【技术帖】超高压技术在食品工业中的应用研究进展

【技术帖】超⾼压技术在⾷品⼯业中的应⽤研究进展

超⾼压技术

超⾼压技术是⾷品加⼯领域的⾼新技术之⼀，不仅可⽤于⾷品杀菌、灭酶与质构改善等，⽽且对⾷品的营养价值、⾊泽

和天然风味也具有独特的保护效果。本⽂综述了超⾼压技术概念及其加⼯原理，重点介绍了超⾼压技术在⾷品加⼯应⽤

领域的进展。

随着⽣活⽔平的提⾼，⼈们对⾷品质量的要求不再仅仅局限于安全卫⽣，对⾷品的⾊、⾹、味、营养成分等也提出了更

⾼的要求，超⾼压技术在这⽅⾯具有突出的优势。超⾼压技术处理⾷品不仅能够灭菌，还能最⼤限度地保持⾷品的原有

的功能成分和营养物质，同时还避免了辐照、微波和电磁场等加⼯技术存在的缺陷，具有节约资源、减少污染的优点。

因此，超⾼压技术在⾷品加⼯领域具有⼗分⼴阔的应⽤前景。

早在1899年,美国化学家Bert Hite⾸次发现了450MPa的⾼压能延长⽜乳的贮藏期，1986年⽇本率先完成⼯业化试

验，1989年第1批超⾼压加⼯的果酱应市，⽬前⼜将超⾼压技术应⽤海洋鱼类的⾷品加⼯上。我国超⾼压技术在⾷品加

⼯中的应⽤虽然处于起步阶段，但⽬前已有企业采⽤国产超⾼压设备与技术加⼯鲜牡蛎、鲜海参、鲜果汁及⽔果等⾷品

并已成功上市。这标志着我国在超⾼压技术装备制造⽅⾯已取得突破性进展，对推动我国超⾼压技术在⾷品领域的产业

发展具有⼗分重要的意义。

1.超⾼压技术简介

超⾼压技术⼜称⾼静压加⼯技术，是将⾷品原料包装后密封于超⾼压容器中，在⼀定压⼒(≥100 MPa)下加⼯适当的时

间，杀灭细菌等微⽣物，同时使⾷品中的酶、蛋⽩质和淀粉等⽣物⼤分⼦改变活性、变性或糊化，以达到杀菌、钝酶和

改善⾷品功能性质的⼀种新型⾷品加⼯技术。

超⾼压加⼯是⼀个物理过程，其基本效应是减少样品的体积(即是减少物质分⼦间、原⼦间的距离)，从⽽使得物质的电

⼦结构和晶体结构发⽣变化。超⾼压处理只作⽤于对⽣物⼤分⼦⽴体结构有贡献的氢键、离⼦键和疏⽔键等⾮共价键，

对维⽣素、⾊素和风味物质等⼩分⼦化合物的共价键⽆明显影响，因此较好地保持了⾷品原有的营养、⾊泽和风味。这

⼀加⼯过程遵循以下2个基本原理，⼀是 Le Chtelier 原理。该原理是指反应平衡朝着减⼩系统外加作⽤⼒影响的⽅向移

动。这意味着超⾼压处理将促使反应朝着体积减⼩的⽅向移动，包括化学反应平衡以及分⼦构象的可能变化。⼆是帕斯

卡原理。根据帕斯卡原理，在超⾼压加⼯过程中，液体压⼒可以瞬间均匀地传递到整个样品，与样品的尺⼨和体积⽆

关，因此整个样品受到均匀的处理，不存在压⼒梯度。

2.超⾼压技术的加⼯原理

超⾼压加⼯⾷品的原理为在超⾼压作⽤下，⾷品中的⼩分⼦(如⽔分⼦)间的距离会缩⼩，但蛋⽩质等⼤分⼦团组成的物

质却仍保持原状。这时⽔分⼦就会产⽣渗透和填充效果，进⼊并且粘附在蛋⽩质等⼤分⼦团内部的氨基酸周围，从⽽改

变了蛋⽩质的性质，“变性”的⼤分⼦链在压⼒下降为常压后被拉长，⽽导致其部分⽴体结构被破坏[4]。从⽽使蛋⽩质凝

固、淀粉等变性, 酶失活或激活，细菌等微⽣物被杀死以及改善⾷品的组织结构或⽣成新型⾷品。超⾼压技术的⼀个独

