高壓技術(shù)在生物科學及相關(guān)領(lǐng)域中的應(yīng)用

鄒　回

高壓技術(shù)在生物科學及相關(guān)領(lǐng)域中的應(yīng)用

鄒回

（湖北第二師范學院湖北武漢430000）

生物科學技術(shù)隨著我國經(jīng)濟的整體發(fā)展正在不斷進步，生物科學技術(shù)中的高壓技術(shù)也逐漸走向成熟。高壓技術(shù)是一種在人們的生產(chǎn)生活中經(jīng)常使用的生物科學技術(shù),發(fā)展至今已經(jīng)不再受限于生物科學領(lǐng)域，而且已經(jīng)有了在相關(guān)領(lǐng)域中應(yīng)用的經(jīng)驗。文章主要介紹了生物科學中的高壓技術(shù)及其在相關(guān)領(lǐng)域的研究和應(yīng)用。

高壓技術(shù)；生物科學；研究應(yīng)用

高壓技術(shù)是一種重要的材料成型技術(shù)，其可以應(yīng)用在金屬、石墨、陶瓷等物質(zhì)成型上。高壓、冷等靜壓以及高靜壓這些只是人們生活中對該技術(shù)的通俗稱謂，其生物學全稱為超高冷等靜壓技術(shù)。工業(yè)相關(guān)部門應(yīng)用高壓技術(shù)持續(xù)和發(fā)展的時間相對較長，高壓技術(shù)的工作壓力通常是室溫100 -800 Mpa，常用于傳輸壓力的介質(zhì)有水、油等等。除上述之外，在常溫下應(yīng)用高壓技術(shù)對生物材料進行處理時,常將100 -800 Mpa之間的流體冷等靜壓力施加于生物材料上，導致其狀態(tài)發(fā)生物理或化學變化從而創(chuàng)造出一種新產(chǎn)品。除此之外超高冷等靜壓技術(shù)還可以與超聲波等技術(shù)相結(jié)合以此消除有害微生物的活性。

1 高壓技術(shù)在食品加工中的研究與應(yīng)用

食品工業(yè)生產(chǎn)的基本要素就是食品的加工和儲存，其也是使食品工業(yè)發(fā)展受到制約的原因之一。食品加工中一種通用的方法就是高溫處理，但這一過程也存在這嚴重的問題，即高溫殺菌的同時食品的特性會發(fā)生改變，并且食品中的營養(yǎng)成分會大量流失。因此高壓滅菌技術(shù)隨著現(xiàn)代生物學的發(fā)展開始應(yīng)用于食品工業(yè)。

1.1 對食品中酶類的影響

相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，在食品的工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用高壓技術(shù)對酶類的影響有兩點:其中之一是食品中的部分酶類會受低壓影響而被激活,主要原因是相關(guān)酶類在合適的壓力下產(chǎn)生了凝聚力。另一點就是過高的壓力可以使食品中的酶類活性丟失。實驗證明每一種酶的活性都受到了壓力大小的影響，酶的活性在低于一定的壓力時良好保持，反之在高于一定壓力時活性會降低或消失。除此之外受到壓力的單位時間也會對其活性有一定影響，而酶的酸堿度和類型等則是其受壓范圍大小的決定性因素。

1.2 對蛋類品質(zhì)的影響

我國科學家發(fā)現(xiàn)在食品加工中使用高壓技術(shù)對蛋黃醬的相關(guān)動態(tài)性質(zhì)存在影響。蛋黃醬在高壓技術(shù)處理后口感會變得更細膩，其原因是蛋黃醬中的蛋白質(zhì)分子受壓力作用迅速擴散，蛋白質(zhì)顆粒在逐漸變小的同時其分子也在不斷伸展，最終導致蛋黃醬的分子結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化。

1.3 高壓對肉類品質(zhì)的影響

肉制品是當今餐桌上必不可少的食物，而高壓技術(shù)在肉制品中的研究和應(yīng)用范圍也隨之更廣。相關(guān)研究使用高壓技術(shù)對牛羊肉進行了處理，并在觀察其形狀、顏色、味道和肉分子結(jié)構(gòu)的變化后得出以下幾點結(jié)論：在處理肉制品時使用高壓技術(shù)可以大幅度地減少肉制品的剪應(yīng)力,這在大大增加肉制品可溶性物質(zhì)含量的同時還增加了肉類的口感。除此之外，肉制品的顏色也會因高壓技術(shù)的處理而發(fā)生變化,通過對牛肉的實驗研究發(fā)現(xiàn)其顏色由血紅色變?yōu)榘咨恍柙?00 Mpa的高壓下靜置20 min就可以實現(xiàn),當加壓到700 Mpa時實驗樣品就會出現(xiàn)斑點。這時對顯微鏡下的牛肉結(jié)構(gòu)進行觀察發(fā)現(xiàn),由于高壓其結(jié)構(gòu)已經(jīng)發(fā)生了重大變化,肌肉節(jié)的收縮效率已經(jīng)變?yōu)檎Ｇ闆r下的35 %,這就有效的驗證了肉制品的品質(zhì)是會受到壓力影響的。

1.4 對玉米淀粉品質(zhì)的影響

玉米淀粉的糊化程度也會受到高壓處理技術(shù)的影響。將玉米淀粉放置在700 Mpa的壓力下進行處理，2分鐘后可以發(fā)現(xiàn)其糊化程度竟超過80 %。同樣的壓力下保持5分鐘后的糊狀物含量達到100 %。上述試驗表明高壓技術(shù)對此類食品加工非常有利。除此之外，研究還發(fā)現(xiàn)了玉米淀粉被加熱或受到壓力后，在顯微鏡下觀察其分子結(jié)構(gòu)也同樣發(fā)生改變，但與高溫處理不同的是，高壓處理不會改變物質(zhì)顏色。

