超高压保鲜.

第五章食品超高压保藏一、超高压保藏技术的概念食品超高压技术是指将软包装或散装的食品放入密封的、高强度的施加压力容器中，以水和矿物油作为传递压力的介质，施加高静压（100~1000MPa），在常温或较低温度（低于100℃）下维持一定时间后，达到杀菌、物料改性、产生新的组织结构、改变食品的品质和改变食品的某些物理化学反应速度的一种加工方法二、超高压保藏技术的原理1.超高压保藏技术的基本原理液体（水）在超高压作用下被压缩，而受压食品介质中的蛋白质、淀粉、酶等产生压力变性而被压缩，生物物质的高分子立体结构中非共价键结合部分（氢键、离子键和疏水键等相互作用），即物质结构发生变化，其结果是食品中的蛋白质呈凝固状变性、淀粉呈胶凝状糊化、酶失活、微生物死亡，或使之产生一些新物料改性和改变物料某些理化反应速度，故可长期保存而不变质2.超高压杀菌的原理（1）改变细胞形态极高的流体静压会影响细胞的形态，包括细胞外形变长，胞壁脱离细胞质膜，无膜结构细胞壁变厚。上述现象在一定压力下是可逆的，但当压力超过某一点时，便不可逆地使细胞的形态发生变化（2）影响细胞生物化学反应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（3）影响细胞内酶活力高压还会引起主要酶系的失活，一般来讲压力超过300MPa对蛋白质的变性将是不可逆的，酶的高压失活的根本机制是：①改变分子内部结构；②活性部位上构象发生变化通过影响微生物体内的酶，进而会对微生物基因机制产生影响，主要表现在由酶参与的DNA复制和转录步骤会因压力过高而中断（4）高压对细胞膜的影响在高压下，细胞膜磷脂分子的横切面减小，细胞膜双层结构的体积随之降低，细胞膜的通透性将被改变（5）高压对细胞壁的影响20~40MPa的压力能使较大细胞的细胞壁因受应力机械断裂而松解，200MPa的压力下细胞壁遭到破坏。真核微生物一般比原核微生物对压力较为敏感三、超高压技术处理食品的特点1.营养成分受影响小超高压处理的范围只对生物高分子物质立体结构中非共价键结合产生影响，因此对食品中维生素等营养成分和风味物质没有任何影响，最大限度地保持了其原有的营养成分，并容易被人体消化吸收2.产生新的组织结构，不会产生异味超高压处理可改变食品物质性质，改善食品高分子物质的构象，获得新型物性的食品超高压会消除传统的热加工引起共价键的形成或破坏所致的变色、发黄及加热过程出现的不愉快异味，如热臭等弊端3.利用超高压处理技术，原料的利用率高超高压处理过程是一个纯物理过程，瞬间压缩，作用均匀，操作安全卫生，无工业“三废”，耗能低，有利于生态环境的保护和可持续发展战略的推进超高压甜点食品4.超高压食品加工技术适用范围广，具有很好的开发推广前景应用于：各种食品的杀菌植物蛋白的组织化淀粉的糊化肉类品质的改善动物蛋白的变性处理乳产品的加工处理食品高压速冻酒类的催陈……四、影响超高压杀菌的主要因素1.压力大小和受压时间在一定范围内，压力越高，灭菌效果越好。在相同压力下，灭菌时间延长，灭菌效果也有一定程度的提高2.施压方式超高压灭菌方式有连续式、半连续式、间歇式。研究报道，同持续静压处理相比，阶段性压力变化处理杀菌效果较好对于易受芽孢菌污染的食物用超高压多次重复短时处理，杀灭芽孢效果好3.微生物的种类不同生长期的微生物对高压的反应不同处于指数生长期的微生物比处于静止生长期的微生物对压力反应更敏感革兰氏阳性菌比革兰氏阴性菌对压力更具抗性孢子对压力的抵抗力则更强革兰氏阳性菌中的芽孢杆菌属（Bacillus）和梭状芽孢杆菌属（Clostridum）的芽孢最为耐压芽孢壳的结构极其致密，使得芽孢类细菌具备了抵抗高压的能力，杀灭芽孢需更高的压力并结合其它处理方式4.