），对X射线衍射图射线衍射图谱影响不大。

谱影响不大21.§2 超高压对食品中各成分的影响超高压对食品中各成分的影响三、超高压三、超高压(UHP)对淀粉多糖的影响对淀粉多糖的影响（二）（二）UHP对淀粉糊化和老化特性的影响对淀粉糊化和老化特性的影响淀粉是食品的主要成分，且食品的增稠、纺织品的上浆、淀粉是食品的主要成分，且食品的增稠、纺织品的上浆、纸的施胶等都是对淀粉糊化特性的利用淀粉糊化需吸收纸的施胶等都是对淀粉糊化特性的利用淀粉糊化需吸收一定能量，使其氢键破坏，晶体结构消失一定能量，使其氢键破坏，晶体结构消失1. 淀粉的加热糊化淀粉的加热糊化热能增大了水分子与淀粉分子的动能，使氢键断开，水分热能增大了水分子与淀粉分子的动能，使氢键断开，水分子进入淀粉团粒的无定形区，并进一步与淀粉分子形成氢子进入淀粉团粒的无定形区，并进一步与淀粉分子形成氢键，淀粉分子发生润胀和水合作用；同时，淀粉分子因动键，淀粉分子发生润胀和水合作用；同时，淀粉分子因动能的增加而增大了其链的活动性，也导致了微晶的破坏能的增加而增大了其链的活动性，也导致了微晶的破坏因此，当温度高于某一温度事，随温度的升高，糊化速度因此，当温度高于某一温度事，随温度的升高，糊化速度加快，程度提高。

加快，程度提高22.§2 超高压对食品中各成分的影响超高压对食品中各成分的影响三、超高压三、超高压(UHP)对淀粉多糖的影响对淀粉多糖的影响（二）（二）UHP对淀粉糊化和老化特性的影响对淀粉糊化和老化特性的影响2.淀粉的加压糊化原理淀粉的加压糊化原理 根据勒沙特列原理，液体介质在高压下，物系平衡根据勒沙特列原理，液体介质在高压下，物系平衡向解除压力的方向移动，淀粉团粒在静水压下呈体积向解除压力的方向移动，淀粉团粒在静水压下呈体积减小的趋势所以，高压处理增大了水分子与淀粉分减小的趋势所以，高压处理增大了水分子与淀粉分子间的势能，从而使淀粉分子间氢键断裂，水分子与子间的势能，从而使淀粉分子间氢键断裂，水分子与淀粉分子形成氢键，而破坏淀粉的微晶结构而糊化淀粉分子形成氢键，而破坏淀粉的微晶结构而糊化 压力加工淀粉比热加工糊化更均匀压力加工淀粉比热加工糊化更均匀23.§2 超高压对食品中各成分的影响超高压对食品中各成分的影响三、超高压三、超高压(UHP)对淀粉多糖的影响对淀粉多糖的影响（二）（二）UHP对淀粉糊化和老化特性的影响对淀粉糊化和老化特性的影响3.UHT对淀粉老化及冻融稳定性的影响对淀粉老化及冻融稳定性的影响 老化是糊化后的老化是糊化后的α淀粉缓慢冷却后再一次变为淀粉缓慢冷却后再一次变为β淀淀粉的现象。

淀粉糊的冻融稳定性可反映其老化的程度粉的现象淀粉糊的冻融稳定性可反映其老化的程度若淀粉糊经反复冻融无水析出，说明其冻融稳定性好，若淀粉糊经反复冻融无水析出，说明其冻融稳定性好，无老化现象发生无老化现象发生 超高压淀粉糊具有与热淀粉糊不同的老化特性超高压淀粉糊具有与热淀粉糊不同的老化特性—称称压力老化特性压力老化特性①①UHP处理完全糊化的淀粉糊冻融稳定性很好处理完全糊化的淀粉糊冻融稳定性很好②②UHP处理未完全糊化的淀粉糊冻融稳定性与热糊化处理未完全糊化的淀粉糊冻融稳定性与热糊化的淀粉相同的淀粉相同24.§2 超高压对食品中各成分的影响超高压对食品中各成分的影响四、超高压四、超高压(UHP)对蛋白质的影响对蛋白质的影响（一）（一）UHP对蛋白质结构的影响对蛋白质结构的影响1.对一级结构的影响：至今未见报道对一级结构的影响：至今未见报道2.对二级结构的影响：对二级结构的影响：（（1）较低压力下二级结构保持稳定例：羧肽酶抑）较低压力下二级结构保持稳定例：羧肽酶抑制剂制剂400Mpa下保持稳定），在非常高的压力下下保持稳定），在非常高的压力下（（>700Mpa），二级结构将发生变化，导致不可逆变），二级结构将发生变化，导致不可逆变性。

