食品超高壓加工技術(shù)合規(guī)化歷程與展望

米 璐，徐貞貞，劉 鵬，王永濤，劉 文，廖小軍

（1.中國農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品科學(xué)與營養(yǎng)工程學(xué)院，食品非熱加工北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100083；2.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院 農(nóng)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)與檢測技術(shù)研究所，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100081；3.中國標(biāo)準(zhǔn)化研究院，北京 100088）

0 引言

超高壓技術(shù)（high pressure processing或ultra high pressure processing，HPP 或 UHP），又稱高靜壓技術(shù)（high hydrostatic pressure，HHP），是指在室溫條件下利用100～1 000 MPa的壓力處理食品，以達(dá)到殺菌、鈍酶和加工食品的目的［1］。相比于熱加工，超高壓加工為“物理加工”，只作用于對(duì)生物大分子立體結(jié)構(gòu)有貢獻(xiàn)的氫鍵、離子鍵和疏水鍵等非共價(jià)鍵，對(duì)維生素、色素和風(fēng)味物質(zhì)等小分子化合物的共價(jià)鍵無明顯影響，可保持或改善食品原有品質(zhì)［2-3］。

1899年，美國化學(xué)家HITE首次利用450 MPa高壓成功延長牛奶的貨架期［4］。1914年，美國物理學(xué)家BRIDGEMAN在利用超高壓對(duì)固體進(jìn)行宏觀物理性質(zhì)試驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)700 MPa高壓具有引起蛋白質(zhì)凝固的作用［5］。這些研究為超高壓技術(shù)在食品加工中的應(yīng)用奠定了理論基礎(chǔ)。經(jīng)過半個(gè)多世紀(jì)的研究，1990年4月，日本的超高壓加工食品“果醬”量產(chǎn)［6］；1997年，美國的Fresherized Foods公司生產(chǎn)的超高壓鱷梨醬市售。超高壓技術(shù)商業(yè)化的成功案例，引起全球，特別是發(fā)達(dá)國家學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的重視。

我國學(xué)者對(duì)超高壓加工技術(shù)的研究起步相對(duì)較晚，最早始于1995年［7］。經(jīng)過20多年的研究，已取得階段性的研究成果。我國超高壓加工設(shè)備研究起步于“十二五”期間，相較國外時(shí)間更晚。隨著超高壓設(shè)備國產(chǎn)化的突破，超高壓食品加工業(yè)在我國初步興起。目前全球超高壓設(shè)備應(yīng)用于果蔬加工（23%）、禽肉制品（23%）、果汁飲料（21%）、代加工（18%）、海產(chǎn)品（2%）、研究開發(fā)（8%）及其他。相比國外，目前我國超高壓食品類型有限，特別是相關(guān)法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)的空白導(dǎo)致新技術(shù)新產(chǎn)品無標(biāo)可依，給食品監(jiān)管帶來困難［8］，不利于超高壓加工技術(shù)的商業(yè)化推廣與應(yīng)用。

因此，本文從技術(shù)水平、裝備條件及產(chǎn)業(yè)需求3個(gè)維度全面探討我國超高壓加工食品合規(guī)化的迫切需求，闡述國外針對(duì)超高壓技術(shù)從技術(shù)爭議到技術(shù)許可全過程中的經(jīng)典案例。以期通過標(biāo)準(zhǔn)化推動(dòng)超高壓加工技術(shù)的合規(guī)化，突破該技術(shù)目前在我國的產(chǎn)業(yè)化瓶頸，并為其他非熱加工新技術(shù)的商業(yè)化推廣應(yīng)用提供參考依據(jù)。

1 我國超高壓加工食品合規(guī)化需求探討

2020年我國人均GDP超7萬元，即將步入富裕國家的行列，消費(fèi)者的關(guān)注點(diǎn)從食物安全、食品安全朝著注重營養(yǎng)與健康更加多元化的方向演變，亟待新型技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)食品產(chǎn)業(yè)升級(jí)。熱加工技術(shù)在食品加工過程中可以滿足安全標(biāo)準(zhǔn)，但食品的顏色、香氣、滋味、質(zhì)構(gòu)、營養(yǎng)和功能等會(huì)受到影響，而非熱加工技術(shù)在保障安全同時(shí)提高產(chǎn)品質(zhì)量，保持食品品質(zhì)。因此，超高壓加工技術(shù)受到越來越多關(guān)注和研究，關(guān)于其殺菌、調(diào)控酶活、物質(zhì)提取、食品改性、相互作用機(jī)理等方面的研究越來越多［9-13］。

