超高壓技術(shù)在食品化工中的重要應(yīng)用

孫蓓 朱中原 王龍剛(.江蘇省徐州醫(yī)藥高等職業(yè)學(xué)校，江蘇 徐州 000；.江蘇聯(lián)益生物科技有限公司，江蘇 淮安 700)

0 引言

食品行業(yè)的發(fā)展離不開殺菌技術(shù)的支持，為了提升食品在包裝中的安全性和保質(zhì)期，促使其在銷售過程中持久保持可靠狀態(tài)，眾多食品化工企業(yè)始終在研究滅菌保質(zhì)的技術(shù)。高溫蒸煮、瞬時超高溫、巴氏殺菌等技術(shù)在肉制品、乳制品等食品加工的過程中得到了廣泛應(yīng)用，可以有效實現(xiàn)對食品中細(xì)菌的滅活處理。然而，高溫在滅殺食品中細(xì)菌的同時也導(dǎo)致其中的一些熱敏性的營養(yǎng)成分流失，導(dǎo)致食品價值受到影響。超高壓這一技術(shù)可以在不加熱、不添加防腐劑的情況下將各類對人體有害以及對食品保質(zhì)期有害的微生物消滅，對食品行業(yè)的發(fā)展具有積極意義。

1 超高壓技術(shù)概述

超高壓技術(shù)當(dāng)前在石油化工、材料制造、靜壓處理、粉末冶金、地球物理等眾多領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用，本文主要針對其在食品化工領(lǐng)域中的發(fā)展應(yīng)用情況展開分析。在利用超高壓技術(shù)對食品進(jìn)行加工處理的過程中，操作人員通常會將食品于容器中密封，在常溫或溫度稍高的情況下(低于60℃)設(shè)置油或水等液體傳壓介質(zhì)，并為介質(zhì)施加100至1000MPa的壓力，使得各類有害的微生物在超高壓力的作用下失去活性，實現(xiàn)食品加工的目的。

超高壓技術(shù)作為一項新技術(shù)在食品化工領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用，其工作過程中不會對食品加熱也不會將防腐劑等影響食品安全的化學(xué)試劑加入到食品之中，通過高壓實現(xiàn)對細(xì)菌等微生物細(xì)胞狀態(tài)的破壞，起到滅菌的效果，實現(xiàn)對食品安全的保護(hù)并提升食品的保質(zhì)期。同時，超高壓技術(shù)在應(yīng)用過程中不會導(dǎo)致食品所處的環(huán)境溫度產(chǎn)生較大的變化，可以確保食品中各類營養(yǎng)成分，尤其是對溫度較為敏感的營養(yǎng)成分不會在這一過程中出現(xiàn)共價鍵被破壞的情況，從而實現(xiàn)對食品色香味以及營養(yǎng)功能效果的良好保存[1]。操作簡單、工藝安全、環(huán)保的超高壓技術(shù)在食品化工行業(yè)中具有較為寬廣的前景和發(fā)展?jié)摿?，無論是方便密封的價格還是水果蔬菜的處理，又或者是乳制品、肉制品的價格，超高壓技術(shù)都得到了良好應(yīng)用，為食品行業(yè)創(chuàng)造了更多效益。

2 超高壓在食品化工加工技術(shù)中的發(fā)展?fàn)顩r

超高壓技術(shù)當(dāng)前在世界范圍內(nèi)都得到了研究應(yīng)用，各國針對其開展了不同方向和程度的研究。其中，美國首先研發(fā)了這一技術(shù)，日本在超高壓技術(shù)的基礎(chǔ)上研發(fā)了將其應(yīng)用于食品加工、食品銷售領(lǐng)域，而國內(nèi)尚未在食品化工領(lǐng)域?qū)⒊邏杭夹g(shù)發(fā)展至成熟階段。在當(dāng)前的技術(shù)研究過程中，國內(nèi)主要的超高壓技術(shù)及設(shè)備研發(fā)單位主要是包頭科發(fā)，其發(fā)展效率受限于國外設(shè)備的超高價格，在利用超高壓設(shè)備加工產(chǎn)品的過程中必然需要考慮設(shè)備價格拉高的產(chǎn)品制造成本，對于這一技術(shù)的市場化應(yīng)用產(chǎn)生了一定影響。為此，相關(guān)企業(yè)或單位需要積極開展超高壓技術(shù)市場化應(yīng)用的研究，推進(jìn)相關(guān)技術(shù)和設(shè)備的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展[2]。