性2））α-螺旋对压力处理相对敏感，而螺旋对压力处理相对敏感，而β-片层，片层，β-转角转角相对稳定相对稳定3）二级结构的改变除取决于压力强度，还取决于加）二级结构的改变除取决于压力强度，还取决于加压时间，长时间加压影响更大压时间，长时间加压影响更大25.§2 超高压对食品中各成分的影响超高压对食品中各成分的影响四、超高压四、超高压(UHP)对蛋白质的影响对蛋白质的影响（一）（一）UHP对蛋白质结构的影响对蛋白质结构的影响3.对三、四级结构的影响对三、四级结构的影响1）小于）小于150 Mpa时，有利于低聚体蛋白的离解，且通常伴时，有利于低聚体蛋白的离解，且通常伴随体积的减小随体积的减小2）高于）高于150-200 Mpa的压力会导致蛋白质的伸展和离解的的压力会导致蛋白质的伸展和离解的低聚体亚基的重新组合通常低聚体离解的压力比引起单体低聚体亚基的重新组合通常低聚体离解的压力比引起单体伸展的压力要低（伸展的压力要低（150-200 Mpa）3）在）在200 Mpa以上的压力，可观察到三级结构的显著变化以上的压力，可观察到三级结构的显著变化 压力离解的亚基随时间的延长构象发生变化，压力释放压力离解的亚基随时间的延长构象发生变化，压力释放后单体的变性复原作用非常缓慢。

后单体的变性复原作用非常缓慢26.§2 超高压对食品中各成分的影响超高压对食品中各成分的影响四、超高压四、超高压(UHP)对蛋白质的影响对蛋白质的影响（二）蛋白质的压力凝固机理（二）蛋白质的压力凝固机理(蛋白质在蛋白质在UHP下凝固变性机理下凝固变性机理) UHP导致的蛋白质变性也是由于破坏了维持稳定其高级结构导致的蛋白质变性也是由于破坏了维持稳定其高级结构的非共价键包括离子键、氢键、疏水键等）及二硫键主要的非共价键包括离子键、氢键、疏水键等）及二硫键主要由于其疏水结合及离子结合因体积缩小而被切断，导致立体结构由于其疏水结合及离子结合因体积缩小而被切断，导致立体结构崩溃而变性崩溃而变性 压力凝固特点（压力变性特点）压力凝固特点（压力变性特点）①①压力高低和作用时间长短是影响蛋白质能否产生不可逆变性的压力高低和作用时间长短是影响蛋白质能否产生不可逆变性的主要因素主要因素②②不同蛋白质因其分子大小及结构不同对压力的耐性也不同不同蛋白质因其分子大小及结构不同对压力的耐性也不同③③UHP下蛋白质变性及结构变化也受环境因素影响，如下蛋白质变性及结构变化也受环境因素影响，如pH值，值，离子强度，糖分等。

离子强度，糖分等27.§2 超高压对食品中各成分的影响超高压对食品中各成分的影响四、超高压四、超高压(UHP)对蛋白质的影响对蛋白质的影响（三）（三）UHP对生成蛋白质凝胶的影响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，压力增高而增高随温度，压力增高而增高28.§2 超高压对食品中各成分的影响超高压对食品中各成分的影响五、超高压五、超高压(UHP)对食品中酶的影响对食品中酶的影响 酶的催化活性是由酶的活性中心决定的，酶活中心是一个三酶的催化活性是由酶的活性中心决定的，酶活中心是一个三维完体，酶和底物通过诱导契合，其中之一或三者同时发生构想维完体，酶和底物通过诱导契合，其中之一或三者同时发生构想的改变，才导致酶与底物结构互补，结合，产生催化作用。

