趙晗宇,張志祥,宣曉婷,向往,凌建剛,*
(1.寧波市惠貞書(shū)院,浙江寧波315016;2.寧波市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院,浙江寧波315040)
在科技與經(jīng)濟(jì)高速齊頭并進(jìn)、人民生活水平提高的社會(huì)背景下,“顏值”及營(yíng)養(yǎng)價(jià)值兼具的食品已成為一種普遍的社會(huì)需求與消費(fèi)熱門。但是,傳統(tǒng)熱加工技術(shù)由于存在致使食品感官品質(zhì)下降、營(yíng)養(yǎng)成分流失和理化性質(zhì)改變等諸多缺點(diǎn),已不適合人們?nèi)招略庐惖母咂焚|(zhì)食物要求。而超高壓加工技術(shù)(Ultra-high Pressure Technology)能夠最大限度保留食品的原有品質(zhì)與風(fēng)味,延長(zhǎng)食品保質(zhì)期并抑制有害物質(zhì)滋生,迎合了人們的新型食品消費(fèi)觀念,有效帶動(dòng)了食品加工行業(yè)的革新。
超高壓技術(shù),即在常溫或低溫環(huán)境中,通過(guò)施加100 MPa以上的壓力進(jìn)行處理的非熱加工技術(shù),目前已廣泛的應(yīng)用于合金、鋼鐵等材料加工業(yè)[1]。同時(shí),由于超高壓僅破壞低分子化合物的氫鍵、二硫鍵等較弱的非共價(jià)鍵,兼具滅菌、鈍酶、蛋白質(zhì)與淀粉變性、改變反應(yīng)速率、保鮮等功能,因此在果蔬[2-5]、肉類[6-9]、乳制品、水產(chǎn)[10-16]等食品加工領(lǐng)域展現(xiàn)出了廣闊的前景。美國(guó)、日本等少數(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家已將超高壓技術(shù)應(yīng)用于果醬、肉脯和果汁[2,17-20]等食品的生產(chǎn),我國(guó)也在通過(guò)組合高壓容器及對(duì)高壓容器進(jìn)行優(yōu)化等措施積極地對(duì)超高壓食品加工技術(shù)進(jìn)行探索施用[21]。
綜述國(guó)內(nèi)外超高壓食品加工領(lǐng)域的最新研究成果,重點(diǎn)分析超高壓技術(shù)對(duì)食品感官品質(zhì)、營(yíng)養(yǎng)成分及理化品質(zhì)的影響,探討基于超高壓食品加工的可行性與實(shí)效性,以期為此技術(shù)更好更廣泛地應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)和實(shí)際借鑒。
食品的感官品質(zhì),即人體器官感受到的食品品質(zhì)指標(biāo)的總和,其好壞直接決定了消費(fèi)者對(duì)于食品的第一印象,從而不同程度的激發(fā)人們的食欲與消費(fèi)欲望[20]。超高壓能夠良好地保持與改進(jìn)食品色澤、氣味、滋味、新鮮度和質(zhì)構(gòu)等指標(biāo),促進(jìn)食品品質(zhì)的提升,增強(qiáng)處理后食品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)性,提升消費(fèi)者的接納度與認(rèn)可度。
食品的顏色是最明顯、最直觀的感官品質(zhì)之一。有國(guó)外研究發(fā)現(xiàn)超高壓處理不會(huì)引起果蔬顏色(紅綠色a*、黃藍(lán)色b*等顏色參數(shù))的變化[21]。林怡等[22]對(duì)貯藏期間超高壓加工食品的感官品質(zhì)進(jìn)行了研究,發(fā)現(xiàn)超高壓具有優(yōu)良的天然色澤保留性,儲(chǔ)藏過(guò)程中可以有效抑制楊梅果肉的色變,并長(zhǎng)時(shí)間維持其品質(zhì)。而通過(guò)比對(duì)Prestamo、Arroyo等研究多種蔬菜經(jīng)超高壓處理后色澤的變化,發(fā)現(xiàn)少數(shù)蔬菜,如萵苣[23]、菠菜[24]等綠色果蔬的色澤外觀會(huì)發(fā)生輕微改變。這是因?yàn)槌邏耗芗ぐl(fā)或抑制分解葉綠素的相關(guān)酶,從而使葉綠素的降解受到影響。
