超高壓聯(lián)合其他保鮮技術(shù)在水產(chǎn)品中應(yīng)用的研究進(jìn)展

藍(lán)蔚青，張炳杰，謝 晶

（1. 上海海洋大學(xué)食品學(xué)院，上海 201306；2. 上海水產(chǎn)品加工及貯藏工程技術(shù)研究中心，食品科學(xué)與工程國家級實(shí)驗教學(xué)示范中心（上海海洋大學(xué)），上海 201306）

我國是世界漁業(yè)大國，水產(chǎn)品產(chǎn)量連續(xù)多年位居世界前列[1–2]。到2020 年，我國水產(chǎn)品總產(chǎn)量已達(dá)6549.02 萬噸，比2019 年增長了1.06%，全國水產(chǎn)品年人均占有量46.39 kg。水產(chǎn)品因其味道鮮美、營養(yǎng)豐富而受到消費(fèi)者的廣泛青睞。然而，在水產(chǎn)品的貯藏過程中，由于微生物及酶的作用以及脂肪氧化等因素的影響，極易發(fā)生腐敗[3–4]。分析水產(chǎn)品的腐敗機(jī)理，選擇合適的保鮮方法并加以優(yōu)化，是國內(nèi)外學(xué)者長期以來的工作重點(diǎn)。目前，水產(chǎn)品常用的保鮮方式主要有物理、化學(xué)和生物保鮮[5]。作為食品貯藏領(lǐng)域最常用的保鮮方法，物理保鮮技術(shù)以其安全性高、操作簡單等優(yōu)勢，深受食品加工行業(yè)的推崇。物理保鮮主要包括低溫、氣調(diào)及超高壓技術(shù)[6–7]等，其主要特點(diǎn)與應(yīng)用實(shí)例如表1[8–15]所示。

表1 常用的水產(chǎn)品物理保鮮方式及其主要特點(diǎn)及應(yīng)用實(shí)例Table 1 Common physical preservation methods and main characteristics of aquatic products

超高壓處理技術(shù)是近年來新興的殺菌保鮮技術(shù)，具有“安全、高效、環(huán)?！钡奶攸c(diǎn)[16–17]，而且超高壓處理能使淀粉呈糊狀，蛋白質(zhì)呈凝膠狀，因此常用于提高食品的感官品質(zhì)和加工性狀[18–19]。本文將在闡述超高壓處理技術(shù)主要優(yōu)缺點(diǎn)與作用原理的基礎(chǔ)上，介紹該技術(shù)在水產(chǎn)品滅菌、鈍酶與加工改性等方面的研究進(jìn)展，提出存在的問題與解決辦法，重點(diǎn)綜述超高壓聯(lián)合其他保鮮技術(shù)在水產(chǎn)品中的應(yīng)用研究進(jìn)展，并對其發(fā)展前景予以展望。

1 工作原理與作用機(jī)制

超高壓處理（ultra-high pressure processing, UHP）也稱高靜水壓（high hydrostatic pressure, HHP）技術(shù)，是指在室溫或較低溫度下，通過包裝將食品密封于高壓容器中，利用壓媒（水、油等流體介質(zhì)）對食品施加100～1000 MPa 的靜水壓力，使食品中的酶失活、蛋白質(zhì)變性、淀粉糊化，并殺死食品中的腐敗菌和其他微生物，從而達(dá)到保鮮、改性和生產(chǎn)新結(jié)構(gòu)的目的[20–21]。該技術(shù)自20 世紀(jì)70 年代末出現(xiàn)以來，隨著技術(shù)的不斷完善，作為“冷殺菌方式”之一，在果汁、果醬、魚糜和水產(chǎn)品領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