的改变，才导致酶与底物结构互补，结合，产生催化作用 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作用，对酶促反应可产生两种结果: ①①抑制作用抑制作用 ②② 促进作用促进作用1）抑制：）抑制：UHP对维持酶蛋白质空间结构的次级键（盐键，氢键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，而失活疏水键等）的破坏，导致酶活中心改变或丧失，而失活 但但UHP对酶活力的抑制是一个渐变过程，当低于临界值时酶活对酶活力的抑制是一个渐变过程，当低于临界值时酶活中心结构可逆恢复，而当压力超过临界值时，将发生不可逆的永中心结构可逆恢复，而当压力超过临界值时，将发生不可逆的永久失活久失活2）促进：）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，完整的组织中酶与基质（底物）常常被隔离，而较低的压作用，完整的组织中酶与基质（底物）常常被隔离，而较低的压力可破坏这种隔离，使酶与基质相接触，加速酶促发应力可破坏这种隔离，使酶与基质相接触，加速酶促发应。

29.§3 UHP对食品中微生物的影响及对食品中微生物的影响及UHP杀菌杀菌一、一、 UHP对食品中微生物的影响对食品中微生物的影响（一）高压对微生物细胞形态结构的影响（一）高压对微生物细胞形态结构的影响1. 0.6MPa下，胞内气体空泡会发生破裂下，胞内气体空泡会发生破裂2. 1996，，kriss发现电镜下，假单胞菌在发现电镜下，假单胞菌在30--40MPa下，细下，细胞外形变长，出现质壁分离，细胞壁变厚，细胞膜消失，细胞外形变长，出现质壁分离，细胞壁变厚，细胞膜消失，细胞质出现明显网状区域，核糖体数目减少，细胞分裂减慢胞质出现明显网状区域，核糖体数目减少，细胞分裂减慢3. UHP下，微生物受损主要部位是细胞膜，高压使每个磷下，微生物受损主要部位是细胞膜，高压使每个磷脂分子横切面积缩小而收缩，导致其通透性增大脂分子横切面积缩小而收缩，导致其通透性增大4. 蛋白质在膜内发生变性其吸收氨基酸受到抑制蛋白质在膜内发生变性其吸收氨基酸受到抑制5. 压力超过压力超过40UHP时时 胞内钾离子，钠离子的外流随压力增胞内钾离子，钠离子的外流随压力增大而降低大而降低6. 20--40UHP的压力将使细胞壁破裂的压力将使细胞壁破裂30.§3 UHP对食品中微生物的影响及对食品中微生物的影响及UHP杀菌杀菌一、一、 UHP对食品中微生物的影响对食品中微生物的影响（二）（二）UHP对微生物生化反应的影响对微生物生化反应的影响 如前述，如前述，UHP加快体积减小的化学反应速度，减小加快体积减小的化学反应速度，减小体积增大的化学反应速度，体积增大的化学反应速度，UHP可通过作用于反应物合可通过作用于反应物合产物影响速度，因为反应物合底物通常带有可离子化的产物影响速度，因为反应物合底物通常带有可离子化的基团，而解离反应会在基团，而解离反应会在UHP下引起液相体积减小下引起液相体积减小（（UHP打破离子间的静电作用，是大量离子裸露于水中）打破离子间的静电作用，是大量离子裸露于水中） 例如，例如，UHP也会引起纯水体积减小，引起水的解离也会引起纯水体积减小，引起水的解离增加增加 25度时度时0.1MPa水的水的PH=7.0，，100MPa下纯水下纯水PH=6.2731.§3 UHP对食品中微生物的影响及对食品中微生物的影响及UHP杀菌杀菌一、一、 UHP对食品中微生物的影响对食品中微生物的影响（三）（三）UHP对微生物遗传过程的影响对微生物遗传过程的影响1、核酸耐受高压远超过蛋白质、核酸耐受高压远超过蛋白质例例 ：：①① 压力高达压力高达100 MPa时，大马哈鱼精子和小牛胸腺时，大马哈鱼精子和小牛胸腺DNA天然结构天然结构25—40度下，度下，60分钟未发生变化分钟未发生变化 ②② 枯草杆菌枯草杆菌DNA溶液（溶液（0.002%--0.004%,PH=4.8—9.9）在室温）在室温 1000MPa下无变化下无变化原因：原因：UHP对蛋白质和核酸的影响不同，可能是因为分子对蛋白质和核酸的影响不同，可能是因为分子内部氢键密度不同，而增加压力有利于氢键的形成，氢键的内部氢键密度不同，而增加压力有利于氢键的形成，氢键的形成导致体积减小的变化，抵消形成导致体积减小的变化，抵消DNA热变性引起的体积的热变性引起的体积的增加增加2、、 虽虽DNA在高温下稳定，但在高温下稳定，但DNA复制和转录有关的酶在复制和转录有关的酶在高温下易失活高温下易失活32.§3 UHP对食品中微生物的影响及对食品中微生物的影响及UHP杀菌杀菌一、一、 UHP对食品中微生物的影响对食品中微生物的影响（三）（三）UHP对微生物遗传过程的影响对微生物遗传过程的影响3 超高压直接作用于生物合成过程超高压直接作用于生物合成过程例：例：27MPa时，大肠杆菌诱导作用停止，翻译不受影响，时，大肠杆菌诱导作用停止，翻译不受影响，68MPa翻译完全抑制，一旦压力解除，所有受到抑制的诱翻译完全抑制，一旦压力解除，所有受到抑制的诱导和翻译均恢复正常导和翻译均恢复正常1））UHP下核蛋白体会变形，抑制了它与下核蛋白体会变形，抑制了它与mRNA的连接的连接2））UHP对核糖体作用主要是影响氨酰对核糖体作用主要是影响氨酰tRNA结合到核糖体结合到核糖体上，（压力大于上，（压力大于68MPa时，）且时，）且UHP也抑制肽键的形成也抑制肽键的形成3）细菌核糖体）细菌核糖体30秒小亚基对高压敏感，秒小亚基对高压敏感，50秒大亚基不敏感秒大亚基不敏感33.§3 UHP对食品中微生物的影响及对食品中微生物的影响及UHP杀菌杀菌一、一、 UHP对食品中微生物的影响对食品中微生物的影响（四）（四）UHP对微生物芽孢的作用对微生物芽孢的作用杀灭芽孢是食品彻底杀菌的标志，也是食品加工、贮藏最难解决杀灭芽孢是食品彻底杀菌的标志，也是食品加工、贮藏最难解决的问题之一。