超高壓加工對(duì)肉類色澤的保留方面也具有成效。Grossi[25]指出超高壓能夠使法蘭克福香腸的亮度升高,紅度降低,但變化微小。另有研究對(duì)超高壓處理后鱈魚(yú)色澤的變化實(shí)驗(yàn)得到了相似的結(jié)論[26]。此外,Mor-Mur等[27]進(jìn)一步證實(shí)超高壓對(duì)熟的香腸肉的色澤影響也較小?;谙M(fèi)者對(duì)營(yíng)養(yǎng)、健康、安全食品的追求日趨強(qiáng)烈,超高壓對(duì)于食品原有色澤的盡可能維持可迎合消費(fèi)者的需求,提高食物商品的銷量,增加消費(fèi)者認(rèn)可度。但是目前針對(duì)超高壓對(duì)食物色澤的影響大多集中在食品貯藏期色澤的改變情況及一些關(guān)鍵酶活的影響上,其機(jī)理尚待進(jìn)一步明確。
食品的質(zhì)構(gòu)包括硬度、嫩度、咀嚼性,受其化學(xué)組成、組織結(jié)構(gòu)控制。超高壓能夠通過(guò)改變食品中的生物大分子結(jié)構(gòu),引起質(zhì)構(gòu)的變化。硬度,即使物體保持原有形態(tài)的內(nèi)部作用力及其相關(guān)性質(zhì)[28],是消費(fèi)者在食用食物時(shí)判斷品質(zhì)好壞的重要指標(biāo)之一。袁超[28]發(fā)現(xiàn)超高壓處理后的牡蠣在儲(chǔ)藏期間硬度雖略有下降,但相比熱處理組變化幅度較小。然而進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn),食物硬度的降低并不隨壓力增加呈正相關(guān)變化。劉蓄瑾[29]在研究貝類的質(zhì)構(gòu)時(shí)得出了硬度隨壓力的增加而顯著下降再趨于平緩的結(jié)論。萵筍的硬度隨壓力變化也有類似的現(xiàn)象,萵筍硬度在300 MPa時(shí)急劇下降,在500 MPa時(shí)有所緩和。學(xué)者由此提出瞬間軟化點(diǎn)概念,并猜測(cè)其原因?yàn)榧?xì)胞的分離。
嫩度也是食品的重要指標(biāo)之一,對(duì)食品品質(zhì)的改善有著重要的意義。白艷紅等[8]對(duì)牛肉的超高壓實(shí)驗(yàn)得出,700 MPa時(shí)牛肉肌肉纖維組織結(jié)構(gòu)發(fā)生了顯著改變,其嫩度得到提升。這是由于超高壓會(huì)激發(fā)酶促反應(yīng),促使蛋白質(zhì)分解,從而破壞肌原纖維結(jié)構(gòu)。該學(xué)者深入研究發(fā)現(xiàn)牛的不同部位在高壓下嫩度的變化也不一致,外脊、里脊嫩化程度最高,頸肉的變化最不顯著[9]。
較熱處理而言,超高壓對(duì)硬度的影響較小,對(duì)食物嫩度的改善也有著重要意義,因此超高壓可作為延緩食物硬化、口感下降的有效途徑之一,在肉類、海鮮等食品加工領(lǐng)域有較大應(yīng)用價(jià)值。
在對(duì)食品的感官品質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí),糖度與質(zhì)地同樣是不可忽視的指標(biāo)。其決定了消費(fèi)者品嘗食物時(shí)的口感,從而會(huì)影響消費(fèi)者的購(gòu)買力。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),經(jīng)較高的壓力處理后的楊梅能夠保持較高水平的糖度,且明顯高于未處理組;在貯藏期間,較高壓力處理后的楊梅糖度也顯著高于其他組別,說(shuō)明超高壓有利于水果糖度的維持與保留[22]。一些研究表明超高壓對(duì)果蔬質(zhì)地的影響具有雙重效力,且以某臨界壓力為界;小于臨界壓力,質(zhì)地會(huì)隨著壓力升高而有所損失,超過(guò)臨界值后質(zhì)地逐漸回升。如超高壓作用下的櫻桃番茄在100 MPa~400 MPa區(qū)間明顯變軟,但在500 MPa~600 MPa附近硬度反而顯著提升[30]。