超高壓處理技術(shù)主要遵循帕斯卡與勒夏特列等原理[22–23]，通過對食品施加靜高壓，使壓力瞬時均勻傳遞到食品的每個部位，從而破壞食品中的離子鍵、疏水鍵和氫鍵等。超高壓不但會影響細(xì)胞形態(tài)和結(jié)構(gòu)，而且還會對微生物細(xì)胞膜的功能性產(chǎn)生不可逆破壞，導(dǎo)致細(xì)胞膜的通透性增大，影響營養(yǎng)物質(zhì)的攝入及細(xì)胞代謝廢物的排出；在超高壓的作用下，蛋白質(zhì)凝固變性，二、三、四級結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，而大多數(shù)酶本質(zhì)上是蛋白質(zhì)，蛋白質(zhì)構(gòu)象遭到破壞后，酶的活性與功能也將受到影響。當(dāng)微生物的細(xì)胞膜和酶遭到破壞時，DNA 復(fù)制受阻，遺傳功能喪失，進(jìn)而影響微生物的正常生理功能，形成致死作用[24]；超高壓處理還會導(dǎo)致水產(chǎn)品中的組織內(nèi)源酶失活[25–26]，延緩水產(chǎn)品的腐敗變質(zhì)。其主要作用機(jī)制如圖1 所示。

圖1 超高壓技術(shù)的主要作用機(jī)制[24?26]Fig. 1 Main working mechanism of ultra-high pressure technology[24?26]

2 超高壓技術(shù)在水產(chǎn)品中的應(yīng)用

在水產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域中，超高壓技術(shù)被視為滅菌保鮮、致酶失活與加工改性的關(guān)鍵技術(shù)[27]，其壓力傳遞均勻、殺菌效果好，滅酶徹底，能保全食品加工前的色澤、香味和各類營養(yǎng)成分，同時還可賦予食品新的口感，具有低能耗、高效率、無二次污染、操作簡便等優(yōu)點(diǎn)。

2.1 超高壓滅菌

超高壓處理能使微生物的形態(tài)結(jié)構(gòu)、酶活性、生化反應(yīng)、遺傳物質(zhì)及細(xì)胞結(jié)構(gòu)發(fā)生相應(yīng)改變，影響其生理機(jī)能，達(dá)到滅菌保鮮的目的。羅華彬等[28]研究發(fā)現(xiàn)，用250、300 和350 MPa 超高壓處理帶魚魚丸5 min 后，能延緩魚丸冷藏期間菌落總數(shù)、pH 值和TVB-N 值升高，且在一定范圍內(nèi)，壓力越大，殺菌效果越顯著；趙宏強(qiáng)等[29]將鱸魚片分別在200、250、300 MPa 條件下處理9 min，研究得出壓力大小與樣品的pH 值、TBA 值、TVB-N 值、菌落總數(shù)變化呈正相關(guān)，與硬度值、持水力呈負(fù)相關(guān)，并且以250 MPa處理的綜合評價效果相對較好，可使鱸魚片的冷藏貨架期至少延長4 d；Suemitsu 等[30]研究發(fā)現(xiàn)，羅非魚魚片經(jīng)100、200、300 和400 MPa 超高壓處理后，微生物數(shù)明顯減少，各項理化指標(biāo)均優(yōu)于對照組。因此，在利用超高壓殺菌的過程中，壓力大小、保壓時間和加壓方式均會影響殺菌效果，應(yīng)根據(jù)特定食品選擇相應(yīng)的超高壓處理參數(shù)。

2.2 超高壓鈍酶

酶作為一種特殊的蛋白質(zhì)，在超高壓條件下會凝固變性，部分疏水鍵遭到破壞，結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，酶的活性及功能也會受到影響甚至喪失，從而實(shí)現(xiàn)鈍酶的目的。邱春江[31]研究了超高壓（300～700 MPa）對鰱魚中脂肪氧合酶活性的影響，結(jié)果表明，壓力對鰱魚脂肪氧合酶的活性有顯著影響，且隨著壓力的升高以及處理時間的延長，魚體內(nèi)的脂肪氧合酶失活速率增大，酶活殘存率相應(yīng)降低；Méndez 等[32]分析了超高壓處理對沙丁魚關(guān)鍵酶活性的影響，發(fā)現(xiàn)脂肪酶活性與施加壓力存在顯著的負(fù)相關(guān)，當(dāng)壓力達(dá)到175～200 MPa 時，脂肪酶活性顯著低于對照組；Teixeira 等[33]研究了不同的超高壓條件（100、250、400 MPa）對海鱸魚片中酸性磷酸酶、組織蛋白酶（B 和D）的影響，結(jié)果表明，與未處理樣品相比，酸性磷酸酶活性在400 MPa 時最低，組織蛋白酶D 在100、400 MPa 時活性最低。因此，超高壓處理可以降低酶的活性，防止因自溶反應(yīng)而導(dǎo)致水產(chǎn)品腐敗變質(zhì)。

