超高壓技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用研究

1、-作者xxxx-日期xxxx超高壓技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用研究【精品文檔】超高壓技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用研究郭海洋20070144005摘要：隨著生活水平的提高，人們對(duì)食品的質(zhì)量及安全性越來(lái)越重視并顯示出“回歸自然”的趨向。現(xiàn)在，越來(lái)越多的消費(fèi)者希望食品中不含有毒的微生物，具有更長(zhǎng)的貨架期和新鮮的口味，而且防腐劑和其他化學(xué)添加劑盡可能少。從傳統(tǒng)意義上說(shuō)，這些要求可以通過(guò)加熱來(lái)滿足。然而，熱處理影響食品的風(fēng)味、質(zhì)構(gòu)和色澤。為獲得更高質(zhì)量，最少加工、無(wú)化學(xué)防腐劑的食品，高壓食品加工技術(shù)正日益引起人們的關(guān)注。食品超高壓技術(shù)是指將軟包裝或散裝的食品放入密封的、高強(qiáng)度的施加壓力容器中，以水和礦物油作為傳遞壓

2、力的介質(zhì)，施加高靜壓（1001000 MPa），在常溫或較低溫度（低于100）下維持一定時(shí)間后，達(dá)到殺菌、物料改性、產(chǎn)生新的組織結(jié)構(gòu)、改變食品的品質(zhì)和改變食品的某些物理化學(xué)反應(yīng)速度的一種加工方法。利用超高壓技術(shù)加工食品，有效地克服了傳統(tǒng)熱加工處理方法帶來(lái)的種種弊端，較好地保持了物料原有的營(yíng)養(yǎng)成分，而且加工后的食品口感適宜、色澤鮮艷、保質(zhì)期較長(zhǎng)，而且整個(gè)食品加工過(guò)程的能量消耗也較傳統(tǒng)的加工工藝有著很大程度地降低。本文從食品超高壓技術(shù)的基本原理、作用特點(diǎn)、影響因素、優(yōu)點(diǎn)、裝備、超高壓技術(shù)所處理食品的特點(diǎn)等方面進(jìn)行論述，詳細(xì)的介紹了超高壓技術(shù)在食品工業(yè)中的廣泛應(yīng)用。關(guān)鍵詞：超高壓技術(shù)；食品加工與保藏

3、；滅菌；裝備。我們知道，微生物的熱力致死是由于細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)變化（損傷）、酶的失活、蛋白質(zhì)的變性、DNA 直接或間接的損傷等主要原因引起的。而超高壓能破壞氫鍵之類弱的結(jié)合鍵，使基本物性變異，產(chǎn)生蛋白質(zhì)的壓力凝固及酶的失活；還能使菌體內(nèi)成分產(chǎn)生泄漏和細(xì)胞膜破裂等多種菌體損傷。食品超高壓殺菌，即將食品物料以及某種方式包裝好之后，放入液體介質(zhì)中，在1001000MPa 壓力下作用一段時(shí)間，使之達(dá)到滅菌要求。極高的靜壓會(huì)影響細(xì)胞的形態(tài)，因此，高壓對(duì)細(xì)胞膜、細(xì)胞壁都有影響。在壓力作用下，細(xì)胞膜磷脂雙分子層結(jié)構(gòu)的容積隨著每一磷脂分子橫切面積的縮小而收縮。同時(shí)，壓力引起的細(xì)胞膜功能劣化將導(dǎo)致氨基酸攝取受抑制。食

4、物主要是由蛋白質(zhì)、淀粉、脂質(zhì)、核酸、水等分子組成的立體結(jié)構(gòu)。在高壓下，食物中的小分子（如水分子）之間的距離要縮小，而蛋白質(zhì)等大分子物質(zhì)仍保持球狀，這時(shí)水分子等小分子就要產(chǎn)生滲透和填充效果，進(jìn)入并黏附在蛋白質(zhì)等大分子周圍，使蛋白質(zhì)等的食物中的生物大分子鏈在加工壓力下，由超高壓降為常壓后被拉長(zhǎng)，從而導(dǎo)致其部分或全部結(jié)構(gòu)被破壞，這樣便改變了蛋白質(zhì)的性質(zhì)。超高壓同樣能導(dǎo)致酶的全部或部分結(jié)構(gòu)被破壞，這樣便使酶失去活性。微生物也是由蛋白質(zhì)組成的，由于在高壓下蛋白質(zhì)變性，致使微生物內(nèi)部組織破壞而死亡；另外，在高壓下，食品中某些物質(zhì)的分子會(huì)穿透組成微生物的細(xì)胞膜，可致使微生物的細(xì)胞膜遭受損壞，甚至被破壞，因此

