超高压杀菌技术在食品中的应用
董立超+姚博+慈军鹏
食品超高压技术简称UHP是当前备受各国重视、广泛研究的一项食品高新技术。它只作用于食品成分的非共价键，从而保证共价键的完好无损，对保持食品原有品质非常有益，它能够改变食品的凝固点、熔点、浓度等物理性质和改善食品的组成状态以及结构属性等。在食品工业上，利用高压灭菌技术使食品得以安全长期保存。本文着重讨论超高压杀菌技术及其在食品中应用的研究进展。
超高压杀菌技术
食品超高压杀菌的原理。食品超高压杀菌，即将包装好的食品物料放入流体介质中，在100～1000MPa压力下处理一段时间使之达到灭菌要求。其基本原理就是利用压力对微生物的致死作用，主要通过破坏细胞膜、抑制酶的活性和影响DNA等遗传物质的复制来实现。极高的静压会改变细胞的形态，包括细胞外形变长，胞壁脱离细胞质膜，无膜结构细胞壁变厚。高压对细胞膜、细胞壁都有影响。20-40MPa的压力能使较大的细胞因受应力作用细胞壁机械断裂而松解；200MPa的压力下，细胞壁遭到破坏；300-400MPa下，微生物的核膜和线粒体外膜受到破坏，加压的细胞膜常常表现出通透性的变化，压力引起的细胞膜功能劣化导致氨基酸摄取受到抑制。随着压力的增大，微生物数量急剧下降。
超高压灭菌技术分类。可分为两类：超高压静态灭菌与超高压动态灭菌。前者是指将食品置于超高壓处理室中，以水或其他液体为加压介质，当升压结束后，在设定的最高点处静态保持一定的时间，使维持微生物生命活动的蛋白质等高分子物质变性失活，从而起到灭菌的目的。由于超高压容器造价昂贵，此种灭菌技术适合小批量固体或液体食品饮料生产。而后者是指直接将食品加压到预定的压力点，然后通过瞬态卸压或梯度减压等连续性作业方式，使加压渗透到微生物体内的水或其他物质膨化致使菌体破碎，从而达到快速、高效的灭菌效果，该灭菌技术只适合液体食品，而且容易实现产业化。
超高压灭菌技术影响因素。在超高压杀菌过程中，由于食品成分和组织状态十分复杂，因此要根据不同的食品对象采取不同的处理条件。影响超高压杀菌的主要因素有：压力大小、加压时间、加压温度、pH、水分活度、食品成分、微生物生长阶段和微生物种类等。
（1）压力：一般压力越高，加压时间越长，灭菌效果越好，但应用中压力和加压时间有一定的使用上限。
（2）温度：受压时的温度对灭菌效果有明显影响。
（3）Ph值：影响在常温域加压时影响不明显，而在低温域加压时有明显影响。在低Ph值和高Ph值环境下，都有助于杀死微生物。
（4）水分活度：水分活度（Aw）对高压杀菌效果影响也很大。低水分活度产生细胞收缩和对生长的抑制作用，从而使更多的细胞在压力中存活下来等。
超高压杀菌技术在食品中的应用
在酒类产品加工中的应用。超高压技术还可用于酒的生产，生酒（ 生啤酒、生果酒等）经约 400MPa 的超高压处理， 将酒中的所有酵母菌及其他部分菌类杀死， 从而得到具生酒风味， 且能长期保存的超高压生酒产品。超高压技术用于催陈黄酒的研究表明，黄酒经高压处理后色泽和风味不变，酸度基本不变，挥发酯含量提高 20%左右，呈苦、涩味的氨基酸比例下降，呈甜、鲜味的氨基酸比例上升，使得黄酒味更加鲜甜、醇和、爽口，醇香更加浓郁。
在肉制品加工中的应用。在常温下，对肉制品进行超高压灭菌，革兰氏阴性细菌和酵母菌在 400MPa 左右的压力下基本灭活，革兰氏阳性细菌则需 600MPa 压力可基本灭活，但孢子类细菌则较难灭菌。对猪肉和牛肉进行400MPa，20min 的超高压处理，发现他们的嫩度、风味、色泽及成熟度方面均得到改善。
在果蔬产品加工中的应用。超高压技术在食品工业中最成功的应用就是用于果蔬产品的灭菌。在生产果酱中，采用超高压技术不仅使水果中的微生物杀死，而且还可简化生产工艺提高产品品质。采用室温下以 400MPa～600MPa 的压力对软包装果酱处理10min～30min，所得产品具有良好的新鲜口味、颜色和风味。