2.3 超高壓加工改性

水產(chǎn)品的組織結(jié)構(gòu)對超高壓處理非常敏感，因而可以通過超高壓處理改善其風(fēng)味。Li 等[34]研究發(fā)現(xiàn)，超高壓處理在一定程度上有利于保持凍蝦仁的色澤和硬度；馬榮榮[35]研究表明，鰻魚魚糜經(jīng)200 MPa 超高壓處理15 min 后，魚糜的持水性、硬度和咀嚼性等參數(shù)明顯升高；崔燕等[36]的研究顯示，超高壓處理能夠降低南美白對蝦的汁液流失率，延緩持水力的下降，且在一定程度上緩解冷凍處理對肉質(zhì)口感的影響。除了改善水產(chǎn)品的風(fēng)味，研究人員還重點(diǎn)研究了基于超高壓的水產(chǎn)品加工改性。由于超高壓作用會引起水產(chǎn)品中蛋白質(zhì)變性，因此與熱加工形成的蛋白質(zhì)凝膠相比，超高壓加工形成的蛋白質(zhì)凝膠更具彈性和柔韌度，且不影響水產(chǎn)品原有的風(fēng)味和口感。以魚糜加工為例，真空包裝的鱸魚魚糜經(jīng)300 MPa、10 min 的超高壓處理后，凝膠強(qiáng)度明顯提升[37]；將金線魚魚糜制成灌腸，經(jīng)300 MPa、20 min 的超高壓處理后，凝膠強(qiáng)度提升，凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)均勻致密，凝膠特性顯著改善[38]；將魚糜灌腸后再真空包裝，經(jīng)450 MPa、10 min 的超高壓處理后，其蛋白質(zhì)凝膠強(qiáng)度增大，表現(xiàn)出更佳的內(nèi)聚性和彈性[39]?？梢姡邏禾幚硎窃鰪?qiáng)食品感官品質(zhì)、改善食品加工特性的一種有效的技術(shù)方法。

2.4 超高壓保鮮存在的問題

盡管超高壓技術(shù)滅菌高效徹底，節(jié)能環(huán)保，安全性高，但是在處理過程中，不同食品對超高壓的耐受性和敏感性存在差異，過高壓力可能會對某些食品的外觀形態(tài)產(chǎn)生影響，部分水產(chǎn)品甚至?xí)霈F(xiàn)硬度和剪切強(qiáng)度增加的現(xiàn)象[40]。例如：當(dāng)壓力達(dá)到300 MPa 時，水產(chǎn)品表面會出現(xiàn)輕微熟食，肉質(zhì)變得不透明[41]。隨著消費(fèi)者對水產(chǎn)品品質(zhì)要求的不斷提高，使用單一的超高壓技術(shù)保鮮水產(chǎn)品并非最理想的方式。如今，超高壓結(jié)合其他保鮮手段的復(fù)合處理技術(shù)方興未艾，綜合運(yùn)用其各自優(yōu)勢，形成“柵欄”效應(yīng)，作用效果將比單一手段更加有效。

3 超高壓聯(lián)合其他保鮮技術(shù)在水產(chǎn)品中的應(yīng)用

3.1 超高壓結(jié)合其他物理保鮮技術(shù)