5、，這就可以達(dá)到滅菌消毒的目的。高壓處理食品裝備類似于傳統(tǒng)的熱處理，主要有兩種類型的工業(yè)裝置。一種是處理包裝食品的批處理系統(tǒng)，一般由1050升的壓力容器和一個(gè)壓力源組成。包裝好的食品被裝入高壓容器中。壓媒通常是水，從底端被泵入容器中。壓力通過(guò)壓媒、食品迅速均勻地傳遞，由于各個(gè)方向的壓力是相等的，產(chǎn)品外形不會(huì)被破壞，處理時(shí)間通常相對(duì)較短，不超過(guò)15分鐘。一旦達(dá)到預(yù)定的壓力，泵停止工作，關(guān)閉閥門，不需繼續(xù)提供能量就可以保持壓力。另一種是在半連續(xù)系統(tǒng)中，液體食品可以直接置入壓力容器中。據(jù)報(bào)道，最近在美國(guó)喬治亞大學(xué)安裝了這種中試系統(tǒng)，能處理液體或泥狀水果產(chǎn)品，使用的壓力高達(dá)350MPa，流量為15升分。

6、工業(yè)化推廣的超高壓滅菌設(shè)備壓力是100- 600mpa 超高壓容器介質(zhì)為水，部分實(shí)驗(yàn)型的可也達(dá)到1000mpa或更高，高壓腔工作介質(zhì)是油。國(guó)外超高壓食品處理設(shè)備的研究開發(fā)較早，國(guó)際上知名的超高壓加工設(shè)備制造企業(yè)有美國(guó)Avure和西班牙NC Hyperbaric公司。作為一項(xiàng)先進(jìn)的滅菌技術(shù)，超高壓處理受到許多外界因素的影響：。在一定范圍內(nèi)，壓力越高，滅菌效果越好。在相同壓力下，滅菌時(shí)間延長(zhǎng)，滅菌效果也有一定程度的提高。超高壓滅菌方式有連續(xù)式、半連續(xù)式、間歇式。研究報(bào)道，同持續(xù)靜壓處理相比，階段性壓力變化處理殺菌效果較好。對(duì)于易受芽孢菌污染的食物用超高壓多次重復(fù)短時(shí)處理，殺滅芽孢效果好。不同生長(zhǎng)期

7、的微生物對(duì)高壓的反應(yīng)不同。處于指數(shù)生長(zhǎng)期的微生物比處于靜止生長(zhǎng)期的微生物對(duì)壓力反應(yīng)更敏感。革蘭氏陽(yáng)性菌比革蘭氏陰性菌對(duì)壓力更具抗性孢子對(duì)壓力的抵抗力則更強(qiáng)。革蘭氏陽(yáng)性菌中的芽孢桿菌屬（Bacillus）和梭狀芽孢桿菌屬（Clostridum）的芽孢最為耐壓。芽孢殼的結(jié)構(gòu)極其致密，使得芽孢類細(xì)菌具備了抵抗高壓的能力，殺滅芽孢需更高的壓力并結(jié)合其它處理方式。由于微生物對(duì)溫度有敏感性，在低溫或高溫下，高壓對(duì)微生物的影響加劇，因此，在低溫或高溫下對(duì)食品進(jìn)行高壓處理具有較常溫下處理更好的殺菌效果。大多數(shù)微生物在低溫下耐壓程度降低的原因： 壓力使得低溫下細(xì)胞因冰晶析出而破裂程度加??； 蛋白質(zhì)在低溫下高壓敏

8、感性提高，致使此條件下蛋白質(zhì)更易變性，菌體細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)也更易損傷。因此，低溫下高壓處理對(duì)保持食品品質(zhì)，尤其是減少熱敏性成分的破壞較為有利 。pH是影響微生物在受壓條件下生長(zhǎng)的主要因素之一。在受壓條件下，培養(yǎng)基的pH有可能發(fā)生變化，細(xì)菌的最適pH范圍也變得較為狹窄。酸性條件下微生物的耐壓性較差。對(duì)酵母菌類而言，采用超高壓處理時(shí)pH值并不是重要的因素6.水分活度（Aw）。水分活度（Aw）對(duì)滅菌效果影響也很大。低Aw產(chǎn)生細(xì)胞收縮和對(duì)生長(zhǎng)的抑制作用，從而使更多的細(xì)胞在壓力中存活下來(lái)。因此，控制Aw無(wú)疑對(duì)高壓殺菌，尤其是固態(tài)和半固態(tài)食品的保藏加工有重要意義7. 食品本身的組成和添加物。營(yíng)養(yǎng)豐富環(huán)境中微生