2 高壓技術(shù)在制藥中的研究與應(yīng)用

高壓技術(shù)有效應(yīng)用隨著生物科技的發(fā)展也已擴展到制藥和藥理學領(lǐng)域。近年來國內(nèi)科學家率先將高壓技術(shù)應(yīng)用于中藥活性成分的提取中，高壓萃取技術(shù)也成為了一種在室溫條件下從中成類藥物原料中提取活性成分的新技術(shù)。高壓萃取技術(shù)可提取的藥物活性成分包括生物堿、芳香油、黃酮素等，還可以用于其他有機溶劑中的小分子成分提取。該技術(shù)與傳統(tǒng)的回流技術(shù)相比可以減少大量的提取時間,在減少物質(zhì)資源消耗的同時還能有效提高提取率。除此之外，高壓萃取是在室溫下進行的，這可以避免藥物成分結(jié)構(gòu)因溫度發(fā)生變化。同時在進行藥物高壓萃取時通常會選擇一個封閉的環(huán)境，因此該項技術(shù)的應(yīng)用更符合當代的綠色環(huán)保理念。在中成類藥物的提取中應(yīng)用高壓技術(shù)發(fā)揮了有效且實用的價值，在其他藥理學方面的應(yīng)用還有待進一步研究發(fā)現(xiàn)。

3 高壓技術(shù)在基礎(chǔ)科學中的研究

3.1 高壓對生物大分子的影響

很大一部分酶在人類體內(nèi)是以蛋白質(zhì)大分子的形態(tài)存在的，其在人體內(nèi)起到催化作用，從而使身體發(fā)生不同的反應(yīng)，同樣其他動物和植物體內(nèi)的酶類也促進或抑制著生物反應(yīng)的發(fā)生。但有國外科學家研究發(fā)現(xiàn)酶類和其他微生物細胞組織在壓力下會趨于穩(wěn)定。

3.2 高壓對核酸的影響

高壓對脂類核酸以及多糖的影響主要體現(xiàn)在結(jié)構(gòu)上。蛋白質(zhì)隨溫度和壓力的變化會出現(xiàn)打開、分離以及凝聚三個步驟，但大多數(shù)試驗主要關(guān)注點還是停留在蛋白質(zhì)的打開階段，后兩個步驟也是現(xiàn)實存在的且其有可能改變當前的一些物理或化學變化理論。同時蛋白質(zhì)分子間的相互作用研究也是極其重要的,其中一些蛋白質(zhì)分子在嚴格的條件限制下會引發(fā)纖維化，而這一變化是否和蛋白質(zhì)所出的壓力以及其穩(wěn)定性相關(guān)還有待研究。

3.3 高壓對胞內(nèi)過程的影響

胞內(nèi)過程的一個顯著特征是反應(yīng)的多樣性。這些多樣性的反應(yīng)主要有蛋白質(zhì)與核酸、蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)之間以及蛋白質(zhì)自身的氧化還原等。當前已有相關(guān)試驗詳細描述了復雜的大分子之間以及摩爾質(zhì)量較小的分子之間發(fā)生反應(yīng)的區(qū)別性。高分子復合物對壓力敏感性表明，細胞也可能對壓力很敏感，以下實驗可以證明上述假設(shè)?？蒲泄ぷ髡咴谟^察病毒時發(fā)現(xiàn)壓力發(fā)生了微小的變化降低了病毒的生物活性，因此病毒細胞膜組成中的分子水平適應(yīng)機制作用說明了以上現(xiàn)象。同時水在大分子穩(wěn)定性中的作用也被發(fā)現(xiàn)。例如細菌孢子在壓力下很難失去活性脫落，并且其在100 Mpa的壓力以下可以生長和發(fā)芽。另一個例子是緩行類動物在特定狀態(tài)下會收縮到不能移動的狀態(tài)，這種狀態(tài)下它們承受的壓力和溫度范圍可以擴大到600 Mpa以及-200～150 ℃之間，這種狀態(tài)與細菌孢子的狀態(tài)非常相像。

3.4 高壓對細胞的新陳代謝和基因表達的影響

了解壓力對分子相互作用的影響，可以幫助我們更好地理解壓力對細胞系統(tǒng)的影響。有關(guān)研究數(shù)據(jù)表明，許多蛋白質(zhì)和核酸之間的相互作用結(jié)果是以前沒有預料到的，但這同時也表明細胞生物學需要新的理論來更好地使人們理解代謝系統(tǒng)。除此之外，如何解釋流體靜力學高壓下不同微生物的敏感差異性也是當前生物技術(shù)領(lǐng)域研究的重點對象。該問題的成功探究可以使我們更好地理解代謝基因的表達，以及其他更復雜的知識，例如蛋白質(zhì)的分離和凝聚。

4 小結(jié)

綜上所述，對高壓技術(shù)的綜合實驗與研究，可以發(fā)現(xiàn)在食品加工中應(yīng)用的高壓技術(shù)已經(jīng)非常先進，且發(fā)展前景十分廣闊。高壓技術(shù)在食品工業(yè)以外的醫(yī)療領(lǐng)域也有所建樹，科研人員可以利用高壓技術(shù)提取藥物的活性成分。除此之外，我國大量的試驗研究也證實了高壓技術(shù)在病毒滅活、細胞組織研究等不同領(lǐng)域的重要影響,可以說高壓技術(shù)對社會發(fā)展和人類生活有著不可估量的作用。

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TS201

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2095-1205(2019)09-59-02

10.3969/j.issn.2095-1205.2019.09.32