一、超高壓滅菌與加熱滅菌的區別

 

　　超高壓處理是一個冷殺菌過程，可保持食品色、香、味等物理特性，且保質期長久；超高壓處理可改善生物多聚體的結構，調節食品質構；超高壓處理是液體介質短時間內等同壓縮過程，從而使食品滅菌達到均勻、瞬時、高效，且比加熱法耗能低，而加熱滅菌則沒有超高壓滅菌的這些優勢。

 

　　二、超高壓技術與傳統的化學處理食品比較

 

　　超高壓滅菌技術不需向食品中加入化學物質，克服了化學試劑與微生物細胞內物質作用生成的產物對人體產生的不良影響，也避免了食物中殘留的化學試劑對人體的負面作用，從而保證了食用的安全。

 

　　超高壓滅菌條件易于控制，外界環境對其影響較小，而化學試劑殺菌易受水分、溫度、pH 值、有機環境等的影響，作用效果變化幅度較大。

 

　　超高壓殺菌能更好地保持食品的自然風味，甚至改善食品高分子物質的構象，作用于肉類和水產品，提高了肉制品的嫩度和風味；作用于原料乳，有利于干酪的成熟和干酪的最終風味，還可使干酪的產量增加，而化學試劑沒有這種作用。

 

　　化學試劑使用頻繁，會使菌體產生抗性，殺菌效果減弱，而超高壓滅菌為一次性殺菌，對菌體作用效果明顯。

 

 

　　在超高壓滅菌的實施過程當中，有很多量需要相關工作人員仔細把控好，避免因為這些因素所帶來的影響使滅菌過程失敗。影響超高壓滅菌的量有很多，每一個量都應該恰到好處。

 

　　一、壓力的影響

 

　　一般情況下，壓力越大，施壓時間越長，滅菌的效果就越好，但在實際操作中，為了保證食品的食用價值和營養價值，這一技術的壓力和施壓時間就要有一定的限制，最好要在不影響食物質感的情況下，恰到好處地進行滅菌，防止由于壓力過大、施壓時間過長導致食品的口感和營養價值降低。

 

　　就拿生肉來舉例，如果在滅菌過程中對生肉的施壓時間過長或壓力過大，那么肉的口感就會受到影響。但也不能過分限制壓力的使用，有試驗表明，只有在超高壓下食品上的大腸桿菌才會被全部殺滅，因此，在進行超高壓滅菌的過程當中，最好還是要盡可能大施加壓力。

 

　　二、溫度的影響

 

　　除了壓力對滅菌有很大的影響外，溫度也是一個很大的影響因素，在受壓時，溫度對滅菌的效果有很大的影響，實驗表明，壓力與溫度相結合的殺菌效果比單純靠壓力殺菌的效果要好得多，280 MPa 的壓力和20 ℃的溫度與150 MPa 和50 ℃的溫度的殺菌效果是相同的，像這樣壓力與溫度相互補助，能夠很好達到二者的平衡點，從而使滅菌的效果更好、更顯著。

 

　　表1　影響超高壓殺菌效果的因素
 

　　

　　03、超高壓滅菌設備的市場應用

 

　　食品超高壓滅菌保鮮設備的主要部分是超高壓容器和加壓裝置（高壓泵和增壓器等），其次是一些輔助設施等。其主體部分有立式和臥式之分，實驗型設備采用立式的較多，生產型設備大多是臥式。

 

　　設備要求具有如下的技術特點：第一，能產生并承受要求的超高壓（100 MPa~600 MPa），能保證安全性，有較長的使用壽命和循環載荷次數多；第二，設備的衛生條件要求較高，與食品接觸的部分應使用優質不銹鋼，傳壓介質為純凈水；第三，設備生產時間短、效率高、操作費用低。

 

　　一、國外食品超高壓技術設備狀況

 

　　日本是超高壓滅菌技術發展較快的國家，三菱重工已有實驗用和生產用設備供應市場，設備型號為MFE 系列。美國、英國、西班牙、法國和瑞典等也實現了超高壓設備的商品化，但這些設備價格比較昂貴，影響了該項技術設備的推廣使用。

 

　　目前能夠實現商業化的超高壓設備公司主要有美國的Avure Technologies 公司、英國的Stansted 公司、西班牙的NCHyperbaric 公司、法國阿爾斯通（Alstom）公司、美國艾爾姆霍斯研究（Elmhurst Research Inc） 公司、日本的神戶鋼鐵（Kobelco） 公司、荷蘭的斯多克食品與乳制品（StorkFood＆Dairy Sys-tems B.V.）公司、瑞典的ABB 公司和德國的Uhde 公司等。

 

　　其中，美國和西班牙公司的設備應用于生產，其他公司以實驗為主。西班牙NC 公司是歐洲最大的超高壓設備生產商，生產的設備中單筒大規格為600 MPa、420 L，容器結構全部是纏繞式。美國Avure Technologies 公司超高壓設備也是纏繞式筒體，最大設備為600 MPa、525 L 和400 MPa、687 L。