特性质就是它只作⽤于⾮共价键，因此对维⽣素、⾊素和风味物质等低分⼦物质的共价键⽆明显影响，从⽽使⾷品较好

地保持了原有的营养价值、⾊泽和天然风味。

3.超⾼压在⾷品加⼯中的应⽤

超⾼压加⼯技术不仅可⽤于胎儿入盆什么感觉 ⾷品杀菌、灭酶与质构改善等，⽽且对⾷品的营养价值、⾊泽和天然风味也具有独特的保护

效果。⽬前，超⾼压技术在果蔬制品、⾁制品、乳制品、蛋类⾷品、⽔产品加⼯及有效成分提取中已得到⼴泛的应⽤。

超⾼压在果蔬加⼯中的应⽤

超⾼压技术在⾷品加⼯中最成功的应⽤是果蔬产品的杀菌。与传孔雀鱼小鱼苗怎么养 统的热⼒杀菌相⽐，超⾼压技术可以在常温或较低温度

下达到杀菌、抑酶及改善⾷品性质的效果，不会破坏果蔬制品的新鲜度和营养成分，符合消费者对果蔬制品营养和风味

的要求。

新鲜果汁中含有丰富的维⽣素、蛋⽩质、氨基酸以及还原糖等营养成分，这些营养成分经过传统热⼒杀菌处物质、抗氧

化物质、抗坏⾎酸、类胡萝⼘素等的影响，通常情况下超⾼压不会引起风味物质的丢失[5]。王寅等采⽤200～500MPa

⾼压分别对蓝莓汁处理5～15min后，发现⾼压处理后，蓝莓汁的还原糖的含量变化不⼤，压⼒为500MPa时，蓝莓汁的

Vc的保留率可达94.2%[6]。

Vc的保留率可达94.2%[6]。

采⽤⾼压技术杀菌不仅使⽔果中的微⽣物致死,还可使酶活⼒降低。刘兴静等采⽤超⾼压处理鲜榨苹果汁,随着处理压⼒

升⾼和保压时间延长，菌落总数、⼤肠菌群数均下降显著[7章鱼的寿命 ]。姜莉等研究了超⾼压对马铃薯多酚氧化酶和过氧化物酶的

影响。压⼒超过200MPa时酶的活性下降，压⼒为400MPa，随着时间的延长，多酚氧化酶和过氧化物酶活性都呈下降

趋势[8]。

果汁的感官品质包括颜⾊、⾹⽓、滋味等⽅⾯超⾼压杀菌属于冷杀菌技术，其操作过程是在常温下进⾏，并且超⾼压只

作⽤于⾮共价键，⽽不影响共价键，因⽽能较好保持果汁固有的⼝感、风味及⾊泽。林怡等将杨梅鲜果经过超⾼压处理

后，样品的颜⾊没有显著变化，汁⽔流失的速率与鲜果硬度减⼩的速率与未处理的对照组相⽐明显降低[9]。

超⾼压在⾁制品加⼯中的应⽤

超⾼压技术应⽤于⾁制品可提⾼其保⽔性、乳化性、黏结性等，Macfarlan(2003)报道 ,添加1%⾷盐经超⾼压处理的⽜⾁

泥⽐添加3%⾷盐⽽未经超⾼压处理的黏性好。Berry(2002)在制作调味⽜排时采⽤100 MPa 超⾼压处理 , 在不加⾷盐的

情况下可制得具有良好组织结构的⽜排。超⾼压还可以直接⽣产新产品, 例如, 经 400 MPa或600 MPa的作⽤保持 10

min, 处理后的⽣猪⾁就可以吃了。其原因是猪⾁的蛋⽩质已经变性,⾁⾊已转⽩, 细菌检查结果表明⼤肠杆菌为阴性。⽇

本⼀家公司还利⽤超⾼压加⼯的⽅法使瘦⽜⾁变成这样乳蛋⽩被处理后其凝胶化性能提⾼, 会附着在瘦⾁中间, 使⽜⾁肥

瘦相间吃起来风味更佳[4]。

超⾼压在⽔产品加⼯中应⽤

⽔产品的加⼯与其它产品相⽐较为特殊, ⾼压处理后的⽔产品具有原有的风味、⾊泽及良好的able的名词 ⼝感。⽽热处理、⼲制处

理均不能达到上述效果。陈复⽣( 2005) 研究表明, 超⾼压处理可保持⽔产品原有的新鲜风味。超⾼压处理可以使某些导

