超高压技术在蛋白质食品加工中的应用分析

◎ 牛淑萍，艾麦提·巴热提

（1.新疆生产建设兵团兴新职业技术学院，新疆 乌鲁木齐 830074；2.新疆农业职业技术学院，新疆 昌吉 831100）

传统的热处理技术易将食品中热敏性的营养成分破坏掉，在加工时还会加重褐变反应，影响食品色泽。此外，食品中具有挥发性的风味物质同样会因为加热而受到影响。在食品加工中，合理应用超高压技术可有效克服传统热处理技术所存在的各种不足，并且经超高压处理之后得到的食品，不仅能完成灭菌操作，还能保持原有的营养成分，且其色泽更为鲜艳、口感佳，保质期明显延长。在20世纪90年代初期，美国著名物理学家P. W. Briagmum（美国）便提出了蛋白质在静水压下（500 MPa）会发生凝固的报道[1]；1986年，日本京都大学的林立丸教授指出了超高压可用于食品加工业中[2]。目前，在全球范围内，食品高压处理厂数量已突破200家，处理容积达到了450～1 000 L，年生产能力超20万t。由此可知，超高压技术在食品加工业中已得到较好应用。

1 超高压技术的基本原理

超高压技术是指把食品原料以充填的方式置入柔软的容器中进行密封，然后再转送至高压装置中，进行高压处理（100～1 000 MPa），待一定时间后，生物高分子物质（如淀粉、蛋白质等）便会变性、失活、糊化，与此同时，食品当中的微生物也会被杀灭。

针对液、固态物料而言，超高压灭菌在处理方法上存在差异。如果是固态物料（如果蔬、肉类等），需要装在软包装当中（保证无毒、耐压、柔韧，且可以传递压力等），进行真空密封，并用不连续操作方式来进行处理。而对于液态物料（饮料、酒等），可以采用与固体物料相同的方式来进行处理，还可根据实际需要，直接将物料当作压力介质，开展连续性操作。对于传压介质来讲，即为被用作向食物中均一传送压力的介质，在实际处理中，能够为内部容器表面提供保护，使其免受腐蚀。通常来讲，诸如乙二醇、安息香酸钠、硅树脂油、调味油等均可当作传压介质。

2 超高压处理的作用机理与特点分析

2.1 作用机理

在超高压处理中，基于液体介质的作用，物料体积会被压缩，而由超高压所形成的极高静压，除了会对细胞的形态造成影响外，还会改变形成生物高分子立体结构的各种非共价键，如疏水键、离子键、氢键等，最终会使淀粉变性、蛋白质凝固等，酶被激活或者失活，微生物被杀灭（如细菌等）。高压处理实为一个物理进展过程，对低分子化合物（如风味物质、色素及维生素等）相对应的共价键不会造成明显影响，因而可以将食品的原有色泽、营养价值等较好的保存下来，这也是此技术现阶段被应用在多种食品加工、杀菌领域中的典型机理。

2.2 特点

超高压的作用比较均匀，能瞬间压缩，时间短，操作简便且安全，耗能低，污染少；可以将食品原有风味（如香气、色泽、味道等）、天然营养（如维生素、纤维素等）保留下来；另外，通过进行组织变性，可以从中获得新物性食品。

3 超高压在蛋白质食品改性中的影响

3.1 对蛋白质溶解性所产生的影响

针对蛋白质所具有的溶解性而言，其实为蛋白质水化作用的基本体现，但需强调的是，水分子与蛋白质之间的相互作用，主要是借助肽键（氢键相互作用等）或氨基酸侧链（极性、离子化作用等）来实现。拥有好的溶解性是食品蛋白质原料的基本条件，其直接影响着蛋白质在食品当中的风味、稳定性等。针对花生分离蛋白来讲，在对其实施高压处理过程中，不断聚集的球状蛋白质会发生伸展、解缔，与此同时，蛋白质分子也会不断解聚，最终形成更小的亚基；而对于球状蛋白而言，其内部所充斥的疏水、极性基团的持续暴露，会增强蛋白质颗粒表面的电荷分布；需指出的是，处于暴露状态下的基团不断与水相结合，便会强化蛋白质的水化作用，最终可达到改善溶解性的目的。此外，随着时间的不断延长以及处理压力的持续升高，花生蛋白在具体的溶解性上，也会随之升高。研究表明[3]以经过高压处理之后的大豆分离蛋白为研究对象，分析其流变特性、溶解性的变化，发现通过实施高压处理（400 MPa、15 min），可大幅提高低浓度大豆分离蛋白的溶解性。研究表明，以α-乳白蛋白为对象，对其实施高压处理（600 MPa、55 ℃），待10 min后，控制溶液的pH值为7，表明其有助于蛋白质溶解性的提升[4]。由于蛋白质有着不同的来源，另外，蛋白质浓度、溶液pH值、处理压力等均存在差异，部分高压处理对蛋白质的溶解性并不会产生明显影响，甚至还会出现降低溶解性的情况。