食品中的營(yíng)養(yǎng)成分是當(dāng)前消費(fèi)者所關(guān)注的重中之重。果蔬含蛋白質(zhì)、維生素、糖分等重要營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),食用果蔬有利于腸胃充分蠕動(dòng)消化,為身體免疫力的提高添磚加瓦。肉類中的氨基酸、脂質(zhì)等營(yíng)養(yǎng)成分則會(huì)形成肉類的香味物質(zhì),對(duì)肉類風(fēng)味的改良有重大意義。而傳統(tǒng)的熱加工方式會(huì)導(dǎo)致?tīng)I(yíng)養(yǎng)成分的流失,因此急需一種新型的加工方式。超高壓技術(shù)作為常溫加工技術(shù),對(duì)營(yíng)養(yǎng)成分的破壞較小,能夠迎合消費(fèi)者對(duì)“天然、營(yíng)養(yǎng)、安全”食品的心理需求。
蛋白質(zhì)是食品主要營(yíng)養(yǎng)成分之一,其與食品的物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)、感官品質(zhì)有重要聯(lián)系。在超高壓作用下,蛋白質(zhì)的分子體積、分子結(jié)構(gòu)以及功能(蛋白質(zhì)凝膠型、溶解性、乳化活性等)[6]產(chǎn)生變化,并由此改變食品的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值與加工方式。蛋白質(zhì)的主要功能性質(zhì)可分為:水化性質(zhì)(水分的保存程度及吸收程度、溶解性、濕潤(rùn)性、粘性和分散性等)、蛋白質(zhì)間的相互作用(蛋白質(zhì)凝膠化、沉淀作用等)以及表面性質(zhì)(起泡性、乳化性等)[31]。
2.1.1 水化性質(zhì)
超高壓能改變蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu),從而對(duì)其性質(zhì)和功能產(chǎn)生影響。有國(guó)外學(xué)者[32]提出超高壓技術(shù)能引起蛋白質(zhì)的可塑變形。Hayert等[33]的實(shí)驗(yàn)同樣驗(yàn)證了,在200MPa的壓力下,水分子會(huì)發(fā)生電離,并引起蛋白質(zhì)表面水化層發(fā)生改變。陳世達(dá)、朱艷杰等[34]采用100 MPa~300 MPa的壓力對(duì)養(yǎng)殖大黃魚(yú)魚(yú)肉進(jìn)行處理,并從樣品中提取水溶性、鹽溶性、酸溶性和堿溶性蛋白進(jìn)行蛋白質(zhì)含量的檢測(cè),發(fā)現(xiàn)蛋白持水能力總體呈下降趨勢(shì),且不同蛋白持水性變化不同。蛋白質(zhì)的持水性的下降對(duì)部分蛋白質(zhì)的變質(zhì)及腐敗具有有效的抑制作用。但在以雙孢菇為對(duì)象進(jìn)行的超高壓處理對(duì)蛋白質(zhì)影響實(shí)驗(yàn)中,粗蛋白的含水量卻出現(xiàn)先升高后降低[35]的結(jié)果,這可能是食品種類不一、實(shí)驗(yàn)室條件不同所造成的差異。
2.1.2 蛋白質(zhì)相互間作用力
