1、超高壓技術(shù)對(duì)食品中的微生物和酶的影響【摘要】 研究證明應(yīng)用超高壓技術(shù)加工食品與傳統(tǒng)的熱加工技術(shù)相比，既可以有效地達(dá)到殺菌和滅活酶的目的，又能良好地保持原有的營(yíng)養(yǎng)成分。本文綜述了超高壓技術(shù)對(duì)食品中微生物、酶的影響，并對(duì)超高壓滅活微生物、鈍化食品酶的機(jī)制進(jìn)行了闡述，最后對(duì)超高壓食品加工技術(shù)的發(fā)展前景進(jìn)行了展望。 【關(guān)鍵詞】 超高壓；食品；微生物；酶 Abstract Studies have shown that, compared with conventional thermal processing techniques, using ultra-high pressure to proce

2、ss food can more effectively achieve the purpose of sterilization and inactivation of enzymes, and can serve as a good way to keep the original nutrients as well. This paper summarizes the effect of ultra-high press processing techniques on micro-organism and enzymes in the food and describes the me

3、chanism of ultra-high pressure inactivating microorganism and passivating food enzyme. Finally, The prospect of ultra-high pressure development in food industry is also mentioned in this paper. Key words Ultra- high pressure; Food; Microbiology; Enzyme 傳統(tǒng)的熱加工技術(shù)雖然在食品加工中應(yīng)用廣泛,但是由于它存在著破壞食物營(yíng)養(yǎng)成分、造成能源浪費(fèi)等眾多

4、問(wèn)題,所以需要新的食品加工技術(shù)來(lái)克服熱加工技術(shù)的缺陷,超高壓技術(shù)作為一項(xiàng)物理冷加工技術(shù),恰恰順應(yīng)這一趨勢(shì),成為近年來(lái)研究的熱點(diǎn)。超高壓加工是一個(gè)物理過(guò)程，在加工過(guò)程中使形成生物體結(jié)構(gòu)的氫鍵結(jié)合、離子鍵結(jié)合以及疏水鍵等非共價(jià)鍵結(jié)合發(fā)生變化，導(dǎo)致酶失活、微生物被殺死，但對(duì)食品中的色素、維生素、氨基酸、多肽等以共價(jià)鍵結(jié)合的小分子物質(zhì)的破壞作用較小，所以有著完好保留食品中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),保持食物自然風(fēng)味、增長(zhǎng)食物保質(zhì)期、節(jié)約能源、食品衛(wèi)生安全性高、有利環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，經(jīng)超高壓處理的食品，符合現(xiàn)代食品“天然、營(yíng)養(yǎng)、衛(wèi)生、安全”的發(fā)展方向，是一種有著很好發(fā)展前景的食品加工技術(shù)。1 超高壓對(duì)微生物的影響 根據(jù)目前的

5、研究發(fā)現(xiàn)，超高壓滅菌的機(jī)制與破壞細(xì)菌的細(xì)胞壁和細(xì)胞膜，抑制酶的活性和DNA等遺傳物質(zhì)有關(guān)，高壓對(duì)細(xì)胞膜和細(xì)胞壁有一定的影響。在壓力作用下，細(xì)胞膜的磷脂雙層結(jié)構(gòu)的容積隨著每一磷脂分子橫切面積的縮小而收縮。加壓對(duì)細(xì)胞膜常常表現(xiàn)出通透性的變化和氨基酸攝取的受阻。當(dāng)壓力為2040 MPa時(shí)，細(xì)胞壁會(huì)發(fā)生機(jī)械性斷裂而松懈；當(dāng)壓力為200 MPa時(shí)，細(xì)胞壁會(huì)因遭到破壞而導(dǎo)致微生物的細(xì)胞死亡1。超高壓可以破壞非共價(jià)鍵,如破壞氫鍵之類弱結(jié)合鍵，使基本物性變異，產(chǎn)生蛋白質(zhì)的壓力凝固及酶的失活，高壓抑菌是由于主要酶類的變性。一般說(shuō)來(lái)，超過(guò)300 MPa壓力引起酶類的變性是不可逆的，酶失活的主要原因是高壓引起的酶分

6、子內(nèi)部結(jié)構(gòu)的破壞和活性部位上構(gòu)象的變化2。由于高壓處理時(shí)料溫隨著加壓(卸壓) 而升高(降低),一般高壓處理每增加100 MPa 壓力,溫度升高24 ,故近年來(lái)也認(rèn)為超高壓對(duì)微生物的致死作用是壓縮熱和高壓聯(lián)合作用的結(jié)果3。在超高壓滅菌過(guò)程中，滅菌效果受到壓力大小、加壓時(shí)間、施壓方式、處理溫度、微生物種類、食物本身的組成及添加物、pH 值和水分活度等許多因素的影響。 潘慶梅等4對(duì)西瓜汁的超高壓殺菌研究表明,在處理溫度為30 和保壓時(shí)間為10 min 的條件下,大部分微生物在300 MPa下處理時(shí)即可殺滅,耐受壓力超過(guò)300 MPa的微生物數(shù)量不多。處理壓力為400 MPa ，同樣保壓10 min