温度由于微生物对温度有敏感性，在低温或高温下，高压对微生物的影响加剧，因此，在低温或高温下对食品进行高压处理具有较常温下处理更好的杀菌效果大多数微生物在低温下耐压程度降低的原因：①压力使得低温下细胞因冰晶析出而破裂程度加剧②蛋白质在低温下高压敏感性提高，致使此条件下蛋白质更易变性，菌体细胞膜的结构也更易损伤低温下高压处理对保持食品品质，尤其是减少热敏性成分的破坏较为有利在不同温度—压力组合下酵母菌死亡速率的等高线研究发现，除芽孢菌和金黄色葡萄球菌外，大多数的微生物在-20℃以下的高压杀菌效果较20℃时好适当提高温度对高压杀菌有促进作用针对芽孢菌的高耐压性，就现阶段研究来看，结合温度处理则是一种十分有效的杀菌手段5.pHpH是影响微生物在受压条件下生长的主要因素之一在受压条件下，培养基的pH有可能发生变化，细菌的最适pH范围也变得较为狭窄酸性条件下微生物的耐压性较差对酵母菌类而言，采用超高压处理时pH值并不是重要的因素6.水分活度（Aw）水分活度（Aw）对灭菌效果影响也很大。低Aw产生细胞收缩和对生长的抑制作用，从而使更多的细胞在压力中存活下来控制Aw无疑对高压杀菌，尤其是固态和半固态食品的保藏加工有重要意义7.食品本身的组成和添加物营养丰富环境中微生物的耐压性较强，蛋白质、碳水化合物、脂类和盐分对微生物具有缓冲保护作用，而且这些营养物质加速了微生物的繁殖和自我修复功能食品基质含有的添加剂组分对超高压灭菌影响很大，如添加脂肪酸酯、蔗糖酯或乙醇等添加剂，将提高加压杀菌的效果五、超高压对微生物的影响1.微生物超高压杀菌动力学曲线的形状大多数微生物在超静压杀菌时的死亡规律仍遵循一级反应动力学，杀菌曲线在半对数坐标中大部分呈直线超高压杀菌曲线的开始阶段均呈“肩形”，即表明杀菌在开始的阶段有一定的滞后在杀菌曲线的结束阶段（微生物数＜1000cfu/g时）又常有些“拖尾”细菌营养体和芽孢的超高压杀菌还经常出现杀菌速率不同的两个阶段研究发现在升压到指定值的短短几分钟内，微生物的灭活已经从恒速阶段转为降速阶段超高压加工的八宝饭2.微生物的耐压性一般来讲，革兰氏阳性菌营养体压力抵抗能力强于革兰氏阴性菌营养体在非芽孢的革兰氏阳性致病菌中，研究最多的对象菌是金黄色葡萄球菌（Staphyloccocusaureus）和单核细胞增生李斯特菌（Listeriamonocytogenes）从耐压性和食品安全性方面考虑，大肠杆菌O157：H7和沙门菌成为食品超高静压杀菌技术研究中必须关注的焦点之一肉毒梭状芽孢杆菌（C.botulinum）的芽孢是目前已知的最为耐压的微生物之一（1）非芽孢细菌的耐压性细菌的耐压性与处理时的温度有关，为超高静压与适当高温相结合的处理工艺提供了依据耐热的细菌通常都比热敏性的细菌耐压基于细菌菌种之间的差异以及悬浮分散介质的不同，细菌对压力的耐受能力也会各有不同细菌耐压性的差异不仅在于种属的不同，而且还与来源有关，同一种属的菌株之间也可能有较大差异革兰氏阳性菌超高压杀菌的指示菌：非致病性的无害李斯特菌代替食源性致病菌单核细胞增生李斯特菌革兰氏阴性菌超高压杀菌的指示菌：大肠杆菌科（Enterobacteriaceae）（2）细菌芽孢的耐压性一般认为，对于低酸性食品，压力应超过800MPa，否则超高压处理必须与热处理结合才能有效地杀灭细菌芽孢芽孢的耐压性和耐热性之间没有任何确定的关系对芽孢的灭菌可以采用两次超高静压处理法，第一次采用较低的压力处理促使芽孢发芽或者活化芽孢，第二次处理以较高的压力使得营养体细胞和发芽的芽孢失活超高压保鲜的牡蛎细菌的芽孢不仅极为耐压，而且其耐压性的水平差异很大。这种差异与形成芽孢的条件和压力处理的条件有关细菌芽孢超高压杀菌的指示菌：生芽孢梭状芽孢杆菌PA3679（ClostridiumsporogenesPA3679）或枯草芽孢杆菌（3）酵母和霉菌的耐压性霉菌的所有营养体细胞只需在相对低温和低压下处理几分钟后就可灭活；而子囊孢子则需要更高的压力霉菌超高压杀菌对象菌：曲霉类菌株（如黑曲霉）（4）病毒的耐压性为杀灭有害细菌而选择的压力条件（如400MPa）基本上能满足灭活大多数人类病毒的要求病毒超高压杀菌指示菌：噬菌体（如大肠杆菌噬菌体）（5）寄生虫的耐压性寄生虫的耐压性比细菌差食源性寄生虫超高压指示菌：非致病菌六、超高压对食品成分与品质的影响1.