超高压对食品品质与特性的影响及研究进展

赵晗宇，张志祥，宣晓婷，向往，凌建刚，*

（1.宁波市惠贞书院，浙江宁波315016；2.宁波市农业科学研究院，浙江宁波315040）

在科技与经济高速齐头并进、人民生活水平提高的社会背景下，“颜值”及营养价值兼具的食品已成为一种普遍的社会需求与消费热门。但是，传统热加工技术由于存在致使食品感官品质下降、营养成分流失和理化性质改变等诸多缺点，已不适合人们日新月异的高品质食物要求。而超高压加工技术（Ultra-high Pressure Technology）能够最大限度保留食品的原有品质与风味，延长食品保质期并抑制有害物质滋生，迎合了人们的新型食品消费观念，有效带动了食品加工行业的革新。

超高压技术，即在常温或低温环境中，通过施加100 MPa以上的压力进行处理的非热加工技术，目前已广泛的应用于合金、钢铁等材料加工业[1]。同时，由于超高压仅破坏低分子化合物的氢键、二硫键等较弱的非共价键，兼具灭菌、钝酶、蛋白质与淀粉变性、改变反应速率、保鲜等功能，因此在果蔬[2-5]、肉类[6-9]、乳制品、水产[10-16]等食品加工领域展现出了广阔的前景。美国、日本等少数发达国家已将超高压技术应用于果酱、肉脯和果汁[2，17-20]等食品的生产，我国也在通过组合高压容器及对高压容器进行优化等措施积极地对超高压食品加工技术进行探索施用[21]。

综述国内外超高压食品加工领域的最新研究成果，重点分析超高压技术对食品感官品质、营养成分及理化品质的影响，探讨基于超高压食品加工的可行性与实效性，以期为此技术更好更广泛地应用提供理论基础和实际借鉴。

1 超高压对食品感官品质的影响

食品的感官品质，即人体器官感受到的食品品质指标的总和，其好坏直接决定了消费者对于食品的第一印象，从而不同程度的激发人们的食欲与消费欲望[20]。超高压能够良好地保持与改进食品色泽、气味、滋味、新鲜度和质构等指标，促进食品品质的提升，增强处理后食品的市场竞争性，提升消费者的接纳度与认可度。

1.1 色泽

食品的颜色是最明显、最直观的感官品质之一。有国外研究发现超高压处理不会引起果蔬颜色（红绿色a*、黄蓝色b*等颜色参数）的变化[21]。林怡等[22]对贮藏期间超高压加工食品的感官品质进行了研究，发现超高压具有优良的天然色泽保留性，储藏过程中可以有效抑制杨梅果肉的色变，并长时间维持其品质。而通过比对Prestamo、Arroyo等研究多种蔬菜经超高压处理后色泽的变化，发现少数蔬菜，如莴苣[23]、菠菜[24]等绿色果蔬的色泽外观会发生轻微改变。这是因为超高压能激发或抑制分解叶绿素的相关酶，从而使叶绿素的降解受到影响。

超高压加工对肉类色泽的保留方面也具有成效。Grossi[25]指出超高压能够使法兰克福香肠的亮度升高，红度降低，但变化微小。另有研究对超高压处理后鳕鱼色泽的变化实验得到了相似的结论[26]。此外，Mor-Mur等[27]进一步证实超高压对熟的香肠肉的色泽影响也较小。基于消费者对营养、健康、安全食品的追求日趋强烈，超高压对于食品原有色泽的尽可能维持可迎合消费者的需求，提高食物商品的销量，增加消费者认可度。但是目前针对超高压对食物色泽的影响大多集中在食品贮藏期色泽的改变情况及一些关键酶活的影响上，其机理尚待进一步明确。

1.2 质构

食品的质构包括硬度、嫩度、咀嚼性，受其化学组成、组织结构控制。超高压能够通过改变食品中的生物大分子结构，引起质构的变化。硬度，即使物体保持原有形态的内部作用力及其相关性质[28]，是消费者在食用食物时判断品质好坏的重要指标之一。袁超[28]发现超高压处理后的牡蛎在储藏期间硬度虽略有下降，但相比热处理组变化幅度较小。然而进一步的研究发现，食物硬度的降低并不随压力增加呈正相关变化。刘蓄瑾[29]在研究贝类的质构时得出了硬度随压力的增加而显著下降再趋于平缓的结论。莴笋的硬度随压力变化也有类似的现象，莴笋硬度在300 MPa时急剧下降，在500 MPa时有所缓和。学者由此提出瞬间软化点概念，并猜测其原因为细胞的分离。