9、物的耐壓性較強(qiáng)，蛋白質(zhì)、碳水化合物、脂類和鹽分對(duì)微生物具有緩沖保護(hù)作用，而且這些營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)加速了微生物的繁殖和自我修復(fù)功能。另外，食品基質(zhì)含有的添加劑組分對(duì)超高壓滅菌影響很大，如添加脂肪酸酯、蔗糖酯或乙醇等添加劑，將提高加壓殺菌的效果。無(wú)論如何，與傳統(tǒng)的滅菌方法相比，超高壓滅菌還是有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)：（一）壓力對(duì)病原體的影響 同加熱處理一樣，高壓技術(shù)處理也可使食品腐敗微生物失活。高壓微生物失活動(dòng)力學(xué)與熱及其他食品加工方法顯著不同。當(dāng)微生物受到高壓時(shí)，會(huì)有許多變化發(fā)生，如細(xì)胞膜中的分子被修飾，影響膜功能和滲透性；主要的酶，包括涉及DNA復(fù)制的那些酶，都會(huì)失活；一些細(xì)胞蛋白變性。這些結(jié)果可能不會(huì)使

10、細(xì)胞完全失活但會(huì)損傷它們。高壓處理后產(chǎn)品的貯藏條件能決定這些受傷細(xì)胞的命運(yùn)。 300700MPa的壓力能夠殺死細(xì)菌，但一些細(xì)菌一旦形成芽孢就具有更強(qiáng)的耐受力。另一方面，壓力能誘導(dǎo)芽孢發(fā)芽，這樣它們就喪失了抵抗熱和壓力的能力。加壓（400MPa）和加熱（6090）組合處理或50400MPa的壓力循環(huán)處理都可以殺死大量微生物。盡管大多數(shù)酵母菌和霉菌對(duì)這些處理都非常敏感，但還有一些微生物，如Bys-sochlamysnivea產(chǎn)生的孢子特別耐壓。 （二）調(diào)整食品質(zhì)構(gòu) 高壓可使蛋白質(zhì)變性，使脂肪凝固并破壞生物膜，它還能改變蛋白質(zhì)和肌肉的結(jié)構(gòu)，影響淀粉的糊化。因此，盡管高壓在食品保藏領(lǐng)域離商業(yè)規(guī)模應(yīng)用還

11、很遠(yuǎn)，但作為一種食品質(zhì)構(gòu)調(diào)整的工具，高壓技術(shù)具有樂觀的應(yīng)用前景。 雞蛋蛋白在高壓下和加熱一樣容易形成凝膠已成為事實(shí)。然而，在這兩種狀態(tài)下凝膠形成的本質(zhì)完全不同，因?yàn)榛瘜W(xué)鍵破壞和形成的順序完全不同。有關(guān)谷蛋白和大豆蛋白的研究表明，高壓加工可以產(chǎn)生一些高品質(zhì)的新產(chǎn)品。經(jīng)高壓處理，蛋白質(zhì)系統(tǒng)在高濃度條件下將只形成凝膠。在低濃度時(shí)，蛋白質(zhì)將保持溶液狀態(tài)但具有不同的功能。例如，乳清蛋白是非常差的起泡劑，但高壓處理乳球蛋白（乳清中的一種主要成分）可使其具有更強(qiáng)的表面活性從而改善其起泡穩(wěn)定性。（三）改善乳制品及肉制品質(zhì)量 高壓處理能改善乳制品，如酸奶、干酪的品質(zhì)。大約80乳蛋白是酪蛋白，這些大的超分子聚合物

12、被稱為膠束，它們足夠大以至于可以使光線發(fā)生散射，從而造成了牛奶的不透明現(xiàn)象。而高壓處理可使微膠束破碎，因此，利用高壓處理乳制品，可以增加其硬度、強(qiáng)度和乳清分離的阻力。 由高壓處理牛奶制成的酸奶比常規(guī)方法制成的酸奶黏性更大、更稠，或具有“更多奶油”。乳酪是典型的在出售前需熟化數(shù)月的產(chǎn)品，某些情況下需要數(shù)年。有試驗(yàn)表明，高壓處理能加速其熟化。然而，處理過(guò)程是復(fù)雜的，壓力對(duì)其的精確影響還不清楚。大量的研究側(cè)重于高壓處理肉和魚。300MPa或更高的壓力引起魚肉或豬肉呈現(xiàn)一種“烹煮”過(guò)的現(xiàn)象（但其風(fēng)味不受影響）。在較低的壓力下，酶能被激活，從而改善其嫩度。對(duì)于牛肉，80100MPa的低壓誘導(dǎo)產(chǎn)生的變化可