1.1 技術(shù)水平成熟

目前，我國已報(bào)道開發(fā)的超高壓產(chǎn)品類型豐富，包括芒果汁、黃瓜汁、紅柚汁、庫爾勒梨汁、香蕉奶昔、果酒等果蔬汁及果蔬制品［14-17］，萵筍、菠菜等蔬菜，魚、蝦、貝類等水產(chǎn)品［18］，牛肉、豬肉等禽肉制品［19-20］，牛奶、酸奶等乳制品和傳統(tǒng)中式菜肴等預(yù)制調(diào)理食品［21-23］。

劉鳳霞［24］研究超高壓和蒸汽熱燙技術(shù)對(duì)芒果品質(zhì)及其關(guān)鍵內(nèi)源酶的影響，從而開發(fā)超高壓芒果汁加工新工藝，發(fā)現(xiàn)超高壓處理的芒果汁具有更好的品質(zhì)和風(fēng)味。趙靚［25］從細(xì)胞和分子水平上研究二氧化碳輔助超高壓對(duì)E.coli和S.aureus的殺菌效果，并將該技術(shù)應(yīng)用于黃瓜汁和蘋果汁中的自然菌群殺滅。高歌［26］通過研究超高壓處理對(duì)紅柚汁中的微生物和關(guān)鍵品質(zhì)的影響，開發(fā)出紅柚汁超高壓加工工藝。高辰哲［27］研究了超高壓處理對(duì)紅樹莓果酒殺菌效果的影響，分析處理前后感官、理化指標(biāo)等變化，并結(jié)合響應(yīng)面法探究出最佳殺菌工藝條件。除果蔬汁及其制品外，超高壓在乳制品中也有很多殺菌鈍酶的研究。鮑志英［28］研究超高壓處理前后牛乳中常見病原菌的變化情況，發(fā)現(xiàn)在初始菌數(shù)較低的情況下可達(dá)到完全滅菌效果。董薇［29］研究不同超高壓條件處理后酸馬奶的感官、生菌數(shù)及酶活等品質(zhì)變化，證明超高壓利于酸馬奶的品質(zhì)保持和貨架期延長。

姚佳［30］研究超高壓下鮮切萵筍質(zhì)構(gòu)的變化，利用細(xì)胞形態(tài)、細(xì)胞膜和細(xì)胞壁3個(gè)方面的變化闡明影響機(jī)制，為該技術(shù)在鮮切蔬菜中的應(yīng)用提供數(shù)據(jù)支撐。王蓉蓉［31］從植物生理角度探討超高壓保持綠色蔬菜顏色的可能機(jī)制，為超高壓技術(shù)在綠色蔬菜加工中的應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。邱春江［32］研究超高壓技術(shù)對(duì)鰱魚中脂肪氧合酶和肌原纖維蛋白的影響，證實(shí)經(jīng)該技術(shù)加工的魚糜與熱加工相比，具有較淡的魚腥味和較好的凝膠強(qiáng)度，為淡水魚深加工創(chuàng)造了新的可能性。楊茜［33］研究超高壓不同處理?xiàng)l件對(duì)冷藏帶魚關(guān)鍵品質(zhì)以及微生物的影響，發(fā)現(xiàn)超高壓技術(shù)可有效延長其貨架期。甘曉玲［34］發(fā)現(xiàn)超高壓技術(shù)對(duì)南美白對(duì)蝦蝦仁的顏色、硬度、pH值及可溶性蛋白質(zhì)含量的影響均低于熱處理，且超高壓技術(shù)達(dá)到同等加工效果時(shí)耗能更少。在水產(chǎn)脫殼方面，超高壓也發(fā)揮其獨(dú)特作用。王敏［35］研究并優(yōu)化了超高壓貽貝脫殼新工藝，以期解決傳統(tǒng)脫殼方式效率低所造成的貝肉浪費(fèi)和風(fēng)味變差等問題。孫娟［36］研究了豬肉中幾種抗氧化酶（谷胱甘肽過氧化物酶、超氧化物歧化酶和過氧化氫酶）在高壓處理后的動(dòng)力學(xué)變化，為超高壓技術(shù)在肉制品中的深入應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

應(yīng)用超高壓技術(shù)的產(chǎn)品類型愈發(fā)多元化，日益成熟的技術(shù)水平使我國具備了該技術(shù)商業(yè)化的理論基礎(chǔ)。

