超高壓在果蔬、肉類、乳制品保鮮中的應用

鎖冠文，周春麗，蘇偉，胡雪雁

江西科技師范大學生命科學學院（南昌 330013）

新鮮的果蔬、肉制品、乳制品中含有豐富的、對人體有益的營養成分，如維生素、果膠、有機酸、蛋白質、脂肪、無機鹽等。但是，果蔬、肉制品、乳制品由于生理衰老、病菌害及機械損傷等易導致食品營養成分受損，滋生大量微生物。故而食品殺菌是食品保鮮過程中非常重要的一道工序，可防止食品腐敗變質、營養物質受損，進而提高安全性、延長貨架期、減少損耗浪費。傳統的熱處理方法會導致產品的感官質量和營養質量等有益健康的成分造成有害影響[1]。超高壓非熱殺菌技術可以滅活微生物和酶，在對食品營養和感官品質影響最小的情況下延長食品的貨架期[2]。

1 超高壓食品殺菌技術

1.1 發展歷程

最初在19世紀末，Royer首先提出高壓對微生物有作用。20世紀，Bridgeman正式提出食品超高壓加工技術（ultrahigh pressure，UHP）。21世紀，超高壓技術徹底地進入食品加工業，其殺菌方面的能力和效果得到國內外食品行業的高度認可。國內外研究人員和食品從業者對該技術不斷地研究改進、優化工藝，使得其有效地克服傳統的熱加工方式處理食品所帶來的損失，給食品加工業注入了新的活力。

1.2 殺菌機制

超高壓工作遵循：

1）帕斯卡原理：在封閉的容器中對靜止的流體施加外力所引起的壓力變化，將均勻地、無損失地傳遞到流體的每一部分和容器壁[3]。2）均衡原理：壓力作用于封閉環境中的液體介質時，不論物體的形狀或大小，環境中任何一點的物體都能受到相同壓力[4]。3）壓縮加熱壓力：壓力增大100 MPa會導致水溫升高3 ℃，即使壓力增加到600 MPa，水溫也不會超過30 ℃[4]。

超高壓對微生物細胞的細胞壁、細胞膜、細胞質、細胞體積、遺傳物質、蛋白質、酶和細胞內液泡均有影響（表1）。細胞內物質的丟失、核酸的破壞、酶的不可逆失活均是超高壓致死微生物的原因。

表1 超高壓處理對食品中微生物細胞及胞內組分的影響

1.3 殺菌影響因素

在超高壓滅菌的過程中，有諸多科學因素影響它的滅菌效果，包括壓力大小、加壓時間、加壓溫度、pH、水分活度、食品成分、微生物生長階段、微生物種類等（表2）[10]。在超高壓殺菌技術的實施過程中，研究者需要對這些影響因素進行科學性研究分析，深入探討具體的影響機理，以獲得較理想的殺菌效果。

表2 影響超高壓殺菌效果的因素

2 超高壓在食品殺菌中的應用

2.1 超高壓果蔬制品殺菌

新鮮果蔬產品的需求在不斷增加，但是因微生物的作用，新鮮果蔬產品保質期變短，易變質，安全性降低，尤其是鮮榨果汁，這是果蔬產品生產過程中一個難題。

2.1.1 超高壓殺菌對果蔬汁的影響

高壓技術用于滅活微生物，可延長食品保質期，已被廣泛用于果汁的低溫巴氏殺菌技術，以保持其新鮮度和營養成分[15]。Stinco等[16]通過對渾濁胡蘿卜汁高壓處理，使用最高壓力（450 MPa和600 MPa，持續5 min），胡蘿卜汁中微生物負荷減少，可以延長約14周的貨架期，同時600 MPa下胡蘿卜汁中的胡蘿卜素降解最低（26%）。Huang等[17]研究顯示，經高靜水壓處理后的楊桃汁總酚和抗壞血酸含量均高于未處理，類黃酮含量無顯著差異，冷藏過程中香氣評分高于未處理，而且冷藏40 d后未見大腸桿菌、酵母菌和霉菌的生長。表明經過超高壓處理能得到受人們歡迎的有益健康、營養豐富的全天然飲用新鮮果汁。

