【摘要】 研究證明應用超高壓技術加工食品與傳統的熱加工技術相比，既可以有效地達到殺菌和滅活酶的目的，又能良好地保持原有的營養成分。本文綜述了超高壓技術對食品中微生物、酶的影響，並對超高壓滅活微生物、鈍化食品酶的機製進行了闡述，最後對超高壓食品加工技術的發展前景進行了展望。
【關鍵詞】 超高壓；食品；微生物；酶
傳統的熱加工技術雖然在食品加工中應用廣泛,但是由於它存在著破壞食物營養成分、造成能源浪費等眾多問題,所以需要新的食品加工技術來克服熱加工技術的缺陷,超高壓技術作為一項物理冷加工技術,恰恰順應這一趨勢,成為近年來研究的熱點。超高壓加工是一個物理過程，在加工過程中使形成生物體結構的氫鍵結合、離子鍵結合以及疏水鍵等非共價鍵結合發生變化，導致酶失活、微生物被殺死，但對食品中的色素、維生素、氨基酸、多肽等以共價鍵結合的小分子物質的破壞作用較小，所以有著完好保留食品中的營養物質,保持食物自然風味、增長食物保質期、節約能源、食品衛生安全性高、有利環保等優點，經超高壓處理的食品，符合現代食品“天然、營養、衛生、安全”的發展方向，是一種有著很好發展前景的食品加工技術。
1 超高壓對微生物的影響
根據目前的研究發現，超高壓滅菌的機製與破壞細菌的細胞壁和細胞膜，抑製酶的活性和DNA等遺傳物質有關，高壓對細胞膜和細胞壁有一定的影響。在壓力作用下，細胞膜的磷脂雙層結構的容積隨著每一磷脂分子橫切麵積的縮小而收縮。加壓對細胞膜常常表現出通透性的變化和氨基酸攝取的受阻。當壓力為20～40 MPa時，細胞壁會發生機械性斷裂而鬆懈；當壓力為200 MPa時，細胞壁會因遭到破壞而導致微生物的細胞死亡[1]。超高壓可以破壞非共價鍵,如破壞氫鍵之類弱結合鍵，使基本物性變異，產生蛋白質的壓力凝固及酶的失活，高壓抑菌是由於主要酶類的變性。一般說來，超過300 MPa壓力引起酶類的變性是不可逆的，酶失活的主要原因是高壓引起的酶分子內部結構的破壞和活性部位上構象的變化[2]。由於高壓處理時料溫隨著加壓(卸壓) 而升高(降低),一般高壓處理每增加100 MPa 壓力,溫度升高2～4 ℃,故近年來也認為超高壓對微生物的致死作用是壓縮熱和高壓聯合作用的結果[3]。在超高壓滅菌過程中，滅菌效果受到壓力大小、加壓時間、施壓方式、處理溫度、微生物種類、食物本身的組成及添加物、pH 值和水分活度等許多因素的影響。
潘慶梅等[4]對西瓜汁的超高壓殺菌研究表明,在處理溫度為30 ℃和保壓時間為10 min 的條件下,大部分微生物在300 MPa下處理時即可殺滅,耐受壓力超過300 MPa的微生物數量不多。處理壓力為400 MPa ，同樣保壓10 min 時,西瓜汁中菌落總數從12 000 cfu/mL減少到46 cfu/mL，在30 ℃，處理壓力達到或超過400 MPa時,西瓜汁中微生物含量達到國家食品衛生標準要求。為了增強高壓殺菌效果，實驗中還采用了脈動施壓的方式對西瓜汁進行超高壓殺菌處理，即以加壓—保壓(10 min) —卸壓—停頓(5 min)為一個高壓處理循環,對處理西瓜汁樣品進行多次循環高壓處理，在處理溫度為30 ℃的條件下,發現隨著脈動施壓次數的增加,微生物存活量減少,但微生物存活量減少值與循環次數之間不是線性關係。田曉琴等[5]研究了超高壓對鮮牛奶殺菌效果，影響超高壓處理鮮牛奶殺菌效果的主次因素依次為:處理壓力> 處理時間。超高壓處理鮮牛奶的最優處理工藝操作參數是:500 MPa下處理30 min，鮮牛奶中的細菌總數最少,殺菌效果最好。潘見等[6]的研究發現在溫度為29 ℃下，草莓汁中大腸菌群對壓力非常敏感，壓力為350 MPa，保壓3 min 即可全部殺滅；黴菌和酵母菌較大腸菌群耐壓，壓力為350 MPa，保壓10 min，可全部殺滅；果汁中雖含多種耐壓菌，但經500 MPa，保壓15 min處理，菌落總數還可降至30 cfu/mL，達到了國家食品衛生標準要求。
2 超高壓對食品中酶的影響