有研究表明,在超高壓的影響下,水分子能夠進(jìn)入蛋白質(zhì)內(nèi)部的疏水區(qū),從而改變?cè)搮^(qū)內(nèi)部氨基酸間的相互作用力[33]。通過(guò)郭麗萍等[6]對(duì)絞碎豬肉樣品的蛋白質(zhì)分子間相互作用力的研究,超高壓表現(xiàn)出了具有改變蛋白質(zhì)間的靜電相互作用、疏水作用的功效,此變化會(huì)引起食品品質(zhì)及加工性能的轉(zhuǎn)變。而趙偉等[36]在探究超高壓對(duì)牡蠣中所含的蛋白質(zhì)變性時(shí)同樣得到了驗(yàn)證。
2.1.3 表面性質(zhì)
在對(duì)豆?jié){的超高壓研究中發(fā)現(xiàn),隨著壓力的升高,其乳化能力有所降低,乳化穩(wěn)定性卻逐步上升。但在以大豆分離蛋白溶液為實(shí)驗(yàn)對(duì)象的研究中,其乳化性能卻呈上升趨勢(shì)。這是由于超高壓促進(jìn)了大豆分離蛋白溶液中蛋白質(zhì)的降解與延展,從而擴(kuò)大其表面積并導(dǎo)致疏水基團(tuán)暴露。而豆?jié){乳化能力的降低則是油脂的部分析出與蛋白質(zhì)的凝聚所導(dǎo)致的[31]。另有實(shí)驗(yàn)同樣得出二疏水基團(tuán)的暴露導(dǎo)致蛋白質(zhì)起泡性的改善這一結(jié)論,也驗(yàn)證了超高壓對(duì)蛋白質(zhì)的表面性質(zhì)能夠產(chǎn)生影響[6]。
超高壓能夠引起蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的變化,從而延長(zhǎng)食品保質(zhì)期、貨架期,提升了食品口感及營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。然而,食物中的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜多樣,功能差異顯著,故超高壓對(duì)蛋白質(zhì)變性需要進(jìn)一步的系統(tǒng)研究
脂質(zhì)為肉類、水產(chǎn)等食品中的重要營(yíng)養(yǎng)成分,含脂食物的氧化、酸化、劣變等成為了食品口感下降、食物腐敗變質(zhì)的罪魁禍?zhǔn)字弧3邏阂部赡軐?duì)食品品質(zhì)造成不利影響,通過(guò)加速肉中的脂肪氧化、改變脂肪酸的組成、改變脂肪含量等方式降低脂肪穩(wěn)定性[7,37-38]。
黃甜等[38]指出當(dāng)壓力達(dá)到400 MPa時(shí)豬肉脂肪氧化速率變化顯著,這是由于超高壓導(dǎo)致肌動(dòng)蛋白、肌紅蛋白、肌內(nèi)肌球蛋白等蛋白質(zhì)變性從而釋放出金屬離子(鐵和銅),發(fā)生催化氧化反應(yīng)。此外,國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)超高壓結(jié)合熱處理也能對(duì)脂肪氧化產(chǎn)生影響。Ma等[39]曾報(bào)道在40℃或60℃的溫度下,雞肉的硫代巴比妥酸(thiobarbituric acid,TBA)顯著升高。關(guān)于超高壓對(duì)脂肪含量及脂肪酸組成的研究則相對(duì)零散[40]。Cruz-Romero等[41]發(fā)現(xiàn)牡蠣肉在超高壓下的上述兩項(xiàng)指標(biāo)均無(wú)明顯變化,在對(duì)牦牛肉等食品進(jìn)行的脂肪酸組成實(shí)驗(yàn)中也得到了相似結(jié)論[42]。Zhi F等[43]細(xì)化指出不同類型的脂肪對(duì)壓力的改變反應(yīng)不同,如豬肉肌內(nèi)脂肪的含量在500 MPa的高壓下沒(méi)有顯著變化,但肌內(nèi)脂肪酸中的磷脂含量卻明顯改變。為了使超高壓食品加工技術(shù)能夠更安全更廣泛的在食品領(lǐng)域進(jìn)行應(yīng)用,其對(duì)脂肪含量、脂肪酸組成的影響機(jī)理需要更多實(shí)驗(yàn)探索與研究。