的问题之一1、、1000兆帕的压力可直接杀死芽孢，但在生产工艺及经济方面兆帕的压力可直接杀死芽孢，但在生产工艺及经济方面都不适宜直接应用都不适宜直接应用2、芽孢发芽后对压力敏感，可大大降低杀菌压力，在、芽孢发芽后对压力敏感，可大大降低杀菌压力，在50~300兆兆帕压力下易于芽孢发芽如：（帕压力下易于芽孢发芽如：（1）芽孢杆菌在）芽孢杆菌在250MPa下，下，50℃℃处理处理30min，有，有50~64%发芽2））600MPa，，70℃℃，，6个个循环加压可完全杀灭芽孢，若持续同一压力，效果不理想循环加压可完全杀灭芽孢，若持续同一压力，效果不理想3、压力处理前经预热处理比加压后再热处理有更高的杀菌作用，、压力处理前经预热处理比加压后再热处理有更高的杀菌作用，65℃℃优于优于45℃℃和和85℃℃4、山梨酸、溶菌酶、乳酸链球菌素与压力均有协同杀菌作用山梨酸、溶菌酶、乳酸链球菌素与压力均有协同杀菌作用34.§3 UHP对食品中微生物的影响及对食品中微生物的影响及UHP杀菌杀菌二、二、 UHP杀菌原理、特点及影响因素杀菌原理、特点及影响因素（一）（一）UHP杀菌技术原理杀菌技术原理1、、UHP造成组成微生物的蛋白质变性和酶失活造成组成微生物的蛋白质变性和酶失活2、造成微生物细胞膜破裂及菌体内成分泄露、造成微生物细胞膜破裂及菌体内成分泄露3、其它生物高分子物质，如核酸、多糖、脂肪等也受、其它生物高分子物质，如核酸、多糖、脂肪等也受UHP影响影响（二）（二） UHP杀菌特点杀菌特点1、试验一：高压对新鲜牛乳中细菌生长、繁殖的影响、试验一：高压对新鲜牛乳中细菌生长、繁殖的影响（（1）取样）取样1~5分别在分别在20、、60、、80、、100、、120MPa保压保压5min，然后降压至，然后降压至0.1MPa，与未加压处理样品，与未加压处理样品6，市售消，市售消毒乳样品毒乳样品7共同于冰箱共同于冰箱4℃℃保持保持95h，平皿培养测定菌落，平皿培养测定菌落35.§3 UHP对食品中微生物的影响及对食品中微生物的影响及UHP杀菌杀菌二、二、 UHP杀菌原理、特点及影响因素杀菌原理、特点及影响因素（（2）结果：）结果： ①① 1~5号样品菌落数量多，体积小；号样品菌落数量多，体积小；6号数量多，体号数量多，体积大；积大；7号数量少，体积大号数量少，体积大 ②② 20~120MPa范围，不同压力处理后，菌落数量及范围，不同压力处理后，菌落数量及体积差异很小体积差异很小说明：说明：20MPa以上静水压力有效降低牛奶中细菌生理活性，以上静水压力有效降低牛奶中细菌生理活性，使其繁殖受到强烈抑制，且该效应在卸压后使其繁殖受到强烈抑制，且该效应在卸压后95h依然存在，依然存在，因此，加压后生理活性降低是因此，加压后生理活性降低是“压力非在位效应压力非在位效应”。