1.2 設(shè)備條件成熟

1998～2018 年，全球超高壓生產(chǎn)線數(shù)量從7條增長到440條，其中美洲占據(jù)57%、歐洲26%、亞洲13%和大洋洲4%。國外超高壓設(shè)備制造公司主要包括德國Multivac公司、美國Avure Technologies公司和西班牙NC Hyperbaric公司等，這些公司從事超高壓生產(chǎn)設(shè)備的研發(fā)、制造和生產(chǎn)，不斷改善設(shè)備性能，提高了生產(chǎn)效率。目前我國超高壓設(shè)備制造公司包括北京速原中天科技股份公司、山西力德福科技有限公司和包頭科發(fā)高壓科技有限責(zé)任公司等3家。近10年，隨著我國超高壓加工設(shè)備制造技術(shù)的突破，食品超高壓技術(shù)的應(yīng)用得到發(fā)展，我國已有近20個(gè)公司應(yīng)用超高壓技術(shù)，擁有超高壓生產(chǎn)線20余條，具備了該技術(shù)商品化的硬件基礎(chǔ)。

1.3 產(chǎn)業(yè)需求迫切

經(jīng)過國內(nèi)外幾十年的研究，超高壓加工技術(shù)已從理論奠基階段發(fā)展到生產(chǎn)應(yīng)用階段，應(yīng)用超高壓技術(shù)的產(chǎn)品類型已經(jīng)從起初的果醬涵蓋到多種固態(tài)食品和液態(tài)食品，在果蔬制品、乳制品、水產(chǎn)品、禽肉制品、調(diào)味制品及菜肴等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。隨著超高壓食品加工業(yè)的初步興起，新的問題再次出現(xiàn)。一方面這項(xiàng)技術(shù)本身門檻較高，部分企業(yè)購買設(shè)備后，存在操作使用不規(guī)范等問題；另一方面，目前我國食品超高壓加工技術(shù)相關(guān)法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)均空白，標(biāo)準(zhǔn)的缺失導(dǎo)致企業(yè)無標(biāo)可依，標(biāo)準(zhǔn)的滯后、產(chǎn)業(yè)界和監(jiān)管部門對(duì)于新技術(shù)的許可度和認(rèn)知存在差異，導(dǎo)致超高壓加工食品的合規(guī)性也屢遭質(zhì)疑，嚴(yán)重阻礙超高壓技術(shù)在我國的商業(yè)化推廣，因此亟待滿足我國食品超高壓加工產(chǎn)業(yè)迫切的技術(shù)合規(guī)化需求。

2 食品超高壓加工法規(guī)在歐盟的合規(guī)化歷程

食品超高壓加工技術(shù)在歐美發(fā)達(dá)國家的合規(guī)化歷程包括了技術(shù)爭議期（1997年5月-2000年5月）、技術(shù)初步許可期（2000年7月-2001年5月）和技術(shù)全面許可期（2001年7月-至今）。

2.1 技術(shù)爭議期

1997年，歐盟《新型食品法規(guī)》（Novel Foods Regulation，NFR）的第258/97號(hào)條例生效，對(duì)所有1997年5月15日之前的“新型食品”提出了“進(jìn)入市場前需得到授權(quán)”的要求。而在該條例生效日期之前，由于超高壓加工技術(shù)應(yīng)用規(guī)模較小，超高壓食品未實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，屬于NFR條例中的“新型食品”，因此該類產(chǎn)品需要得到授權(quán)才可以投入市場。

1998年12月，達(dá)能集團(tuán)向前法國食品安全局提交了“使用高壓巴氏殺菌生產(chǎn)的水果制品”的“新型食品”申請(qǐng)，其中工藝參數(shù)為處理壓力800 MPa，處理溫度20 ℃及處理時(shí)間6 min。高壓處理后，經(jīng)過物理化學(xué)特性、細(xì)胞毒性、致突變性、致敏風(fēng)險(xiǎn)、微生物試驗(yàn)及接觸材料遷移試驗(yàn)等科學(xué)研究，并進(jìn)行危害分析的臨界控制（Hazard Analysis and Critical Control Point，HACCP），全面驗(yàn)證產(chǎn)品的安全性。研究表明，該產(chǎn)品不具有細(xì)胞毒性和致突變性，且與傳統(tǒng)生產(chǎn)的產(chǎn)品相比，水溶性維生素C、核黃素（維生素B2）和維生素B6的穩(wěn)定性大幅改善。高壓處理對(duì)細(xì)菌營養(yǎng)體的滅活效果等效于熱處理，但細(xì)菌芽孢對(duì)高壓處理有抵抗力，因此，防止芽孢萌發(fā)和生長是超高壓加工技術(shù)應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)管理的基礎(chǔ)［37］。2000年5月，達(dá)能集團(tuán)的申請(qǐng)轉(zhuǎn)交其他成員國，在60天的審查期內(nèi)，英國委員會(huì)提出了反對(duì)意見，考慮到存在肉毒梭菌中毒的潛在風(fēng)險(xiǎn)，該技術(shù)的授權(quán)應(yīng)僅適用于超高壓水果制品的終端產(chǎn)品，且此類產(chǎn)品還應(yīng)符合英國食品微生物安全咨詢委員會(huì)發(fā)表的《真空包裝和相關(guān)工藝報(bào)告》的相關(guān)規(guī)定［38］。

