超高壓技術(shù)對食品中的微生物和酶的影響

【摘要】  研究證明應用超高壓技術(shù)加工食品與傳統的熱加工技術(shù)相比，既可以有效地達到殺菌和滅活酶的目的，又能良好地保持原有的營(yíng)養成分。本文綜述了超高壓技術(shù)對食品中微生物、酶的影響，并對超高壓滅活微生物、鈍化食品酶的機制進(jìn)行了闡述，最后對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 

    傳統的熱加工技術(shù)雖然在食品加工中應用廣泛,但是由于它存在著(zhù)破壞食物營(yíng)養成分、造成能源浪費等眾多問(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)作為一項物理冷加工技術(shù),恰恰順應這一趨勢,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構的氫鍵結合、離子鍵結合以及疏水鍵等非共價(jià)鍵結合發(fā)生變化，導致酶失活、微生物被殺死，但對食品中的色素、維生素、氨基酸、多肽等以共價(jià)鍵結合的小分子物質(zhì)的破壞作用較小，所以有著(zhù)完好保留食品中的營(yíng)養物質(zhì),保持食物自然風(fēng)味、增長(cháng)食物保質(zhì)期、節約能源、食品衛生安全性高、有利環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，經(jīng)超高壓處理的食品，符合現代食品“天然、營(yíng)養、衛生、安全”的發(fā)展方向，是一種有著(zhù)很好發(fā)展前景的食品加工技術(shù)。 

　　1  超高壓對微生物的影響 

    根據目前的研究發(fā)現，超高壓滅菌的機制與破壞細菌的細胞壁和細胞膜，抑制酶的活性和DNA等遺傳物質(zhì)有關(guān)，高壓對細胞膜和細胞壁有一定的影響。在壓力作用下，細胞膜的磷脂雙層結構的容積隨著(zhù)每一磷脂分子橫切面積的縮小而收縮。加壓對細胞膜常常表現出通透性的變化和氨基酸攝取的受阻。當壓力為20～40 MPa時(shí)，細胞壁會(huì )發(fā)生機械性斷裂而松懈；當壓力為200 MPa時(shí)，細胞壁會(huì )因遭到破壞而導致微生物的細胞死亡[1]。超高壓可以破壞非共價(jià)鍵,如破壞氫鍵之類(lèi)弱結合鍵，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(lèi)的變性。一般說(shuō)來(lái)，超過(guò)300 MPa壓力引起酶類(lèi)的變性是不可逆的，酶失活的主要原因是高壓引起的酶分子內部結構的破壞和活性部位上構象的變化[2]。由于高壓處理時(shí)料溫隨著(zhù)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2～4  ℃,故近年來(lái)也認為超高壓對微生物的致死作用是壓縮熱和高壓聯(lián)合作用的結果[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(lèi)、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的微生物數量不多。處理壓力為400 MPa ，同樣保壓10 min 時(shí),西瓜汁中菌落總數從12 000 cfu/mL減少到46 cfu/mL，在30 ℃，處理壓力達到或超過(guò)400 MPa時(shí),西瓜汁中微生物含量達到國家食品衛生標準要求。為了增強高壓殺菌效果，實(shí)驗中還采用了脈動(dòng)施壓的方式對西瓜汁進(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)現隨著(zhù)脈動(dòng)施壓次數的增加,微生物存活量減少,但微生物存活量減少值與循環(huán)次數之間不是線(xiàn)性關(guān)系。田曉琴等[5]研究了超高壓對鮮牛奶殺菌效果，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。超高壓處理鮮牛奶的最優(yōu)處理工藝操作參數是:500 MPa下處理30 min，鮮牛奶中的細菌總數最少,殺菌效果最好。潘見(jiàn)等[6]的研究發(fā)現在溫度為29 ℃下，草莓汁中大腸菌群對壓力非常敏感，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，菌落總數還可降至30 cfu/mL，達到了國家食品衛生標準要求。 

　　2  超高壓對食品中酶的影響 

    酶的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)，其生物活性與其三維結構有關(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構產(chǎn)生的,即使是一個(gè)微小的變化也能導致活力的喪失,并改變酶的功能性質(zhì)［7］。超高壓處理也是通過(guò)影響酶蛋白的三級結構來(lái)影響其催化活性。由于蛋白質(zhì)的三級結構是形成酶活性中心的基礎，高壓作用導致三級結構崩潰時(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[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(lèi)有關(guān)[9]。