致腐败的酶类致死, 调节鱼类的组织, 同时致死腐败微⽣物与病原菌。众所周知, 鱼⾁含有丰富的不饱和脂肪酸, ⾼压处理

则尽可能地保留住鱼⾁中的营养成分。

⽇本⼤洋渔业公司研究所将狭鳕鱼糜装⼊⼄烯袋内, 并放⼊⽔中, 从四周均匀地加压到 400 MPa, 保持 10 min,即能制成鱼

糕, 加压后的鱼糕透明, 咀嚼感坚实, 弹性⽐原来⾼出 50%。美国⼀家公司利⽤超⾼压技术处理牡蛎, 250～300 MPa 处理

10 min 牡蛎的外壳⾃动脱落, 使牡蛎的前处理节省了⼤量⼈⼒、物⼒和财⼒。此外, R Lakshamanman 等( 2003) 还利⽤

超⾼压技术加⼯⽣产鲑鱼和红鳟鱼, 不但延长了货架期, ⽽且还保留了它们原有的感官及营养成分。

超⾼压在酒类加⼯中应⽤

酒类⽣产中酒的⾃然陈化是个既耗时、能耗⼜⼤的⼀个处理过程。⽽超⾼压技术对酒的催陈可起到重要作⽤。申圣丹等

⽤超⾼压射流处理新酒，以总酸、电导率、异戊醇/异丁醇、四⼤酯为指标与常压 (0.1MPa)下的新酒对⽐，并将各酒样

存放1个⽉，检测各项指标⽤以对⽐。结果随着压⼒的上升，总酸、电导率、乳酸⼄酯增加，异戊醇/异丁醇等均有所变

化，总的变化趋势是朝酒陈化⽅向变化。充分说明超⾼压射流技术对⽩酒的催陈作⽤显著[14]。

此外，超⾼压技术在啤酒中还具有良好的杀菌作⽤。刘睿颖等采⽤超⾼压⽔射流设备对新鲜未经灭菌的啤酒清酒进⾏灭

菌处理，分析压⼒对灭菌效果的影响。结果表明：超⾼压射流对啤酒中主要的腐败菌—乳酸菌具有很好的杀菌作⽤，⽽

且随着射流压⼒的增⼤，其杀菌效⼒也不断增⼤，当压⼒控制在150MPa以上时，可以将啤酒中的乳酸菌完全杀灭

[15]。

超⾼压在蛋制品加⼯中的应⽤

将600 MPa 的压⼒作⽤于鸡蛋时,蛋虽然是冷的,但却已经凝固。与加热煮熟的鸡蛋相⽐,这种蛋的味道⾮常鲜美,蛋黄呈鲜

黄⾊且富有弹性。研究表明超⾼压处理使蛋⽩质变性的胶凝,⽐加热凝胶软⽽且更富弹性,消化率较好,此外，氨基酸和维

⽣素没有损失,保留了鸡蛋的⾃然风味,不会⽣成其他物质[16]。

夏远景等对液体蛋超⾼压处理后细菌致死率与处理压⼒、保压时间的关系作了研究。结果表明,随着压⼒和保压时间的增

加，液体蛋中细菌致死率逐渐增⼤;压⼒为440，保压20min时,细菌致死率为99.90%。压⼒400MPa、保压20min，蛋液

的细菌总数由初始13100cfu/mL降到31cfu/mL，完全符合国家鸡蛋卫⽣标准细菌总数的要求。经感官评定，室温下,密封

于消毒培养⽫中未经处理的液体蛋10天后便已发霉、变质,⽽经过300 MPa、保压10min处理的液体蛋30d 以后依然新鲜

如初[17]。

超⾼压在蛋制品加⼯中的应⽤

超⾼压在蛋制品加⼯中的应⽤

热处理是在现代乳制品⽣产中是最常见的加⼯处理⽅法。它虽然能杀灭乳品中部分(主要是病原菌和腐败菌)或全部的微

⽣物，破坏酶类，延长产品的保质期，但是同时也会给产品带来不利的⼀⾯，⽽超⾼压技术不仅能够保证乳品在微⽣物

⽅⾯的安全，⽽且还能较好地保持乳品固有的营养品质、风味和⾊泽[18]。

