功能性食品加工中的關(guān)鍵技術(shù)分析

李碩 蔡智軍 田曉玲

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2015.36.154

摘 要：隨著營養(yǎng)學(xué)理念的不斷革新，食品的功能性開發(fā)在食品加工過程中的重要性日益彰顯。在制作功能性食品的過程中，應(yīng)對食品原材料的營養(yǎng)成分做出科學(xué)分析，在現(xiàn)有的工藝技術(shù)基礎(chǔ)上，采用高效合理的工藝手段對食品進行再加工，確保最大限度地保留食材中的有益成分，使得加工后的食品具有相應(yīng)的保健功能。該文對加工功能性食品的幾大關(guān)鍵技術(shù)進行集中討論，主要對其技術(shù)原理及應(yīng)用情況展開分析，具體分析了膜分離技術(shù)的原理及應(yīng)用，超臨界流體萃取技術(shù)的原理及應(yīng)用，超高壓加工技術(shù)的原理及應(yīng)用，其他加工技術(shù)的應(yīng)用及前景展望四個方面，以供同行交流學(xué)習(xí)。

關(guān)鍵詞：功能性食品 食品加工 關(guān)鍵技術(shù)

中圖分類號：TS218 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）12（c）-0154-02

功能性食品是指經(jīng)過一定的工藝手段進行加工，使得加工后的食品具有調(diào)節(jié)人體生理功能、有益于機體組織健康的功效，對于慢性疾病具有一定程度上的輔助緩解作用。雖然功能性食品相較于傳統(tǒng)食品的營養(yǎng)價值有明顯提高，但功能性食品本身不能替代藥物的治療作用。為了高純度提取食物中諸如活性多糖、活性多肽、活性菌類、自由基清除劑等對人體健康有益的物質(zhì)，最大限度地保障功能性食品的食品安全與保健功效。在制作功能性食品的過程中，應(yīng)對食品原材料的營養(yǎng)成分做出科學(xué)分析，在現(xiàn)有的工藝技術(shù)基礎(chǔ)上，采用高效合理的工藝手段對食品進行再加工，確保最大限度地保留食材中的有益成分，使得加工后的食品具有相應(yīng)的保健功能。

1 膜分離技術(shù)的原理及應(yīng)用

膜分離技術(shù)主要應(yīng)用于對雙組份或多組分的溶液進行進一步的分離、提純與濃縮過程之中。膜分離技術(shù)利用生物膜具有選擇透過性的原理，依據(jù)提取物質(zhì)分子量及相關(guān)理化特性的不同，人工合成或選取天然的高分子薄膜，利用化學(xué)位差及其他外界能量，完成對目標物質(zhì)的提純分離工作。制備或選取最合適的高分子膜作為主要工藝材料，是實行膜分離技術(shù)的基本前提。因此，對高分子膜的理化穩(wěn)定性與分離穩(wěn)定性研究實驗必不可少。

高分子膜的理化穩(wěn)定性測試主要包括對膜的張力范圍、機械強度、耐熱程度、有效pH范圍以及是否與提取環(huán)境產(chǎn)生理化反應(yīng)等方面的測試與評價；分離穩(wěn)定性則主要圍繞膜的截留效率、滲透通量以及通量衰減系數(shù)三個方面展開實驗研究。在實際的膜分離技術(shù)過程中，分子膜的分離效率與滲流通量具有負相關(guān)關(guān)系，因此在實際的膜選取過程中，應(yīng)協(xié)調(diào)好二者的關(guān)系，在保證分離質(zhì)量的基礎(chǔ)上盡可能提高分離效率。依據(jù)過濾膜的孔徑大小與外界能量的不同，將膜分離技術(shù)分為微濾、超濾、滲析、電滲析及反滲透等工藝，其中在功能性食品加工中應(yīng)用較廣的工藝手段是超濾膜分離技術(shù)。超濾膜工藝是依靠0.1～0.5 MPa的靜壓驅(qū)動，將溶液中的小分子成分從高壓原料側(cè)透過分子膜篩濾到低壓濾出側(cè)的加工過程。超濾膜多為非對稱膜或復(fù)合膜結(jié)構(gòu)，能量損耗低、操作難度小。膜分離技術(shù)在功能性飲用水軟化除菌、濃縮提純發(fā)酵型功能食品所需生物酶、提取過濾植物性浸提液中的多糖多肽、超濾截留大豆分離蛋白等加工環(huán)節(jié)中，發(fā)揮著不可替代的重要作用。

2 超臨界流體萃取技術(shù)的原理及應(yīng)用

超臨界狀態(tài)是指流體高于臨界點而又接近臨界點時，流體處于一種介于氣態(tài)與液態(tài)間，以單相形式存在的特殊狀態(tài)。由于超臨界流體兼顧氣相與液相流體特點，即具有與液態(tài)流體相近的密度與介電常數(shù)的同時，還保有氣態(tài)流體高擴散系數(shù)與延展能力的特性，是絕佳的萃取分離溶劑。據(jù)相關(guān)實驗數(shù)據(jù)顯示，超臨界流體的溶解能力可達非臨界狀態(tài)下流體溶解能力的104倍，因此，超臨界流體萃取技術(shù)對于提取熱敏性強或易氧化物質(zhì)的適用性很強。