2.1  超高壓對過(guò)氧化物酶的影響  

　　過(guò)氧化物酶通常被認為是食品熱處理中酶滅活的指示酶,也有著(zhù)很強得耐壓性。曾慶梅等[10]研究了超高壓處理對碭山梨汁中過(guò)氧化物酶活性的影響, 比較了不同試驗壓力、處理溫度、保壓時(shí)間及pH值處理對酶活性的影響。實(shí)驗結果表明, 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(cháng)對酶的活性影響甚微，認為保壓時(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pH 值為6 時(shí), 梨汁中過(guò)氧化物酶最耐壓。處理條件為500 MPa、50 ℃、pH=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,在較低的壓力下(396 MPa)，胡蘿卜過(guò)氧化物酶的穩定性較常壓下高，在506 MPa、40 ℃時(shí)則觀(guān)察不到再生，在600 MPa、45 ℃下幾乎鈍化，但超高壓對維生素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(zhù)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(zhù)壓力的增加而逐漸減小,在胡蘿卜處理中超高壓結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(lèi)，也是耐高壓的酶類(lèi)之一。趙光遠等[12]人研究發(fā)現,使用超高壓技術(shù)單獨或協(xié)同加熱處理鮮榨梨汁，結果200～600 MPa 的壓力處理對果汁中多酚氧化酶活性影響不大，400 MPa的壓力對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(zhù)失活,而且壓力協(xié)同熱處理對多酚氧化酶的失活作用強于壓力或熱的單獨處理。實(shí)驗還研究了加入維生素C 對超高壓處理效果的影響，在500 MPa 以下對果汁中多酚氧化酶有激活作用，在600  MPa 以上或熱處理結合高壓時(shí)有鈍化多酚氧化酶的作用。500 MPa 60  ℃或750 MPa 50 ℃以上的處理條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 ℃的處理條件下果汁顏色變化不顯著(zhù)。但維生素C對多酚氧化酶的作用機制還有待進(jìn)一步研究，可能與維生素C 影響酶的活性中心的結構有關(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]等人對超高壓處理后茶鮮葉多酚氧化酶比活性的測定結果發(fā)現，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。當壓力達到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(zhù)下降，若在殺青工藝前通過(guò)超高壓處理，則能使多酚氧化酶等酶活性受到部分抑制，后續加工過(guò)程便可通過(guò)使用較少的熱量達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)養素等方面都有著(zhù)非常理想的效果。盡管這項新技術(shù)目前還存在著(zhù)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(zhù)諸多無(wú)可比擬的優(yōu)勢，在部分食品加工領(lǐng)域逐步取代傳統熱加工技術(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)展與應用。

作者：李振林 許秀舉

【參考文獻】

  　[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)中的應用[J].四川食品與發(fā)酵，2008，44（3）：46-50.

　　[2] 邱偉芬，江漢湖.食品超高壓殺菌技術(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.超高壓對食品中微生物的影響[J].農業(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，2004，18（1）：70-74.

　　[5] 田曉琴, 宋社果.超高壓對鮮牛奶殺菌效果研究[J].安徽農業(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.超高壓對食品中的酶的影響[J].食品與機械,1999(5):30-31.

　　[8] 潘科，孫遠明，黃麗，等.超高壓加工對食品品質(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].廣東農工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2008，24（2）：4-9.

　　[10] 曾慶梅,潘見(jiàn),謝慧明,等.超高壓處理對碭山梨汁中過(guò)氧化物酶活性的影響[J].農業(yè)工程學(xué)報,2004,20(4):199-202.

　　[11] 陳瑋,楊琰,黃象男.超高壓和溫度對胡蘿卜過(guò)氧化物酶失活的影響研究[J].三門(mén)峽職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報（綜合版）,2006,5(2):105-107.

　　[12] 趙光遠，李娜，縱偉.超高壓處理對梨汁中多酚氧化酶活性的影響[J].食品與藥品，2007，9(1):15-18.

　　[13] 譚俊峰，林智，郭麗，等.超高壓對茶鮮葉的細胞結構、多酚氧化酶活性及主要化學(xué)成分的影響[J].食品科學(xué)，2007,28（9）：78-82.

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