超高压杀菌技术

取自 食品百科全书

超高压杀菌

食品超高压技术（ultra—high pressure processing 简称UHP）是当前备受各国重视、广泛研究的一项食品高新技术，它可简称为高压技术（High pressure processing，简称HPP）或高静水压技术（High Hydrostatic process，简称HHP）。

一、 前言

传统的热加工在杀菌的同时也改变了食品的味道，风味及食品特有的其它特色，食品中的营养成分维生素遭到大量破坏或流失。

﹙一﹚、加压食品的概念

所谓“加压食品”是将食品密封于弹性容器或无菌泵系统中，以水或其它流体作为传递压力的媒介物，在高压（100MPa以上,常用400～600MPa）下和在常温或较低温度下（一般指在100℃以下）作用一段时间，以达到加工保藏的目的，而食品味道、风味和营养价值不受或很少受影响的一种加工方法。

﹙二﹚、加压食品的发展进程

在1899年一位美国化学家Bert Hite首次发现450MPa的高压能延长牛奶的保存期，他和他的同事做了大量研究工作，证实了高压对多种食品及饮料的灭菌效果；

上世纪八十年代，很多国家投入大量的人力物力财力开展高压食品加工的研究及应用。1986年日本京都大学农学博士林立凡教授发表了用高压加工食品的研究报告，随之而纷纷开展试验。到1989年在日本高压加工食品用试验机就达到了30台以上。 1991年4月日本明治屋食品公司举世首创的应用高压处理技术制造出来的果酱，因未受到传统式加工的热处理，其色香味与组织质地都与新鲜果肉相若而受到消费者欢迎。德国、美国及欧洲也参与了这方面的研究和竞争。据报道，韩国市场出现了高压加工的鲜果酱、果汁等。

可以说高压加工食品技术是目前世界食品加工业的一个高新技术，是食品长期保存技术上的一种震撼。

二、高压加工食品的原理

﹙一﹚、高压杀菌釜与高压杀菌:

在加热杀菌中，有将高压杀菌釜杀菌食品称之为高压杀菌食品,实为误称。因为加热介质的较高温度与其体系较高压力密不可分,在加热杀菌中，只要体系压力在常规范围内，其杀菌机制实为“热致”而非“压致”。高压杀菌食品是先将食品原料充填到塑料等柔软的容器中，密封后再投入到高压装置中加压处理,在常温或较低温度下达到杀菌效果。

﹙二﹚、食品加压处理的可行性:

食品物系是多成分的分散系，以水或油作为分散介质，它在物系中是连通的，故称为连续相。根据帕斯卡原理，压力在这些连续相内部的传递是均衡的、瞬时的。水等液体既是分散介质，又是压力的均衡传递介质。

食品加压处理的可行性，其关键在于采用如水之类液体作为传递压力的介质。如果水一旦变成了冰，它便失去了创造体系内部各点压力均衡的条件。在常温下，若给水施加高于1000MPa的压力，其状态便成为固态（VI状态的冰）。这一压力便是实施高压处理的压力上限。

﹙三﹚、蛋白质压力变性的原因:

迄今为止还没有关于高压对蛋白质一级结构影响的报道。二级结构是由肽链内和肽链间的氢键维持，一般高压有利于这一结构的稳定。三级结构是由于二级结构间相互作用而包接在一起形成球形，高压对三级结构有较大的影响。一些三级结构的球状蛋白体结合在一起形成四级结构，这一结构靠非共价键间的相互作用来维持，对压力非常敏感。蛋白质的高压变性起因于加压后溶液体积减少。高压下水和蛋白质等的结构都发生变化，水溶液整体体积减小。

