超高壓在果蔬、肉類、乳制品保鮮中的應(yīng)用

鎖冠文，周春麗，蘇偉，胡雪雁

江西科技師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)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(yǎng)成分，如維生素、果膠、有機酸、蛋白質(zhì)、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(dǎo)致食品營養(yǎng)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(zhì)、營養(yǎng)物質(zhì)受損，進而提高安全性、延長貨架期、減少損耗浪費。傳統(tǒng)的熱處理方法會導(dǎo)致產(chǎn)品的感官質(zhì)量和營養(yǎng)質(zhì)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(shù)可以滅活微生物和酶，在對食品營養(yǎng)和感官品質(zhì)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(shù)

1.1 發(fā)展歷程

最初在19世紀(jì)末，Royer首先提出高壓對微生物有作用。20世紀(jì)，Bridgeman正式提出食品超高壓加工技術(shù)（ultrahigh pressure，UHP）。21世紀(jì)，超高壓技術(shù)徹底地進入食品加工業(yè)，其殺菌方面的能力和效果得到國內(nèi)外食品行業(yè)的高度認(rèn)可。國內(nèi)外研究人員和食品從業(yè)者對該技術(shù)不斷地研究改進、優(yōu)化工藝，使得其有效地克服傳統(tǒng)的熱加工方式處理食品所帶來的損失，給食品加工業(yè)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(huán)境中的液體介質(zhì)時，不論物體的形狀或大小，環(huán)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(dǎo)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(zhì)、細胞體積、遺傳物質(zhì)、蛋白質(zhì)、酶和細胞內(nèi)液泡均有影響（表1）。細胞內(nèi)物質(zhì)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(nèi)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(xué)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(shù)的實施過程中，研究者需要對這些影響因素進行科學(xué)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(yīng)用

2.1 超高壓果蔬制品殺菌

新鮮果蔬產(chǎn)品的需求在不斷增加，但是因微生物的作用，新鮮果蔬產(chǎn)品保質(zhì)期變短，易變質(zhì)，安全性降低，尤其是鮮榨果汁，這是果蔬產(chǎn)品生產(chǎn)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(shù)用于滅活微生物，可延長食品保質(zhì)期，已被廣泛用于果汁的低溫巴氏殺菌技術(shù)，以保持其新鮮度和營養(yǎng)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(xù)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(jīng)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(jīng)過超高壓處理能得到受人們歡迎的有益健康、營養(yǎng)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(tǒng)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(zhì)量變化，結(jié)果顯示高壓處理的獼猴桃果醬的質(zhì)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(chǎn)品的品質(zhì)，特別是高壓處理避免了典型的溫度誘導(dǎo)化合物的形成。同樣，Baranda等[20]高壓處理番茄醬和奇異果泥，結(jié)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(zhì)也沒有顯著的改變。總之，超高壓的應(yīng)用可以提供新一代的最低加工產(chǎn)品，具有比傳統(tǒng)加工產(chǎn)品更好的感官和營養(yǎng)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(shù)，但其重要的一個缺點不是微生物的不穩(wěn)定性，而是存在高酶活性，這可將營養(yǎng)化合物的半衰期縮短至6周以下[21]，同時也會導(dǎo)致鮮榨果汁的感官品質(zhì)和生物活性成分的含量下降[22]。因此可考慮應(yīng)用超高壓技術(shù)與其他處理方式相結(jié)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(chǎn)品殺菌

超高壓技術(shù)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(zhì)。

2.2.1 超高壓殺菌對鮮肉的影響

鮮肉中豐富的營養(yǎng)成分是腐敗微生物生長和增殖的良好培養(yǎng)基，因此是一種極易腐爛的產(chǎn)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(zhì)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(shù)在國家標(biāo)準(zhǔn)要求范圍內(nèi)。超高壓殺菌技術(shù)對鮮肉的質(zhì)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(jié)果發(fā)現(xiàn)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(zhì)得分。此研究的結(jié)果與Souza等[27]的研究結(jié)果相一致：超高壓（250 MPa，33 ℃，15 s）處理后的豬肉與未經(jīng)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(rèn)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(yǎng)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(jié)果發(fā)現(xiàn)在貯藏期間鹵牛肉樣品的細菌總數(shù)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(zhì)的生產(chǎn)，提高鹵牛肉的貨架期穩(wěn)定性。同樣，Pietrasik等[30]發(fā)現(xiàn)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(shù)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(zhì)。Botsaris等[31]用超高壓（600 MPa，3 min）對商業(yè)火腿和法蘭克福香腸貨架期微生物質(zhì)量的影響進行研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)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(chǎn)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(shù)在肉類工業(yè)中的應(yīng)用具有重要的意義和發(fā)展前景。