酪蛋⽩是⽜奶中的主要蛋⽩质，超⾼压处理使酪蛋⽩胶粒直径变⼩，乳蛋⽩表⾯暴露的疏⽔性基团增加，引起乳清蛋⽩

变性，使其进⼈凝块。胡志和等对酪蛋⽩⽤超⾼压进⾏处理，结果表明：经超⾼压处理的酪蛋⽩能够明显改善其加⼯特

性，其乳化性、黏度、溶解性、持⽔性均有较⼤幅度的提⾼。在400MPa时其乳化性、黏度、溶解性、持⽔性最好

[19]。Anna Zamora等通过对⽐⽤超⾼压处理的⽜奶和经单⼀的巴⽒杀菌的⽜奶⽣产的奶酪的不同，发现经超⾼压处理

之后，奶酪的持⽔性更强，货架期明显⾼于传统的杀菌⽅法[20]。

超⾼压技术在有效成分提取中的应⽤

超⾼压技术在有效成分提取⽅⾯与传统提取⽅法相⽐具有提取时间短、提取得率⾼、能耗低的优点。超⾼压提取有效成

分可以在室温条件下进⾏，故不会因热效应⽽使有效成分的活性降低。

⽬前，超⾼压技术已在多糖类成分、黄酮类成分、皂苷类成分、⽣物碱类成分、萜类及挥发油、酚类及易氧化成分、有

机酸类成分等的提取中得到了应⽤。岳亚楠等⽤超⾼压法提取苹果渣中的多酚，并在相同实验条件下对⽐超⾼压法与超

声波法、微略读 波辅助提取法、超临界提取法等常⽤提取⽅法的苹果渣多酚得率，结果表明，超⾼压提取的苹果渣多酚得率

⽐其他提取⽅法⾼出10%以上，且提取率⾼、环境污染⼩、安全性⾼[21]。

超⾼压技术在⾕物及⾖制品中的应⽤

⾕物和⾖类是⼈类饮⾷中提供能量的主要来源,⾕物可减少⼼脏病及⼀些肠胃癌和呼吸道疾病的发病率。它们提供⼈体所

需能量和 8%的蛋⽩质及多种维⽣素。长期以来,⾕物的加⼯都要经历很多热过程, 并以此来提⾼消化性和消除过敏反应,

但是营养物质的损失较为严重。Y Estrada Giron (2005) 利⽤超⾼压技术对⾕物及⾖类的研究表明，该技术可消除⾕物

中的抗营养因素,从⽽保存了制品的质量及营养成分。

超⾼压处理过程中过敏蛋⽩溶解,尤为突出的是7S球蛋⽩。然⽽在压⼒处理过程中⾊泽、形状等没有发⽣明显的变化。

蔬菜中的蛋⽩如⾖腐, 通常情况下是通过真空包装后贮存在冷冻条件下。然⽽通过超⾼压处理后, ⾖腐中的微⽣物数量明

显减少,⽽且消化性也随之提⾼。⾕物中的其他成分如维⽣素A没有受到影响, 脂溶性的B族维⽣素的保留率为85%。

4.结语

超⾼压技术被誉为当前七⼤科技热点,21世纪⼗⼤尖端科技, ⾷品⼯业的⼀场⾰命。超⾼压⾷品⾊、⾹、味以及营养成分

完整性的保存以及安全、卫⽣的优点迎合了消费者的⼼理需求, 符合当前绿⾊⾷品的要求。但同时超⾼压技术也存在⼀

些不⾜,如超⾼压技术的基本理论研究不够全⾯，超⾼压杀菌技术的适⽤条件和主要限制因素还有待进⼀步研究。此外，

超⾼压处理后⾷品组分的变化以及各组分相互作⽤的关系尚不明确。⽽且超⾼压⾷品技术⽤到的设备存在投资成本⾼、

设备密封和强度要求⾼、设备耗材寿命短等问题。特别是⾼压技术在我国还处于起步阶段,与世界先进⽔平相⽐,有相当

⼤的差距,与国内市场要求也极不相适应。为此,我国应不失时机地跟上国际潮流,加快超⾼压技术的研究和应⽤。辩论赛主持稿

本⽂作者：李双 王成忠 唐晓璇 王晓华 周晓

【参考⽂献】:

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