超高壓技術(shù)在蛋白質(zhì)食品加工中的應(yīng)用分析

◎ 牛淑萍，艾麥提·巴熱提

（1.新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)興新職業(yè)技術(shù)學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830074；2.新疆農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，新疆 昌吉 831100）

傳統(tǒng)的熱處理技術(shù)易將食品中熱敏性的營養(yǎng)成分破壞掉，在加工時還會加重褐變反應(yīng)，影響食品色澤。此外，食品中具有揮發(fā)性的風(fēng)味物質(zhì)同樣會因為加熱而受到影響。在食品加工中，合理應(yīng)用超高壓技術(shù)可有效克服傳統(tǒng)熱處理技術(shù)所存在的各種不足，并且經(jīng)超高壓處理之后得到的食品，不僅能完成滅菌操作，還能保持原有的營養(yǎng)成分，且其色澤更為鮮艷、口感佳，保質(zhì)期明顯延長。在20世紀(jì)90年代初期，美國著名物理學(xué)家P. W. Briagmum（美國）便提出了蛋白質(zhì)在靜水壓下（500 MPa）會發(fā)生凝固的報道[1]；1986年，日本京都大學(xué)的林立丸教授指出了超高壓可用于食品加工業(yè)中[2]。目前，在全球范圍內(nèi)，食品高壓處理廠數(shù)量已突破200家，處理容積達(dá)到了450～1 000 L，年生產(chǎn)能力超20萬t。由此可知，超高壓技術(shù)在食品加工業(yè)中已得到較好應(yīng)用。

1 超高壓技術(shù)的基本原理

超高壓技術(shù)是指把食品原料以充填的方式置入柔軟的容器中進(jìn)行密封，然后再轉(zhuǎn)送至高壓裝置中，進(jìn)行高壓處理（100～1 000 MPa），待一定時間后，生物高分子物質(zhì)（如淀粉、蛋白質(zhì)等）便會變性、失活、糊化，與此同時，食品當(dāng)中的微生物也會被殺滅。

針對液、固態(tài)物料而言，超高壓滅菌在處理方法上存在差異。如果是固態(tài)物料（如果蔬、肉類等），需要裝在軟包裝當(dāng)中（保證無毒、耐壓、柔韌，且可以傳遞壓力等），進(jìn)行真空密封，并用不連續(xù)操作方式來進(jìn)行處理。而對于液態(tài)物料（飲料、酒等），可以采用與固體物料相同的方式來進(jìn)行處理，還可根據(jù)實際需要，直接將物料當(dāng)作壓力介質(zhì)，開展連續(xù)性操作。對于傳壓介質(zhì)來講，即為被用作向食物中均一傳送壓力的介質(zhì)，在實際處理中，能夠為內(nèi)部容器表面提供保護(hù)，使其免受腐蝕。通常來講，諸如乙二醇、安息香酸鈉、硅樹脂油、調(diào)味油等均可當(dāng)作傳壓介質(zhì)。

2 超高壓處理的作用機(jī)理與特點分析

2.1 作用機(jī)理

在超高壓處理中，基于液體介質(zhì)的作用，物料體積會被壓縮，而由超高壓所形成的極高靜壓，除了會對細(xì)胞的形態(tài)造成影響外，還會改變形成生物高分子立體結(jié)構(gòu)的各種非共價鍵，如疏水鍵、離子鍵、氫鍵等，最終會使淀粉變性、蛋白質(zhì)凝固等，酶被激活或者失活，微生物被殺滅（如細(xì)菌等）。高壓處理實為一個物理進(jìn)展過程，對低分子化合物（如風(fēng)味物質(zhì)、色素及維生素等）相對應(yīng)的共價鍵不會造成明顯影響，因而可以將食品的原有色澤、營養(yǎng)價值等較好的保存下來，這也是此技術(shù)現(xiàn)階段被應(yīng)用在多種食品加工、殺菌領(lǐng)域中的典型機(jī)理。

2.2 特點

超高壓的作用比較均勻，能瞬間壓縮，時間短，操作簡便且安全，耗能低，污染少；可以將食品原有風(fēng)味（如香氣、色澤、味道等）、天然營養(yǎng)（如維生素、纖維素等）保留下來；另外，通過進(jìn)行組織變性，可以從中獲得新物性食品。