氣調(diào)保鮮是常用的物理保鮮方式，具有安全高效、保藏時間長等特點(diǎn)。將超高壓處理與氣調(diào)保鮮技術(shù)相結(jié)合，能發(fā)揮其綜合優(yōu)勢。Perez-Won 等[42]研究發(fā)現(xiàn)，50%、70%和100%的CO2結(jié)合150 MPa超高壓處理5 min，能使金槍魚中的內(nèi)源酶失活，降低其貯藏期間的菌落總數(shù)，延緩感官品質(zhì)的變化；謝晶等[43]研究表明，氣調(diào)包裝（60%CO2+ 15%O2+ 25%N2與50%CO2+ 15%O2+ 35%N2）結(jié)合290 MPa 超高壓處理6 min，能使帶魚的冷藏貨架期延長至21 d，為對照組貨架期的2 倍；Rode 等[44]研究發(fā)現(xiàn)，氣調(diào)結(jié)合400、600 MPa 超高壓處理2 min 對魚湯中單增李斯特菌的抑制作用明顯優(yōu)于對照組，能使超過99.9%的存活細(xì)胞受到亞菌體損傷。微波殺菌技術(shù)也是一種常用的物理保鮮技術(shù)，通過改變細(xì)胞膜表面的電位分布，使細(xì)菌的生理生化功能發(fā)生變化，其穿透作用可達(dá)到迅速殺菌的目的[45–47]?？梢詫⑽⒉⒕夹g(shù)與超高相結(jié)合，用于水產(chǎn)品保鮮。袁龍[48]應(yīng)用600 MPa、4.5 min 的超高壓處理結(jié)合19.4 W/g、39 s 的微波處理，研究了其對銀魚的殺菌效果，結(jié)果顯示，聯(lián)合處理的殺菌效果顯著優(yōu)于單一處理，更有利于保持銀魚品質(zhì)。

3.2 超高壓結(jié)合化學(xué)保鮮技術(shù)

酸性電解水是一種新型減菌劑，具有廣譜抑菌、安全環(huán)保、制作簡單等特點(diǎn)，是近年來食品行業(yè)應(yīng)用較多的殺菌劑。微酸性電解水是國際上最新公認(rèn)的殺菌劑和化學(xué)保鮮劑，對細(xì)菌、病毒等均表現(xiàn)出較強(qiáng)的殺滅效果，且無殘留[49]。王麗萍[50]研究發(fā)現(xiàn)，超高壓與微酸性電解水協(xié)同處理可使蠟樣芽孢桿菌的內(nèi)外結(jié)構(gòu)受到不同程度的損傷，尤其是多次脈沖超高壓結(jié)合微酸性電解水處理的效果更顯著；杜蘇萍等[51]的實(shí)驗結(jié)果表明，超高壓技術(shù)結(jié)合酸性電解水處理能使蝦仁中副溶血性弧菌明顯減少。以上研究證明，超高壓結(jié)合化學(xué)保鮮劑對水產(chǎn)品保鮮與貨架期延長的作用效果顯著。

3.3 超高壓結(jié)合生物保鮮技術(shù)

