超高壓技術概述課件

2010.3超高壓技術概述

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4超高壓技術概述1235超高壓殺菌超高壓對食品品質(zhì)的影響小結(jié)與展望附表CompanyLogo1、超高壓技術的概念2、超高壓技術的特點3、超高壓技術的現(xiàn)狀第一節(jié)：超高壓技術概述CompanyLogo1、超高壓技術的概念CompanyLogo在超高壓條件下，生物體內(nèi)高分子立體結(jié)構(gòu)中的氫鍵、離子鍵、疏水相互作用等非共價鍵結(jié)合發(fā)生變化，使蛋白質(zhì)變性，淀粉糊化，酶失活，細胞膜破裂，菌體內(nèi)成分泄漏，微生物生命活動停止而死亡。蛋白質(zhì)氨基酸的縮氨結(jié)合、維生素、香氣成分等低分子化合物是共價鍵結(jié)合，在超高壓條件下得以完整保留。超高壓處理在殺菌鈍酶的同時，最大限度的保持了食品的風味與營養(yǎng)物質(zhì)。

2、超高壓技術的特點CompanyLogo國外：超高壓技術的商業(yè)化應用在美國、日本、德國、法國、澳大利亞等國家得到了穩(wěn)定的發(fā)展（果蔬產(chǎn)品及畜產(chǎn)品等）；日本的超高壓米飯；美國（avomex）的鱷梨制品、胡蘿卜汁、蘋果汁、蒜泥、芒果醬以及諸多肉制品等；歐洲的火腿制品、系列果汁及鮮切水果等；目前，全世界每年加工的超高壓食品超過13萬噸……3、超高壓技術的現(xiàn)狀CompanyLogo半連續(xù)式超高壓設備用于處理液態(tài)物料（果汁）3、超高壓技術的現(xiàn)狀CompanyLogo3、超高壓技術的現(xiàn)狀CompanyLogo3、超高壓技術的現(xiàn)狀國內(nèi)：超高壓技術在農(nóng)產(chǎn)品加工中應用還處于起步階段，超高壓技術和超高壓裝置研制與國外相比存在較大差距，其在食品上的應用還缺乏系統(tǒng)研究。近年來，國內(nèi)的部分高校（中國農(nóng)業(yè)大學、江蘇大學等）和科研院所對超高壓技術的應用進行了實驗室研究，但實現(xiàn)工業(yè)化還遙遙無期。CompanyLogo1、超高壓殺菌原理2、影響超高壓殺菌的因素第二節(jié)：超高壓殺菌CompanyLogo1.超高壓殺菌原理（1）影響細胞內(nèi)酶活力超高壓會引起微生物細胞內(nèi)主要酶系的失活；通過影響微生物體內(nèi)的酶，進而對微生物基因機制產(chǎn)生影響，導致由酶參與的DNA復制和轉(zhuǎn)錄步驟會因酶失活而中斷。在100MPa下，E.coli的天冬氨酸酶失活；琥珀酸脫氫酶經(jīng)20MPa高壓即失活；蟻酸脫氫酶、蘋果酸脫氫酶、琥珀酸脫氫酶對高壓的反應也很敏感。CompanyLogo（2）影響細胞形態(tài)細胞外形變長、質(zhì)壁分離、細胞壁變厚及細胞膜消失、細胞質(zhì)出現(xiàn)網(wǎng)狀區(qū)域、核糖體數(shù)目減少、細胞分裂減慢等。但當壓力超過某一點時，細胞形態(tài)發(fā)生不可逆變化。1.超高壓殺菌原理絲衣霉：70℃/700Mpa/60minCompanyLogo1.超高壓殺菌原理（4）影響細胞壁、細胞膜的通透性

細胞膜主要由磷脂和蛋白質(zhì)分子組成，主要通過氫鍵和疏水鍵維持結(jié)構(gòu)。高壓下，膜蛋白與膜脂質(zhì)結(jié)合能力降低，細胞膜通透性增大；20-40MPa能使較大細胞的細胞壁發(fā)生松解，100MPa導致其斷裂，200MPa的壓力下細胞壁遭到破壞。細胞內(nèi)溶物的紊亂或外泄CompanyLogo1.超高壓殺菌原理

雙形熱帶念珠菌：200MPa下,細胞壁遭到破壞,細胞亞顯微結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,線粒體受到不同程度的損傷,核膜孔張開；細菌：150MPa處理后溴乙錠進入胞內(nèi)與DNA結(jié)合；500MPa處理后未發(fā)現(xiàn)上述現(xiàn)象；超高壓處理后膽鹽和NaCl進入細胞；菌體胞外的ATP濃度增加……CompanyLogo1.超高壓殺菌原理（5）細胞內(nèi)容物的泄漏細菌懸液：400-600MPa處理，金屬離子（Zn2+

