超高壓技術(shù)在蛋白質(zhì)食品加工中的應(yīng)用

楊雯雯，郭志芳

（漯河職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南漯河 462002）

食品加工中，超高壓技術(shù)應(yīng)用后，可以顯著改變食品本身的蛋白質(zhì)特性，其分子構(gòu)象會(huì)隨之發(fā)生變化，常見(jiàn)食品蛋白質(zhì)變化包括吸油性變化、凝膠性變化、乳化性變化等。但是，目前部分食品加工機(jī)構(gòu)在針對(duì)食品蛋白質(zhì)進(jìn)行處理時(shí)，對(duì)于超高壓技術(shù)的應(yīng)用及操作卻仍舊存在不足，導(dǎo)致實(shí)際的蛋白質(zhì)食品生產(chǎn)及加工品質(zhì)受到影響。鑒于此，針對(duì)超高壓技術(shù)在蛋白質(zhì)食品加工中的應(yīng)用這一內(nèi)容進(jìn)行深入分析具有重要重要意義。

1 超高壓技術(shù)及其在蛋白質(zhì)食品加工中應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

超高壓技術(shù)的應(yīng)用原理主要是將氣體積液體進(jìn)行加壓處理，需加壓至超出100 MPa以上，目前，此項(xiàng)技術(shù)主要包括3種類型，分別是超高靜壓、超高壓水射流以及動(dòng)態(tài)超高壓技術(shù)，在應(yīng)用范圍方面，極為廣泛。在食品加工領(lǐng)域中，主要應(yīng)用的技術(shù)類型是超高靜壓技術(shù)，最早于1914年，美國(guó)著名物理學(xué)家首次應(yīng)用靜水壓技術(shù)進(jìn)行了蛋白質(zhì)凝固處理，并將靜水壓加高至700 MPa，形成了蛋白質(zhì)凝膠報(bào)告[1]。該項(xiàng)技術(shù)研究至1986年，由日本學(xué)者提出了更為精確且專用于食品加工領(lǐng)域的超高壓加工技術(shù)。截至2020年末，全球范圍內(nèi)已經(jīng)建立近千家食品高壓處理廠家，年生產(chǎn)能力也初步超出百萬(wàn)t。由此可見(jiàn)，在食品加工過(guò)程中，超高壓技術(shù)的應(yīng)用范圍及發(fā)展趨勢(shì)的極具突出性。超高壓技術(shù)應(yīng)用在蛋白質(zhì)類食品加工時(shí)，其主要是在彈性容器內(nèi)或是在無(wú)菌壓力系統(tǒng)中，配置專用的傳壓介質(zhì)，一般以水或其他流體類介質(zhì)為主[2]。隨后，在常溫或是低溫狀態(tài)下對(duì)食品進(jìn)行加工處理，借助100 MPa以上的壓力使食品內(nèi)的蛋白質(zhì)實(shí)現(xiàn)活性改變。超高壓處理技術(shù)相比于傳統(tǒng)的蛋白質(zhì)食品加工處理技術(shù)而言，可以實(shí)現(xiàn)食品滅酶及殺菌的效果，避免食品本身色香味流失；還可跳出壓力梯度的限制，提升傳壓速度，優(yōu)化蛋白質(zhì)食品加工處理效率。

2 超高壓技術(shù)在蛋白質(zhì)食品加工中的應(yīng)用

2.1 蛋白質(zhì)食品乳化性加工中超高壓技術(shù)的應(yīng)用

蛋白質(zhì)之所以會(huì)呈現(xiàn)穩(wěn)定的乳液狀，主要會(huì)受到多方面因素的影響，通過(guò)對(duì)表面吸附能力的發(fā)揮達(dá)到降低表面張力的效果，借助空間作用力以及靜電的影響，形成更具高粘彈性特征的保護(hù)膜。單純針對(duì)蛋白球而言，超高壓加工技術(shù)手段的使用，可以顯著對(duì)蛋白的乳化性產(chǎn)生影響，但缺點(diǎn)體現(xiàn)在對(duì)后續(xù)乳化的穩(wěn)定性存在不利[3]。有學(xué)者在研究中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)針對(duì)大豆分離蛋白進(jìn)行乳化活性指數(shù)處理時(shí)，超高壓技術(shù)的采納，可以顯著提升該指數(shù)參數(shù)，但穩(wěn)定指數(shù)卻隨之出現(xiàn)下降情況。研究人員對(duì)原因展開(kāi)分析，發(fā)現(xiàn)經(jīng)超高壓處理下，蛋白質(zhì)的實(shí)際伸展以及疏水基團(tuán)被暴露在外，造成大豆分離蛋白的乳化特性隨之凸顯出來(lái)。此外，有研究中使用400 MPa進(jìn)行中性條件下0.75%大豆蛋白超高壓處理，可以進(jìn)一步對(duì)其7S組分的乳化穩(wěn)定性加以提升。同時(shí)在堿性條件下，超高壓技術(shù)操作后，還會(huì)對(duì)大豆分離蛋白質(zhì)的粒徑減小以及蛋白質(zhì)吸附量減少產(chǎn)生影響，最終對(duì)食品中蛋白的乳化活性加以改善和優(yōu)化[4]。在酸性條件下，蛋白則會(huì)在酸化作用的驅(qū)動(dòng)下出現(xiàn)乳化特性的弱化現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)超高壓處理優(yōu)化。