在奶类产品加工中的应用。超高压杀菌处理乳制品与传统的加热杀菌乳制品比较，可以大程度的保留食品内的营养成分和原有风味，且杀菌时间较短， 不产生毒性物质。但由于有些技术还不完善，如果用高压技术取代热处理尚需做进一步的研究。研究证实， 100MPa～600MPa 的高压作用 5min～10min 可以使奶中的细菌和酵母菌减少直至杀灭，但孢子对压力有一定的耐受性，需要更高的压力，配合温度处理则可实现完全灭菌。
在水产品加工中的应用。水产品加工不同于其他食品，不仅要求保持水产品原有的风味、色泽，还要具有良好的口感和质地。常规加热处理不能满足水产品加工的要求。采用超高压技术对水产品加工处理可保持产品原有的色、香、味。同时，高压处理还可增大鱼肉的凝胶性。同时，超高压技术也用在制作鱼酱中，其产品的感观评价优于普通鱼酱。
在其他方面的应用。超高压在速冻、高压解冻和不冻冷藏方面也有良好的应用。蔬菜、水果、豆腐、琼脂凝胶等水分含量多的食品在冻结时，会产生很大的冷冻损伤，解冻后汁液流失严重，给产品风味带来不良影响，这是因为一般的冻结是在常压下进行的，食品中的水分在冻结时体积膨胀，从而产生凝胶并组织破坏。利用高压条件下冰点下降和压力瞬间传递的原理可实现食品物料的快速冷冻，避免了物料组织的变性和破坏，真正实现了速冻。
目前超高压技术处理食品存在的问题
由于超高压是基于对食品主成分水的压缩效果，它是利用丁帕斯卡定律，因此对于不适合这一定律的干燥食品、粉状或粒状食品，不能采用超高压处理技术；由于超高压下食物的体积会缩小，故只能用软材料包装；一些产芽孢的细菌，特别是低酸性食品中的肉毒梭菌，需要的压力更高。在我国，超高压食品的工业化仅仅有十余年的历史，虽然还有些问题需要解决，但其加工食品时所具有的优点仍是其他技术所不能代替的。我们应抓住机遇，加快超高压技术的研究和应用，将有利于我国食品的开发和产值增值，提高我国在国际食品加工业中的地位。
随着现代科技的发展，超高压杀菌技术有效的保持了食品原有的色、香、味和营养成分，减少了化学添加剂的使用，延长了食品保质期，相信不久的将来此技术将广泛的应用于各种食品的生产加工。
食品超高压技术简称UHP是当前备受各国重视、广泛研究的一项食品高新技术。它只作用于食品成分的非共价键，从而保证共价键的完好无损，对保持食品原有品质非常有益，它能够改变食品的凝固点、熔点、浓度等物理性质和改善食品的组成状态以及结构属性等。在食品工业上，利用高压灭菌技术使食品得以安全长期保存。本文着重讨论超高压杀菌技术及其在食品中应用的研究进展。
超高压杀菌技术
食品超高压杀菌的原理。食品超高压杀菌，即将包装好的食品物料放入流体介质中，在100～1000MPa压力下处理一段时间使之达到灭菌要求。其基本原理就是利用压力对微生物的致死作用，主要通过破坏细胞膜、抑制酶的活性和影响DNA等遗传物质的复制来实现。极高的静压会改变细胞的形态，包括细胞外形变长，胞壁脱离细胞质膜，无膜结构细胞壁变厚。高压对细胞膜、细胞壁都有影响。20-40MPa的压力能使较大的细胞因受应力作用细胞壁机械断裂而松解；200MPa的压力下，细胞壁遭到破坏；300-400MPa下，微生物的核膜和线粒体外膜受到破坏，加压的细胞膜常常表现出通透性的变化，压力引起的细胞膜功能劣化导致氨基酸摄取受到抑制。随着压力的增大，微生物数量急剧下降。
超高压灭菌技术分类。可分为两类：超高压静态灭菌与超高压动态灭菌。前者是指将食品置于超高壓处理室中，以水或其他液体为加压介质，当升压结束后，在设定的最高点处静态保持一定的时间，使维持微生物生命活动的蛋白质等高分子物质变性失活，从而起到灭菌的目的。由于超高压容器造价昂贵，此种灭菌技术适合小批量固体或液体食品饮料生产。而后者是指直接将食品加压到预定的压力点，然后通过瞬态卸压或梯度减压等连续性作业方式，使加压渗透到微生物体内的水或其他物质膨化致使菌体破碎，从而达到快速、高效的灭菌效果，该灭菌技术只适合液体食品，而且容易实现产业化。
超高压灭菌技术影响因素。在超高压杀菌过程中，由于食品成分和组织状态十分复杂，因此要根据不同的食品对象采取不同的处理条件。影响超高压杀菌的主要因素有：压力大小、加压时间、加压温度、pH、水分活度、食品成分、微生物生长阶段和微生物种类等。