酶的化學本質是蛋白質，其生物活性與其三維結構有關。酶的生物活性產生於活性中心,活性中心是由分子的三維結構產生的,即使是一個微小的變化也能導致活力的喪失,並改變酶的功能性質［7］。超高壓處理也是通過影響酶蛋白的三級結構來影響其催化活性。由於蛋白質的三級結構是形成酶活性中心的基礎，高壓作用導致三級結構崩潰時，使酶活性中心的氨基酸組成發生改變或喪失活性中心，從而改變其催化活性。而在較低壓力值下時酶活的上升則被認為是壓力產生的凝聚作用，完整的組織中酶和基質經常被隔離，而較低的壓力可以破壞這種隔離，使酶與基質相接觸，加速酶促反應[8]。超高壓影響酶活性的因素主要與壓力及處理時間、體係溫度、體係pH值、介質成分和酶的種類有關[9]。
2.1 超高壓對過氧化物酶的影響
過氧化物酶通常被認為是食品熱處理中酶滅活的指示酶,也有著很強得耐壓性。曾慶梅等[10]研究了超高壓處理對碭山梨汁中過氧化物酶活性的影響, 比較了不同試驗壓力、處理溫度、保壓時間及pH值處理對酶活性的影響。實驗結果表明, 在處理溫度為50 ℃、保壓時間為10 min和梨汁pH值為5的條件下,300 MPa以下壓力範圍內高壓處理酶被激活, 其活性增加；大於300 MPa時酶的活性隨壓力增大而下降。高壓處理時, 溫度低於40 ℃對酶的活性影響不大；有效影響高壓處理的最小溫度為40 ℃。保壓時間超過10 min後時間延長對酶的活性影響甚微，認為保壓時間不是影響酶活性的主要因素。pH 小於5或大於6時酶的活性降低；當pH 值為6 時, 梨汁中過氧化物酶最耐壓。處理條件為500 MPa、50 ℃、pH=3 和保壓10 min時可以較好地鈍化過氧化物酶活性。陳瑋等[11]的研究發現,在較低的壓力下(396 MPa)，胡蘿卜過氧化物酶的穩定性較常壓下高，在506 MPa、40 ℃時則觀察不到再生，在600 MPa、45 ℃下幾乎鈍化，但超高壓對維生素C 或蛋白質的失活沒有明顯的影響。溫度和壓力對胡蘿卜中過氧化物酶的鈍化有重要的作用。在溫度和壓力之間也有顯著的相互作用，胡蘿卜過氧化物酶的活性在所有的溫度下都隨著壓力的增加而逐漸減小,在胡蘿卜處理中超高壓結合輕微的加熱處理比在高溫下的熱處理更容易使過氧化物酶失活。
2.2 超高壓對多酚氧化酶的影響
多酚氧化酶是水果中促進褐變的主要酶類，也是耐高壓的酶類之一。趙光遠等[12]人研究發現,使用超高壓技術單獨或協同加熱處理鮮榨梨汁，結果200～600 MPa 的壓力處理對果汁中多酚氧化酶活性影響不大，400 MPa的壓力對多酚氧化酶有激活作用；高於600 MPa的壓力使多酚氧化酶顯著失活,而且壓力協同熱處理對多酚氧化酶的失活作用強於壓力或熱的單獨處理。實驗還研究了加入維生素C 對超高壓處理效果的影響，在500 MPa 以下對果汁中多酚氧化酶有激活作用，在600 MPa 以上或熱處理結合高壓時有鈍化多酚氧化酶的作用。500 MPa 60 ℃或750 MPa 50 ℃以上的處理條件可使鮮榨梨汁中的多酚氧化酶失去60 % 以上的活性，750 MPa 50 ℃的處理條件下果汁顏色變化不顯著。但維生素C對多酚氧化酶的作用機製還有待進一步研究，可能與維生素C 影響酶的活性中心的結構有關。證實梨的多酚氧化酶是耐高壓的酶，有效的控製酶促褐變需要結合添加防褐變劑、熱處理、低溫貯藏以及脫氣處理等其他手段。譚俊峰[13]等人對超高壓處理後茶鮮葉多酚氧化酶比活性的測定結果發現，在處理溫度為37 ℃，處理壓力在400 MPa以下時，茶鮮葉中多酚氧化酶比活性隻稍有下降。當壓力達到500 MPa時，多酚氧化酶比活性下降近50 %。600 MPa的壓力下，多酚氧化酶活性進一步降低。經500 MPa以上超高壓處理的茶鮮葉，多酚氧化酶比活性已發生顯著下降，若在殺青工藝前通過超高壓處理，則能使多酚氧化酶等酶活性受到部分抑製，後續加工過程便可通過使用較少的熱量達到抑製酶活性的目的，從而為最大程度地保留茶葉中的功能活性成分提供了條件。
3 展望
綜上所述，超高壓技術在食品滅菌、鈍化酶、保持營養素等方麵都有著非常理想的效果。盡管這項新技術目前還存在著生產成本過高，研究理論尚不成熟等問題，但是由於它有著諸多無可比擬的優勢，在部分食品加工領域逐步取代傳統熱加工技術已成為可能，作為食品加工技術的新領域，超高壓加工技術在未來將得到更大的發展與應用。
作者：李振林 許秀舉
【參考文獻】
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