嫩度也是食品的重要指标之一，对食品品质的改善有着重要的意义。白艳红等[8]对牛肉的超高压实验得出，700 MPa时牛肉肌肉纤维组织结构发生了显著改变，其嫩度得到提升。这是由于超高压会激发酶促反应，促使蛋白质分解，从而破坏肌原纤维结构。该学者深入研究发现牛的不同部位在高压下嫩度的变化也不一致，外脊、里脊嫩化程度最高，颈肉的变化最不显著[9]。

较热处理而言，超高压对硬度的影响较小，对食物嫩度的改善也有着重要意义，因此超高压可作为延缓食物硬化、口感下降的有效途径之一，在肉类、海鲜等食品加工领域有较大应用价值。

1.3 其他感官品质

在对食品的感官品质进行评价时，糖度与质地同样是不可忽视的指标。其决定了消费者品尝食物时的口感，从而会影响消费者的购买力。实验发现，经较高的压力处理后的杨梅能够保持较高水平的糖度，且明显高于未处理组；在贮藏期间，较高压力处理后的杨梅糖度也显著高于其他组别，说明超高压有利于水果糖度的维持与保留[22]。一些研究表明超高压对果蔬质地的影响具有双重效力，且以某临界压力为界；小于临界压力，质地会随着压力升高而有所损失，超过临界值后质地逐渐回升。如超高压作用下的樱桃番茄在100 MPa～400 MPa区间明显变软，但在500 MPa～600 MPa附近硬度反而显著提升[30]。

2 超高压对食品营养成分的影响

食品中的营养成分是当前消费者所关注的重中之重。果蔬含蛋白质、维生素、糖分等重要营养物质，食用果蔬有利于肠胃充分蠕动消化，为身体免疫力的提高添砖加瓦。肉类中的氨基酸、脂质等营养成分则会形成肉类的香味物质，对肉类风味的改良有重大意义。而传统的热加工方式会导致营养成分的流失，因此急需一种新型的加工方式。超高压技术作为常温加工技术，对营养成分的破坏较小，能够迎合消费者对“天然、营养、安全”食品的心理需求。

2.1 蛋白质

蛋白质是食品主要营养成分之一，其与食品的物理性质、化学性质、感官品质有重要联系。在超高压作用下，蛋白质的分子体积、分子结构以及功能（蛋白质凝胶型、溶解性、乳化活性等）[6]产生变化，并由此改变食品的营养价值与加工方式。蛋白质的主要功能性质可分为：水化性质（水分的保存程度及吸收程度、溶解性、湿润性、粘性和分散性等）、蛋白质间的相互作用（蛋白质凝胶化、沉淀作用等）以及表面性质（起泡性、乳化性等）[31]。

2.1.1 水化性质

超高压能改变蛋白质的结构，从而对其性质和功能产生影响。有国外学者[32]提出超高压技术能引起蛋白质的可塑变形。Hayert等[33]的实验同样验证了，在200MPa的压力下，水分子会发生电离，并引起蛋白质表面水化层发生改变。陈世达、朱艳杰等[34]采用100 MPa～300 MPa的压力对养殖大黄鱼鱼肉进行处理，并从样品中提取水溶性、盐溶性、酸溶性和碱溶性蛋白进行蛋白质含量的检测，发现蛋白持水能力总体呈下降趋势，且不同蛋白持水性变化不同。蛋白质的持水性的下降对部分蛋白质的变质及腐败具有有效的抑制作用。但在以双孢菇为对象进行的超高压处理对蛋白质影响实验中，粗蛋白的含水量却出现先升高后降低[35]的结果，这可能是食品种类不一、实验室条件不同所造成的差异。

2.1.2 蛋白质相互间作用力

有研究表明，在超高压的影响下，水分子能够进入蛋白质内部的疏水区，从而改变该区内部氨基酸间的相互作用力[33]。通过郭丽萍等[6]对绞碎猪肉样品的蛋白质分子间相互作用力的研究，超高压表现出了具有改变蛋白质间的静电相互作用、疏水作用的功效，此变化会引起食品品质及加工性能的转变。而赵伟等[36]在探究超高压对牡蛎中所含的蛋白质变性时同样得到了验证。