2.2 蛋白質(zhì)食品致敏性加工處理中超高壓技術(shù)的應(yīng)用

當(dāng)超高壓技術(shù)應(yīng)用于蛋白質(zhì)食品加工中時(shí)，會(huì)對(duì)降低食品致敏性產(chǎn)生促進(jìn)作用，下面將會(huì)圍繞不同的蛋白質(zhì)食品致敏性處理中，超高壓加工技術(shù)的具體應(yīng)用加以分析。

（1）牛奶致敏性處理中超高壓加工技術(shù)的應(yīng)用。牛奶蛋白過(guò)敏，主要是指人體對(duì)單種或多種牛奶蛋白質(zhì)所產(chǎn)生的一種免疫學(xué)反應(yīng)，也被稱之為牛乳蛋白抗原性IgE介導(dǎo)免疫反應(yīng)。應(yīng)用超高壓技術(shù)進(jìn)行蛋白質(zhì)致敏性處理時(shí)，主要是通過(guò)對(duì)過(guò)敏蛋白空間結(jié)構(gòu)的更改，使過(guò)敏原蛋白產(chǎn)生變化，或失活，借此達(dá)到消除牛奶過(guò)敏原的超高壓加工目標(biāo)[5]。有研究在進(jìn)行牛奶致敏性處理時(shí)，使用了動(dòng)態(tài)高壓微射流技術(shù)，其技術(shù)核心通過(guò)對(duì)溫度的把控實(shí)現(xiàn)對(duì)過(guò)敏原蛋白的處理，并借助間接競(jìng)爭(zhēng)的形式，達(dá)成對(duì)于β-乳球蛋白抗原性的進(jìn)一步分析。技術(shù)操作中，分別在90 ℃、160 ℃不同條件下，對(duì)β-乳球蛋白進(jìn)行抗原性分析，發(fā)現(xiàn)前者抗原反應(yīng)顯著低于后者，且在對(duì)照組內(nèi)，當(dāng)壓力為80 MPa時(shí)，動(dòng)態(tài)高壓微射流技術(shù)處理下的β-乳球蛋白抗原性得到了進(jìn)一步的增加，當(dāng)壓力＞80 MPa后，抗原性開(kāi)始逐漸降低。

（2）花生致敏性處理中超高壓加工技術(shù)的應(yīng)用。目前可檢測(cè)出，花生這一食品過(guò)敏原蛋白共計(jì)11種，在分屬類型上分別對(duì)應(yīng)各自的蛋白質(zhì)家族，其中花生的主要過(guò)敏原蛋白包括Ara h1、Ara h3、Ara h2及Ara h1，且最后一種蛋白過(guò)敏原含量高居首位，不僅熱穩(wěn)定性高，同時(shí)還具有耐酶解特性，可被超出90%以上花生過(guò)敏患者血清所識(shí)別[6]。對(duì)此有學(xué)者在花生烘焙加工研究中，對(duì)比了單獨(dú)烘焙和超高壓烘焙加工成果，經(jīng)過(guò)超高壓處理后，花生被胰蛋白消化速度顯著提升，且隨著壓力的加大以及加壓時(shí)間的延長(zhǎng)，花生內(nèi)致敏原蛋白與患者血清結(jié)合能力明顯下降，說(shuō)明致敏性被降低，值得推廣。

2.3 蛋白質(zhì)食品結(jié)構(gòu)處理中超高壓技術(shù)的應(yīng)用

蛋白質(zhì)食品加工處理中應(yīng)用超高壓技術(shù)時(shí)，會(huì)對(duì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，在具體的加工中，應(yīng)用主要集中在以下4方面。

（1）對(duì)蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)變化的影響。一般而言，蛋白質(zhì)內(nèi)多肽鏈結(jié)構(gòu)主要取決于氨基酸順序，目前應(yīng)用超高壓技術(shù)進(jìn)行蛋白質(zhì)食品加工中并未發(fā)現(xiàn)會(huì)對(duì)蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。