 

　　二、國內食品超高壓技術設備狀況

 

　　目前，國內超高壓滅菌設備的相關企業主要有山西三水銀河科技有限公司、天津市華泰森淼生物工程技術有限公司、包頭科發高壓科技有限責任公司、北京速原中天科技股份公司及溫州貝諾機械有限公司等。其相關產品的技術性能如工作壓力為600 MPa，填充率達60%以上，循環時間小于8 min，產能約3 000 kg/h。這5 家企業中，天津市華泰森淼生物工程技術有限公司偏重開發實驗型產品，其他幾家開發的是生產型設備，均已實現商業化生產。

 

　　04、超高壓滅菌技術在食品行業中的應用

　　

　　一、超高壓滅菌技術在肉類加工中的應用

 

　　（一）超高壓滅菌技術的殺菌作用

 

　　肉類是烹飪食品當中非常受人們喜愛的一大類，無論是紅肉還是白肉，肉中都含有豐富的營養物質。超高壓技術針對肉類的加工操作，主要集中在殺菌和嫩化這兩方面。

 

　　超高壓殺菌技術是一種比較溫和的提高食物安全性的一種手段，可以用來預防熟食類肉產品的二次污染，比如：燒雞、香腸、火腿、里脊、發酵香腸、腌制肉制品以及原料生肉等。其實現殺菌的手段一方面是破壞其物理結構，致死微生物，另一種邱偉芬等認為其殺菌原理是壓力通過影響DNA 等遺傳物質的復制，進而影響一系列微生物生理活動（抑制酶活性）最后致死。

 

　　肖華志等通過研究發現，超高壓技術可以有效消滅生豬肉中的大腸桿菌、金黃色葡萄球菌和枯草芽孢桿菌，其中在600MPa 壓力下經20min 處理時殺菌效果最好。

 

　　傅玉穎等同樣以豬肉為載體，證明了超高壓殺菌技術對細菌具有抑制效果，結果顯示革蘭氏陰性菌和酵母菌在400MPa 左右的壓力下基本不能存活，當壓力升高至600 Mpa，革蘭氏陽性菌才會致死；如果是孢子類細菌，則要利用更大壓力。

 

　　但段旭昌等通過研究發現革蘭氏陽性菌存活能力極強，殺菌后殘存數量較多。

 

　　此外，Lerasle 等認為超高壓殺菌技術可以作為化學防腐劑一種替代物， 比如替代食物中添加的乳酸鹽。

 

　　（二）超高壓滅菌技術的其他作用

 

　　除滅菌方面的應用以外，超高壓技術還可以用于嫩化、改變肌肉凝膠性、改變肉的品質與顏色。研究發現，經過壓力處理后，肉的鮮紅顏色會變弱或增強，整體會變亮。決定肉的顏色強度的關鍵物質是肌紅蛋白含量，肉的顏色會隨著肌紅蛋白和氧合肌紅蛋白比例的變化而變化。高壓可以起到肉色改善的作用，但一定是在一個合適的范圍內。

 

　　馬漢軍等研究，隨著壓力上升亮度 L* 值上升，色度 a* 值下降。在嫩度方面，最早于1973 年Macfarlane首次提出牛肉會在高壓下增加嫩度。

 

　　常海軍通過試驗證明，超高壓會導致牛半腱肌肉的剪切力逐漸下降，當超高壓處理時間達到20min 時，嫩化作用最為顯著。

 

　　白艷紅得出結論與上述相同，區別是她的試驗原料為牛肉和羊肉兩種。

 

　　二、超高壓技術在果蔬產品中的應用

 

　　超高壓技術在果蔬產品處理上有很大的優越性。目前日本和美國等國家已經有商品化的超高壓果醬、果汁產品上市。許秀舉等對花萊柿罐頭進行200～500 MPa的超高壓處理，結果顯示，維生素C的保留率能達到95%以上，遠遠高于常規的熱加工食品處理技術。

 

　　目前市面上銷售的番茄汁因熱處理使得維生素C損失，趙斌等在400 MPa水平處理番茄汁15 min，其維生素C保留率約為93.6%，番茄紅素保留率約為95.4%。

 

　　曾慶梅等研究了不同的水平的超高壓對梨汁多酚氧化活性的影響，結果表明，隨著壓力的增加，梨汁多酚氧化活性呈現先增加后降低的趨勢，當壓力在500 MPa時，多酚氧化活性下降到73%。

 

　　Rodrigo等研究發現土豆中的脂肪氧化酶隨著壓力的增加也呈現先增加后降低的規律，可在壓力500 MPa時完全失去活性，脂肪氧化酶的失活會抑制食品加工貯藏過程中的脂肪氧化，減少不良風味的形成。

 