綜合考慮超臨界流體的制備成本、安全性能以及是否具有腐蝕毒害性等指標，目前應(yīng)用于食品加工中最為常用的萃取劑為超臨界二氧化碳流體。超臨界二氧化碳萃取劑具有安全無殘留、無毒無“三廢”、能量損耗低、提純效率高等技術(shù)優(yōu)勢，因此在功能性食品的加工過程中發(fā)揮著重要作用。需要注明的是，當萃取生物堿、類胡籮卜素、氨基酸或絕大多數(shù)無機鹽時，需選取其他有效溶劑完成萃取工作。在食品加工過程中，超臨界CO2對于提高富含植物油脂的種子的收油率、保證提取油脂安全無殘留雜質(zhì)、深度分離大豆中磷脂類別等效果顯著；同時，超臨界CO2對于生物體內(nèi)有效生物活性物質(zhì)的萃取效果也十分明顯。為了保證在萃取過程中，生物活性物質(zhì)不受損害，需要保持萃取所處理化環(huán)境溫和可控。許多有效的生物活性成分保持活性的要求較為嚴苛，例如，在提取魚油中DHA和EPA等不飽和脂肪酸過程中，不飽和脂肪酸的極易氧化以及遇熱分解特性加大了這些活性物質(zhì)的提取難度。超臨界CO2流體萃取技術(shù)可以有效控制提取環(huán)境，保證提取物的生物活性不被破壞。超臨界CO2萃取技術(shù)是在功能性食品加工過程中（如：提取月見草油中γ-亞麻酸、蝦殼中蝦黃素等活性成分，去除銀杏葉中銀杏酚等有害物質(zhì)）的關(guān)鍵技術(shù)手段，其使用大大提高了加工效率與提取精度。

3 超高壓加工技術(shù)的原理及應(yīng)用

現(xiàn)在應(yīng)用較為普遍的除菌技術(shù)主要包括熱力除菌、高頻電場除菌、電磁場除菌、微波除菌以及輻射除菌技術(shù)，利用電場與微波除菌技術(shù)的理論基礎(chǔ)都是將其他形式能轉(zhuǎn)化為熱能，使得細菌及生物酶在高溫條件下喪失生物活性。然而值得我們注意的是，高溫條件在較好實現(xiàn)殺菌除酶效果的同時，也會對其他對人體有益的生物活性物質(zhì)造成損害；輻射技術(shù)雖然不會產(chǎn)生大量熱能，在輻射作用下，發(fā)生分子結(jié)構(gòu)破壞的不僅包括細菌等有害微生物，被加工食品分子結(jié)構(gòu)也極易在輻射下發(fā)生裂解產(chǎn)生變化，影響加工食品的功能性與安全性。超高壓除菌技術(shù)是利用純物理手段對加工食品進行除菌滅酶處理。在超高壓加工過程中，食品的溫度變化很小，通過對加工食品施以400～600 MPa的高壓，破壞高分子中氫鍵、離子鍵等不穩(wěn)定化學(xué)鍵而保留共價鍵，較好地保持功能因子（如食品中的小分子果酸、氨基酸、天然色素及多肽等）的生物活性。國內(nèi)外的相關(guān)研究成果表明，維生素A、維生素B1、B2、維生素C以及果蔬中的色素、葉酸等小分子結(jié)構(gòu)不會因壓力變化遭到破壞；同時，相較于熱力除菌而言，超高壓除菌技術(shù)對不飽和脂肪酸以及小分子多肽的分子結(jié)構(gòu)影響較小，能夠極大程度上降低這些有益成分功能喪失風(fēng)險。因此，對含有大量維生素、不飽和脂肪酸、功能性多肽及低聚糖等營養(yǎng)成分的功能性食品采取超高壓除菌手段，可以極大程度上保證這些營養(yǎng)成分不會輕易流失。超高壓技術(shù)目前應(yīng)用于除菌領(lǐng)域較多，但是超高壓技術(shù)的應(yīng)用前景十分廣泛。利用超高壓技術(shù)對功能性大分子的分子結(jié)構(gòu)進行定向改造或是生產(chǎn)新型產(chǎn)品是未來技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。

4 其他加工技術(shù)的應(yīng)用及前景展望

在功能性食品加工過程中，根據(jù)食品種類、功能因子成分、加工食品形式等差異，所采取的加工技術(shù)也不盡相同，在加工粉末狀食品中還會應(yīng)用到微破碎及超微破碎技術(shù)。依據(jù)加工粉末成分的不同還可以采用干法破碎工藝或濕法破碎工藝，其中前者應(yīng)用較廣的為氣流粉碎技術(shù)與高頻振動粉碎技術(shù)，后者則主要利用均質(zhì)機與膠體磨。濕法破碎工藝建立于干法破碎工藝基礎(chǔ)之上，超微破碎工藝可以準確計量微量營養(yǎng)素添加劑量，是重要的功能性食品加工手段；生物技術(shù)以基因工程為核心，通過發(fā)酵工程、酶工程以及細胞工程原理對功能性食品在分子水平上進行改造。將現(xiàn)代生物技術(shù)與傳統(tǒng)食品加工工藝有機結(jié)合，充分利用生物資源的多樣性優(yōu)勢，最終實現(xiàn)食品功能的定向性改造工作是生物工程的一大應(yīng)用趨勢。在現(xiàn)有的科學(xué)技術(shù)條件下，生物工程中的一些技術(shù)已經(jīng)成功應(yīng)用于實際的功能性食品加工之中。例如：通過發(fā)酵工程手段代替?zhèn)鹘y(tǒng)的化學(xué)合成，能夠有效改善化學(xué)合成效率低下、合成周期過長等弊端，利用有益菌株的快速繁殖能力獲取功能性食品的主要功能成分，對于擴大功能食品生產(chǎn)規(guī)模、提高功能成分最終產(chǎn)量影響巨大。生物技術(shù)領(lǐng)域的進一步研究與開發(fā)對于功能性食品加工具有推動性意義，實現(xiàn)生物工程技術(shù)真正應(yīng)用于實際生產(chǎn)之中仍需要技術(shù)工作者與行業(yè)人才的不懈探索與努力，同時也需要漫長的安全性觀察與評定過程。

參考文獻

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