近年來，以包頭科發(fā)為首的一系列企業(yè)結(jié)合國內(nèi)外研究成果，自主研發(fā)了一系列的實驗加工設(shè)備，為超高壓設(shè)備及相關(guān)技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展積累了較多經(jīng)驗，在食品行業(yè)創(chuàng)新改進(jìn)、超高壓設(shè)備成本降低等發(fā)揮出重要作用。在食品化工行業(yè)之中，超高壓技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用相當(dāng)于一次技術(shù)革命，是一項極具社會價值的技術(shù)，也是當(dāng)前社會中的尖端技術(shù)和熱點技術(shù)。在食品安全領(lǐng)域，經(jīng)過超高壓處理過的食品可以避免經(jīng)受有害微生物的污染，可以在色香味及功能效果不受影響的情況下保持長久的可靠性，實現(xiàn)了對食品安全的可靠保證。

3 超高壓技術(shù)在食品化工中的應(yīng)用分析

3.1 超高壓技術(shù)在乳制品中的應(yīng)用

結(jié)合當(dāng)前市場銷售情況，乳制品主要以液態(tài)奶為主，市場通用的滅除液態(tài)奶細(xì)菌的方式主要有巴氏滅菌以及瞬時超高溫滅菌兩種類型。然而，上述兩種滅菌方式的應(yīng)用對促使液態(tài)奶中一些重要的蛋白質(zhì)(乳鐵蛋白、免疫球蛋白等)無法維持原有的功能效果，還會在處理過程中導(dǎo)致糠氨酸以及乳果糖等一系列的AGEs產(chǎn)物出現(xiàn)，對液態(tài)奶等乳制品的營養(yǎng)價值和功能效果產(chǎn)生不利影響。相對而言，不需要對乳制品進(jìn)行高溫處理的超高壓技術(shù)可以有效避免乳鐵蛋白等對溫度較為敏感的蛋白質(zhì)功能效果減弱。相關(guān)研究表明，經(jīng)過瞬時超高溫處理的生乳會含有比處理之前的牛乳更高的糠氨酸，增長幅度可達(dá)70倍左右，牛奶的品質(zhì)效果明顯降低。

當(dāng)前在乳制品制作過程中，超高壓技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵在于通過實驗研究對技術(shù)和設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)，從而提升滅殺乳制品中各類細(xì)菌等微生物的效果，確保乳制品具有較高的品質(zhì)。相關(guān)研究表明，菌落在超高壓的作用下死亡的概率可達(dá)97%，而且超高壓對于壓敏性的大腸菌群具有更良好的應(yīng)用效果，相關(guān)菌群會在400MPa壓力的作用下實現(xiàn)99%的致死效果；在不同的壓力數(shù)值下，菌群的數(shù)量變化情況有所不同，當(dāng)為乳制品施加200MPa至300MPa的壓力時，菌群的芽孢活性可能會在過程中被激活，進(jìn)而出現(xiàn)進(jìn)行數(shù)量增加這種影響處理效果的情況，而依靠正交試驗發(fā)現(xiàn)在55℃施加600MPa壓力20min的情況下，滅菌的效果最佳；大腸桿菌具有加強的壓力敏感性，企業(yè)在乳制品加工過程中可以在200MPa的壓力作用20min使其失去活性，實現(xiàn)食品加工標(biāo)準(zhǔn)的要求；對于傷寒沙門氏菌、金黃色葡萄球菌等可能引發(fā)人體疾病的耐高壓細(xì)菌，企業(yè)需要將壓力設(shè)置到600MPa以上方可將這些病菌滅活，確保乳制品的安全性。

乳制品在超市貨架上停留的時間與其保質(zhì)期有關(guān)，而保質(zhì)期則與致病菌存在較大的關(guān)聯(lián)。一般而言，乳制品主要具有低溫以及常溫兩種產(chǎn)品類型，其中前者的保存期限相對較短，往往不會超過一個月；而后者則可以保存半年到一年時間。常溫乳制品需要在進(jìn)入市場之前得到商業(yè)無菌相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，確保其可以在長久保存的情況下維持質(zhì)量的可靠性。然而，超高壓技術(shù)在市場化應(yīng)用的過程中難以對一部分致病細(xì)菌進(jìn)行滅活處理，導(dǎo)致其發(fā)展受到阻礙。當(dāng)前市場化應(yīng)用的經(jīng)由超高壓技術(shù)處理的乳制品主要有澳大利亞一企業(yè)生產(chǎn)的牛奶，這款牛奶具有0.051g/mL的脂肪以及0.039g/mL的蛋白質(zhì)，可以在1～4℃的低溫環(huán)境中存放5d。