7、時(shí),西瓜汁中菌落總數(shù)從12 000 cfu/mL減少到46 cfu/mL，在30 ，處理壓力達(dá)到或超過(guò)400 MPa時(shí),西瓜汁中微生物含量達(dá)到國(guó)家食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)要求。為了增強(qiáng)高壓殺菌效果，實(shí)驗(yàn)中還采用了脈動(dòng)施壓的方式對(duì)西瓜汁進(jìn)行超高壓殺菌處理，即以加壓保壓(10 min) 卸壓停頓(5 min)為一個(gè)高壓處理循環(huán),對(duì)處理西瓜汁樣品進(jìn)行多次循環(huán)高壓處理，在處理溫度為30 的條件下,發(fā)現(xiàn)隨著脈動(dòng)施壓次數(shù)的增加,微生物存活量減少,但微生物存活量減少值與循環(huán)次數(shù)之間不是線性關(guān)系。田曉琴等5研究了超高壓對(duì)鮮牛奶殺菌效果，影響超高壓處理鮮牛奶殺菌效果的主次因素依次為:處理壓力> 處理時(shí)間。超高

8、壓處理鮮牛奶的最優(yōu)處理工藝操作參數(shù)是:500 MPa下處理30 min，鮮牛奶中的細(xì)菌總數(shù)最少,殺菌效果最好。潘見(jiàn)等6的研究發(fā)現(xiàn)在溫度為29 下，草莓汁中大腸菌群對(duì)壓力非常敏感，壓力為350 MPa，保壓3 min 即可全部殺滅；霉菌和酵母菌較大腸菌群耐壓，壓力為350 MPa，保壓10 min，可全部殺滅；果汁中雖含多種耐壓菌，但經(jīng)500 MPa，保壓15 min處理，菌落總數(shù)還可降至30 cfu/mL，達(dá)到了國(guó)家食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)要求。2 超高壓對(duì)食品中酶的影響 酶的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)，其生物活性與其三維結(jié)構(gòu)有關(guān)。酶的生物活性產(chǎn)生于活性中心,活性中心是由分子的三維結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的,即使是一個(gè)微小的變化也

9、能導(dǎo)致活力的喪失,并改變酶的功能性質(zhì)7。超高壓處理也是通過(guò)影響酶蛋白的三級(jí)結(jié)構(gòu)來(lái)影響其催化活性。由于蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)是形成酶活性中心的基礎(chǔ)，高壓作用導(dǎo)致三級(jí)結(jié)構(gòu)崩潰時(shí)，使酶活性中心的氨基酸組成發(fā)生改變或喪失活性中心，從而改變其催化活性。而在較低壓力值下時(shí)酶活的上升則被認(rèn)為是壓力產(chǎn)生的凝聚作用，完整的組織中酶和基質(zhì)經(jīng)常被隔離，而較低的壓力可以破壞這種隔離，使酶與基質(zhì)相接觸，加速酶促反應(yīng)8。超高壓影響酶活性的因素主要與壓力及處理時(shí)間、體系溫度、體系pH值、介質(zhì)成分和酶的種類有關(guān)9。2.1 超高壓對(duì)過(guò)氧化物酶的影響過(guò)氧化物酶通常被認(rèn)為是食品熱處理中酶滅活的指示酶,也有著很強(qiáng)得耐壓性。曾慶梅等10研究

10、了超高壓處理對(duì)碭山梨汁中過(guò)氧化物酶活性的影響, 比較了不同試驗(yàn)壓力、處理溫度、保壓時(shí)間及pH值處理對(duì)酶活性的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明, 在處理溫度為50 、保壓時(shí)間為10 min和梨汁pH值為5的條件下,300 MPa以下壓力范圍內(nèi)高壓處理酶被激活, 其活性增加；大于300 MPa時(shí)酶的活性隨壓力增大而下降。高壓處理時(shí), 溫度低于40 對(duì)酶的活性影響不大；有效影響高壓處理的最小溫度為40 。保壓時(shí)間超過(guò)10 min后時(shí)間延長(zhǎng)對(duì)酶的活性影響甚微，認(rèn)為保壓時(shí)間不是影響酶活性的主要因素。pH 小于5或大于6時(shí)酶的活性降低；當(dāng)pH 值為6 時(shí), 梨汁中過(guò)氧化物酶最耐壓。處理?xiàng)l件為500 MPa、50 、pH

11、=3 和保壓10 min時(shí)可以較好地鈍化過(guò)氧化物酶活性。陳瑋等11的研究發(fā)現(xiàn),在較低的壓力下(396 MPa)，胡蘿卜過(guò)氧化物酶的穩(wěn)定性較常壓下高，在506 MPa、40 時(shí)則觀察不到再生，在600 MPa、45 下幾乎鈍化，但超高壓對(duì)維生素C 或蛋白質(zhì)的失活沒(méi)有明顯的影響。溫度和壓力對(duì)胡蘿卜中過(guò)氧化物酶的鈍化有重要的作用。在溫度和壓力之間也有顯著的相互作用，胡蘿卜過(guò)氧化物酶的活性在所有的溫度下都隨著壓力的增加而逐漸減小,在胡蘿卜處理中超高壓結(jié)合輕微的加熱處理比在高溫下的熱處理更容易使過(guò)氧化物酶失活。2.2 超高壓對(duì)多酚氧化酶的影響多酚氧化酶是水果中促進(jìn)褐變的主要酶類，也是耐高壓的酶類之一。趙

