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1、第三章第三章 食品超高压技术食品超高压技术 食品超高压技术（ultrahigh pressure processing 简称UHP）是当前备受各国重视、广泛研究的一项食品高新技术，简称高压技术（High pressure processing，简称HPP）高静水压技术（High Hydrostatic process，简称HHP）。一、超高压食品研发史一、超高压食品研发史1899年美国力学家Hite发现450MPa下处理牛奶，可延长保鲜期；1914年美国物理学家P.W.Biagman 报告净水压下蛋白质变性和凝固；1986年日本京都大学林力丸率先开展高压食品研究；1991年日本开始试销高压1号
2、食品果酱；1992年在法国召开高压食品专题研讨会；法国、英国政府也开始资助高压食品加工的研究，并于1993年底推出高压杀菌鹅肝小面饼.美国已将超高压食品列为21世纪食品加工、包装的主要研究项目，并已有小规模工业化生产 高压技术在我国还处于起步、理论研究阶段国内超高压杀菌技术的研究报道仅局限在果汁及果汁饮料的灭酶及杀菌中，还未投入实际生产应用之中相对落后原因超高压食品加工技术是一种昂贵的技术。设备投资巨大，尽管设备运行费用不高，但高压食品的价格却是相当高的，至少目前国外的情况是这样的 技术复杂。它是工程材料、机械制造、物理、化学、生物等多学科和领域的理论和技术的合成，而且这种合成的紧密程度是前所
3、未有的。从设备制造来看，对加工精度和材料性能的要求很高，而且很严格 我国食品法规规定的是以热加工为基础的标准参数，这就制约了以压力为基础的食品的推广 目前有关超高压科学的理论与理论体系尚不完善。目前食品超高压处理设备批处理量小，达不到连续化大批量生产，并且设备本身昂贵，这就决定了超高压食品暂时成本偏高，超过了人们购买力。目前尚无高压食品商品问世。加快开展超高压食品研究，特别是加强超高压加工调味晶、中药材、保健食品以及其他价值高但对热较敏感的食品或药品的研究对我国参与国际竞争有着极为重要的意义二、超高压的基本概念食品的超高压处理技术:是指将密封于弹性容器内的食品置于水或其它液体作为传压介质的压力
4、系统中，经100MPa以上的压力处理，以达到杀菌，灭酶和改善食品的功能特性等作用 超高压技术进行食品加工具有的独特之超高压技术进行食品加工具有的独特之处在于它不会使食品的温度升高，而只处在于它不会使食品的温度升高，而只是作用于非共价键，共价键基本不被破是作用于非共价键，共价键基本不被破坏坏所以食品原有的色、香、味及营养成分所以食品原有的色、香、味及营养成分影响较小。影响较小。通过超高压处理能够激活或灭活这些酶，通过超高压处理能够激活或灭活这些酶，有利于食品的品质。有利于食品的品质。超高压处理可防止微生物对食品的污染，超高压处理可防止微生物对食品的污染，延长食品的保藏时间，延长食品味道鲜延长食品
5、的保藏时间，延长食品味道鲜美的时间。美的时间。超高压处理工艺 超高压容器压力范围：1001000MP温度范围：20100传压介质：饮用水超高压装置超高压装置的主要部分是高压容器和加减压装置，其次是一些辅助设施 超高压装置的特点是承受的压力高(1001000MPa)，循环载荷次数多(连续工作，通常为2.5次/h)因此超高压容器设计必须要求容器及密封结构材质有足够的力学强度、高的断裂韧性、低的回火脆性和时效脆性、一定的抗应力腐蚀及腐蚀疲劳性能、效率性；可快装快拆、密封效果好；设备图 三、食品加压处理的可行性食品物系是多成分的分散系，以水或油作为分散介质，它在物系中是连通的，故称为连续相。根据帕斯卡
6、原理，压力在这些连续相内部的传递是均衡的、瞬时的。水等液体既是分散介质，又是压力的均衡传递介质。食品加压处理的可行性，其关键在于采用如水之类液体作为传递压力的介质。如果水一旦变成了冰，它便失去了创造体系内部各点压力均衡的条件。在常温下，若给水施加高于1000MPa的压力，其状态便成为固态（VI状态的冰）。这一压力便是实施高压处理的压力上限。四、超高压处理的作用机理 超高压压处理过程中，物料在液体介质中体积被压缩，超高压产生的极高的静压不仅会影响细胞的形态，还能使形成的生物高分子立体结构的氢键、离子键和疏水键等非共价键发生变化，使蛋白质凝固、淀粉等变性，酶失活或激活，细菌等微生物被杀死，也可用来
7、改善食品的组织结构或生成新型食品。高压处理基本是一个物理过程，对维生素、色素和风味物质等低分子化合物的共价键无明显影响，从而使食品较好地保持了原有的营养价值、色泽和天然风味，这也是高压技术在目前各种食品杀菌、加工技术领域所独具的特点。（一）对蛋白质的影响迄今为止还没有关于高压对蛋白质一级结构影响的报道。二级结构是由肽链内和肽链间的氢键维持，一般高压有利于这一结构的稳定 三级结构是由于二级结构间相互作用而包接在一起形成球形，高压对三级结构有较大的影响 三级结构的球状蛋白体结合在一起形成四级结构，这一结构靠非共价键间的相互作用来维持，对压力非常敏感。蛋白质的高压变性起因于加压后溶液体积减少。高压下