2.1.2 超高壓殺菌對果醬的影響

水果是健康飲食不可或缺的一部分，它們以果醬的形式保存是非常受歡迎的，傳統的保鮮有罐裝、巴氏殺菌、濃縮和冷凍等[18]。Yi等[19]比較熱處理和超高壓處理的獼猴桃醬質量變化，結果顯示高壓處理的獼猴桃果醬的質量比熱處理的樣品更清晰，具有更好的保色性和維生素C含量，更接近新鮮產品的品質，特別是高壓處理避免了典型的溫度誘導化合物的形成。同樣，Baranda等[20]高壓處理番茄醬和奇異果泥，結果顯示，該處理對鮮番茄醬和奇異果泥的維生素C含量沒有影響，同時對這兩種濃縮物的其他理化性質也沒有顯著的改變。總之，超高壓的應用可以提供新一代的最低加工產品，具有比傳統加工產品更好的感官和營養特性，滿足人們的需求。

超高壓殺菌是一種有前景的果蔬制品處理技術，但其重要的一個缺點不是微生物的不穩定性，而是存在高酶活性，這可將營養化合物的半衰期縮短至6周以下[21]，同時也會導致鮮榨果汁的感官品質和生物活性成分的含量下降[22]。因此可考慮應用超高壓技術與其他處理方式相結合的方法，在提高殺菌效果的同時，也增強鈍酶效果。

2.2 超高壓肉類產品殺菌

超高壓技術不僅可以通過降低肉類及肉制品中的常見微生物來延長其貨架期、提高安全性，而且可以改良肉類及肉制品的品質。

2.2.1 超高壓殺菌對鮮肉的影響

鮮肉中豐富的營養成分是腐敗微生物生長和增殖的良好培養基，因此是一種極易腐爛的產品[23]。鑒于這一事實，在儲存期間使用保存方法來保持肉類的安全和質量是必要的[24]。Shiowshuh等[25]采用超高壓（450 MPa，10 min）處理冰鮮雞肉后，測得沙門氏菌減少5 log CFU/g，冷藏至第8天，菌落總數在國家標準要求范圍內。超高壓殺菌技術對鮮肉的質量也有提高，Morton等[26]將超高壓處理的鮮牛肉冷凍28 d后與未處理進行比較，結果發現牛肉的剪切力提高了43%，最終pH升高，蒸煮損失減小，并改善了感官飲食品質得分。此研究的結果與Souza等[27]的研究結果相一致：超高壓（250 MPa，33 ℃，15 s）處理后的豬肉與未經處理的比較，超高壓部分抑制死后代謝，降低肌肉乳酸水平，提高最終pH，減少肌肉的蒸煮損失，膠原含量無顯著差異。

2.2.2 超高壓對肉制品的影響

肉類的超高壓加工被認為是延長肉類、半成品和即食肉制品貨架期和安全、保持感官和營養特性的最佳非熱處理工藝[28]。Yong等[29]采用高壓處理鹵牛肉，結果發現在貯藏期間鹵牛肉樣品的細菌總數顯著低于未處理的樣品（p＜0.05），提高鹵牛肉中游離氨基酸等味覺活性物質的生產，提高鹵牛肉的貨架期穩定性。同樣，Pietrasik等[30]發現在所有貯藏期間，高壓處理的火腿與未處理的火腿在消費者可接受性參數上均無顯著差異，這表明高壓可以有效延長重組火腿的貨架期，而不影響食用品質。Botsaris等[31]用超高壓（600 MPa，3 min）對商業火腿和法蘭克福香腸貨架期微生物質量的影響進行研究，結果發現UHP作為包裝后處理的實施是一種非常有效的方法，可以有效地減少這些產品的細菌負荷（TCA顯著降低（p＜0.005）），從而延長其貨架期。超高壓加工技術在肉類工業中的應用具有重要的意義和發展前景。

雖然超高壓加工是一種更自然、更環保的食品保鮮方法，但這個非熱加工過程在高脂肪食品中的使用會顯著增加氧化過程[32]。在未來的研究中需要進一步優化超高壓加工的參數，以獲得具有理想的理化性質和感官品質的肉制品。