　　一般認為，在蔬菜的加工過程中，葉綠素的降解是其色澤退化的根本原因。何易雯等系統研究了獼猴桃汁中葉綠素在不同保持壓力、時間和溫度下葉綠素的保留率，結果表明，葉綠素的保留同壓力保持呈正相關，在350 MPa以上時，葉綠素的保留率可達到76%以上，這可能與滅活了顏色變化的酶促反應有關。

 

　　劉興辰等比較了超高壓（600 MPa/10 min）和高溫短時殺菌（110 ℃/8.6 s）在胡蘿卜汁加工中的優劣，2 種方式均可降低總胡蘿卜素的含量，但超高壓處理的胡蘿卜素總量高于高溫短時殺菌，在總酚保留、減弱褐變方面優于高溫短時殺菌。

 

　　超高壓技術對果蔬制品保質期的影響是果蔬加工企業關注的焦點，主要集中于產品微生物安全性和貯藏時間。

 

　　姜斌等分別研究了超高壓處理對于鮮榨蘋果汁和鮮榨胡蘿卜果汁的影響，蘋果汁在高壓400 MPa處理15 min后，4 ℃下可以貯藏7 天；鮮榨胡蘿卜汁經過400 MPa、45 min超高壓處理后，貯藏特性較差，在4 ℃條件下僅能貯藏3 天。這可能與兩者的pH值有關，蘋果汁的pH值為3.79，胡蘿卜汁的pH值為6.59，說明超高壓技術在酸性果蔬產品中的優勢更大。

 

　　三、超高壓滅菌技術在水產品中的應用

 

　　（一）超高壓滅菌技術對水產品的滅菌作用

 

　　延長水產品的保鮮期是拓展銷售的必要基礎，而超高壓技術在水產品上的應用也為這個行業的發展提供了更多可能。OHSHIMA最早將超高壓滅菌技術應用在水產品中，他處理金槍魚參數為450 MPa、15 min，然而處理后并未達到商業無菌標準，所以儲藏運輸仍要通過冷藏的方式。

 

　　Karim 等利用此技術處理鯡魚（400MPa、15 min、7℃），將貨架期延長了13 天；

 

　　Erkan 等處理紅鰹（300 MPa、5 min、4℃），將貨架期延長了3 天；

 

　　Ojagh 等處理鮭魚（300 MPa、10 min） 并配合使用明膠木質素膜在7℃條件下將貨架期延長了13天。依據大量數據總結結論，當超高壓壓力達到300MPa及以上時，處于室溫狀態下的大部分水產品中的微生物都會致死；與此相反，處于300MPa 以下，時間短于3min，基本不會對微生物產生影響。

 

　　（二）超高壓滅菌技術對水產品的脫殼應用

 

　　超高壓滅菌技術處理后的水產品，脫殼方便，與傳統操作方法相比，有效提升了工作效率，提高出品率，降低工作時間，節約勞動力，是目前非常受歡迎的脫殼手段之一，也是唯一一個適合工業化高效脫殼的技術。經過超高壓技術處理后，貝類三級結構發生改變，其黏連蛋白變性，進而使貝肉等殼內肉直接脫落。

 

　　王敏利用此技術處理貽貝（300MPa、2min），貽貝完全脫殼，且貝肉完整，品相極佳；當條件改變（400MPa、5min），發現貝肉質構特性明顯改變，咀嚼性、彈性、硬度均有提高。

 

　　賈瑩等由試驗得出結論，蝦姑脫殼在350-400MPa、8min 的條件下效果最佳，較傳統脫殼技術在拖課時間與出品率上都有大大提升，且處理后的嚇人色澤明亮，顏色嫩白，持水效果好。由此可見超高壓技術在水產品應用方面大有發展前景。

 

　　雖然超高壓滅菌保鮮技術在實際應用中還存在一些不足，但其處理食品時所具有的優點仍是其他技術所不能代替的。隨著超高壓技術開發研究和應用的進一步深入，其成本將不斷降低，連續化生產問題也會逐漸解決，其在食品工業中的應用也會更加廣泛。

 

　　引用資料：

 

　　[1]胡靜，王猛，周文利，沈夢琪，齡南。超高壓技術在食品工業中的應用[J].中國乳業，2020（08）：63-66.DOI:10.16172/j.cnki.114768.2020.08.017.

 

　　[2]侯養全。超高壓食品滅菌技術研究進展與應用[J].山西科技，2018,33（01）：106-108.

 

　　[3]畢樂飛，辛波。超高壓滅菌技術在食品加工的研究進展[J].食品安全導刊，2017（12）：126-127.DOI:10.16043/j.cnki.cfs.2017.12.093.

 

　　[4]彭子寧。超高壓滅菌技術在食品加工中的應用[J].中國食品工業，2022（22）：63-67.

 

　　[5]鎖冠文，周春麗*，蘇偉，胡雪雁。 超高壓在果蔬、肉類、乳制品保鮮中的應用。 《食品工業》2021 年第42卷第 6 期。

 

　　來源：食品伙伴網食品研發創新服務中心，轉載請注明來源。

 

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