超高压在果蔬、肉类、乳制品保鲜中的应用

锁冠文，周春丽，苏伟，胡雪雁

江西科技师范大学生命科学学院（南昌 330013）

新鲜的果蔬、肉制品、乳制品中含有丰富的、对人体有益的营养成分，如维生素、果胶、有机酸、蛋白质、脂肪、无机盐等。但是，果蔬、肉制品、乳制品由于生理衰老、病菌害及机械损伤等易导致食品营养成分受损，滋生大量微生物。故而食品杀菌是食品保鲜过程中非常重要的一道工序，可防止食品腐败变质、营养物质受损，进而提高安全性、延长货架期、减少损耗浪费。传统的热处理方法会导致产品的感官质量和营养质量等有益健康的成分造成有害影响[1]。超高压非热杀菌技术可以灭活微生物和酶，在对食品营养和感官品质影响最小的情况下延长食品的货架期[2]。

1 超高压食品杀菌技术

1.1 发展历程

最初在19世纪末，Royer首先提出高压对微生物有作用。20世纪，Bridgeman正式提出食品超高压加工技术（ultrahigh pressure，UHP）。21世纪，超高压技术彻底地进入食品加工业，其杀菌方面的能力和效果得到国内外食品行业的高度认可。国内外研究人员和食品从业者对该技术不断地研究改进、优化工艺，使得其有效地克服传统的热加工方式处理食品所带来的损失，给食品加工业注入了新的活力。

1.2 杀菌机制

超高压工作遵循：

1）帕斯卡原理：在封闭的容器中对静止的流体施加外力所引起的压力变化，将均匀地、无损失地传递到流体的每一部分和容器壁[3]。2）均衡原理：压力作用于封闭环境中的液体介质时，不论物体的形状或大小，环境中任何一点的物体都能受到相同压力[4]。3）压缩加热压力：压力增大100 MPa会导致水温升高3 ℃，即使压力增加到600 MPa，水温也不会超过30 ℃[4]。

超高压对微生物细胞的细胞壁、细胞膜、细胞质、细胞体积、遗传物质、蛋白质、酶和细胞内液泡均有影响（表1）。细胞内物质的丢失、核酸的破坏、酶的不可逆失活均是超高压致死微生物的原因。

表1 超高压处理对食品中微生物细胞及胞内组分的影响

1.3 杀菌影响因素

在超高压灭菌的过程中，有诸多科学因素影响它的灭菌效果，包括压力大小、加压时间、加压温度、pH、水分活度、食品成分、微生物生长阶段、微生物种类等（表2）[10]。在超高压杀菌技术的实施过程中，研究者需要对这些影响因素进行科学性研究分析，深入探讨具体的影响机理，以获得较理想的杀菌效果。

表2 影响超高压杀菌效果的因素

2 超高压在食品杀菌中的应用

2.1 超高压果蔬制品杀菌

新鲜果蔬产品的需求在不断增加，但是因微生物的作用，新鲜果蔬产品保质期变短，易变质，安全性降低，尤其是鲜榨果汁，这是果蔬产品生产过程中一个难题。

2.1.1 超高压杀菌对果蔬汁的影响

高压技术用于灭活微生物，可延长食品保质期，已被广泛用于果汁的低温巴氏杀菌技术，以保持其新鲜度和营养成分[15]。Stinco等[16]通过对浑浊胡萝卜汁高压处理，使用最高压力（450 MPa和600 MPa，持续5 min），胡萝卜汁中微生物负荷减少，可以延长约14周的货架期，同时600 MPa下胡萝卜汁中的胡萝卜素降解最低（26%）。Huang等[17]研究显示，经高静水压处理后的杨桃汁总酚和抗坏血酸含量均高于未处理，类黄酮含量无显著差异，冷藏过程中香气评分高于未处理，而且冷藏40 d后未见大肠杆菌、酵母菌和霉菌的生长。表明经过超高压处理能得到受人们欢迎的有益健康、营养丰富的全天然饮用新鲜果汁。

