一种新的食品加工技术
一种新的食品加工技术─超高压技术
摘要：食品加工技术从一定意义上是从属于其他技术的发展而前进的。食品加工是从有菌到无菌进而提高保质期的过程，超高压技术是近期出现的实现这一过
程一种新方法。本文介绍了超高压技术的作用机理、特点、设备、在食品加工中的应用以及超高压技术的展望。
关键词：食品加工；超高压技术；作用机理；设备；应用
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 50. 6625 MPa 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，目前其发展前景良好，已为各国关注和重视。
1 超高压杀菌的原理
高压杀菌的基本原理就是压力对微生物的致死目前其发展前景良好，已为各国关注和重视。作用，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，甚至使原有功能破坏或发生不可逆变化。在食品工业上，高压杀菌技术的应用就是利用这一原理，使高压处理后的食品得以安全长期保存。具体如下：
(1) 高压对细胞形态的影响
极高的流体静压会影响细胞的形态。如胞内的气体空泡在0. 6 MPa下会破裂等。上述现象在一定压力下是可逆的，但当压力超过某一点时，便不可逆了。
(2) 高压对细胞生物化学反应的影响
按照化学反应的基本原理，加压有利于促进反应朝向减小体积的方向进行，推迟了增大体积的化学反应，由于许多生物化学反应都会产生体积上的改变，所以加压将对生物化学过程产生影响。另外，高压还会引起主要酶系的失活，一般来讲压力超过300 MPa 对蛋白质的变性将是不可逆的，酶的压致失活的根本机制是：①改变分子内部结构；②活性部位上构象发生变化。
此外高压还会对微生物基因机制产生影响，主要表现在由酶中介的 DNA 复制和转录步骤会因压力过高而中断。
(3) 超高压的杀菌效果
研究发现，酵母菌、霉菌的耐压性比细菌(革兰氏阴性菌)的耐压性低，而革兰氏阴性菌耐压性又比革兰氏阳性菌低。病毒一般也可在不很高的压力下灭活。芽孢比较耐压，尤其是革兰氏阳性菌中的芽孢杆菌属和梭状芽孢杆菌属的芽孢最为耐压。对一般微生物的营养细胞，通常只需室温、 450 MPa 以下的压力，而杀死芽孢则压力要相应提高或结合其他处理方式。
影响微生物的耐压性还与其化学组分和食品的组成有关。研究发现，细菌在蛋白质和盐分浓度高时，其耐压性就高，并随营养成分丰富耐压性有增高的趋势(如大肠杆菌和葡萄球菌随着食盐浓度上升其杀菌效果下降) 。一般来说，蛋白质和油脂含量高的食品杀菌效果差。加压的压力越高，则加压处理的时间就越短。
2、超高压技术的特点
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）；
③更好保持食品的原风味（色、香、味）和天然营养（如维生C素等）；④通过组织变性，得到新物性食品；⑤压力不同，作用性质也不同。
3、设备
常见的大众型生产设备有：
（1）超高压处理设备（一体直压式）
产品特点：
①超高压容器和增压器由框架连接为一个整体结构形式（一体式），采用单次增压结构，有效的降低了加工制造成本，超高压容器自动开启，自动化程度高，价格适中。
②超高压容器采用超高强度不锈钢双层套缩而成，防腐性能极好，双层套缩结构又提高了超高压容器的疲劳寿命。
③加压介质既可以采用水，应用于食品工业和生物制药工业；也可以采用油，应用于粉末冶金、陶瓷等工业。
④配套有计算机控制软件，能够实现高度自动化。
也可以用作全封闭泵输流体形式，用于果汁、牛奶等液体产品的加工。
（2）超高压处理设备（分体框架式）
产品特点：
①超高压容器由框架约束，使用寿命长，自动开启，自动化程度高，价格相对较高。
②超高压容器采用超高强度不锈钢双层套缩而成，防腐性能极好，双层套缩结构又提高了超高压容器的疲劳寿命。
③加压介质既可以采用水，应用于食品工业和生物制药工业；也可以采用油，应用于粉末冶金、陶瓷等工业。
④配套有计算机控制软件，能够实现高度自动化。
（3）超高压处理设备（螺纹式）