（2）對(duì)蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)變化的影響。食品蛋白質(zhì)內(nèi)，其二級(jí)結(jié)構(gòu)的多肽鏈往往會(huì)圍繞一維空間規(guī)則隨之變化，呈循環(huán)式排列，部分蛋白質(zhì)在構(gòu)成上會(huì)以某一個(gè)軸盤折疊或旋轉(zhuǎn)，在氫鍵影響下呈現(xiàn)規(guī)則構(gòu)象，常見(jiàn)的蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)有β-轉(zhuǎn)角、α-螺旋等。有學(xué)者在研究冷藏狀態(tài)下鳊魚(yú)糜蛋白質(zhì)時(shí)發(fā)現(xiàn)，α-螺旋結(jié)構(gòu)是構(gòu)成其蛋白質(zhì)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的核心構(gòu)象，當(dāng)該食品經(jīng)過(guò)超壓處理后，其內(nèi)α-螺旋結(jié)構(gòu)會(huì)逐步轉(zhuǎn)型為無(wú)規(guī)則的卷曲形狀，使分子表面之上暴露出之前被埋于肌球蛋白分子之內(nèi)的疏水性殘基，此過(guò)程誘發(fā)食品蛋白質(zhì)出現(xiàn)結(jié)構(gòu)變性[7]。隨著溫度的升高，蛋白質(zhì)內(nèi)無(wú)規(guī)則卷曲結(jié)構(gòu)也會(huì)隨之增加，對(duì)應(yīng)的蛋白質(zhì)變性越高，還會(huì)對(duì)蛋白質(zhì)凝膠強(qiáng)度減低產(chǎn)生影響。

（3）對(duì)蛋白質(zhì)三級(jí)結(jié)構(gòu)變化的影響。該結(jié)構(gòu)中，其作用力主要是取決于巰基以及二硫鍵的改變，同時(shí)還會(huì)一定程度受到蛋白質(zhì)表面疏水作用的限制，其構(gòu)象中，兩個(gè)硫原子之間化學(xué)鍵能夠與相同或異同肽鏈部分相連接，借此保證蛋白質(zhì)構(gòu)象的穩(wěn)定性。對(duì)此有學(xué)者在研究大豆食品加工時(shí)指出，經(jīng)過(guò)超高壓200 MPa加工處理，大豆分離蛋白溶液的微堿性隨之發(fā)生改變，且疏水性也會(huì)隨之增加，但是對(duì)應(yīng)的二硫鍵固有含量在減少。同時(shí)該學(xué)者還對(duì)pH為3強(qiáng)酸性大豆分離蛋白溶液進(jìn)行了超高壓處理，發(fā)現(xiàn)當(dāng)壓力增加至400 MPa后，巰基含量逐漸減低。

（4）對(duì)蛋白質(zhì)四級(jí)結(jié)構(gòu)變化的影響。該結(jié)構(gòu)是由緊密結(jié)構(gòu)所聚集而成，穩(wěn)定性主要受到對(duì)壓力極為敏感的疏水作用所影響。當(dāng)壓力適宜時(shí)，即壓力低于150 MPa以下時(shí)，十分有利于低聚蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的解離影響，且對(duì)應(yīng)的體積也會(huì)隨之縮小。例如，在150 MPa條件設(shè)定下，β-酪蛋白會(huì)產(chǎn)生可逆解聚反應(yīng)，但當(dāng)壓力過(guò)高時(shí)，則會(huì)受到溫度變化的影響而出現(xiàn)可逆聚合狀況[8]。由此可見(jiàn)，超高壓加工處理技術(shù)應(yīng)用蛋白質(zhì)食品處理中，能夠使蛋白質(zhì)解離亞單位產(chǎn)生結(jié)構(gòu)變化，同時(shí)酪蛋白亞基會(huì)在疏水力及離子的影響下開(kāi)始結(jié)合，對(duì)應(yīng)的球蛋白則在超高壓的影響下，開(kāi)始變性，產(chǎn)生聚合，最終凝膠化。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，蛋白質(zhì)食品加工中，超高壓技術(shù)應(yīng)用時(shí)間雖然相對(duì)比較短，但是在取得的成效上卻比較突出。在此基礎(chǔ)上，未來(lái)蛋白質(zhì)食品加工行業(yè)在進(jìn)行技術(shù)研發(fā)時(shí)，應(yīng)該從食品本身的致敏性性降低、乳化性改善角度展開(kāi)技術(shù)研討，借此提升蛋白質(zhì)類食品加工的質(zhì)量。在進(jìn)行蛋白質(zhì)食品加工期間，不可忽視對(duì)于食品本身結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，使其更契合人體營(yíng)養(yǎng)吸收需求，保障人們身體健康，生產(chǎn)、加工可滿足多元化蛋白質(zhì)需求的食品。