雖然超高壓加工是一種更自然、更環(huán)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(yōu)化超高壓加工的參數(shù)，以獲得具有理想的理化性質(zhì)和感官品質(zhì)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(chǎn)和運輸期間，易發(fā)生微生物污染，使得乳制品的營養(yǎng)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(fā)生質(zhì)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(zhì)期，并且對其品質(zhì)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(shù)可用于改善乳脂的營養(yǎng)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(zhì)和脂肪酸組成的影響，數(shù)據(jù)顯示，超高壓加工到900 MPa并沒有對牛乳脂質(zhì)和脂肪酸組成產(chǎn)生重大變化。同樣，Chopde等[36]的研究結(jié)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(chǎn)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(shù)可用于提高生產(chǎn)效率，對碳足跡產(chǎn)生積極影響，并改善牛奶含脂產(chǎn)品的功能特性，使得乳脂的創(chuàng)新、穩(wěn)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(fā)酵乳的影響

人們越來越關(guān)注發(fā)酵乳產(chǎn)品（酸奶、酪乳和嗜酸乳），特別是含有益生菌的發(fā)酵乳，它們被認(rèn)為對宿主的健康有益（如腸道和免疫相關(guān)疾?。37]。發(fā)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(wěn)定胃腸消化，具有抗高血壓作用[38]。然而在發(fā)酵乳制品的生產(chǎn)過程中，有大量雜菌滋生，這可能改變發(fā)酵結(jié)果，造成乳制品變質(zhì)，產(chǎn)生嚴(yán)重的浪費和經(jīng)濟損失。超高壓技術(shù)在發(fā)酵乳制品加工中應(yīng)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(zhì)的結(jié)構(gòu)來進行蛋白質(zhì)改性，進而增強其穩(wěn)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(jié)構(gòu)發(fā)生特殊變化，從而產(chǎn)生傳統(tǒng)食品加工無法獲得的新特征，為消費者帶來更營養(yǎng)、更健康的食品。

對原料乳和乳制品蛋白質(zhì)和酶的物理化學(xué)性質(zhì)、功能特性、營養(yǎng)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(jié)語與展望

超高壓技術(shù)在食品工業(yè)應(yīng)用中為食品部門開辟了新的領(lǐng)域，也為食品滅菌處理提供了新的途徑：1）果蔬產(chǎn)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(yǎng)成分（總酚、抗壞血酸、香氣、維生素）和感官特性；2）肉類產(chǎn)品殺菌效果：微生物菌落總數(shù)達到國家標(biāo)準(zhǔn)要求，延長鮮肉及肉制品保質(zhì)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(zhì)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(fā)酵乳硬度過低、黏度較低和乳清析出等問題，改變蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，開發(fā)新特征，從而獲得更穩(wěn)定、更安全的產(chǎn)品，有助于保持食品的感官特性和營養(yǎng)特性，且不會對產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生有害影響。

超高壓技術(shù)在食品工業(yè)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(chǎn)品的鈍酶效果不顯著，易導(dǎo)致產(chǎn)品褐變；可導(dǎo)致高油脂的肉制品脂質(zhì)氧化，影響產(chǎn)品品質(zhì)，縮短產(chǎn)品保質(zhì)期；細菌細胞亞致死損傷使產(chǎn)品儲存期間發(fā)生變質(zhì)；芽孢菌的滅活等仍然是超高壓食品工業(yè)面臨的挑戰(zhàn)。這些問題對食品工業(yè)造成了很大的不利影響，限制了該技術(shù)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。