2.2 技術(shù)初步許可期

2000年7月，英國委員會(huì)指出除了應(yīng)在冷鏈儲(chǔ)存和運(yùn)輸過程中保持較低溫度外，還應(yīng)對(duì)產(chǎn)品pH值、鹽濃度和水分活度等控制因素進(jìn)行規(guī)定，以防止肉毒梭菌生長及其毒素產(chǎn)生，保障食品安全。對(duì)這些因素加以控制并不是因?yàn)槌邏杭庸ぜ夹g(shù)本身不安全，而是因?yàn)榘褪蠚⒕统邏喊褪蠚⒕荒軞缪挎咝纬删?，也無法破壞芽孢形成菌（肉毒梭菌）的生長，因此需采取有效措施消除潛在微生物危害。而按照NFR第13（2）條規(guī)定，英國委員會(huì)作為成員國之一提出反對(duì)意見，故達(dá)能集團(tuán)的授權(quán)決定轉(zhuǎn)由上一級(jí)的歐盟執(zhí)行［39］。2001年5月23日，歐盟委員會(huì)做出同意決定，授權(quán)達(dá)能集團(tuán)在市場上投放使用高壓加工的水果制品。同時(shí)，附件限制了超高壓技術(shù)應(yīng)用的其他條件參數(shù)，包括水果類型，處理前水果儲(chǔ)存條件，添加水果與其他成分的百分比，產(chǎn)品pH值，水分活度和終端產(chǎn)品的儲(chǔ)存條件等［40］。此次授權(quán)對(duì)超高壓加工技術(shù)的合規(guī)化具有里程碑的意義，是其在歐洲商業(yè)化的重要法規(guī)保障。

2.3 技術(shù)全面許可期

2001年7月“達(dá)能集團(tuán)超高壓加工水果制品”獲授權(quán)后，同年，歐盟收到關(guān)于超高壓處理果汁和水果奶昔的申請(qǐng)。英國新食品和工藝咨詢委員會(huì)認(rèn)為，基于已授權(quán)達(dá)能集團(tuán)使用高壓加工水果制品，高壓處理本身不再歸類為新型加工技術(shù)。當(dāng)使用超高壓加工技術(shù)的其他操作條件，或處理產(chǎn)品類型與達(dá)能集團(tuán)區(qū)別較大時(shí)，才需證明超高壓技術(shù)對(duì)所處理對(duì)象的致病菌有足夠的殺滅作用，并且有防止肉毒梭菌芽孢萌發(fā)的措施［41］。2001年9月13日，英國新食品和工藝咨詢委員會(huì)商定作出以下結(jié)論：超高壓處理不屬于新型工藝，但仍需要評(píng)估產(chǎn)品安全性，同時(shí)強(qiáng)調(diào)超高壓加工技術(shù)安全評(píng)估所需的數(shù)據(jù)將由權(quán)威機(jī)構(gòu)逐案確定，所有產(chǎn)品都應(yīng)提供微生物數(shù)據(jù)。此外，還表示委員會(huì)對(duì)使用超高壓處理技術(shù)提供技術(shù)指導(dǎo)，以供歐盟各成員國參考。根據(jù)英國新食品和工藝咨詢委員會(huì)發(fā)表的意見，西班牙食品安全和營養(yǎng)署指出，高壓巴氏殺菌的熟食火腿不屬于“新型食品”。