牛奶等乳制品的品質(zhì)主要與產(chǎn)品內(nèi)部脂肪以及蛋白質(zhì)的比例存在較大的關(guān)聯(lián)，而蛋白質(zhì)這一物質(zhì)主要由耐熱性良好的酪蛋白和耐熱性較差的乳清蛋白(乳球蛋白及乳白蛋白)組成，兩種的比例分別為80%和20%。相關(guān)研究成果表明，食品內(nèi)部的蛋白質(zhì)會在超高壓的作用下出現(xiàn)共價鍵斷裂的情況，受到影響的共價鍵主要為三級結(jié)構(gòu)和四級結(jié)構(gòu)，而一級結(jié)構(gòu)和二級結(jié)構(gòu)則不受影響。由此可以發(fā)現(xiàn)，牛奶中的蛋白質(zhì)會在超高壓的作用下出現(xiàn)酪蛋白直徑降低，溶解性增強的情況。脂肪在牛奶中的作用主要是提升牛奶的乳香味，其在牛奶中的存在形式為4μm左右直徑的球狀脂肪微粒，在超高壓技術(shù)的作用下，脂肪微粒會在過程中保持外膜的穩(wěn)定性，并使直徑維持在與生乳顆粒相近的狀態(tài)。

3.2 超高壓技術(shù)在果蔬產(chǎn)品中的應(yīng)用

當(dāng)前美國以及日本等發(fā)達(dá)國家已經(jīng)利用超高壓技術(shù)實現(xiàn)了果汁、果醬等果蔬產(chǎn)品的商業(yè)化生產(chǎn)。相關(guān)研究成果表明，經(jīng)過超高壓滅菌處理的果蔬產(chǎn)品可以保留比熱加工產(chǎn)品更多的維生素C，保留比率超過了95%；其中，番茄汁在400MPa壓力下作用15min可以保留93.6%左右的維生素C以及95.4%左右的番茄紅素；梨汁中含有的多酚氧化酶活性會在壓力的作用下升高，而隨著壓力的增加，活性增加至頂點的多酚氧化酶將會出現(xiàn)活性降低的趨勢，最終在500MPa壓力的重要性維持73%中的酶活性；土豆制品會在500MPa壓力的作用下出現(xiàn)脂肪氧化酶失活的情況，確保其在加工和儲存的過程中不會產(chǎn)生較多不良風(fēng)味；此外，超高壓還會對果蔬食品中的葉綠素含量以及胡蘿卜素含量等產(chǎn)生影響，起到良好的處理效果[3]。

果蔬食品的保質(zhì)期及食品安全是超高壓技術(shù)應(yīng)用過程中需要重點關(guān)注的內(nèi)容。相關(guān)研究表明，pH值3.79的蘋果汁會在400MPa的壓力處理15min之后，在4℃度的環(huán)境中保存7d時間；而pH值6.59的胡蘿卜汁在經(jīng)受400MPa的壓力處理45min之后，僅能在4℃的環(huán)境中保持3d時間；由此可以發(fā)現(xiàn)，酸性的食品在超高壓技術(shù)的應(yīng)用過程中可以取得更好的應(yīng)用效果。

3.3 超高壓技術(shù)在肉制品中的應(yīng)用

受限于肉制品色澤變化的復(fù)雜性，當(dāng)前超高壓技術(shù)在肉制品色澤的處理方面尚未得出具體的理論研究成果，但是部分人員研究發(fā)現(xiàn)，豬肉制作的糜凝膠色度會在壓力的作用下降低，而其亮度則會在壓力的作用下增加；鳙魚的色度也會在超高壓處理之后出現(xiàn)降低的情況。消費者在購買海鮮等肉制品的過程中，通常會更加關(guān)注食品的色澤，而色澤鮮艷程度相對熱加工技術(shù)較差的超高壓技術(shù)，往往會對肉制品的銷售產(chǎn)生不利影響。肉的嫩度是影響肉制品品質(zhì)效果的重要因素，嫩度的大小與肌肉蛋白內(nèi)部分子間的作用力存在一定關(guān)聯(lián)，而相互間的剪切作用力越低則嫩度越高。例如，將400MPa的壓力施加于綿羊肉并維持10min，羊肉的肌肉組織受到較大影響，其中的肌肉纖維出現(xiàn)降解和斷裂等情況，導(dǎo)致嫩度明顯提升。此外，超高壓技術(shù)還可以有效提升肉制品的保質(zhì)期并避免產(chǎn)生較多的不良風(fēng)味。

4 結(jié)語

相對于傳統(tǒng)的防腐劑、熱加工等處理技術(shù)，超高壓技術(shù)以其維持食品營養(yǎng)狀態(tài)、低碳環(huán)保等優(yōu)勢特點在食品化工領(lǐng)域中具有了較高的發(fā)展前景，然而受限于技術(shù)設(shè)備的超高價格，這一技術(shù)難以在市場中得到比熱加工技術(shù)更加廣泛的應(yīng)用。為此，相關(guān)企業(yè)和單位需要持續(xù)加強對相關(guān)材料和設(shè)備的研發(fā)，促使超高壓技術(shù)在乳制品、肉制品、果蔬等食品化工領(lǐng)域中得到更廣泛的應(yīng)用。