百歐博偉生物：研究證明應(yīng)用超高壓技術(shù)加工食品與傳統(tǒng)的熱加工技術(shù)相比，既可以有效地達(dá)到殺菌和滅活酶的目的，又能良好地保持原有的營養(yǎng)成分。本文綜述了超高壓技術(shù)對(duì)食品中微生物、酶的影響，并對(duì)超高壓滅活微生物、鈍化食品酶的機(jī)制進(jìn)行了闡述，最后對(duì)超高壓食品加工技術(shù)的發(fā)展前景進(jìn)行了展望。  

傳統(tǒng)的熱加工技術(shù)雖然在食品加工中應(yīng)用廣泛,但是由于它存在著破壞食物營養(yǎng)成分、造成能源浪費(fèi)等眾多問題,所以需要新的食品加工技術(shù)來克服熱加工技術(shù)的缺陷,超高壓技術(shù)作為一項(xiàng)物理冷加工技術(shù),恰恰順應(yīng)這一趨勢,成為近年來研究的熱點(diǎn)。超高壓加工是一個(gè)物理過程，在加工過程中使形成生物體結(jié)構(gòu)的氫鍵結(jié)合、離子鍵結(jié)合以及疏水鍵等非共價(jià)鍵結(jié)合發(fā)生變化，導(dǎo)致酶失活、微生物被殺死，但對(duì)食品中的色素、維生素、氨基酸、多肽等以共價(jià)鍵結(jié)合的小分子物質(zhì)的破壞作用較小，所以有著完好保留食品中的營養(yǎng)物質(zhì),保持食物自然風(fēng)味、增長食物保質(zhì)期、節(jié)約能源、食品衛(wèi)生安全性高、有利環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，經(jīng)超高壓處理的食品，符合現(xiàn)代食品“天然、營養(yǎng)、衛(wèi)生、安全”的發(fā)展方向，是一種有著很好發(fā)展前景的食品加工技術(shù)。

一、超高壓對(duì)微生物的影響

 根據(jù)目前的研究發(fā)現(xiàn)，超高壓滅菌的機(jī)制與破壞細(xì)菌的細(xì)胞壁和細(xì)胞膜，抑制酶的活性和DNA等遺傳物質(zhì)有關(guān)，高壓對(duì)細(xì)胞膜和細(xì)胞壁有一定的影響。在壓力作用下，細(xì)胞膜的磷脂雙層結(jié)構(gòu)的容積隨著每一磷脂分子橫切面積的縮小而收縮。加壓對(duì)細(xì)胞膜常常表現(xiàn)出通透性的變化和氨基酸攝取的受阻。當(dāng)壓力為20～40 MPa時(shí)，細(xì)胞壁會(huì)發(fā)生機(jī)械性斷裂而松懈；當(dāng)壓力為200 MPa時(shí)，細(xì)胞壁會(huì)因遭到破壞而導(dǎo)致微生物的細(xì)胞死亡。超高壓可以破壞非共價(jià)鍵,如破壞氫鍵之類弱結(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，高壓抑菌是由于主要酶類的變性。一般說來，超過300 MPa壓力引起酶類的變性是不可逆的，酶失活的主要原因是高壓引起的酶分子內(nèi)部結(jié)構(gòu)的破壞和活性部位上構(gòu)象的變化。由于高壓處理時(shí)料溫隨著加壓(卸壓) 而升高(降低),一般高壓處理每增加100 MPa 壓力,溫度升高2～4  ℃,故近年來也認(rèn)為超高壓對(duì)微生物的致死作用是壓縮熱和高壓聯(lián)合作用的結(jié)果。在超高壓滅菌過程中，滅菌效果受到壓力大小、加壓時(shí)間、施壓方式、處理溫度、微生物種類、食物本身的組成及添加物、pH 值和水分活度等許多因素的影響。   