相較于化學(xué)保鮮劑，生物保鮮劑具有來源廣泛、安全無毒等特點(diǎn)，是近年來水產(chǎn)品保鮮研究的熱點(diǎn)之一。超高壓處理能在保護(hù)水產(chǎn)品色澤及營養(yǎng)成分的前提下，殺滅微生物，將其與生物保鮮劑結(jié)合使用能形成聯(lián)合殺菌效果。蔡路昀等[52]對海鱸魚進(jìn)行了200 MPa 超高壓聯(lián)合8 μg/mL 6-姜酚處理，發(fā)現(xiàn)其作用效果優(yōu)于單一處理組，細(xì)菌繁殖得到有效抑制，感官品質(zhì)、色澤及質(zhì)構(gòu)特性得到改善，各項指標(biāo)的變化也明顯放緩；郭麗萍等[53]的研究表明，復(fù)合保鮮劑（0.15%殼聚糖+1.50% ε-聚賴氨酸）結(jié)合200 MPa超高壓處理5 min 后，冷藏鱸魚的各項指標(biāo)上升幅度受到抑制，與單一處理組相比，貨架期明顯延長；廖涵[54]研究發(fā)現(xiàn)，0.005%或0.010%的Nisin 結(jié)合350 MPa、2 min 的超高壓處理對大腸桿菌細(xì)胞結(jié)構(gòu)的破壞程度明顯強(qiáng)于單一處理組；Estaca 等[55]發(fā)現(xiàn)，對于三文魚片，明膠-殼聚糖-丁香精油膜結(jié)合250 MPa、15 min 超高壓處理的抗菌作用最強(qiáng)；徐永霞等[56]研究發(fā)現(xiàn)，肉桂醛結(jié)合200 MPa、10 min 的超高壓處理后，牙鲆魚片品質(zhì)的保持效果優(yōu)于單一組，貨架期也較單一組延長了4 d；藍(lán)蔚青等[57]研究發(fā)現(xiàn)，3%竹醋液結(jié)合250 MPa 超高壓處理9 min，能延緩鱸魚片樣品pH 值的變化，抑制電導(dǎo)率升高，減緩蛋白質(zhì)的降解變性，使冷藏鱸魚片的貨架期至少延長4 d。由此可見，超高壓結(jié)合生物保鮮劑處理能夠達(dá)到更理想的保鮮效果。

4 前景與展望

隨著國民消費(fèi)水平的不斷提高，消費(fèi)者對食品安全的關(guān)注度日益提升，對食品質(zhì)量的要求也越來越高。超高壓技術(shù)以其低能耗、高效率、操作簡便等特點(diǎn)，在食品加工領(lǐng)域具有極大的應(yīng)用價值。在食品加工保存方面，我國一直有用冷加工代替?zhèn)鹘y(tǒng)熱加工的需求。作為冷處理技術(shù)之一，超高壓技術(shù)必將成為食品保鮮方向的焦點(diǎn)，也許超高壓技術(shù)是食品保鮮技術(shù)由“熱加工”方式向“冷加工”方式轉(zhuǎn)變的最佳途徑，為食品保鮮加工提供了新的發(fā)展思路。

盡管超高壓技術(shù)還存在設(shè)備投入大、食品外觀受損、專業(yè)技術(shù)人員缺乏等不足，但是可以預(yù)見，其發(fā)展前景依然廣闊。水產(chǎn)品經(jīng)超高壓處理后，其品質(zhì)特征和理化性質(zhì)得到很大的改善，營養(yǎng)價值有所提高。目前，我國高壓設(shè)備仍不完善，相應(yīng)的超高壓研究尚不成熟，需要對水產(chǎn)品超高壓加工工藝及改性機(jī)理進(jìn)行更深入的研究。在利用超高壓技術(shù)進(jìn)行加工改性時，其具體參數(shù)和生產(chǎn)工藝仍需不斷調(diào)整和完善，有必要進(jìn)一步探究各個品質(zhì)參數(shù)最優(yōu)值的加工條件。研究人員應(yīng)根據(jù)不同食品選擇適宜的處理壓力和保壓時間，并不斷改進(jìn)超高壓設(shè)備，以充分發(fā)揮其優(yōu)勢，促進(jìn)超高壓技術(shù)在水產(chǎn)品加工生產(chǎn)中的推廣應(yīng)用。同時，復(fù)合保鮮是水產(chǎn)品保鮮的未來發(fā)展方向之一。超高壓技術(shù)與各種保鮮手段（化學(xué)保鮮劑、氣調(diào)保鮮、微波、生物保鮮劑等）相結(jié)合，將會發(fā)揮更優(yōu)異的抑菌效果，延長水產(chǎn)品的貨架期。此外，進(jìn)一步研究超高壓協(xié)同其他殺菌技術(shù)，將能解決其不足，達(dá)到超高壓技術(shù)商業(yè)化與連續(xù)化生產(chǎn)，有助于提升我國在世界食品市場中的地位。