摘要：超高壓加工技術(shù)在食品產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用已成為國(guó)際食品加工產(chǎn)業(yè)的新增長(zhǎng)點(diǎn)和推動(dòng)力，其原因是高壓加工技術(shù)在滅菌和保持營(yíng)養(yǎng)等方面的優(yōu)秀表現(xiàn)。對(duì)超高壓對(duì)乳制品的滅菌、天然產(chǎn)物中提取的效果、肉質(zhì)品的感官品質(zhì)影響和近年來(lái)超高壓設(shè)備的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，總結(jié)了超高壓技術(shù)在食品工業(yè)中存在的問(wèn)題，并指出了超高壓設(shè)備今后的優(yōu)化方向。
 

　　關(guān)鍵詞：食品；超高壓技術(shù)；裝備；研究進(jìn)展
 

　　超高壓技術(shù)（high pressure processing，HPP）的優(yōu)勢(shì)是能夠在生產(chǎn)過(guò)程中不添加防腐劑的情況下，也能有效抑制食品的腐敗，并減少熱敏性功能性營(yíng)養(yǎng)成分的損失，提高安全水平。我國(guó)在食品加工方面更多的是采用熱加工，但這種加工方式存在保質(zhì)期短、降低食品品質(zhì)等問(wèn)題，而超高壓技術(shù)具有延長(zhǎng)保質(zhì)期、保留食物中營(yíng)養(yǎng)成分等優(yōu)點(diǎn)。與同為非熱加工的高壓脈沖電場(chǎng)相比，超高壓技術(shù)更加安全。高壓脈沖電場(chǎng)在食品加工中，食品物料可能會(huì)直接接觸電極從而發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致電極腐蝕，進(jìn)一步產(chǎn)生有毒的化合物，從而影響食品質(zhì)量安全。在“十三五”食品科技創(chuàng)新專項(xiàng)規(guī)劃下，國(guó)家大力支持食品產(chǎn)業(yè)科技發(fā)展，開展非熱加工等先進(jìn)制造共性關(guān)鍵技術(shù)裝備研發(fā)。2015年HPP設(shè)備產(chǎn)值超過(guò)100億美元，2019年全球范圍內(nèi)運(yùn)行的HPP設(shè)備超過(guò)400臺(tái)，且2025年預(yù)計(jì)將達(dá)到547億美元。本文對(duì)超高壓技術(shù)在幾種常見食品上的應(yīng)用和超高壓技術(shù)裝備的發(fā)展和不足進(jìn)行介紹，旨在為超高壓設(shè)備在今后為服務(wù)于食品工業(yè)提供一定的優(yōu)化見解。
 

　　1 超高壓食品技術(shù)應(yīng)用
 

　　1.1 乳制品殺菌

　　巴氏殺菌法、超高溫瞬時(shí)殺菌法等是傳統(tǒng)的乳制品滅菌方法，使用超高壓滅菌可以在一定程度上彌補(bǔ)傳統(tǒng)乳制品滅菌方法在保質(zhì)期短、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)損耗大等不足之處。超高壓技術(shù)的運(yùn)用可將牛乳中的微生物細(xì)胞內(nèi)酶、蛋白質(zhì)等的結(jié)構(gòu)破壞，使其失活；降低牛奶凝乳時(shí)間，使新鮮奶酪中全乳固體含量、灰分、脂肪可溶性氮的含量基本不變。在發(fā)酵乳制品加工應(yīng)用中，面對(duì)攪拌型酸奶黏度較低、乳清析出或者凝固型酸奶硬度過(guò)低等問(wèn)題也可以得到很好的解決。通過(guò)測(cè)定超高壓下黃油乳制品中脂肪酸含量，在600MPa、20min的條件下超高壓處理的黃油，其中亞麻酸含量會(huì)升高，其他脂肪酸含量基本不變，而食用亞麻酸可預(yù)防心腦血管疾病的發(fā)生。
 

　　1.2 天然產(chǎn)物提取

　　微波輔助法、壓榨法、溶劑浸提法、超聲波輔助法和超臨界CO2提取法等是天然產(chǎn)物的主要提取方法。超高壓提取技術(shù)具有提取率高、設(shè)備安全性高、提取時(shí)間較短、易操作等特點(diǎn)，并且處理后的提取液成分較明確，不渾濁，黏度低，使得后續(xù)操作更加方便。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)天然產(chǎn)物提取的純度、得率等指標(biāo)產(chǎn)生影響的因素主要有提取液選擇、料液比、環(huán)境溫度、保壓時(shí)間和壓力大小。天然產(chǎn)物提取的主要過(guò)程是容器內(nèi)的壓力在極短的時(shí)間內(nèi)（一般小于1min）升高，此時(shí)細(xì)胞內(nèi)外產(chǎn)生很大滲透壓差，溶劑在短時(shí)間內(nèi)充滿細(xì)胞內(nèi)部，使體積增大，通過(guò)幾分鐘的保壓實(shí)現(xiàn)溶劑與有效成分溶解平衡，迅速卸壓，在超高反向壓力差的作用下溶解有效成分的溶液形成湍流以快速轉(zhuǎn)移到細(xì)胞外，使達(dá)到快速、高效提取的目的。在復(fù)合酶協(xié)同超高壓法提取黑木耳多糖的試驗(yàn)中，分別采用復(fù)合酶協(xié)同超高壓法和復(fù)合酶法提取黑木耳多糖，相比在超高壓的協(xié)同作用下得率高了33.07%。在藍(lán)靛果中提取花青素，超高壓輔助提取與傳統(tǒng)溶劑浸提法相比，超高壓輔助節(jié)約乙醇用量，并使花青素提取量提高44.3%。因此，與傳統(tǒng)提取法相比較，超高壓輔助提取普遍得率高，提取時(shí)間短，所以非常適合在天然產(chǎn)物中提取所需物質(zhì)。
 