2.1.2 超高压杀菌对果酱的影响

水果是健康饮食不可或缺的一部分，它们以果酱的形式保存是非常受欢迎的，传统的保鲜有罐装、巴氏杀菌、浓缩和冷冻等[18]。Yi等[19]比较热处理和超高压处理的猕猴桃酱质量变化，结果显示高压处理的猕猴桃果酱的质量比热处理的样品更清晰，具有更好的保色性和维生素C含量，更接近新鲜产品的品质，特别是高压处理避免了典型的温度诱导化合物的形成。同样，Baranda等[20]高压处理番茄酱和奇异果泥，结果显示，该处理对鲜番茄酱和奇异果泥的维生素C含量没有影响，同时对这两种浓缩物的其他理化性质也没有显著的改变。总之，超高压的应用可以提供新一代的最低加工产品，具有比传统加工产品更好的感官和营养特性，满足人们的需求。

超高压杀菌是一种有前景的果蔬制品处理技术，但其重要的一个缺点不是微生物的不稳定性，而是存在高酶活性，这可将营养化合物的半衰期缩短至6周以下[21]，同时也会导致鲜榨果汁的感官品质和生物活性成分的含量下降[22]。因此可考虑应用超高压技术与其他处理方式相结合的方法，在提高杀菌效果的同时，也增强钝酶效果。

2.2 超高压肉类产品杀菌

超高压技术不仅可以通过降低肉类及肉制品中的常见微生物来延长其货架期、提高安全性，而且可以改良肉类及肉制品的品质。

2.2.1 超高压杀菌对鲜肉的影响

鲜肉中丰富的营养成分是腐败微生物生长和增殖的良好培养基，因此是一种极易腐烂的产品[23]。鉴于这一事实，在储存期间使用保存方法来保持肉类的安全和质量是必要的[24]。Shiowshuh等[25]采用超高压（450 MPa，10 min）处理冰鲜鸡肉后，测得沙门氏菌减少5 log CFU/g，冷藏至第8天，菌落总数在国家标准要求范围内。超高压杀菌技术对鲜肉的质量也有提高，Morton等[26]将超高压处理的鲜牛肉冷冻28 d后与未处理进行比较，结果发现牛肉的剪切力提高了43%，最终pH升高，蒸煮损失减小，并改善了感官饮食品质得分。此研究的结果与Souza等[27]的研究结果相一致：超高压（250 MPa，33 ℃，15 s）处理后的猪肉与未经处理的比较，超高压部分抑制死后代谢，降低肌肉乳酸水平，提高最终pH，减少肌肉的蒸煮损失，胶原含量无显著差异。

2.2.2 超高压对肉制品的影响

肉类的超高压加工被认为是延长肉类、半成品和即食肉制品货架期和安全、保持感官和营养特性的最佳非热处理工艺[28]。Yong等[29]采用高压处理卤牛肉，结果发现在贮藏期间卤牛肉样品的细菌总数显著低于未处理的样品（p＜0.05），提高卤牛肉中游离氨基酸等味觉活性物质的生产，提高卤牛肉的货架期稳定性。同样，Pietrasik等[30]发现在所有贮藏期间，高压处理的火腿与未处理的火腿在消费者可接受性参数上均无显著差异，这表明高压可以有效延长重组火腿的货架期，而不影响食用品质。Botsaris等[31]用超高压（600 MPa，3 min）对商业火腿和法兰克福香肠货架期微生物质量的影响进行研究，结果发现UHP作为包装后处理的实施是一种非常有效的方法，可以有效地减少这些产品的细菌负荷（TCA显著降低（p＜0.005）），从而延长其货架期。超高压加工技术在肉类工业中的应用具有重要的意义和发展前景。

虽然超高压加工是一种更自然、更环保的食品保鲜方法，但这个非热加工过程在高脂肪食品中的使用会显著增加氧化过程[32]。在未来的研究中需要进一步优化超高压加工的参数，以获得具有理想的理化性质和感官品质的肉制品。