13、以改善其在貨架上顏色的穩(wěn)定性。不像新鮮的肉制品，腌制肉制品的外觀不受壓力處理的影響，但其質(zhì)量可以得到改善。正是這個(gè)原因，使得壓力處理的腌制肉制品和熟肉制品將比壓力處理的新鮮肉制品先在市場(chǎng)上出現(xiàn)。 （四）改善冷藏、冷凍食品貯藏特性 高壓處理的另一個(gè)潛在應(yīng)用是低溫貯藏。在200MPa壓力下，水能被冷至20而不凍結(jié)。因此，升高壓力可允許食品在零度以下長(zhǎng)期貯存，而避免了因形成冰核而引起的問(wèn)題。然而，長(zhǎng)期保持高壓所需費(fèi)用是昂貴的。 一個(gè)更加吸引人的方面是在200MPa下冷至20，然后釋放壓力導(dǎo)致水凍結(jié)。整個(gè)系統(tǒng)由于迅速均勻地進(jìn)行，冷凍將在整個(gè)產(chǎn)品內(nèi)部發(fā)生，而且形成的冰晶很小，從而能獲得對(duì)食品具有最小損傷

14、的高品質(zhì)冷凍產(chǎn)品。具有最小損傷的快速解凍通過(guò)上述過(guò)程的逆過(guò)程就可以獲得，即升高壓力到200MPa，溫度升至0以上，然后釋放壓力。既然超高壓技術(shù)有這么明顯的優(yōu)勢(shì)，那么經(jīng)超高壓技術(shù)處理的食品必然優(yōu)于傳統(tǒng)的化學(xué)處理食品：營(yíng)養(yǎng)成分受影響小。超高壓處理的范圍只對(duì)生物高分子物質(zhì)立體結(jié)構(gòu)中非共價(jià)鍵結(jié)合產(chǎn)生影響，因此對(duì)食品中維生素等營(yíng)養(yǎng)成分和風(fēng)味物質(zhì)沒有任何影響，最大限度地保持了其原有的營(yíng)養(yǎng)成分，并容易被人體消化吸收。產(chǎn)生新的組織結(jié)構(gòu)，不會(huì)產(chǎn)生異味。超高壓處理可改變食品物質(zhì)性質(zhì)，改善食品高分子物質(zhì)的構(gòu)象，獲得新型物性的食品。同時(shí)，超高壓會(huì)消除傳統(tǒng)的熱加工引起共價(jià)鍵的形成或破壞所致的變色、發(fā)黃及加熱過(guò)程出現(xiàn)的不

15、愉快異味，如熱臭等弊端。利用超高壓處理技術(shù)，原料的利用率高。超高壓處理過(guò)程是一個(gè)純物理過(guò)程，瞬間壓縮，作用均勻，操作安全衛(wèi)生，無(wú)工業(yè)“三廢”，耗能低，有利于生態(tài)環(huán)境的保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的推進(jìn)。超高壓食品加工技術(shù)適用范圍廣，具有很好的開發(fā)推廣前景。目前，超高壓技術(shù)主要應(yīng)用于：各種食品的殺菌、植物蛋白的組織化、淀粉的糊化、肉類品質(zhì)的改善 、動(dòng)物蛋白的變性處理、乳產(chǎn)品的加工處理、食品高壓速凍、酒類的催陳等方面，而且其應(yīng)用前景相當(dāng)廣闊。自1991 年4 月世界上第一號(hào)高壓食品果醬（七個(gè)風(fēng)味系列）問(wèn)世，食品超高壓處理技術(shù)蓬勃發(fā)展，被稱為“食品工業(yè)的一場(chǎng)革命”，可被應(yīng)用于所有含液體成分的固態(tài)和液態(tài)食品，