2002年，英國新食品和工藝咨詢委員會(huì)指出，超高壓加工技術(shù)與巴氏殺菌等現(xiàn)有加工技術(shù)一樣安全［42］，并在網(wǎng)站上公布了以下說明：“雖然未在會(huì)上提及，但歐盟委員會(huì)與各成員國代表討論了超高壓加工技術(shù)的合法性問題。由于該加工過程不會(huì)對(duì)食品的組成產(chǎn)生任何實(shí)質(zhì)性變化，因此不需要根據(jù)NFR程序進(jìn)行評(píng)估”。同年，英國食品標(biāo)準(zhǔn)局也認(rèn)定高壓處理的牡蠣不屬于“新型食品”，無需市場授權(quán)申請(qǐng)即可直接進(jìn)入歐盟市場。2005年，歐盟委員會(huì)對(duì)已進(jìn)入市場的超高壓食品進(jìn)行復(fù)核審查，初步結(jié)論為超高壓加工技術(shù)處理食品不會(huì)帶來任何微生物、毒理學(xué)或過敏風(fēng)險(xiǎn)。若涉及新產(chǎn)品類別時(shí)，必須對(duì)超高壓加工技術(shù)處理食品進(jìn)行逐案檢查［43］。

到目前為止，歐盟及各成員國的主管部門尚未發(fā)布關(guān)于超高壓加工技術(shù)的規(guī)范準(zhǔn)則，可檢索的資料均為企業(yè)或者行業(yè)的自我約束類準(zhǔn)則。

3 食品超高壓加工法規(guī)在美國的合規(guī)化歷程

基于歐盟的授權(quán)案例，超高壓加工技術(shù)在美國的授權(quán)較為順利。2004年8月，美國農(nóng)業(yè)部食品安全檢驗(yàn)局（United States Department of Agriculture-Food Safety and Inspection Service，USDA-FSIS）批準(zhǔn)了Avure Technologies公司將超高壓加工技術(shù)應(yīng)用于即食食品，如熟食肉制品。2008年7月，USDA-FSIS批 準(zhǔn) 了Elmhurst Research公司提出的將食品超高壓加工技術(shù)作為低酸食品商業(yè)殺菌新工藝的申請(qǐng)，這是食品加工應(yīng)用方面的一個(gè)重大突破。2009年2月，美國食品藥品監(jiān)督管理局（Food and Drug Administration，F(xiàn)DA）批準(zhǔn)了壓力輔助熱殺菌工藝（Pressure-Assisted Thermal Sterilization，PATS）可用于低酸食品殺菌［44］。PATS技術(shù)將溫度和壓力結(jié)合，可以消除與食品安全風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)的肉毒梭菌及毒素。與傳統(tǒng)高溫殺菌工藝相比，PATS技術(shù)大幅縮短殺菌時(shí)間，提高了低酸食品品質(zhì)。

2012年，USDA-FSIS發(fā)布關(guān)于超高壓加工技術(shù)和檢查方案人員核查職責(zé)的第21號(hào)指令［45］，F(xiàn)DA也提供了超高壓加工技術(shù)納入HACCP系統(tǒng)的相關(guān)信息［46］。上述第21號(hào)指令指示FSIS人員和執(zhí)行HACCP驗(yàn)證任務(wù)的機(jī)構(gòu)應(yīng)將超高壓加工技術(shù)視為一個(gè)過程步驟。為證明超高壓加工技術(shù)已經(jīng)充分消除危害，食品經(jīng)營者必須保存相關(guān)證明文件，如科學(xué)期刊、特定危害減少的記錄日志和關(guān)鍵操作參數(shù)（壓力-時(shí)間-溫度組合）等工廠內(nèi)數(shù)據(jù)［47］。

4 結(jié)語

本文通過闡述發(fā)達(dá)國家的超高壓技術(shù)合規(guī)化歷程，全面論述超高壓技術(shù)的可靠性及超高壓加工食品的安全性。首先，建議我國相關(guān)部門借鑒和參考發(fā)達(dá)國家的食品超高壓技術(shù)合規(guī)化證據(jù)，對(duì)標(biāo)美國的做法，直接進(jìn)行技術(shù)許可，減少對(duì)其進(jìn)行安全性評(píng)價(jià)的重復(fù)工作；其次，基于我國現(xiàn)行的食品法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)體系，盡快立項(xiàng)并發(fā)布超高壓加工技術(shù)的配套標(biāo)準(zhǔn)，以操作技術(shù)規(guī)程類標(biāo)準(zhǔn)為主導(dǎo)，規(guī)范相關(guān)技術(shù)的商業(yè)化應(yīng)用；最后，標(biāo)準(zhǔn)制定后，還需對(duì)生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行宣貫，確保按標(biāo)生產(chǎn)。通過合規(guī)化和標(biāo)準(zhǔn)化，促進(jìn)我國食品超高壓技術(shù)的商品化應(yīng)用，推動(dòng)食品加工業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，為其他非熱加工新技術(shù)的商業(yè)化應(yīng)用提供參考。