、Fe2+

、Mg2+

、Ca2+等）濃度達CK的10倍以上，RNA類似物濃度約為CK的20倍。金黃色葡萄球菌屬：700MPa處理后，F(xiàn)e2+和Mg2+泄漏量分別增大2l和14.4倍；棒狀桿菌：Fe2+的泄漏量高達27倍;且從營養(yǎng)細胞中泄漏的Zn2+、Ca2+和K+等離子增大1.1-5.8倍。CompanyLogoNormalvegetationofBacillussubtilisNormalsporeofBacillussubtilisCompanyLogo芽孢外殼皺縮、缺口、內(nèi)含物紊亂、泄露處理后結(jié)構(gòu)紊亂，外殼皺縮CompanyLogo1：芽孢內(nèi)含物泄露2：芽孢內(nèi)含物紊亂4：內(nèi)部物質(zhì)完全泄露的細胞壁或孢子外殼殘留營養(yǎng)細胞壁破壞，細胞質(zhì)泄露5：芽孢內(nèi)含物正在外泄的細胞CompanyLogo（1）微生物種類一般來講，菌體越大，結(jié)構(gòu)越復雜，耐壓性越低；病毒顆粒越小越耐壓；靜止生長期的微生物比指數(shù)生長期的耐壓；處于冷休克或亞致死狀態(tài)的微生物更耐壓;G+

＞G-（多糖鏈上肽鍵的數(shù)量和交聯(lián)程度-肽聚糖的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)致密程度和強度）……CompanyLogo（1）微生物種類一般情況下：200-300MPa病毒滅活；300-400MPa霉菌、酵母菌滅活；300-600MPa細菌、致病菌滅活；800-1000MPa芽孢滅活；CompanyLogo（2）溫度、壓力、時間與加壓方式適當提高溫度對高壓殺菌有促進作用針對芽孢菌的高耐壓性，就現(xiàn)階段研究來看，結(jié)合溫度處理是十分有效的殺菌手段；例外：研究發(fā)現(xiàn)，除芽孢菌和金黃色葡萄球菌外，大多數(shù)的微生物在-20℃以下的高壓殺菌效果較20℃時好……CompanyLogo（2）溫度、壓力、時間與加壓方式

部分微生物在低溫下耐壓程度降低的原因：①低溫下細胞因冰晶析出而破裂程度加??；②蛋白質(zhì)在低溫下對高壓敏感性提高，更易變性，菌體細胞膜的結(jié)構(gòu)也更易損傷；低溫下高壓處理對保持食品品質(zhì)，尤其是減少熱敏性成分的破壞較為有利CompanyLogo（3）水分活度（Aw）低Aw產(chǎn)生細胞收縮和對生長的抑制作用，從而使更多的細胞在壓力中存活下來；控制Aw無疑對高壓殺菌，尤其是固態(tài)和半固態(tài)食品的保藏加工有重要意義。CompanyLogo（4）pHpH是影響微生物在受壓條件下生長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

對酵母菌類而言，采用超高壓處理時pH值并不是重要的因素CompanyLogo（5）食品成分和添加物營養(yǎng)豐富環(huán)境中微生物的耐壓性較強，蛋白質(zhì)、碳水化合物、脂類和鹽分對微生物具有緩沖保護作用，而且這些營養(yǎng)物質(zhì)加速了微生物的繁殖和自我修復功能；

食品基質(zhì)含有的添加劑組分對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；CompanyLogo1、超高壓對蛋白質(zhì)和酶的影響2、超高壓對淀粉的影響3、超高壓對脂類的影響4、超高壓對維生素的影響5、超高壓對風味物質(zhì)和色素的影響6、超高壓改善食品品質(zhì)實例第二節(jié)：超高壓對食品品質(zhì)的影響CompanyLogo1.超高壓對蛋白質(zhì)和酶的影響壓力導致：①鹽鍵、離子鍵及部分疏水鍵等非共價鍵破壞；②共價鍵的可壓縮性小，對壓力的變化不敏感；

③適當壓力（＜150MPa）能促進低聚蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)解離，接著可能導致亞單位的聚合或沉淀（＞200MPa）CompanyLogo1.超高壓對蛋白質(zhì)和酶的影響超高壓（＜700MPa）對酶的一級結(jié)構(gòu)無影響，但會破壞其二級結(jié)構(gòu)、三級結(jié)構(gòu)和四級結(jié)構(gòu)；超高壓迫使蛋白質(zhì)的原始結(jié)構(gòu)伸展，分子從有序而緊密的構(gòu)造轉(zhuǎn)變?yōu)闊o序而松散的構(gòu)造，或發(fā)生變形，活性中心受到破壞，失去生物活性……CompanyLogo1.超高壓對蛋白質(zhì)和酶的影響