3 超高壓在蛋白質(zhì)食品改性中的影響

3.1 對蛋白質(zhì)溶解性所產(chǎn)生的影響

針對蛋白質(zhì)所具有的溶解性而言，其實為蛋白質(zhì)水化作用的基本體現(xiàn)，但需強(qiáng)調(diào)的是，水分子與蛋白質(zhì)之間的相互作用，主要是借助肽鍵（氫鍵相互作用等）或氨基酸側(cè)鏈（極性、離子化作用等）來實現(xiàn)。擁有好的溶解性是食品蛋白質(zhì)原料的基本條件，其直接影響著蛋白質(zhì)在食品當(dāng)中的風(fēng)味、穩(wěn)定性等。針對花生分離蛋白來講，在對其實施高壓處理過程中，不斷聚集的球狀蛋白質(zhì)會發(fā)生伸展、解締，與此同時，蛋白質(zhì)分子也會不斷解聚，最終形成更小的亞基；而對于球狀蛋白而言，其內(nèi)部所充斥的疏水、極性基團(tuán)的持續(xù)暴露，會增強(qiáng)蛋白質(zhì)顆粒表面的電荷分布；需指出的是，處于暴露狀態(tài)下的基團(tuán)不斷與水相結(jié)合，便會強(qiáng)化蛋白質(zhì)的水化作用，最終可達(dá)到改善溶解性的目的。此外，隨著時間的不斷延長以及處理壓力的持續(xù)升高，花生蛋白在具體的溶解性上，也會隨之升高。研究表明[3]以經(jīng)過高壓處理之后的大豆分離蛋白為研究對象，分析其流變特性、溶解性的變化，發(fā)現(xiàn)通過實施高壓處理（400 MPa、15 min），可大幅提高低濃度大豆分離蛋白的溶解性。研究表明，以α-乳白蛋白為對象，對其實施高壓處理（600 MPa、55 ℃），待10 min后，控制溶液的pH值為7，表明其有助于蛋白質(zhì)溶解性的提升[4]。由于蛋白質(zhì)有著不同的來源，另外，蛋白質(zhì)濃度、溶液pH值、處理壓力等均存在差異，部分高壓處理對蛋白質(zhì)的溶解性并不會產(chǎn)生明顯影響，甚至還會出現(xiàn)降低溶解性的情況。

3.2 對蛋白質(zhì)凝膠性所具有的影響

凝膠性實為蛋白質(zhì)的典型功能特性，其中，最常見應(yīng)用便是奶酪、豆腐。針對蛋白質(zhì)凝膠類型來講，其多由凝膠的分子形狀所決定，而形成凝膠實為一個漫長且動態(tài)過程，在此期間，通常會受各種因素的影響，如溫度、離子強(qiáng)度及pH值等。研究表明，超高壓處理會對蛋白質(zhì)膠體溶液造成破壞，致使蛋白質(zhì)不斷凝集，最終形成凝膠，改變蛋白質(zhì)凝膠特性；超高壓處理會造成蛋白質(zhì)分子二硫鍵出現(xiàn)部分?jǐn)嗔眩黾訋€基的含量，改善蛋白質(zhì)的凝膠性能[5]。另有學(xué)者[6]將大豆蛋白混合于雞肉肌原纖維蛋白，進(jìn)行高壓加熱處理（100 MPa、55 ℃），待20 min后，所制得凝膠較傳統(tǒng)加熱方法所制得凝膠優(yōu)；另外，在保水性、彈性、硬度上，也有明顯改善。高壓處理不僅可以縮短蛋白質(zhì)成膠的時間，還能減輕熱處理對蛋白所造成的破壞；因而能夠為大豆蛋白更好地應(yīng)用于肉糜類制品中，提供新途徑、新方法。