﹙1﹚、高压对液体的压缩作用，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。

① 水在高压下体积只被压缩14%，随之而发生的热量也很少。

②蛋白质、淀粉原来的构造破坏、发生变性，酶失去机能，细菌也被杀死。

③食品中氨基酸、维生素、香气成分在高压下不发生变化。

﹙2﹚、高压可以引起细胞形状、细胞膜及细胞壁的结构和功能都发生了变化。

①当压力增加到405MPa时，酿酒酵母的细胞核结构和细胞质中的细胞器基本上已经变形；

②在506MPa下细胞核不能够再被识别；

③当压力得到405MPa时，核内物质从细胞中丢失；而当压力超过405MPa时；核内物质几乎完全丢失。

三、高压技术在食品保藏中的应用

﹙一﹚、高压对食品中营养成分的影响

1．高压对蛋白质的影响:高压使蛋白质变性,这是因为压力使蛋白质原始结构伸展,导致蛋白质体积的改变。变性压力一般为100-600MPa。

2.高压对淀粉及糖类的影响:高压可使淀粉改性.常温加压到400-600MPa,可使淀粉糊化而呈不透明的糊状物,且吸水量也发生改变。

3. 高压对油脂的影响:油脂类耐压程度低, 常温加压到100-200MPa,基本上变成固体,解除压力后可复原。

4. 高压对食品中其他成分的影响:高压对食品中的风味物质、维生素、色素及各种小分子物质的天然结构几乎没有影响。

﹙二﹚、高压处理影响因素

1. 压力的大小和受压时间:压力越高，杀菌效果越好；在相同压力下，延长受压时间并不一定能提高灭菌效果。

2. 微生物生长阶段对高压杀菌的影响:处于指数生长期的细菌比处于静止期细胞对压力反应更为敏感。

①革兰氏阳性G+的细菌比革兰氏阴性G－的细菌更具抗压性；

②孢子对压力的抵抗力则更强，可以在高达1000MPa的压力下生存；

③病毒对压力也有较强的抵抗力。

3. 与温度的关系:在低温或高温下,高压对微生物的影响加剧。大多数微生物在低温下耐压程度降低是因为压力使得低温下细胞内因冰晶体析出而破坏程度加剧,所以低温对高压杀菌有促进作用。温度高所需杀菌时间短是因为在一定温度下,微生物中蛋白质酶等成分均会发生一定程度的变性,因此,适当提高温度对高压杀菌也有促进作用。

4. 与pH的关系:压力会改变介质的PH值,且逐渐缩小微生物生长的PH范围。另外在食品允许的范围内,改变介质的PH,使微生物生长环境劣化,也会加速微生物的死亡。

5.食品成分对高压杀菌的影响:当食品中富含营养成分或含高盐高糖时,其杀菌速度有减慢的趋势,这是因为食品成分对细菌在高压下具有更好的保护作用。

﹙三﹚、应用典型范例

1.高压处理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,同时也增加了保藏性。

2. 高压处理在水产品加工中的应用:在600MPa下处理10 min,可保持水产品原有的新鲜风味。

3. 高压处理在果酱加工中的应用:在室温下以400-600MPa的压力对软包装密封果酱处理10-30 min,产品保持新鲜水果的口味、颜色和风味。

4.其它方面的应用:对低盐、无防腐剂的腌菜制品,经300-400MPa高压处理,可使酵母或霉菌致死,既提高了腌菜的保存期又保持了原有的生鲜特色。

四、加压食品的特点

1.高压处理技术可以创造新物性的食品素材。

2.高压可并用加热而创新食品加工方法。利用加压法以及广泛利用加热法可以开发适合各种食品的加工过程。

3.可利用为半调理食品加工。如上所述，高压可在保持食品原有风味的条件下进行杀菌，这种食品可简单加热后食用，扩大了半调理食品的用途。普及高压处理的半调理食品将会使饮食生活发生较大变化。