2.1.3 表面性质

在对豆浆的超高压研究中发现，随着压力的升高，其乳化能力有所降低，乳化稳定性却逐步上升。但在以大豆分离蛋白溶液为实验对象的研究中，其乳化性能却呈上升趋势。这是由于超高压促进了大豆分离蛋白溶液中蛋白质的降解与延展，从而扩大其表面积并导致疏水基团暴露。而豆浆乳化能力的降低则是油脂的部分析出与蛋白质的凝聚所导致的[31]。另有实验同样得出二疏水基团的暴露导致蛋白质起泡性的改善这一结论，也验证了超高压对蛋白质的表面性质能够产生影响[6]。

超高压能够引起蛋白质结构与性质的变化，从而延长食品保质期、货架期，提升了食品口感及营养价值。然而，食物中的蛋白质结构复杂多样，功能差异显著，故超高压对蛋白质变性需要进一步的系统研究

2.2 脂质

脂质为肉类、水产等食品中的重要营养成分，含脂食物的氧化、酸化、劣变等成为了食品口感下降、食物腐败变质的罪魁祸首之一。超高压也可能对食品品质造成不利影响，通过加速肉中的脂肪氧化、改变脂肪酸的组成、改变脂肪含量等方式降低脂肪稳定性[7，37-38]。

黄甜等[38]指出当压力达到400 MPa时猪肉脂肪氧化速率变化显著，这是由于超高压导致肌动蛋白、肌红蛋白、肌内肌球蛋白等蛋白质变性从而释放出金属离子（铁和铜），发生催化氧化反应。此外，国内外学者研究发现超高压结合热处理也能对脂肪氧化产生影响。Ma等[39]曾报道在40℃或60℃的温度下，鸡肉的硫代巴比妥酸（thiobarbituric acid，TBA）显著升高。关于超高压对脂肪含量及脂肪酸组成的研究则相对零散[40]。Cruz-Romero等[41]发现牡蛎肉在超高压下的上述两项指标均无明显变化，在对牦牛肉等食品进行的脂肪酸组成实验中也得到了相似结论[42]。Zhi F等[43]细化指出不同类型的脂肪对压力的改变反应不同，如猪肉肌内脂肪的含量在500 MPa的高压下没有显著变化，但肌内脂肪酸中的磷脂含量却明显改变。为了使超高压食品加工技术能够更安全更广泛的在食品领域进行应用，其对脂肪含量、脂肪酸组成的影响机理需要更多实验探索与研究。

2.3 维生素

除了蛋白质与脂质，维生素在食品品质的提升及消费者健康改善方面也占据了举足轻重的地位，是必需由食物中获得的、维持身体健康的必备有机物。由此可见超高压对其的保留功能尤为重要。研究表明超高压对果蔬维生素含量的影响不显著。许秀举等[44]将去籽花莱柿密封于100 MPa～1 000 MPa的压力下，实验结果显示花莱柿随着压力不断的升高其维生素C的含量基本保持不变。猕猴桃果肉饮料维生素C在超高压处理后也几乎不损失[17]。并且，研究者进一步发现超高压处理后的果汁中维生素C含量相比热处理能在维持在90%以上的高水平[45]。

同样的，李广鹏[46]研究了超高压技术对白萝卜的感官品质的影响，并得出了其维生素C含量在处理前后无显著变化，因而超高压加工可保存其原始天然营养物质的结论。

研究超高压对维生素及水分的影响有利于其在多汁食物、富含维生素食物如鲜果、蔬菜等食物加工领域更有效的应用。

3 超高压对食品理化品质的影响

超高压能够使食物中一些理化反应速率发生变化、调控某些酶的活性，在肉类、水产、果蔬等加工领域中起着举足轻重的作用。研究其对食品理化品质的影响对延长食品保质期、改良风味有着重要意义。