与之相比，与之相比，细菌的低温休眠效应是细菌的低温休眠效应是“温度在位效应温度在位效应”，， 即即 低温下，细菌虽能繁殖，但速度缓慢，即低压休眠，低温下，细菌虽能繁殖，但速度缓慢，即低压休眠，但一旦温度升高到细菌适宜的温度，休眠细菌会很快恢复到但一旦温度升高到细菌适宜的温度，休眠细菌会很快恢复到正常状态正常状态36.§3 UHP对食品中微生物的影响及对食品中微生物的影响及UHP杀菌杀菌二、二、 UHP杀菌原理、特点及影响因素杀菌原理、特点及影响因素2、试验二：、试验二：UHP对大肠菌群的影响对大肠菌群的影响（（1）方法：新鲜牛乳接种大肠菌群后，取样）方法：新鲜牛乳接种大肠菌群后，取样1~3分别在分别在40MPa保压保压5、、15、、45min后恢复到常压；后恢复到常压；4号间歇加压：号间歇加压：40MPa保持保持5min卸压，卸压，70min后重新升压至后重新升压至40MPa保持保持5min卸压，卸压，60min后再加压到后再加压到40MPa保压保压5min卸压5号：号：100MPa保持保持5min卸压，然后发酵法测大肠菌群数量卸压，然后发酵法测大肠菌群数量（（2）结果：）结果：①①1~4号无明显差异，与未经高压处理样品接近号无明显差异，与未经高压处理样品接近 ②②5号比未受压样品减少了号比未受压样品减少了90%说明：说明：40MPa的压力不能有效降低大肠菌群的生理活性，而的压力不能有效降低大肠菌群的生理活性，而100MPa，，5min即可导致其大量死亡，存活率低于即可导致其大量死亡，存活率低于10%37.§3 UHP对食品中微生物的影响及对食品中微生物的影响及UHP杀菌杀菌二、二、 UHP杀菌原理、特点及影响因素杀菌原理、特点及影响因素1、压力大小和加压时间、加压方式、压力大小和加压时间、加压方式（（1）对于非芽孢菌，绝压）对于非芽孢菌，绝压300~600MPa就可以全部致死，且就可以全部致死，且在此范围压力越高杀菌效果越好，相同压力下，杀菌时间延在此范围压力越高杀菌效果越好，相同压力下，杀菌时间延长，杀菌效果也有一定程度提高，例如：前述：保压时间越长，杀菌效果也有一定程度提高，例如：前述：保压时间越长，加工压力越高，鲜牛奶中细菌菌落直径越小。