潘慶梅等對(duì)西瓜汁的超高壓殺菌研究表明,在處理溫度為30 ℃和保壓時(shí)間為10 min 的條件下,大部分微生物在300 MPa下處理時(shí)即可殺滅,耐受壓力超過300 MPa的微生物數(shù)量不多。處理壓力為400 MPa ，同樣保壓10 min 時(shí),西瓜汁中菌落總數(shù)從12 000 cfu/mL減少到46 cfu/mL，在30 ℃，處理壓力達(dá)到或超過400 MPa時(shí),西瓜汁中微生物含量達(dá)到國家食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)要求。為了增強(qiáng)高壓殺菌效果，實(shí)驗(yàn)中還采用了脈動(dòng)施壓的方式對(duì)西瓜汁進(jìn)行超高壓殺菌處理，即以加壓—保壓(10 min) —卸壓—停頓(5 min)為一個(gè)高壓處理循環(huán),對(duì)處理西瓜汁樣品進(jìn)行多次循環(huán)高壓處理，在處理溫度為30 ℃的條件下,發(fā)現(xiàn)隨著脈動(dòng)施壓次數(shù)的增加,微生物存活量減少,但微生物存活量減少值與循環(huán)次數(shù)之間不是線性關(guān)系。田曉琴等研究了超高壓對(duì)鮮牛奶殺菌效果，影響超高壓處理鮮牛奶殺菌效果的主次因素依次為:處理壓力> 處理時(shí)間。超高壓處理鮮牛奶的處理工藝操作參數(shù)是:500 MPa下處理30 min，鮮牛奶中的細(xì)菌總數(shù)最少,殺菌。潘見等的研究發(fā)現(xiàn)在溫度為29 ℃下，草莓汁中大腸菌群對(duì)壓力非常敏感，壓力為350 MPa，保壓3 min 即可全部殺滅；霉菌和酵母菌較大腸菌群耐壓，壓力為350 MPa，保壓10 min，可全部殺滅；果汁中雖含多種耐壓菌，但經(jīng)500 MPa，保壓15 min處理，菌落總數(shù)還可降至30 cfu/mL，達(dá)到了國家食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)要求。

二、超高壓對(duì)食品中酶的影響

酶的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)，其生物活性與其三維結(jié)構(gòu)有關(guān)。酶的生物活性產(chǎn)生于活性中心,活性中心是由分子的三維結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的,即使是一個(gè)微小的變化也能導(dǎo)致活力的喪失,并改變酶的功能性質(zhì)。超高壓處理也是通過影響酶蛋白的三級(jí)結(jié)構(gòu)來影響其催化活性。由于蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)是形成酶活性中心的基礎(chǔ)，高壓作用導(dǎo)致三級(jí)結(jié)構(gòu)崩潰時(shí)，使酶活性中心的氨基酸組成發(fā)生改變或喪失活性中心，從而改變其催化活性。而在較低壓力值下時(shí)酶活的上升則被認(rèn)為是壓力產(chǎn)生的凝聚作用，完整的組織中酶和基質(zhì)經(jīng)常被隔離，而較低的壓力可以破壞這種隔離，使酶與基質(zhì)相接觸，加速酶促反應(yīng)。超高壓影響酶活性的因素主要與壓力及處理時(shí)間、體系溫度、體系pH值、介質(zhì)成分和酶的種類有關(guān)。

1、超高壓對(duì)過氧化物酶的影響  

過氧化物酶通常被認(rèn)為是食品熱處理中酶滅活的指示酶,也有著很強(qiáng)得耐壓性。曾慶梅等研究了超高壓處理對(duì)碭山梨汁中過氧化物酶活性的影響, 比較了不同試驗(yàn)壓力、處理溫度、保壓時(shí)間及pH值處理對(duì)酶活性的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明, 在處理溫度為50 ℃、保壓時(shí)間為10 min和梨汁pH值為5的條件下,300 MPa以下壓力范圍內(nèi)高壓處理酶被激活, 其活性增加；大于300 MPa時(shí)酶的活性隨壓力增大而下降。高壓處理時(shí), 溫度低于40 ℃對(duì)酶的活性影響不大；有效影響高壓處理的最小溫度為40 ℃。保壓時(shí)間超過10 min后時(shí)間延長對(duì)酶的活性影響甚微，認(rèn)為保壓時(shí)間不是影響酶活性的主要因素。pH 小于5或大于6時(shí)酶的活性降低；當(dāng)pH 值為6 時(shí), 梨汁中過氧化物酶最耐壓。處理?xiàng)l件為500 MPa、50 ℃、pH=3 和保壓10 min時(shí)可以較好地鈍化過氧化物酶活性。陳瑋等的研究發(fā)現(xiàn),在較低的壓力下(396 MPa)，胡蘿卜過氧化物酶的穩(wěn)定性較常壓下高，在506 MPa、40 ℃時(shí)則觀察不到再生，在600 MPa、45 ℃下幾乎鈍化，但超高壓對(duì)維生素C 或蛋白質(zhì)的失活沒有明顯的影響。溫度和壓力對(duì)胡蘿卜中過氧化物酶的鈍化有重要的作用。在溫度和壓力之間也有顯著的相互作用，胡蘿卜過氧化物酶的活性在所有的溫度下都隨著壓力的增加而逐漸減小,在胡蘿卜處理中超高壓結(jié)合輕微的加熱處理比在高溫下的熱處理更容易使過氧化物酶失活。

