超高压技术在食品加工中的应用与研究进展.pdf

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PWB r i d g e m a n ( 1 9 4 6 年获得诺贝尔物理 学奖) PWB r i d g e m a n 在1 9 1 4 年发现在静水压 ( 5 0 0M P a ) 下蛋白质变性凝固、7 0 0M P a 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，2 0 世纪8 0 年代末首先在日本研发出食品的超高压加工技 术1 9 8 6 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1 9 9 0 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2 1 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[ 2 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8 6 3 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( 2 0 0 3 ) 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( 1 9 9 9 ) X , - ] 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( 2 0 0 4 ) 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( 2 0 0 1 ) 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超高压技术的杀菌原理 超高压杀菌的基本原理是压力对微生物的致 死作用，高压改变了微生物的形态与结构，影响其 生物化学反应，同时使细胞膜和细胞壁被破坏，从 而影响微生物原有的生理活性机能，甚至发生不 可逆变化1 3 1 林淑英等( 2 0 0 3 ) 介绍了超高压处理对 微生物细胞形态、遗传机制、生化反应、细胞膜及 芽孢的影响，为超高压杀菌提供了理论依据在 4 0 0 ～6 0 0M P a 压力下，高压可杀死细菌、酵母和霉 菌，可避免一般高温杀菌所带来的不良影响 3超高压技术对酶的影响 励建荣等( 2 0 0 6 ) 指出，酶的化学本质是蛋白 质，其活性产生于活性中心，高压可破坏酶蛋白的 3 级结构，从而使酶的活性发生变化。

食品中常见 的过氧化物酶可使蔬菜在贮藏过程中产生不良风 味，但因其来源不同，耐压性也有所不同BK r e b — b e t s 等( 2 0 0 2 ) 对绿豆进行研究发现，5 0 0M P a 处理 1m i n ，过氧化物酶活力下降2 0 ％，在9 0 0M P a 下处 理1 0r a i n 其活力下降8 0 ％多酚氧化酶是导致食 物褐变与腐败的主要原因，而且非常耐压，在8 0 0 ～ 9 0 0M P a 压力下才能使其活力减弱曾庆梅等 ( 2 0 0 4 ) 在研究了超高压对梨汁中多酚氧化酶活力 的影响中发现，在5 0 ℃条件下3 0 0M P a 处理1 0 r a i n 多酚氧化酶被激活，而5 0 0M P a 并结合适当的 热处理可使多酚氧化酶钝化果胶甲基酯酶会使 团 橘汁中产生絮状不稳定物，由于其来源不同，耐压 性也有所不同ACP o l y d e r a 等( 2 0 0 4 ) 研究希腊脐 橙果汁中的果胶甲基酯酶时发现，5 0 0M P a 处理 1 5m i n 该酶基本被钝化，而且在贮藏与运输过程 中不会复活CMS h o o k 等( 2 0 0 1 ) 对番茄中的果胶 甲基酯酶进行高压处理，发现4 0 0 ～6 0 0M P a 处理5 m i n 时，被检测的果胶甲基酯酶活性有所上升，8 0 0 M P a 处理5r a i n 后活性也仅仅下降了3 0 ％。

4 超高压技术在食品中的应用 4 ．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YE s t r a d aG i r o n 等 ( 2 0 0 5 ) 利用超高压技术对谷物及豆类的研究表 明，该技术可消除谷物中的抗营养因素，从而保存 了制品的质量及营养成分超高压处理过程中过 敏蛋白溶解，尤为突出的是7 S 球蛋白然而在压 力处理过程中色泽、形状等没有发生明显的变 化蔬菜中的蛋白如豆腐，通常情况下是通过真空 包装后贮存在冷冻条件下然而通过超高压处理 后，豆腐中的微生物数量明显减少，而且消化性也 随之提高谷物中的其他成分如维生素A 没有受到 影响，脂溶性的B 族维生素的保留率为8 5 ％ 4 ．2 超高压技术在乳制品中的应用 在乳品的生产过程中，AJT r u j i l l o 等( 2 0 0 0 ) 通 过超高压处理牛奶发现，高压可使酪蛋白胶束破 碎，从而出现小的颗粒直径，降低了制品的混浊度。