16、如水果、蔬菜、奶制品等。而且，日本、美國(guó)的一些果汁飲料廠家已經(jīng)開始利用這項(xiàng)新技術(shù)。下面是超高壓技術(shù)在食品加工中的應(yīng)用實(shí)例：   超高壓技術(shù)在果蔬產(chǎn)品加工中的應(yīng)用：超高壓技術(shù)在食品工業(yè)中最成功的應(yīng)用就是果蔬產(chǎn)品的加工，主要用于該類產(chǎn)品的殺菌作用。日本、美國(guó)的一些果汁飲料廠家已經(jīng)開始利用這種新技術(shù)。經(jīng)過(guò)高壓處理的果汁可達(dá)到商業(yè)無(wú)菌狀態(tài)，處理后果汁的風(fēng)味、組成成分都沒有發(fā)生改變，在室溫下可以保持?jǐn)?shù)月。   食品的品質(zhì)和風(fēng)味改良與新產(chǎn)品開發(fā)：根據(jù)高壓能改變食品物料的某些物性的原理，進(jìn)行葡萄柚汁的去苦、增加蛋白質(zhì)食品的凝膠特性與氣泡性等功能，可

17、使肉類變得松軟可口；高壓還可以使食品中的有害蛋白質(zhì)、一些酶和毒素失活，保持食品安全性，食品營(yíng)養(yǎng)價(jià)值不變。高壓技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于：處理柑橘苦味和熱臭味、處理淀粉的糊化、產(chǎn)生新的質(zhì)構(gòu)、處理胡蘿卜、處理大蒜、肉的嫩化以及制抗過(guò)敏奶粉等。   控制酶反應(yīng)和滅酶：對(duì)酶的影響不同于對(duì)微生物的影響，除了使酶失活外，還可以使某些在常壓下受抑制的酶激活，從而提高酶的活性，其中有些對(duì)產(chǎn)品是有利的。高壓也可以加快某些在常壓下反應(yīng)緩慢或不發(fā)生的反應(yīng)，現(xiàn)在較為成功的是果汁和生酒等在保藏期控制酶發(fā)生的渾濁和品質(zhì)惡化。   高壓速凍和不凍冷藏：高壓速凍可有效的提高凍結(jié)

18、速度，縮短冷凍時(shí)間，從而產(chǎn)生盡可能小的冰晶，避免冰晶組織產(chǎn)生不可逆破壞和變性。高壓解凍可以被認(rèn)為是高壓凍結(jié)的逆過(guò)程，通過(guò)高壓使食品中的冰晶融化，然后再提高融化的溫度，使食品的溫度達(dá)到常壓時(shí)的凍結(jié)點(diǎn)之上，完成解凍過(guò)程。高壓解凍比常壓解凍時(shí)間縮短13，汁液流失少，色澤鮮艷度稍有增加。   在肉制品加工方面的應(yīng)用：肉類等經(jīng)過(guò)高壓處理能殺滅肉類中的細(xì)菌，包括大腸桿菌、綠膿菌、沙門氏菌、葡萄球菌、腸菌等，不損壞維生素等營(yíng)養(yǎng)成分及風(fēng)味，改善肉組織。   在魚制品方面的應(yīng)用：日本大洋漁業(yè)公司研究所采用超高壓技術(shù)生產(chǎn)魚糕，在殺菌后其口感、風(fēng)味都比較理

19、想，彈性增加。同時(shí)，超高壓技術(shù)也用在制作魚醬中，其產(chǎn)品的感觀評(píng)價(jià)優(yōu)于普通魚醬。   在乳制品方面的應(yīng)用：目前，超高壓在乳制品中的應(yīng)用主要集中在對(duì)干酪的影響和酸乳的影響。   在烹調(diào)方面的應(yīng)用：把加壓后的玉米用水煮，具有米香味，此外，陳米經(jīng)過(guò)超高壓處理，煮出來(lái)的米飯與新米一樣可口：HAYASHIRIKIMARU 等研究高壓處理雞蛋；德國(guó)M N Eestiaghi 等用高壓處理馬鈴薯。應(yīng)用于保健品的加工：采用超高壓技術(shù)可以大大縮短營(yíng)養(yǎng)成分的提取時(shí)間，保健食品一般含有較高的熱敏性營(yíng)養(yǎng)保健成分，同一種功能性保健食品，用超高壓技術(shù)進(jìn)行加工，比熱加工營(yíng)養(yǎng)成分提高30%左右。當(dāng)然，任何事物都具有其兩面性。由于超高壓是基于對(duì)食品主成分水的壓縮效果，它是利用帕斯卡定律，因此對(duì)于不適合這一定律的干燥食品、粉狀或粒狀食品，不能采用超高壓處理技術(shù)；由于超高壓下食物