超高压对食品基本成分的影响（1）超高压对蛋白质的影响压力导致：①盐键及至少部分疏水键的破坏②氢键在某种程度上得到加强③共价键的可压缩性较小，对压力的变化不敏感对四级结构的影响：适当的压力（＜150MPa）能促进低聚蛋白质结构的解离，接着可能就是亚单位的聚合或沉淀（＞150~200MPa）对三级结构的影响：在200MPa以上的压力作用下发生显著的变化对二级结构的影响：在很高压力下（＞700MPa）发生变化，导致非可逆变性超高压（＜700MPa）对蛋白质一级结构无影响，有利于二级结构的稳定，但会破坏其三级结构和四级结构超高压迫使蛋白质的原始结构伸展，分子从有序而紧密的构造转变为无序而松散的构造，或发生变形，活性中心受到破坏，失去生物活性高压破坏蛋白质胶体溶液，使蛋白质凝集，形成凝胶蛋白质经过超高压处理，不论在色泽、光泽、风味、透明度上都取得了良好特性，同时在硬度、弹性上也具有很好的特性超高压可用于蛋白质的化学修饰以产生新的功能利用压力对蛋白质的影响作用可应用于食品加工处理和保藏的范围：①通过解链和聚合（低温凝胶化、肌肉蛋白质在低盐或无盐时形成凝胶、乳化食品中流变性变化）对质地和结构的重组②通过解链、离解或蛋白质水解提高肉的嫩度③通过解链（即蛋白质酶抑制剂、漂烫蔬菜）钝化毒物和酶④通过解链增加蛋白质食品对蛋白酶的敏感度，提高可消化性和降低过敏性⑤通过解链增加蛋白质结合特种配基的能力，增加分子表面疏水特性，能够结合风味物质、色素、维生素、无机化合物和盐等（2）超高压对食品中酶的影响酶受到高压作用后，维持其空间结构的盐键、氢键、疏水键等遭到破坏，从而使肽键分子伸展成不规则的线形多肽，使其活性部位不复存在，导致了酶的失活在100~200MPa的压力下酶的失活是可逆的，压力达到350MPa以上时，会使酶产生永久性的不可逆失活超高压对酶的作用效果可分为两方面：一方面较低的压力能激活一些酶；另一方面非常高的压力可导致酶失活利用高压处理可使果蔬中一些酶被激活或失活，对于食品的色泽、香味及品质都有很大的提高每种酶都存在最低失活压力，低于这个压力酶就不会失活，当超过这个压力时（在特定时间内）酶的失活速度会加速，直到完全失活对于一些酶又存在一个最高压力，高于此压力并不会导致酶的额外失活在相等的处理时间下，应用循环脉冲压力处理可以改善酶的失活（3）超高压对淀粉的影响在常温下把淀粉加压到400~600MPa，并保持一定的作用时间后，淀粉颗粒将会：①溶胀分裂；②晶体结构遭到某种程度的破坏；③内部有序态分子间的氢键断裂，分散成无序的状态，即淀粉糊化为α-淀粉高压处理可提高淀粉对淀粉酶的敏感性，从而提高淀粉的消化率超高压可以提高各种淀粉的胶凝温度与热处理相比，超高压对淀粉的作用特点为：高压使淀粉粒膨胀却不破裂；超高压所致完全糊化的淀粉无老化现象，而超高压所致的未完全糊化的淀粉有老化现象；低于700MPa的压力时淀粉不会产生类似热加工的变色超高压可改善陈米的品质：陈米在20℃吸水润湿后在50～300MPa处理10min，再按常规煮制成饭，其硬度下降、黏度上升、平衡值提高到新米范围，同时光泽和香气也得到改良。还可缩短煮制时间（4）超高压对脂类的影响高压对脂类的影响是可逆的室温下，呈液态的脂肪在高压下（100~200MPa）基本可固化，发生相变结晶，促使更稠、更稳定的脂类晶体形成；不过解压后仍会复原，只是对油脂的氧化有一定的影响（5）超高压对维生素的影响一般情况下，还原型维生素C含量经高压处理后出现了下降和上升两种情况Fe3+对于维生素C的降解起着重要作用，在高压下会更加明显Cu2+的存在，在高压下会激活铜酶，铜酶是维生素C降解的重要酶类之一在高压作用下，氧化型维生素C可能会转变成还原型维生素C总体来看，无论上升还是下降，其幅度都很小，可以认为高压处理对维生素C的影响