8、水和蛋白质等的结构都发生变化，水溶液整体体积减小。（二）对微生物的影响超高压对液体的压缩作用，影响微生物原有的生理活动机能，甚至使原有功能破坏或发生不可逆变化。高压可以引起细胞形状、细胞膜及细胞壁的结构和功能都发生变化当压力增加到405MPa时，酿酒酵母的细胞核结构和细胞质中的细胞器基本上已经变形；在506MPa下细胞核不能够再被识别；当压力达到405MPa时，核内物质从细胞中丢失；而当压力超过405MPa时；核内物质几乎完全丢失（三）其它影响1、淀粉原来的构造破坏，发生糊化。淀粉糊化与压力关系.doc2、酶失活3、食品中氨基酸、维生素、香气成分在高压下不发生变化 五、超高压食品加工技术特点1
9、、超高压处理不会使食品色、香、味等物理特性发生变化，不会产生异味，风味物质、色素、维生素等营养成分成份保存完好例如，经过超高压处理的草莓酱可保留95%的氨基酸，在口感和风味上明显超过加热处理的果酱 2、超高压处理后，蛋白质的变性及淀粉的糊化状态与加热处理有所不同，蛋白质呈凝固状变性、淀粉呈胶凝状糊，从而获得新型物性的食品 3、超高压处理可以保持食品的原有风味，为冷杀菌，这种食品可简单加热后食用，从而扩大半成品食品的市场。4、超高压处理是液体介质短时间内等同压缩过程，从而使食品灭菌达到均匀、瞬时、高效，且比加热法耗能低例如，日本三得利公司采用容器杀菌，啤酒液经高压处理可将99.99%大肠杆菌杀死
10、。5、不需向食品中加入化学物质克服了化学试剂与微生物细胞内物质作用生成的产物对人体产生的不良影响避免了食物中残留的化学试剂对人体的负面作用，保证了食用的安全 6、菌体不产生抗性化学试剂频繁使用，会使菌体产生抗性，杀菌效果减弱超高压灭菌为一次性杀菌，对菌体作用效果明显，不会产生抗性7、杀菌效果稳定超高压杀菌条件易于控制，外界环境的影响较小，而化学试剂杀菌易受水分、温度、pH值、有机环境等的影响，作用效果变化幅度较大 8、改善食品质构和风味超高压杀菌能更好的保持食品的自然风味，甚至改善食品的高分子物质的构象，作用于肉类和水产品，提高了肉制品的嫩度和风味；作用于原料乳，有利于干酪的成熟和干酪的最终风
11、味，还可使干酪的产量增加。六、加工过程固态食品如肉、禽、鱼、水果等需装在耐压、无毒、柔韧并能传递压力的软包装内，进行真空密封包装，以避免压力介质混入，然后置于超高压容器中，进行加压处理。处理工艺是升压保压卸压三个过程，通常进料、卸料为不连续方式生产 液态食品如果汁、奶、饮料、酒等，一方面可像固态食品一样用容器由压力介质从外围加压处理。也可以直接以被加工食品取代水作为压力介质，但密封性要求严格，处理工艺为升压动态保压卸压三个过程用第二种方法可进行连续方式生产。多数生物经100MPa以上加压处理即会死亡。一般情况下，寄生虫的杀灭和其他生物体相近，只要低压处理即可杀死，病毒在稍低的压力即可失活细菌、
12、霉菌、酵母的营养体在300-400MPa压力下可被杀死芽孢杆菌属和梭状芽孢杆菌属的芽孢对压力比其营养体具有较强的抵抗力，需要更高的压力才会被杀灭。压力处理的时间与压力成反比：压力越高，则处理所需时间越短。超高压杀菌的效果还受温度、食品的组分的影响。日本果汁工艺示例七高液压切割高压水在食品加工中的应用高压水系统压力对切割深度的影响高压切割特点污染少；可切割新鲜肉和蔬菜；能耗低、操作方便、能切割出非常复杂的形状；对多层结构的食品，每层切口存在差异；对切割不透的食品，易造成高压水飞溅。切割泡沫八高压冻结与解冻细胞冻结与解冻螺旋单体速冻原理螺旋单体速冻机液氮喷淋图例液氮喷淋速冻装置高压下冰晶状态冰晶相
13、图冰晶形态I冰晶形态IIIThe H-bond framework of rhombohedral ice IV showing the auto-clathrate arrangement with H-bonds passing through the centre of 6 membered rings.The H-bond framework of tetragonal ice XII viewed down the c-axis.The spacegroup is I42d,lattice constants are a=8.304 and c=4.024.冰晶XII型与冰晶I型Tr
14、ansition of ice XII towards hexagonal ice upon heating.The upper left photograph a)shows ice XII as recovered from the pressure cell at low temperature.In contrast to high-density amorphous ice it has a milky appearance.The following photographs show the floking of ice XII as it transforms to the lower density forms cubic ice and hexagonal ice(b-d).冻结与解冻过程高压冻结与解冻示例高压冻结与解冻示例冻结过程解冻过程新鲜目鱼细胞Bye-Bye