利用壓力對蛋白質(zhì)的影響作用可應用于食品加工處理和保藏的范圍：

①通過解鏈和聚合（低溫凝膠化、肌肉蛋白質(zhì)在低鹽或無鹽時形成凝膠、乳化食品中流變性變化）對質(zhì)地和結(jié)構(gòu)的重組；②通過解鏈、離解或蛋白質(zhì)水解提高肉的嫩度；CompanyLogo1.超高壓對蛋白質(zhì)和酶的影響③通過解鏈（即蛋白質(zhì)酶抑制劑、漂燙蔬菜）鈍化毒物和酶；④通過解鏈增加蛋白質(zhì)食品對蛋白酶的敏感度，提高可消化性和降低過敏性；⑤通過解鏈增加蛋白質(zhì)結(jié)合特種配基的能力，增加分子表面疏水特性，能夠結(jié)合風味物質(zhì)、色素、維生素、無機化合物和鹽等……CompanyLogo1.超高壓對蛋白質(zhì)和酶的影響⑥利用高壓處理可使果蔬中一些酶被激活或失活，對于食品的色澤、香味及品質(zhì)都有很大的提高。

CompanyLogo2.超高壓對淀粉的影響在常溫下把淀粉加壓到400-600MPa，淀粉顆粒將會：①溶脹分裂；②晶體結(jié)構(gòu)遭到某種程度的破壞；③內(nèi)部有序態(tài)分子間的氫鍵斷裂，分散成無序的狀態(tài)，即淀粉糊化為α-淀粉高壓處理可提高淀粉對淀粉酶的敏感性，從而提高淀粉的消化率；提高淀粉的膠凝溫度……CompanyLogo2.超高壓對淀粉的影響與熱處理相比，超高壓對淀粉的作用特點為：高壓使淀粉粒膨脹卻不破裂；

超高壓所致完全糊化的淀粉無老化現(xiàn)象，而超高壓所致的未完全糊化的淀粉有老化現(xiàn)象；低于700MPa的壓力時淀粉不會產(chǎn)生類似熱加工的變色……CompanyLogo2.超高壓對淀粉的影響超高壓可改善陳米的品質(zhì)：

陳米在20℃吸水潤濕后在50～300MPa處理10min，再按常規(guī)煮制成飯，其硬度下降、黏度上升、平衡值提高到新米范圍，同時光澤和香氣也得到改良。還可縮短煮制時間。CompanyLogo3.超高壓對脂類的影響高壓對脂類的影響是可逆的：室溫下，呈液態(tài)的脂肪在高壓下（100~200MPa）基本可固化，發(fā)生相變結(jié)晶，促使更稠、更穩(wěn)定的脂類晶體形成；不過解壓后仍會復原，只是對油脂的氧化有一定的影響。

CompanyLogo4.超高壓對維生素的影響一般情況下，還原型維生素C含量經(jīng)高壓處理后出現(xiàn)了下降和上升兩種情況：

①Fe3+對于維生素C的降解起著重要作用，在高壓下會更加明顯；②Cu2+的存在，在高壓下會激活銅酶，銅酶是維生素C降解的重要酶類之一。

總體來看，高壓處理對維生素C的影響很小。CompanyLogo5.高壓對風味物質(zhì)、色素等的影響食品中的風味物質(zhì)、維生素、色素及各種小分子物質(zhì)結(jié)合狀態(tài)為共價鍵的形式，故而高壓處理過程對其幾乎沒有影響；食品的黏度、均勻性及結(jié)構(gòu)等特性對高壓較為敏感，但這些變化往往是有益的……CompanyLogo6.高壓對改善食品品質(zhì)實例CompanyLogo設備投資大，批處理量小，造成產(chǎn)品成本過高；工程材料、機械制造、物理、化學、生物等多學科和領域的理論和技術的合成，超高壓科學的理論體系尚不完善，設備制造精度和材料性能的要求很高；我國相關的食品法規(guī)規(guī)定的是以熱加工為基礎的標準參數(shù)，這就制約了高壓食品的研究和推廣；食品工業(yè)仍然是食品原料的初加工，而不是深加工食品，至少還不是以工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)的食品。四、發(fā)展與現(xiàn)狀我國超高壓食品技術面臨的問題CompanyLogo參考文獻潘見,曾慶梅等.草莓汁的超高壓殺菌研究[J].食品科學,2004，25(1):31-34.CarlaM.Wolbang,JacquelineL.Fitos,MichaelT.Treeby.TheeffectofhighpressureprocessingonnutritionalvalueandqualityattributesofCucumismelonL.InnovativeFoodScienceandEmergingTechnologies,9:196～200.Matser,A.M.,etal,