2、超高壓對(duì)多酚氧化酶的影響  

多酚氧化酶是水果中促進(jìn)褐變的主要酶類，也是耐高壓的酶類之一。趙光遠(yuǎn)等人研究發(fā)現(xiàn),使用超高壓技術(shù)單獨(dú)或協(xié)同加熱處理鮮榨梨汁，結(jié)果200～600 MPa 的壓力處理對(duì)果汁中多酚氧化酶活性影響不大，400 MPa的壓力對(duì)多酚氧化酶有激活作用；高于600 MPa的壓力使多酚氧化酶顯著失活,而且壓力協(xié)同熱處理對(duì)多酚氧化酶的失活作用強(qiáng)于壓力或熱的單獨(dú)處理。實(shí)驗(yàn)還研究了加入維生素C 對(duì)超高壓處理效果的影響，在500 MPa 以下對(duì)果汁中多酚氧化酶有激活作用，在600  MPa 以上或熱處理結(jié)合高壓時(shí)有鈍化多酚氧化酶的作用。500 MPa 60  ℃或750 MPa 50 ℃以上的處理?xiàng)l件可使鮮榨梨汁中的多酚氧化酶失去60 % 以上的活性，750 MPa 50 ℃的處理?xiàng)l件下果汁顏色變化不顯著。但維生素C對(duì)多酚氧化酶的作用機(jī)制還有待進(jìn)一步研究，可能與維生素C 影響酶的活性中心的結(jié)構(gòu)有關(guān)。證實(shí)梨的多酚氧化酶是耐高壓的酶，有效的控制酶促褐變需要結(jié)合添加防褐變劑、熱處理、低溫貯藏以及脫氣處理等其他手段。譚俊峰等人對(duì)超高壓處理后茶鮮葉多酚氧化酶比活性的測定結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在處理溫度為37 ℃，處理壓力在400 MPa以下時(shí)，茶鮮葉中多酚氧化酶比活性只稍有下降。當(dāng)壓力達(dá)到500 MPa時(shí)，多酚氧化酶比活性下降近50 %。600 MPa的壓力下，多酚氧化酶活性進(jìn)一步降低。經(jīng)500 MPa以上超高壓處理的茶鮮葉，多酚氧化酶比活性已發(fā)生顯著下降，若在殺青工藝前通過超高壓處理，則能使多酚氧化酶等酶活性受到部分抑制，后續(xù)加工過程便可通過使用較少的熱量達(dá)到抑制酶活性的目的，從而為地保留茶葉中的功能活性成分提供了條件。

三、展望

綜上所述，超高壓技術(shù)在食品滅菌、鈍化酶、保持營養(yǎng)素等方面都有著非常理想的效果。盡管這項(xiàng)新技術(shù)目前還存在著生產(chǎn)成本過高，研究理論尚不成熟等問題，但是由于它有著諸多的優(yōu)勢，在部分食品加工領(lǐng)域逐步取代傳統(tǒng)熱加工技術(shù)已成為可能，作為食品加工技術(shù)的新領(lǐng)域，超高壓加工技術(shù)在未來將得到更大的發(fā)展與應(yīng)用。

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