3.2 对蛋白质凝胶性所具有的影响

凝胶性实为蛋白质的典型功能特性，其中，最常见应用便是奶酪、豆腐。针对蛋白质凝胶类型来讲，其多由凝胶的分子形状所决定，而形成凝胶实为一个漫长且动态过程，在此期间，通常会受各种因素的影响，如温度、离子强度及pH值等。研究表明，超高压处理会对蛋白质胶体溶液造成破坏，致使蛋白质不断凝集，最终形成凝胶，改变蛋白质凝胶特性；超高压处理会造成蛋白质分子二硫键出现部分断裂，增加巯基的含量，改善蛋白质的凝胶性能[5]。另有学者[6]将大豆蛋白混合于鸡肉肌原纤维蛋白，进行高压加热处理（100 MPa、55 ℃），待20 min后，所制得凝胶较传统加热方法所制得凝胶优；另外，在保水性、弹性、硬度上，也有明显改善。高压处理不仅可以缩短蛋白质成胶的时间，还能减轻热处理对蛋白所造成的破坏；因而能够为大豆蛋白更好地应用于肉糜类制品中，提供新途径、新方法。

3.3 对蛋白质酶解产生的影响

超高压处理会对蛋白质的结构、性质产生影响，进而影响酶对蛋白质所具有的催化特性。针对超高压处理来分析，其对蛋白所产生的影响，多为非共价键（蛋白三级、四级结构）；蛋白经过高压处理之后，其结构伸展会更为松散，并且会将更多位点暴露出来，易发生酶解反应。研究表明，卵清蛋白、β-乳球蛋白通过高压处理之后，更易被胃蛋白酶、胰凝乳酶水解[7]。另有学者强调，鸡蛋清蛋白在经过超高压处理后（400～700 MPa），除了表面-SH含量、表面疏水性、粘度得到增加外，还变得更容易被胰蛋白酶水解，提示高压处理能够促进蛋白酶解，并且其还与蛋白结构的改变之间存在紧密联系[8]。研究表明，围绕乳清蛋白，实施高压处理，分析其对免疫活性、酶解产物功能特性所产生的影响，从中发现，超高压处理（400 MPa）与胃蛋白酶处理相结合，有助于酶解产物热稳定性的提升，而且还能形成低抗原活性肽[9]。

4 超高压技术在食品加工中的具体应用

4.1 肉制品加工

当前，已有许多研究者尝试将超高压技术应用在肉制品加工当中，其较之传统的加工方法，通过高压处理之后所得到的肉制品，在风味、柔嫩度、成熟度、和色泽方面都有显著改善，此外，其可贮藏性也能得到明显提高。如价廉质粗的牛肉，将其在常温状态下进行处理（250 MPa）后，便能够得到嫩化的牛肉制品。另外，经过高压处理后的鱼、鸡肉（300 MPa，10 min），能够获得与轻微烹饪相似的组织状态。

4.2 水产品加工

水产品加工比较特殊，要求具有水产品原有的质地、色泽及风味等。以往经常采用的干燥处理、热处理等方法均难以满足上述要求。陈薪竹等[8]研究表明，超高压处理能够较好地保持水产品原有的新鲜风味。如在600 MPa高压下，对水产品进行处理（10 min），能使其中的酶完全失活，尤其是甲壳类水产品，其在处理后，外观呈红色，内部呈白色，且呈现变性状态，但细菌数量大幅减少，其原有的生鲜味得到持久保持。

4.3 果汁与果酱加工

采用超高压处理之后的果酱、果汁，其无论是在风味、颜色上，还是在营养成分上，均与没有进行加压处理的新鲜果酱、果汁无差异。研究表明，在100～600 MPa条件下，对柑橘类果汁（pH值在2.5～3.7）进行加压处理10 min，结果得知，霉菌、酵母菌、细菌总数都随着加压强度的增大而减少，特别是霉菌、酵母菌，能够被完全杀灭，但仍有一些菌种形成有着较强耐热性的芽孢残留（枯草杆菌等）。若加压到600 MPa，然后与低温加热相结合，能够达完全灭菌的效果，且经超高压杀菌之后所得到的果汁，其化学成分、风味均没有发生改变[9]。

5 结语

综上，超高压处理作为一种新兴的食品加工技术，其在改进蛋白质结构及功能特性上，有着积极效能，在生产蛋白功能食品上，未来应用前景广阔。需要指出的是，因食品当中的蛋白质有着比较复杂的结构，且品种原料不同，蛋白质含量也存在差异，因而需进行更深入研究。由于超高压处理与酶解技术相结合有助于蛋白质功能性质的改善，而且还会形成各种生物活性肽，因而可将此当作今后研究的中心；另外，还需进一步优化超高压处理的条件与工艺，使其在蛋白质食品加工中的效能得到最大化发挥。