2.3 超高压乳制品杀菌

因原料乳和乳制品在生产和运输期间，易发生微生物污染，使得乳制品的营养成分、感官特性受损，保存期缩短。而且高温处理后的乳制品在货架储存过程中易发生质变。高静压（HHP）可以代替热处理来保存乳制品、提高可接受的安全性和保质期，并且对其品质影响最小[33]。

2.3.1 超高压杀菌对原料乳的影响

牛奶中的乳脂是一种价值极高的牛奶成分，主要被加工成黄油、奶酪、奶油和全脂奶粉，高压加工等新兴加工技术可用于改善乳脂的营养和功能特性[34]。Rodríguez-alcalá等[35]研究250～900 MPa超高压杀菌处理对牛乳脂质和脂肪酸组成的影响，数据显示，超高压加工到900 MPa并没有对牛乳脂质和脂肪酸组成产生重大变化。同样，Chopde等[36]的研究结果显示，超高压加工可以提高牛奶的pH，降低其浑浊度，改变外观，降低牛奶的凝乳时间（RCT），提高牛奶的产量，而且不会改变新鲜奶酪的组成，特别是总体含量（TS）、灰分、脂肪可溶性氮（SN）含量。超高压处理等最新技术可用于提高生产效率，对碳足迹产生积极影响，并改善牛奶含脂产品的功能特性，使得乳脂的创新、稳定、多样化和加工具有重大的可能性。

2.3.2 超高压杀菌对发酵乳的影响

人们越来越关注发酵乳产品（酸奶、酪乳和嗜酸乳），特别是含有益生菌的发酵乳，它们被认为对宿主的健康有益（如肠道和免疫相关疾病）[37]。发酵牛奶也是各种具有特定健康益处的生物活性肽的潜在来源，这些生物活性肽能够稳定胃肠消化，具有抗高血压作用[38]。然而在发酵乳制品的生产过程中，有大量杂菌滋生，这可能改变发酵结果，造成乳制品变质，产生严重的浪费和经济损失。超高压技术在发酵乳制品加工中应用，可以很好地解决凝固型酸奶硬度过低或者搅拌型酸奶黏度较低、乳清析出等问题[39]。高静压可通过改变蛋白质的结构来进行蛋白质改性，进而增强其稳定乳液泡沫的能力[40]。高静压食品加工可以使得食品的某些分子结构发生特殊变化，从而产生传统食品加工无法获得的新特征，为消费者带来更营养、更健康的食品。

对原料乳和乳制品蛋白质和酶的物理化学性质、功能特性、营养特性的影响机制方面的报道较少，需要更多深入的研究。

3 结语与展望

超高压技术在食品工业应用中为食品部门开辟了新的领域，也为食品灭菌处理提供了新的途径：1）果蔬产品杀菌效果：使致病微生物减少5 log条件以下，可延长果蔬汁货架期达14周，保持并改善果汁和果酱营养成分（总酚、抗坏血酸、香气、维生素）和感官特性；2）肉类产品杀菌效果：微生物菌落总数达到国家标准要求，延长鲜肉及肉制品保质期，提高鲜肉剪切力和pH，降低蒸煮损失、肌肉乳酸水平，保持胶原含量；3）乳制品杀菌效果：对牛乳脂质和脂肪酸无重大影响，降低牛乳浑浊度和RCT，不改变TS和SN；解决了发酵乳硬度过低、黏度较低和乳清析出等问题，改变蛋白质结构，开发新特征，从而获得更稳定、更安全的产品，有助于保持食品的感官特性和营养特性，且不会对产品质量产生有害影响。

超高压技术在食品工业中逐渐普及，但仍存在未解决的缺陷，需要深入研究以探索缺失的信息。果蔬产品的钝酶效果不显著，易导致产品褐变；可导致高油脂的肉制品脂质氧化，影响产品品质，缩短产品保质期；细菌细胞亚致死损伤使产品储存期间发生变质；芽孢菌的灭活等仍然是超高压食品工业面临的挑战。这些问题对食品工业造成了很大的不利影响，限制了该技术在食品加工过程中作为热处理的完全替代品的实施。在未来的研究中需要重点解决这些局限性问题。