　　1.3 肉制品加工

　　在肉品加工領(lǐng)域，超高壓技術(shù)對(duì)于改善肉制品品質(zhì)和解凍等方面有著明顯的優(yōu)勢(shì)。肉在超高壓作用下破壞肌肉細(xì)胞的肌質(zhì)網(wǎng)和溶酶體，讓肌肉提前完成收縮，從而縮短成熟過(guò)程，使肉質(zhì)嫩化。肉的顏色決定于其總的肌紅蛋白的含量。在高壓作用下改變不同肌紅蛋白的含量，使得肉中氧合肌紅蛋白、肌紅蛋白和高鐵肌紅蛋白相互之間比例不同，從而決定肉的顏色不同。肉制品的香味化合物主要通過(guò)氨基酸與還原糖間的美拉德反應(yīng)，脂肪的氧化作用等途徑產(chǎn)生。一定程度的高壓處理可促使結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的解聚和肉的自溶，提高肉中可溶性物質(zhì)和游離氨基酸含量，并促進(jìn)美拉德反應(yīng)，使肉香味得到增強(qiáng)。傳統(tǒng)的冷凍肉經(jīng)過(guò)處理后，肉的質(zhì)量會(huì)呈明顯的下降趨勢(shì)。研究發(fā)現(xiàn)HPP處理后的鮮肉進(jìn)行冷凍且在0℃以下解凍后，肉類可以恢復(fù)原來(lái)的顏色。應(yīng)用超高壓解凍肉較傳統(tǒng)方法更加高效，其解凍時(shí)間通常為傳統(tǒng)方法的1/20。
 

　　2 超高壓技術(shù)裝備研究進(jìn)展
 

　　2.1 超高壓技術(shù)原理

　　超高壓技術(shù)原理是容器內(nèi)一定溫度下施加100～1000MPa壓力，改變形成生物高分子立體結(jié)構(gòu)的各種非共價(jià)鍵，使淀粉變性、蛋白質(zhì)凝固，同時(shí)激活或者失活酶活性，滅殺微生物。超高壓處理是非熱加工的物理過(guò)程，勒夏特列原理和帕斯卡定律是超高壓技術(shù)的主要原理。根據(jù)勒夏特列原理，化學(xué)平衡被破壞，平衡向減弱的方向移動(dòng)，從而以抗衡這種改變，最終達(dá)到新的平衡。而帕斯卡定律指的是容器中的某一部分靜止流動(dòng)的液體壓力發(fā)生變化，壓力將均勻且瞬時(shí)大小不變地向各個(gè)方向傳遞。
 

　　2.2 食品超高壓設(shè)備發(fā)展

　　超高壓食品處理裝置大致由壓力發(fā)生系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)和超高壓容器組成。在此之中，超高壓容器和壓力發(fā)生系統(tǒng)是裝置的主體部分，超高壓處理系統(tǒng)根據(jù)加壓方式的不同可分為外部加壓方式和內(nèi)部加壓方式，其結(jié)構(gòu)圖1和圖2（略）。

　　北京高才科技發(fā)展有限公司在2003年研制一種加溫超高壓食品處理裝置，此裝置在超高壓容器外部安裝一個(gè)電加溫水箱，使得能夠在達(dá)到合格品質(zhì)的同時(shí)縮短加工時(shí)間。青島大學(xué)在2014年設(shè)計(jì)一種新型超高壓低溫協(xié)同殺菌裝置，圖3（略）。該裝置容器采用繞絲式超高壓容器，制冷系統(tǒng)主要是由壓縮機(jī)、冷凝器等和安裝在容器內(nèi)壁上的換熱系統(tǒng)組成。通過(guò)將蛇管盤繞在設(shè)備的內(nèi)壁完成制冷劑與容器內(nèi)壓媒的熱量交換，達(dá)到為食品處理創(chuàng)造低溫環(huán)境的目的。

　　西安石油大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院在2017年設(shè)計(jì)針對(duì)液態(tài)食品的超高壓滅菌設(shè)備，如圖4所示。此設(shè)備工作原理是在主油泵的驅(qū)動(dòng)下，利用雙向水介質(zhì)增壓器將水的壓力升高，通過(guò)單向閥將高壓水注入承壓容器，處在高靜壓環(huán)境水介質(zhì)和被滅菌食品會(huì)在高壓狀態(tài)下保壓一定時(shí)間后，從而達(dá)到滅菌效果。

圖4 液態(tài)食品超高壓滅菌設(shè)備工作原理圖
 

　　3 結(jié)語(yǔ)與展望

　　超高壓技術(shù)與熱加工相比能夠在幾乎加工時(shí)間相同的情況下最大限度地將食品中蛋白質(zhì)、維生素等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)保留下來(lái)。但超高壓技術(shù)仍存在著許多的不足之處，如超高壓設(shè)備的生產(chǎn)費(fèi)用昂貴、產(chǎn)能不高、能耗高、缺乏相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范超高壓食品加工指標(biāo)、超高壓設(shè)備技術(shù)難度相對(duì)較高等問(wèn)題。相比于國(guó)外，我國(guó)對(duì)于超高壓的技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用仍處在起步階段，受超高壓設(shè)備體積較大、壓力強(qiáng)度要求高等局限性，大部分研究仍停留在理論實(shí)驗(yàn)階段。因此，優(yōu)化超高壓設(shè)備結(jié)構(gòu)裝置、提高生產(chǎn)效率、降低設(shè)備生產(chǎn)成本，是未來(lái)超高壓設(shè)備服務(wù)于食品工業(yè)優(yōu)質(zhì)發(fā)展的必經(jīng)之路。