产品特点：
①超高压容器两端由螺纹约束（螺纹式），省去了框架结构，节省了加工制造成本，价格较低。
②超高压容器采用超高强度不锈钢双层套缩而成，防腐性能极好，双层套缩结构又提高了超高压容器的疲劳寿命。
③加压介质既可以采用水，应用于食品工业和生物制药工业；也可以采用油，应用于粉末冶金、陶瓷等工业。
④配套有计算机控制软件，能够实现高度自动化。
4、应用
新型高压食品处理技术主要用于果蔬饮料、牛奶、豆奶、荔枝、猕猴桃、芒果、柑橘、西瓜、密瓜等各种果汁饮料及各种肉类食品的加工处理和各种海产品鱼、虾、钡等水产品的杀虫灭菌处理，该技术最大限度的保持了食品的原有风味、色泽和营养成分，真正使食品达到了“新鲜、鲜活”。
4.1 在果汁和果酱加工中的应用
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；另一方面，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。
1991年日本推出了不用加热的果酱, 首次作为加压食品销售。在果酱生产中，采用高压杀菌，不仅使微生物致死，还可简化生产工艺，提高产品品质。实际生产时, 在室温下, 加压到 400 ～600MPa, 保持 10～30min即可得到成品。高压加工果酱是把粉碎的果实、砂糖、果胶等原料装入塑料瓶后密封，通过高压加工，使混合物凝胶化，同时达到灭菌目的。高压加工基本保留了原料的色泽和风味，营养成分损失较少。
4.2 在蔬菜加工中的应用
在蔬菜加工及贮藏过程中，由于酶的存在常常会造成蔬菜品质劣化，如变味、变色以及变质等，所以灭菌对于蔬菜保鲜很重要[6]。但是，单纯使用高压方法使酶完全失活比较困难，如果结合温度等其他方法可以取得良好的效果。蔬菜经超高压处理可很好地保持产品营养及风味。但超高压在蔬菜加工方面相对于在其他方面应用比较少。
4.3 在水产品加工中的应用
超高压压技术在水产品加工中的应用主要表现在灭酶、灭菌、灭虫和鱼糜制品质构的改良方面。例如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,破断强度达1200g，弹性比原来高出50%[2]。但对于蛋白质不易在低温下凝胶化的鱼种，高压的作用效果不明显，对于某些鱼种加压凝胶化不如加热效果。水产品的脂肪中富含不饱和脂肪酸，在一般的加工储藏条件下，容易发生氧化反应。水产品的加工较为要求特殊，具有水产品原有的风味、色泽、良好的口感与质地。常用的热处理、干制处理均不能达到上述要求。试验研究表明,超高压处理可保持水产品原有的新鲜风味。
4.4 在肉制品加工中的应用
经高压处理后的肉制品在柔嫩度、风味、色泽及成熟度方面均得到改善，同
时也增加了贮藏性并防止产品的二次污染，改善肉质嫩度，保持肉制品原有的风味、成分营养价值及色泽，杀死肉制品中常见的酵母菌、大肠杆菌等，达到商业无菌要求[7]。
高压影响肌肉组织的肌原蛋白, 从而提高肉的嫩度。高压处理对于肉质嫩化提供了潜在的方法，特别是对于腌肉、白色肉以及即食肉制品。研究表明，鲜肉在僵硬发生前受到(100～200)MPa的短暂高压处理对于肉质嫩化足够有效。对僵硬发生后的肉进行(100～200)MPa高压处理,在温度低于30℃时对嫩度、多汁性和剪切力值没有改善。高压技术有助于保留僵肉的内在性质且提高肉质, 免除屠杀后的突然冷却, 避免能量损失, 还可以提高肉本身的内在性质, 代替一些肉制品中用来提高结合力的添加剂。该技术可以提高货架期且不损失营养成分。另一方面，高压（150MPa）结合加热（55℃～60℃）对抵抗冷收缩带来的肉质硬化是很有效的。
4.5 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[8]。利用超高压技术可以得到0℃以下的不结冰的低温水,加压到200MPa,温度降至-18℃,水仍然不结冰,然后立即降压至常压，-18℃的水变为不稳定的过冷态,瞬间产生大量细小冰晶均布于冻品组织中,所形成的冰晶也很细微。这样速冻的食品可以显著地改善其汁液的流失。但不是每种受聘都适合高压冷冻处理，因为高压冷冻处理后,有的物料产生硬化现象,如豆腐、魔芋;有的产生软化现象,如白菜、凝胶等,一般认为这主要是因物料的含水量及成分不同所致[9]。