长，加工压力越高，鲜牛奶中细菌菌落直径越小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）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（子发芽（300MPa以下）然后配合高温杀菌或其它协同杀菌以下）然后配合高温杀菌或其它协同杀菌作用作用（（3）间歇式处理好于等呀连续处理（尤其对芽孢））间歇式处理好于等呀连续处理（尤其对芽孢）（（4）一般，酵母菌，霉菌的耐压性小于）一般，酵母菌，霉菌的耐压性小于G¬阴细菌小于阴细菌小于G阳阳细菌细菌38.§3 UHP对食品中微生物的影响及对食品中微生物的影响及UHP杀菌杀菌二、二、 UHP杀菌原理、特点及影响因素杀菌原理、特点及影响因素2、温度、温度（（1）超高压在低温和较高）超高压在低温和较高温度下杀菌效果均比常温好温度下杀菌效果均比常温好①① 酵母菌酵母菌在常压（在常压（0.1MPa）到）到UHP下，温度与菌体死亡数常数下，温度与菌体死亡数常数的关系呈椭圆形曲线的关系呈椭圆形曲线（（P159，图，图5—14））39.§3 UHP对食品中微生物的影响及对食品中微生物的影响及UHP杀菌杀菌二、二、 UHP杀菌原理、特点及影响因素杀菌原理、特点及影响因素②②乳酸菌，大肠杆菌乳酸菌，大肠杆菌0.1～～150MPa，温度越高死亡速率常数越大，近似直线，但，温度越高死亡速率常数越大，近似直线，但压力进一步增大，低温下（压力进一步增大，低温下（-20 ℃℃～～0 ℃℃ ）杀菌效果逐渐增）杀菌效果逐渐增强，也呈椭圆形曲线（强，也呈椭圆形曲线（P160图图5-15,5-16））40.§3 UHP对食品中微生物的影响及对食品中微生物的影响及UHP杀菌杀菌二、二、 UHP杀菌原理、特点及影响因素杀菌原理、特点及影响因素(2)酵酵母母，，乳乳酸酸菌菌，，大大肠肠杆杆菌菌不不同同温温度度—压压力力杀杀菌菌效效果果的的等等高线（高线（P161，图，图5-18，，5-19，，5-20））41.§3 UHP对食品中微生物的影响及对食品中微生物的影响及UHP杀菌杀菌二、二、 UHP杀菌原理、特点及影响因素杀菌原理、特点及影响因素3、、PH值值 （（1））PH对超高压杀菌的一般影响对超高压杀菌的一般影响 每种微生物都有适应其生长的每种微生物都有适应其生长的PH范围，过酸不利范围，过酸不利于多数微生物的生长，如前述，高压可改变介质的于多数微生物的生长，如前述，高压可改变介质的PH值，且可缩小微生物生长的值，且可缩小微生物生长的PH范围范围 如：如： ①①中性磷酸盐缓冲液，中性磷酸盐缓冲液，68MPa时，时，PH下降下降0.4单位单位 ②② 1℃℃时时 0.1MPa海水海水PH=8.1，，11MPa下下PH=7.842.§3 UHP对食品中微生物的影响及对食品中微生物的影响及UHP杀菌杀菌二、二、 UHP杀菌原理、特点及影响因素杀菌原理、特点及影响因素3、、PH值值（（2））PH与高压的协同杀菌效果与高压的协同杀菌效果 1、不同、不同PH值对啤酒酵母耐压性影响的实验值对啤酒酵母耐压性影响的实验 试验条件试验条件A：：常温下（常温下（30摄氏度）摄氏度）PH为为3.6，，4.6，，5.6，，压力为压力为200，，300，，400MPa下加压下加压15分钟。