（1）压力：一般压力越高，加压时间越长，灭菌效果越好，但应用中压力和加压时间有一定的使用上限。
（2）温度：受压时的温度对灭菌效果有明显影响。
（3）Ph值：影响在常温域加压时影响不明显，而在低温域加压时有明显影响。在低Ph值和高Ph值环境下，都有助于杀死微生物。
（4）水分活度：水分活度（Aw）对高压杀菌效果影响也很大。低水分活度产生细胞收缩和对生长的抑制作用，从而使更多的细胞在压力中存活下来等。
超高压杀菌技术在食品中的应用
在酒类产品加工中的应用。超高压技术还可用于酒的生产，生酒（ 生啤酒、生果酒等）经约 400MPa 的超高压处理， 将酒中的所有酵母菌及其他部分菌类杀死， 从而得到具生酒风味， 且能长期保存的超高压生酒产品。超高压技术用于催陈黄酒的研究表明，黄酒经高压处理后色泽和风味不变，酸度基本不变，挥发酯含量提高 20%左右，呈苦、涩味的氨基酸比例下降，呈甜、鲜味的氨基酸比例上升，使得黄酒味更加鲜甜、醇和、爽口，醇香更加浓郁。
在肉制品加工中的应用。在常温下，对肉制品进行超高压灭菌，革兰氏阴性细菌和酵母菌在 400MPa 左右的压力下基本灭活，革兰氏阳性细菌则需 600MPa 压力可基本灭活，但孢子类细菌则较难灭菌。对猪肉和牛肉进行400MPa，20min 的超高压处理，发现他们的嫩度、风味、色泽及成熟度方面均得到改善。
在果蔬产品加工中的应用。超高压技术在食品工业中最成功的应用就是用于果蔬产品的灭菌。在生产果酱中，采用超高压技术不仅使水果中的微生物杀死，而且还可简化生产工艺提高产品品质。采用室温下以 400MPa～600MPa 的压力对软包装果酱处理10min～30min，所得产品具有良好的新鲜口味、颜色和风味。
在奶类产品加工中的应用。超高压杀菌处理乳制品与传统的加热杀菌乳制品比较，可以大程度的保留食品内的营养成分和原有风味，且杀菌时间较短， 不产生毒性物质。但由于有些技术还不完善，如果用高压技术取代热处理尚需做进一步的研究。研究证实， 100MPa～600MPa 的高压作用 5min～10min 可以使奶中的细菌和酵母菌减少直至杀灭，但孢子对压力有一定的耐受性，需要更高的压力，配合温度处理则可实现完全灭菌。
在水产品加工中的应用。水产品加工不同于其他食品，不仅要求保持水产品原有的风味、色泽，还要具有良好的口感和质地。常规加热处理不能满足水产品加工的要求。采用超高压技术对水产品加工处理可保持产品原有的色、香、味。同时，高压处理还可增大鱼肉的凝胶性。同时，超高压技术也用在制作鱼酱中，其产品的感观评价优于普通鱼酱。
在其他方面的应用。超高压在速冻、高压解冻和不冻冷藏方面也有良好的应用。蔬菜、水果、豆腐、琼脂凝胶等水分含量多的食品在冻结时，会产生很大的冷冻损伤，解冻后汁液流失严重，给产品风味带来不良影响，这是因为一般的冻结是在常压下进行的，食品中的水分在冻结时体积膨胀，从而产生凝胶并组织破坏。利用高压条件下冰点下降和压力瞬间传递的原理可实现食品物料的快速冷冻，避免了物料组织的变性和破坏，真正实现了速冻。
目前超高压技术处理食品存在的问题
由于超高压是基于对食品主成分水的压缩效果，它是利用丁帕斯卡定律，因此对于不适合这一定律的干燥食品、粉状或粒状食品，不能采用超高压处理技术；由于超高压下食物的体积会缩小，故只能用软材料包装；一些产芽孢的细菌，特别是低酸性食品中的肉毒梭菌，需要的压力更高。在我国，超高压食品的工业化仅仅有十余年的历史，虽然还有些问题需要解决，但其加工食品时所具有的优点仍是其他技术所不能代替的。我们应抓住机遇，加快超高压技术的研究和应用，将有利于我国食品的开发和产值增值，提高我国在国际食品加工业中的地位。
随着现代科技的发展，超高压杀菌技术有效的保持了食品原有的色、香、味和营养成分，减少了化学添加剂的使用，延长了食品保质期，相信不久的将来此技术将广泛的应用于各种食品的生产加工。