4.可以保持生鲜食品或发酵食品的风味，但应考虑压力处理可能带来的物性变化。

5.没有色香味及营养成分之劣变，相反的无法期待由加热产生之着色或香气之发生。

6.比热加工而言能耗较低。高压处理仅是水的压缩过程，比较安全，可以用油压泵瞬时传递压力，保持压力无需供给能量，因此高压处理能量消耗少于加热法

五、展望

﹙一﹚、超高压技术开发的重点

食品工业中超高压处理技术研究经过近10年的发展，在取得大量成果的基础上，目前开发的重点有以下几个方面：

1.加热和加压的相乘和拮抗效果的利用；

2.高压在食品化学反应方面的特殊效果利用；

3.植物细胞由于加压体积缩小，细胞膜功能消失，成为单纯的半透膜，可利用此特点来提取动植物的精华和制造咸菜等；

4.超高压酒类催陈技术；

5.加压装置成本的降低和高效率生产。

﹙二﹚、目前超高压技术存在的问题

1.由于超高压是基于对食品主成分水的压缩效果，它是利用了帕斯卡定律，因此对于不适合这一定律的干燥食品、粉状或粒状食品，不能采用超高压处理技术；

2.由于高压下食物的体积会缩小，故只能用软材料包装；

3.一些产芽抱的细菌，特别是低酸性食品中的肉毒梭茵，需在70℃以上加压到600MPa或加压到1000MMPa以上才能杀死；

4.酶因其分子量和分子结构不同，超高压下活性变化也不一样，故需加压到所有酶失活为止。若允许残存酶时为防止流通中质量下降需采用低温流通的方法；

5.超高压装置必须采用耐高压的金属材料和结构，故装置笨重，且基本建设费用高；

6.因反复加减压，高压密封体易损坏，加压容器易发生损伤，故实用的超高压装置目前压力在500MPa左右；

7.虽然已经进行了蛋白质、淀粉等天然高分子物质及微生物的基础研究，但实际应用时仍需根据加工的食品设定处理条件。

超高压食品加工技术虽然还有些问题需研究解决，但由于经超高压处理的食品更接近原来食品，具有爽脆、风味好、营养价值高等优点，所以有可能部分代替辐射杀菌和加热杀菌的方法。目前日、美、英、法等国正在积极开发这一高新技术，还将其用于研制军用食品。我国在食品加工方面也存在着许多希望以冷加工代替热加工的迫切问题，也许高压处理是目前解决问题的最好途径之一。抓住机遇，加快超高压技术的研究和应用，将有利于我们在国内和国际食品市场竞争中取得有利地位。

六、加压食品开发课题

高压处理技术是一种新技术，在工业化过程中也会出现新的课题，主要有：

（一）加热与加压并用

如何利用二者之关系产生理想之结果，值得进一步研究，可从下面几方面考虑：

1.杀菌:加热与加压组合使用可降低食品杀菌所需压力，例如将新鲜果汁适当加热就可以在较低的压力下进行杀菌。如果温度和压力选用不当往往会降低杀菌效果，出现压力保护热致死，或者热抵消压力致死的现象，除大肠杆菌外，病毒和蛋白质也会发生这种情况。

2.杀菌与物性的变化:在进行食品压力杀菌时常常要顾及食品物性变化，例如生鲜食品会由于压力发生物性变化。为了避免这一现象发生，需要严格设定压力和温度的条件。物性的变化也是热杀菌同样遇到的问题。

（二）产品风味之保存方法

加压产品可以保存原有之风味与色泽，但须注意的是其于食品贮藏过程中亦会受到光、氧、酶、温度等条件影响，且比生鲜状态更易变化。此外加热食品所遭遇之处理后品质变化问题，在加压食品加工过程或贮藏运输期间亦可能同样面临，同时更为迫切且重要。

（三）包装材料

为了防止加压产品伴随之变形及内容物漏失，避免其它如加热产生之变质问题，从食品包装的观点，新的包装材料必须受到重视和开发。

（四）高压装置的改良

高压装置有处理量少、设备成本高、使用寿命短等缺点。食品高压处理装置不能直接使用陶瓷等粉末材料冷压成型加工用的设备，需要从满足使用要求、经济性等粉末设计和制造合适的高压装置。