3.1 pH值

pH值对食品的色泽、质构、风味物质和货架期等均有重大影响，因此其也成为了评判食品好坏的首要指标。在对果蔬类食品，尤其是鲜果饮品的pH值测定中，胡柚汁等果汁的pH值均不随压力升降有较明显变化[18]。450 MPa超高压处理后的鱼肉在其贮藏期间pH值也基本保持不变，从而使其贮藏品质得以提升。朱兆娜等[14]在对冰温保险牛肉的超高压实验中同样得到了类似结论。这是由于超高压可使蛋白质在贮藏期间保持原有性质而不腐败变质，从而利于遏制氨及胺类碱性物质的释放速度，控制pH值不再显著增加。而对于冻藏食品，王洋等[47]在对法兰克福香肠进行的研究中，发现超高压能有效减慢贮藏期间法兰克福香肠pH值的下降速度。经超高压处理的冷冻草鱼鱼糜的pH值也在贮藏后期趋于稳定。上述实验均表明超高压能够延迟了肉类的变质时间，使其能够较长时间的保持新鲜。

然而，邓记松的实验表明，鲈鱼鱼肉的pH值随着压力增大而升高，这可能是由于食品品种存在差异，鲈鱼鱼肉在高压作用下蛋白质空间结构发生改变，氨基和羧基发生脱离所引起的[13]。

3.2 持水性

水分对食品多汁饱满的口感起到了关键的作用。在对水分含量变化的研究中，秦影等[12]将大黄鱼鱼糜进行分组离心测定保水率，发现超高压能够改变水分状态，即增加大黄鱼鱼糜保水率、增强不易流动水的流动性以及使结合水的相对比例明显增长。经超高压处理的草鱼鱼糜持水性也呈总体良好状态。在100MPa～400 MPa的压力作用下，鱼糜持水性随压力升高呈正相关增长，且超高压还可阻碍草鱼鱼糜保存期持水性的降低[14]。这是由于在一定压力范围内，超高压可以促进蛋白质发生变性，从而保持了其中的水分[48-49]。在对水果的研究中，实验者指出超高压虽然在一定时期会加剧杨梅的汁水流失，但从长期来看能有效保持果肉内的水分。

3.3 挥发性盐基氮（Total Volatile Basic-Nitrogen，TVB-N）

高压加工后的香肠的TVB-N在冷藏前期呈降低趋势，研究者分析可能是部分因超高压产生的蛋白质水解，并溶解了其中的部分氨及胺类易挥发的碱性物质造成的[47]。在以草鱼鱼糜为对象的实验中，样品经漂洗搅拌后被分别处以200 MPa～500 MPa的超高压，实验人员观察样品在－18℃条件时TVB-N的变化情况。研究者不仅发现经超高压处理的鱼糜的TVB-N含量与未处理组相比显著降低，其增加速度更是与压力成负相关[14]。除此之外，有研究表明，未处理的牡蛎在贮藏10天后就已不再符合生鲜牡蛎新鲜度规定范围，而超高压处理后的样品在第20天时仍能保证限定标准内的新鲜度。超高压能减缓TVB-N值的增加，这与研究人员对牡蛎和鲍鱼微生物进行的检测结果一致[28]。

TVB-N作为微生物代谢产物，可作为微生物生长情况的重要判定指标，对于食品安全性、新鲜度与可食用性的保障有重要意义。综上可得，超高压处理有着延长生鲜食品货架期与保质期的重要功效，可在未来应用于肉类、海鲜等食品的二次杀菌、长期保鲜。

4 总结与展望

超高压食品加工技术是一项新兴的技术，其在食品深度加工中具有广泛而突出的优势。超高压不仅能够最大程度保持食品的原始风味与营养物质，对食品感官品质和理化品质也具有重要影响。还能够降低加工能耗，提高能源利用效率，减少环境污染，符合绿色发展理念。因此利用超高压对食品进行加工也是未来我国食品加工业的重要发展方向之一。

但是由于目前对于超高压处理的机理研究与技术开发正处于起步阶段，导致超高压加工在投资数额、体积、压力转变时间和生产连续性上仍存在诸多不足，因此，深入研究超高压运作机理、开发新模型，完善理论体系将成为超高压技术在食品加工领域大规模运用的基本前提，而研发能够快速升降压力、耐压性强、操作连续性好的设备也将成为一大研究方向[50]。对超高压食品加工技术的进一步研究与应用，必将提高我国食品加工业的国际竞争性，带动我国加工产业的全新革命。

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