此外，高压可诱导磷酸钙胶束解离，同时使血清蛋 白变性高压处理还可大幅度减少微生物的数量 在液态奶的生产过程中，通过压力一温度一时 间的结合来杀灭微生物在适当温度条件下通过 高压处理牛奶，仅仅破坏了弱的共价键( 氢键、疏 水键、离子键) 这样，小分子的物质如维生素、氨 基酸、糖类及风味物质将不受影响JA n t o n i o 等 ( 2 0 0 2 ) 在4 0 0M P a3 0r a i n2 5o C 条件处理牛奶，试 验结果显示，维生素B 与维生素B 没有明显的损 失在4 0 0M P a1 5r a i n5 0 ℃条件下处理牛奶，蛋白 水解酶的活性明显下降同时发现，牛奶的感官特 性有所提高因此，压力与温度的结合可以得到更 好的感官特性并延长了牛奶的货架期此外，JA n — t o n i o 等( 2 0 0 2 ) 还对牛乳中5 种常见的致病菌进行 研究，得出5 种菌的耐压率依次为金黄色葡萄球菌 乳杆菌 李斯特氏菌 大肠杆菌 荧光假单胞菌，同 时还发现，大肠杆菌和金黄色葡萄球菌在低温条 件下比常温更耐压通过与热处理的牛奶相比，高 压没有破坏共价键 4 ．3 超高压技术在肉制品中的应用 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。

M a c f a r l a n ( 2 0 0 3 ) 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B e r r y ( 2 0 0 2 ) 在制作调味 牛排时采用1 0 0M P a 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4 0 0M P a ．q 或6 0 0M P a 的作用保持1 0m i n ，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 了肥牛肉在加工时，事先将乳蛋白沿着牛肉的 精细纤维注入牛肉中，然后对牛肉进行超高压加工， 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1 4 1 4 ．4 超高压技术在果汁和果酱中的应用 超高压技术在食品工业中最成功的应用就是 果蔬产品的加工，主要应用于杀菌，经超高压处理 的果汁可达到商业无菌，而且处理后的果汁风味 及组成成分均未发生太大的变化，产品在室温条 件下可贮藏数月陈复生( 2 0 0 5 ) 生产实践证明，采 用6 0 0M P a 、2r a i n 处理可以将油梨汁中的致病菌 减少到5 个对数周期以下，而且不需添加任何防 腐剂，还可使产品的货架期延长4 0 天。

果汁变质的主要原因在于果胶甲基酯酶，AC P o l y d e r a 等( 2 0 0 4 ) 通过对柑橘中果胶甲基酯酶的 研究发现，经6 0 0M P a 、5 0o C 处理的果汁，果胶甲基 酯酶已无活性，从而提高了果汁的感官质量与微 生物的稳定性 在果酱生产中，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PB u t z 等 ( 2 0 0 3 ) 研究各种水果时发现，食品经超高压处理 后，碳水化合物发生了变化，果糖和蔗糖的含量 随着贮藏时间的延长而逐渐降低，从而延长了食 物的贮藏时间此外，其分味物质也没有发生变化 4 ．5 高压技术在水产品加工中的应用 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( 2 0 0 5 ) 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人乙烯袋内，并放 人水中，从四周均匀地加压到4 0 0M P a ，保持1 0r a i n ， 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5 0 ％。

美国一家公司利用超高压技术处 理牡蛎，2 5 0 ～3 0 0M P a 处理1 0r a i n 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，RL a k s h a m a n m a n 等( 2 0 0 3 ) 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 4 ．6 高压速冻技术在食品中的应用 速冻是采用快速越过最大生成带，使组织内 只能生成细小冰晶，这是降低冷冻应力，提高冻品 质量的关键1 2 1 目前采用一3 0 ℃以下低温快速冷冻 法，因热阻的存在冻结有一过程，相变就不可能瞬 间完成，结果生成的冰晶。