分钟 结果：结果：①①时间一定随压力增加，时间一定随压力增加，啤酒酵母残存率是下降趋势，即压力啤酒酵母残存率是下降趋势，即压力越高，死亡率越高，当越高，死亡率越高，当300MPa，，15分钟残存率可达十的负六次方分钟残存率可达十的负六次方（（P167，图，图5-25）） ②② UHP下，不同下，不同PH对酵母对酵母死亡率曲线趋势影响不大，非常接近死亡率曲线趋势影响不大，非常接近43.§3 UHP对食品中微生物的影响及对食品中微生物的影响及UHP杀菌杀菌二、二、 UHP杀菌原理、特点及影响因素杀菌原理、特点及影响因素试验条件试验条件B：：常压与常压与200MPa下，对酵母残存率对不同下，对酵母残存率对不同PH值值测定作图（测定作图（P167图图5-26））结果：结果：①① 200MPa比常压酵母残存率在不同比常压酵母残存率在不同PH值普遍下降值普遍下降3个数量级个数量级 ②② 在在200MPa，，UHP下下PH值的影响比常压下小得多，值的影响比常压下小得多，且残存率下降了且残存率下降了3个数量级后实际影响更小个数量级后实际影响更小结论：结论：对啤酒酵母，对啤酒酵母，PH与压力的协与压力的协同关系中，同关系中，PH值并不是主要的杀菌值并不是主要的杀菌影响因子，压力才是主要因素（这影响因子，压力才是主要因素（这可能与酵母本来耐酸性较强有关）可能与酵母本来耐酸性较强有关）44.§3 UHP对食品中微生物的影响及对食品中微生物的影响及UHP杀菌杀菌（（2））PH与高压的协同杀菌效果与高压的协同杀菌效果 2、不同、不同PH值对嗜热脂肪芽孢杆菌的影响试验值对嗜热脂肪芽孢杆菌的影响试验 条件一：条件一：PH值值3.6—7.6，压力，压力200—500MPa结果：结果： ①① PH值在值在5.6，，6.6，，7.6时，时，其残存率曲线在其残存率曲线在300MPa以内迅速以内迅速下降，下降，400MPa时又开始回升（符时又开始回升（符合正常芽孢杀菌规律）合正常芽孢杀菌规律） ②② PH3.6，，4.6曲线在曲线在400MPa无回升，但下降趋势延缓无回升，但下降趋势延缓(P168T图图5-27)45.§3 UHP对食品中微生物的影响及对食品中微生物的影响及UHP杀菌杀菌条件二：条件二：在常压与在常压与200MPa高静压高静压下，不同下，不同PH与该菌残存率的关系与该菌残存率的关系测定测定结果：结果：①①常压下，常压下，PH对芽孢的残对芽孢的残存率就有明显影响，存率就有明显影响，PH=3.6时，芽时，芽孢活菌数即下降孢活菌数即下降3个数量级个数量级②②200MPa下，不同下，不同PH值，菌数分值，菌数分别降低别降低2个数量级（个数量级（P168图图5--28））二者协同（二者协同（PH3.6,200MPa）可降）可降低低5个数量级，为二者杀菌效率的个数量级，为二者杀菌效率的叠加叠加结论：结论：在高静压与高酸性环境对芽孢杀菌效果较好，主要在高静压与高酸性环境对芽孢杀菌效果较好，主要归功于高氢离子浓度归功于高氢离子浓度46.§3 UHP对食品中微生物的影响及对食品中微生物的影响及UHP杀菌杀菌（（3）有机酸对微生物耐压性的影响）有机酸对微生物耐压性的影响 有机酸的种类不同（浓度相同时），对加压杀菌效果影有机酸的种类不同（浓度相同时），对加压杀菌效果影响不大，仅醋酸杀菌效果略强于乳酸和柠檬酸，其杀菌作用响不大，仅醋酸杀菌效果略强于乳酸和柠檬酸，其杀菌作用不完全取决于氢离子浓度，而可能与分子作用有关不完全取决于氢离子浓度，而可能与分子作用有关4、水分活度、水分活度Aw Aw对杀菌效果影响也很大，尤其对固体、半固体食品对杀菌效果影响也很大，尤其对固体、半固体食品UHP杀菌十分重要。

杀菌十分重要 比如：对酵母细胞，比如：对酵母细胞，Aw<0.94,室温室温400MPa处理处理15min致死作用会受到抑制，失活不足致死作用会受到抑制，失活不足2个数量级，个数量级，Aw<0.91时，时，几乎没有失活现象几乎没有失活现象 47.§3 UHP对食品中微生物的影响及对食品中微生物的影响及UHP杀菌杀菌5、食品组分、食品组分UHP杀菌中，由于各种食品的物理、化学性质不同，使用的杀菌中，由于各种食品的物理、化学性质不同，使用的压力要求不同压力要求不同（（1）有实验表明：）有实验表明：NaCl、蛋清、葡萄糖、猪油在不同温度、、蛋清、葡萄糖、猪油在不同温度、压力处理，均可提高微生物存活率；压力处理，均可提高微生物存活率；Pr、碳水化合物、脂类、碳水化合物、脂类对微生物均有保护作用，对微生物均有保护作用，AA、、Vit等亦然等亦然一般说，盐或一般说，盐或Pr浓度越高，营养成分越丰富，细菌对浓度越高，营养成分越丰富，细菌对UHP耐耐性越大，杀菌效果下降性越大，杀菌效果下降（（2）食品含有的一些添加剂、抑菌剂可产生协同杀菌效果，）食品含有的一些添加剂、抑菌剂可产生协同杀菌效果，降低要求的杀菌压力降低要求的杀菌压力48.。