除了蛋白質(zhì)與脂質(zhì),維生素在食品品質(zhì)的提升及消費(fèi)者健康改善方面也占據(jù)了舉足輕重的地位,是必需由食物中獲得的、維持身體健康的必備有機(jī)物。由此可見(jiàn)超高壓對(duì)其的保留功能尤為重要。研究表明超高壓對(duì)果蔬維生素含量的影響不顯著。許秀舉等[44]將去籽花萊柿密封于100 MPa~1 000 MPa的壓力下,實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示花萊柿隨著壓力不斷的升高其維生素C的含量基本保持不變。獼猴桃果肉飲料維生素C在超高壓處理后也幾乎不損失[17]。并且,研究者進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)超高壓處理后的果汁中維生素C含量相比熱處理能在維持在90%以上的高水平[45]。
同樣的,李廣鵬[46]研究了超高壓技術(shù)對(duì)白蘿卜的感官品質(zhì)的影響,并得出了其維生素C含量在處理前后無(wú)顯著變化,因而超高壓加工可保存其原始天然營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的結(jié)論。
研究超高壓對(duì)維生素及水分的影響有利于其在多汁食物、富含維生素食物如鮮果、蔬菜等食物加工領(lǐng)域更有效的應(yīng)用。
超高壓能夠使食物中一些理化反應(yīng)速率發(fā)生變化、調(diào)控某些酶的活性,在肉類、水產(chǎn)、果蔬等加工領(lǐng)域中起著舉足輕重的作用。研究其對(duì)食品理化品質(zhì)的影響對(duì)延長(zhǎng)食品保質(zhì)期、改良風(fēng)味有著重要意義。
pH值對(duì)食品的色澤、質(zhì)構(gòu)、風(fēng)味物質(zhì)和貨架期等均有重大影響,因此其也成為了評(píng)判食品好壞的首要指標(biāo)。在對(duì)果蔬類食品,尤其是鮮果飲品的pH值測(cè)定中,胡柚汁等果汁的pH值均不隨壓力升降有較明顯變化[18]。450 MPa超高壓處理后的魚(yú)肉在其貯藏期間pH值也基本保持不變,從而使其貯藏品質(zhì)得以提升。朱兆娜等[14]在對(duì)冰溫保險(xiǎn)牛肉的超高壓實(shí)驗(yàn)中同樣得到了類似結(jié)論。這是由于超高壓可使蛋白質(zhì)在貯藏期間保持原有性質(zhì)而不腐敗變質(zhì),從而利于遏制氨及胺類堿性物質(zhì)的釋放速度,控制pH值不再顯著增加。而對(duì)于凍藏食品,王洋等[47]在對(duì)法蘭克福香腸進(jìn)行的研究中,發(fā)現(xiàn)超高壓能有效減慢貯藏期間法蘭克福香腸pH值的下降速度。經(jīng)超高壓處理的冷凍草魚(yú)魚(yú)糜的pH值也在貯藏后期趨于穩(wěn)定。上述實(shí)驗(yàn)均表明超高壓能夠延遲了肉類的變質(zhì)時(shí)間,使其能夠較長(zhǎng)時(shí)間的保持新鮮。
然而,鄧記松的實(shí)驗(yàn)表明,鱸魚(yú)魚(yú)肉的pH值隨著壓力增大而升高,這可能是由于食品品種存在差異,鱸魚(yú)魚(yú)肉在高壓作用下蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)發(fā)生改變,氨基和羧基發(fā)生脫離所引起的[13]。