3.3 對蛋白質(zhì)酶解產(chǎn)生的影響

超高壓處理會對蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)產(chǎn)生影響，進(jìn)而影響酶對蛋白質(zhì)所具有的催化特性。針對超高壓處理來分析，其對蛋白所產(chǎn)生的影響，多為非共價鍵（蛋白三級、四級結(jié)構(gòu)）；蛋白經(jīng)過高壓處理之后，其結(jié)構(gòu)伸展會更為松散，并且會將更多位點暴露出來，易發(fā)生酶解反應(yīng)。研究表明，卵清蛋白、β-乳球蛋白通過高壓處理之后，更易被胃蛋白酶、胰凝乳酶水解[7]。另有學(xué)者強(qiáng)調(diào)，雞蛋清蛋白在經(jīng)過超高壓處理后（400～700 MPa），除了表面-SH含量、表面疏水性、粘度得到增加外，還變得更容易被胰蛋白酶水解，提示高壓處理能夠促進(jìn)蛋白酶解，并且其還與蛋白結(jié)構(gòu)的改變之間存在緊密聯(lián)系[8]。研究表明，圍繞乳清蛋白，實施高壓處理，分析其對免疫活性、酶解產(chǎn)物功能特性所產(chǎn)生的影響，從中發(fā)現(xiàn)，超高壓處理（400 MPa）與胃蛋白酶處理相結(jié)合，有助于酶解產(chǎn)物熱穩(wěn)定性的提升，而且還能形成低抗原活性肽[9]。

4 超高壓技術(shù)在食品加工中的具體應(yīng)用

4.1 肉制品加工

當(dāng)前，已有許多研究者嘗試將超高壓技術(shù)應(yīng)用在肉制品加工當(dāng)中，其較之傳統(tǒng)的加工方法，通過高壓處理之后所得到的肉制品，在風(fēng)味、柔嫩度、成熟度、和色澤方面都有顯著改善，此外，其可貯藏性也能得到明顯提高。如價廉質(zhì)粗的牛肉，將其在常溫狀態(tài)下進(jìn)行處理（250 MPa）后，便能夠得到嫩化的牛肉制品。另外，經(jīng)過高壓處理后的魚、雞肉（300 MPa，10 min），能夠獲得與輕微烹飪相似的組織狀態(tài)。

4.2 水產(chǎn)品加工

水產(chǎn)品加工比較特殊，要求具有水產(chǎn)品原有的質(zhì)地、色澤及風(fēng)味等。以往經(jīng)常采用的干燥處理、熱處理等方法均難以滿足上述要求。陳薪竹等[8]研究表明，超高壓處理能夠較好地保持水產(chǎn)品原有的新鮮風(fēng)味。如在600 MPa高壓下，對水產(chǎn)品進(jìn)行處理（10 min），能使其中的酶完全失活，尤其是甲殼類水產(chǎn)品，其在處理后，外觀呈紅色，內(nèi)部呈白色，且呈現(xiàn)變性狀態(tài)，但細(xì)菌數(shù)量大幅減少，其原有的生鮮味得到持久保持。

4.3 果汁與果醬加工

采用超高壓處理之后的果醬、果汁，其無論是在風(fēng)味、顏色上，還是在營養(yǎng)成分上，均與沒有進(jìn)行加壓處理的新鮮果醬、果汁無差異。研究表明，在100～600 MPa條件下，對柑橘類果汁（pH值在2.5～3.7）進(jìn)行加壓處理10 min，結(jié)果得知，霉菌、酵母菌、細(xì)菌總數(shù)都隨著加壓強(qiáng)度的增大而減少，特別是霉菌、酵母菌，能夠被完全殺滅，但仍有一些菌種形成有著較強(qiáng)耐熱性的芽孢殘留（枯草桿菌等）。若加壓到600 MPa，然后與低溫加熱相結(jié)合，能夠達(dá)完全滅菌的效果，且經(jīng)超高壓殺菌之后所得到的果汁，其化學(xué)成分、風(fēng)味均沒有發(fā)生改變[9]。

5 結(jié)語

綜上，超高壓處理作為一種新興的食品加工技術(shù)，其在改進(jìn)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)及功能特性上，有著積極效能，在生產(chǎn)蛋白功能食品上，未來應(yīng)用前景廣闊。需要指出的是，因食品當(dāng)中的蛋白質(zhì)有著比較復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，且品種原料不同，蛋白質(zhì)含量也存在差異，因而需進(jìn)行更深入研究。由于超高壓處理與酶解技術(shù)相結(jié)合有助于蛋白質(zhì)功能性質(zhì)的改善，而且還會形成各種生物活性肽，因而可將此當(dāng)作今后研究的中心；另外，還需進(jìn)一步優(yōu)化超高壓處理的條件與工藝，使其在蛋白質(zhì)食品加工中的效能得到最大化發(fā)揮。