2.3 超高壓乳制品殺菌

因原料乳和乳制品在生產和運輸期間，易發生微生物污染，使得乳制品的營養成分、感官特性受損，保存期縮短。而且高溫處理后的乳制品在貨架儲存過程中易發生質變。高靜壓（HHP）可以代替熱處理來保存乳制品、提高可接受的安全性和保質期，并且對其品質影響最小[33]。

2.3.1 超高壓殺菌對原料乳的影響

牛奶中的乳脂是一種價值極高的牛奶成分，主要被加工成黃油、奶酪、奶油和全脂奶粉，高壓加工等新興加工技術可用于改善乳脂的營養和功能特性[34]。Rodríguez-alcalá等[35]研究250～900 MPa超高壓殺菌處理對牛乳脂質和脂肪酸組成的影響，數據顯示，超高壓加工到900 MPa并沒有對牛乳脂質和脂肪酸組成產生重大變化。同樣，Chopde等[36]的研究結果顯示，超高壓加工可以提高牛奶的pH，降低其渾濁度，改變外觀，降低牛奶的凝乳時間（RCT），提高牛奶的產量，而且不會改變新鮮奶酪的組成，特別是總體含量（TS）、灰分、脂肪可溶性氮（SN）含量。超高壓處理等最新技術可用于提高生產效率，對碳足跡產生積極影響，并改善牛奶含脂產品的功能特性，使得乳脂的創新、穩定、多樣化和加工具有重大的可能性。

2.3.2 超高壓殺菌對發酵乳的影響

人們越來越關注發酵乳產品（酸奶、酪乳和嗜酸乳），特別是含有益生菌的發酵乳，它們被認為對宿主的健康有益（如腸道和免疫相關疾病）[37]。發酵牛奶也是各種具有特定健康益處的生物活性肽的潛在來源，這些生物活性肽能夠穩定胃腸消化，具有抗高血壓作用[38]。然而在發酵乳制品的生產過程中，有大量雜菌滋生，這可能改變發酵結果，造成乳制品變質，產生嚴重的浪費和經濟損失。超高壓技術在發酵乳制品加工中應用，可以很好地解決凝固型酸奶硬度過低或者攪拌型酸奶黏度較低、乳清析出等問題[39]。高靜壓可通過改變蛋白質的結構來進行蛋白質改性，進而增強其穩定乳液泡沫的能力[40]。高靜壓食品加工可以使得食品的某些分子結構發生特殊變化，從而產生傳統食品加工無法獲得的新特征，為消費者帶來更營養、更健康的食品。

對原料乳和乳制品蛋白質和酶的物理化學性質、功能特性、營養特性的影響機制方面的報道較少，需要更多深入的研究。

3 結語與展望

超高壓技術在食品工業應用中為食品部門開辟了新的領域，也為食品滅菌處理提供了新的途徑：1）果蔬產品殺菌效果：使致病微生物減少5 log條件以下，可延長果蔬汁貨架期達14周，保持并改善果汁和果醬營養成分（總酚、抗壞血酸、香氣、維生素）和感官特性；2）肉類產品殺菌效果：微生物菌落總數達到國家標準要求，延長鮮肉及肉制品保質期，提高鮮肉剪切力和pH，降低蒸煮損失、肌肉乳酸水平，保持膠原含量；3）乳制品殺菌效果：對牛乳脂質和脂肪酸無重大影響，降低牛乳渾濁度和RCT，不改變TS和SN；解決了發酵乳硬度過低、黏度較低和乳清析出等問題，改變蛋白質結構，開發新特征，從而獲得更穩定、更安全的產品，有助于保持食品的感官特性和營養特性，且不會對產品質量產生有害影響。

超高壓技術在食品工業中逐漸普及，但仍存在未解決的缺陷，需要深入研究以探索缺失的信息。果蔬產品的鈍酶效果不顯著，易導致產品褐變；可導致高油脂的肉制品脂質氧化，影響產品品質，縮短產品保質期；細菌細胞亞致死損傷使產品儲存期間發生變質；芽孢菌的滅活等仍然是超高壓食品工業面臨的挑戰。這些問題對食品工業造成了很大的不利影響，限制了該技術在食品加工過程中作為熱處理的完全替代品的實施。在未來的研究中需要重點解決這些局限性問題。