4.6 在乳制品中的应用
在乳品的生产过程中，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。超高压处理对脱脂牛乳杀菌作用明显,利用超高压还可明显地加速奶油中脂肪的结晶速度和提高酸乳产品的质量[2]。在液态奶的生产过程中,通常通过压力、温度、时间的结合来杀灭微生物。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。
超高压处理乳品也存在一些副作用[10],高压处理使牛乳分散光的能力下降,使牛乳的透明度上升,在脱脂乳中最为明显,但对均匀度好的全乳无亮度影响。张勇等[11]研究结果表明：超高压杀菌处理虽然降低了牛乳的白度和浊度，改变了牛乳的感官特性，但是增加了牛乳中游离态钙的含量，降低了乳清蛋白的变性程度，最大限度的保留了牛乳的营养价值。
4.7 在食品保藏中的应用
超高压技术就是把食品置于数千个大气压之中，在不损害食品材料本质的情况下对其进行调和、加工、杀菌。传统的食品保藏方法主要采用热处理,食品中热敏性的营养成分易破坏,而且加工使得褐变反应加剧,造成色泽的损失,食品中挥发性的风味物质也会因加热而有所损失。在食品保藏中利用超高压技术将取得较其它方法跟好的结果。在超高压环境中，虽然淀粉和蛋白质失去了本来面目，变得表面发光、质地细腻，但它们的色、香、味都保持不变。超高压食品不但无菌，保鲜时间长，而且还能提高食品的附加值。在食品保藏中利用超高压技术将取得较其它方法跟好的结果。
5 展望
高压技术具有以上诸多优点，被人们称为当今世界十大类高科技之一。在食品领域 ,可利用高压处理的食品种类繁多，既有液体食品，也有固体食品，其中生鲜食品有蛋、肉、大豆蛋白、水果、香料、牛奶、天然果汁、矿泉水等；发酵食品有酱菜、果酱、豆酱、啤酒等。此外，高压处理还可用于中药、血浆的防微生物污染等。由于人们对食品多元化的广泛需求，这就要开发新的食品加工技术，而超高压食品的研究为该社会需求提供了更广阔的可能性，前景将较乐观。又因为油、脂、水、蛋白质、淀粉等许多种物质及其混合物在超高压下，它们的物理性质会有着明显变化(即变性)，对这些变性的研究将可能会在医药、保健品、化妆品的研究上取得突破性进展，因而有着十分广泛的应用前景及潜在的社会效益和经济效益。
[1] 孙艳丽木泰华高压食品加工技术的研究及应用现状[J]中国食物与营养,2005(7) 32-35
[2] 陈复生. 食品超高压加工技术 [M ]. 北京: 化学出版社 , 2005.
[3] 杨巧绒陈迎春高压设备及其在食品加工中的应用[J] 江苏理工大学学报1999 20 （6 ）13-17
[4] 王越男德力格尔桑，超高压杀菌处理对乳中蛋白质的影响[J] 食品科学 . 2003 （44—46） 8.
[5] 竺尚武肉的超高压处理的研究进展[J]. 广州食品工业科技,2004,20(3) 127 129.
[6] 赵俊芳高愿军吴广辉. 超高压技术在蔬菜加工中的应用[J]. 保鲜与加工，2008（1） 9—11
[7] 张彦军田建文超高压技术在食品工业中的应用[J] 保鲜与加工2007(6)
[8] 肖庆生,朱勉学国内外食品超高压加工技术[J] 食品开发与研究. 2004,25（1） 22—28
[9] 李勇,苏世彦超高压在速冻食品加工中的应用[J] 食品与机械 2002（5） 33—34
[10] 冯艳丽,余翔超高压杀菌技术在乳品生产中的探索食品工业[J] 食品工业 2005（1） 30—31
[11] 张勇, 段旭昌, 白燕红, 等.超高压杀菌处理对牛乳感官和理化特性的影响[J]. 中国乳品工业 2007 35(6) 13—16
[12] 潘巨忠,薛旭初,杨公明等超高压技术及其在食品加工中应用[J]
现代农业科技 2005（9）60—61
[13] 尹艳军,夏文水,杨凯乳品加工中高新技术的应用[J] 中国乳品工业 2005,33（1）43—45