水分對(duì)食品多汁飽滿的口感起到了關(guān)鍵的作用。在對(duì)水分含量變化的研究中,秦影等[12]將大黃魚(yú)魚(yú)糜進(jìn)行分組離心測(cè)定保水率,發(fā)現(xiàn)超高壓能夠改變水分狀態(tài),即增加大黃魚(yú)魚(yú)糜保水率、增強(qiáng)不易流動(dòng)水的流動(dòng)性以及使結(jié)合水的相對(duì)比例明顯增長(zhǎng)。經(jīng)超高壓處理的草魚(yú)魚(yú)糜持水性也呈總體良好狀態(tài)。在100MPa~400 MPa的壓力作用下,魚(yú)糜持水性隨壓力升高呈正相關(guān)增長(zhǎng),且超高壓還可阻礙草魚(yú)魚(yú)糜保存期持水性的降低[14]。這是由于在一定壓力范圍內(nèi),超高壓可以促進(jìn)蛋白質(zhì)發(fā)生變性,從而保持了其中的水分[48-49]。在對(duì)水果的研究中,實(shí)驗(yàn)者指出超高壓雖然在一定時(shí)期會(huì)加劇楊梅的汁水流失,但從長(zhǎng)期來(lái)看能有效保持果肉內(nèi)的水分。
高壓加工后的香腸的TVB-N在冷藏前期呈降低趨勢(shì),研究者分析可能是部分因超高壓產(chǎn)生的蛋白質(zhì)水解,并溶解了其中的部分氨及胺類易揮發(fā)的堿性物質(zhì)造成的[47]。在以草魚(yú)魚(yú)糜為對(duì)象的實(shí)驗(yàn)中,樣品經(jīng)漂洗攪拌后被分別處以200 MPa~500 MPa的超高壓,實(shí)驗(yàn)人員觀察樣品在-18℃條件時(shí)TVB-N的變化情況。研究者不僅發(fā)現(xiàn)經(jīng)超高壓處理的魚(yú)糜的TVB-N含量與未處理組相比顯著降低,其增加速度更是與壓力成負(fù)相關(guān)[14]。除此之外,有研究表明,未處理的牡蠣在貯藏10天后就已不再符合生鮮牡蠣新鮮度規(guī)定范圍,而超高壓處理后的樣品在第20天時(shí)仍能保證限定標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)的新鮮度。超高壓能減緩TVB-N值的增加,這與研究人員對(duì)牡蠣和鮑魚(yú)微生物進(jìn)行的檢測(cè)結(jié)果一致[28]。
TVB-N作為微生物代謝產(chǎn)物,可作為微生物生長(zhǎng)情況的重要判定指標(biāo),對(duì)于食品安全性、新鮮度與可食用性的保障有重要意義。綜上可得,超高壓處理有著延長(zhǎng)生鮮食品貨架期與保質(zhì)期的重要功效,可在未來(lái)應(yīng)用于肉類、海鮮等食品的二次殺菌、長(zhǎng)期保鮮。
超高壓食品加工技術(shù)是一項(xiàng)新興的技術(shù),其在食品深度加工中具有廣泛而突出的優(yōu)勢(shì)。超高壓不僅能夠最大程度保持食品的原始風(fēng)味與營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),對(duì)食品感官品質(zhì)和理化品質(zhì)也具有重要影響。還能夠降低加工能耗,提高能源利用效率,減少環(huán)境污染,符合綠色發(fā)展理念。因此利用超高壓對(duì)食品進(jìn)行加工也是未來(lái)我國(guó)食品加工業(yè)的重要發(fā)展方向之一。
但是由于目前對(duì)于超高壓處理的機(jī)理研究與技術(shù)開(kāi)發(fā)正處于起步階段,導(dǎo)致超高壓加工在投資數(shù)額、體積、壓力轉(zhuǎn)變時(shí)間和生產(chǎn)連續(xù)性上仍存在諸多不足,因此,深入研究超高壓運(yùn)作機(jī)理、開(kāi)發(fā)新模型,完善理論體系將成為超高壓技術(shù)在食品加工領(lǐng)域大規(guī)模運(yùn)用的基本前提,而研發(fā)能夠快速升降壓力、耐壓性強(qiáng)、操作連續(xù)性好的設(shè)備也將成為一大研究方向[50]。對(duì)超高壓食品加工技術(shù)的進(jìn)一步研究與應(yīng)用,必將提高我國(guó)食品加工業(yè)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)性,帶動(dòng)我國(guó)加工產(chǎn)業(yè)的全新革命。
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