12、光遠(yuǎn)等12人研究發(fā)現(xiàn),使用超高壓技術(shù)單獨(dú)或協(xié)同加熱處理鮮榨梨汁，結(jié)果200600 MPa 的壓力處理對(duì)果汁中多酚氧化酶活性影響不大，400 MPa的壓力對(duì)多酚氧化酶有激活作用；高于600 MPa的壓力使多酚氧化酶顯著失活,而且壓力協(xié)同熱處理對(duì)多酚氧化酶的失活作用強(qiáng)于壓力或熱的單獨(dú)處理。實(shí)驗(yàn)還研究了加入維生素C 對(duì)超高壓處理效果的影響，在500 MPa 以下對(duì)果汁中多酚氧化酶有激活作用，在600 MPa 以上或熱處理結(jié)合高壓時(shí)有鈍化多酚氧化酶的作用。500 MPa 60 或750 MPa 50 以上的處理?xiàng)l件可使鮮榨梨汁中的多酚氧化酶失去60 % 以上的活性，750 MPa 50 的處理?xiàng)l件下果

13、汁顏色變化不顯著。但維生素C對(duì)多酚氧化酶的作用機(jī)制還有待進(jìn)一步研究，可能與維生素C 影響酶的活性中心的結(jié)構(gòu)有關(guān)。證實(shí)梨的多酚氧化酶是耐高壓的酶，有效的控制酶促褐變需要結(jié)合添加防褐變劑、熱處理、低溫貯藏以及脫氣處理等其他手段。譚俊峰13等人對(duì)超高壓處理后茶鮮葉多酚氧化酶比活性的測(cè)定結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在處理溫度為37 ，處理壓力在400 MPa以下時(shí)，茶鮮葉中多酚氧化酶比活性只稍有下降。當(dāng)壓力達(dá)到500 MPa時(shí)，多酚氧化酶比活性下降近50 %。600 MPa的壓力下，多酚氧化酶活性進(jìn)一步降低。經(jīng)500 MPa以上超高壓處理的茶鮮葉，多酚氧化酶比活性已發(fā)生顯著下降，若在殺青工藝前通過(guò)超高壓處理，則能使多酚

14、氧化酶等酶活性受到部分抑制，后續(xù)加工過(guò)程便可通過(guò)使用較少的熱量達(dá)到抑制酶活性的目的，從而為最大程度地保留茶葉中的功能活性成分提供了條件。3 展望 綜上所述，超高壓技術(shù)在食品滅菌、鈍化酶、保持營(yíng)養(yǎng)素等方面都有著非常理想的效果。盡管這項(xiàng)新技術(shù)目前還存在著生產(chǎn)成本過(guò)高，研究理論尚不成熟等問(wèn)題，但是由于它有著諸多無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)，在部分食品加工領(lǐng)域逐步取代傳統(tǒng)熱加工技術(shù)已成為可能，作為食品加工技術(shù)的新領(lǐng)域，超高壓加工技術(shù)在未來(lái)將得到更大的發(fā)展與應(yīng)用。【參考文獻(xiàn)】 1 黃琴，賀稚非，龔霄，等.超高壓滅菌技術(shù)及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用J.四川食品與發(fā)酵，2008，44（3）：46-50.2 邱偉芬，江漢湖.食品

15、超高壓殺菌技術(shù)及其研究進(jìn)展J.食品科學(xué)，2001，22（5）：81-84.3 張海峰，白杰，劉姍姍，等.超高壓對(duì)食品中微生物的影響J.農(nóng)業(yè)科學(xué)研究，2008，29（2）：25-28.4 曾慶梅，潘見(jiàn)，謝慧明，等.西瓜汁的超高壓殺菌效果研究J.高壓物理學(xué)報(bào)，2004，18（1）：70-74.5 田曉琴, 宋社果.超高壓對(duì)鮮牛奶殺菌效果研究J.安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2006，34(17) :4397-4398. 6 潘見(jiàn),曾慶梅,謝慧明，等.草莓汁的超高壓殺菌研究J.食品科學(xué)，2004，25（1）：31-34.7 林淑英，孔保華.超高壓對(duì)食品中的酶的影響J.食品與機(jī)械,1999(5):30-31.8 潘科，孫遠(yuǎn)明，黃麗，等.超高壓加工對(duì)食品品質(zhì)酶的影響J.食品科學(xué)，2003，24（3）：142-146.9 黃麗.食品超高壓加工技術(shù)研究進(jìn)展J.廣東農(nóng)工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2008，24（2）：4-9.10 曾慶梅,潘見(jiàn),謝慧明,等.超高壓處理對(duì)碭山梨汁中過(guò)氧化物酶活