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超高壓滅菌技術在保障食品品質及安全性的應用現(xiàn)狀與展望

文檔作者：呂長鑫 1,2 何曉慧3 馮敘橋1,2,3 文檔來源： 1. 渤海大學食品科學研究院 2. 遼寧省食品質量與安全學會 3. 沈陽農(nóng)業(yè)大學食品學院		點擊數(shù)：	更新時間： 2025年06月06日
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上一篇：國內外旅游食品安全保障體系建設研究進展

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第4 卷第 5 期食 品安全質量檢測學報Vol. 4 No. 5
2013 年10 月Journal of Food Safety and Quality Oct. , 2013
基金項目: 渤海大學人才引進基金項目(BHU20120301)、遼寧省食品質量與安全學會研究項目(LSFQS201101YJ001)
Fund: Supported by Bohai University Talent Introduction Foundation (BHU20120301) and Institute of Food Quality and Safety in Liaoning
Province Research Subject (LSFQS201101YJ001).
*通訊作者: 馮敘橋, 教授, 博士生導師, 主要研究方向為果蔬質量與安全控制。E-mail: feng_xq@hotmail.com
*Corresponding author: FENG Xu-Qiao, Professor, Food Safety Key Laboratory of Liaoning Province, Food Science Research Institute of
Bohai University, No.19, Technology Road, Songshan District, Jinzhou 121013, China. E-mail: feng_xq@hotmail.com
超高壓滅菌技術在保障食品品質及安全性的
應用現(xiàn)狀與展望
呂長鑫 1,2, 何曉慧3, 馮敘橋1,2,3*
(1. 渤海大學食品科學研究院, 遼寧省食品安全重點實驗室, 錦州 121013; 2. 遼寧省食品質量與安全學會, 沈陽
110866; 3. 沈陽農(nóng)業(yè)大學食品學院, 沈陽 110866)
摘要: 超高壓滅菌技術能有效對食品進行殺菌和滅酶, 是食品加工業(yè)中的一種新型的非熱力加工技術。本文綜
述了超高壓滅菌原理、主要特點以及超高壓處理對食品感官品質、酶活性、微生物、營養(yǎng)成分的影響, 并分析了
超高壓處理產(chǎn)品的安全性及其在食品加工業(yè)中的應用前景。
關鍵詞: 超高壓; 食品滅菌; 品質; 安全性
Application and prospect of ultra-high pressure sterilization technology
on food quality and safety
LV Chang-Xin1,2, HE Xiao-Hui3, FENG Xu-Qiao1,2,3*
(1. Food Safety Key Laboratory of Liaoning Province, Food Science Research Institute of Bohai University, Jinzhou 121013, China;
2. Liaoning Province Society of Food Quality and Safety, Shenyang 110866, China; 3. College of Food Science, Shenyang
Agricultural University, Shenyang 110866, China)
ABSTRACT: Ultra-high pressure sterilization technology is a new method as non-thermal processing in food
to effectively sterilize and inactivate enzymes. In this review, the fundamental principle and the main features
of ultra-high pressure technology have been introduced, and the effects of ultra-high pressure processing on
factors which will affect food quality such as enzymatic activity, texture, flavor, nutrient compounds, antioxidant
activity and major microorganisms have been discussed. Furthermore, the application prospect and safety
of ultra-high pressure technology in food processing have also been analyzed.
KEY WORDS: ultra-high pressure; food sterilization; quality; safety
食品常容易受到微生物的作用而發(fā)生腐敗變質,
因此, 能夠殺滅微生物的滅菌技術也成了食品加工
業(yè)一直關注的焦點。傳統(tǒng)的熱力滅菌技術雖然設備成
熟, 卻容易破壞食品中的生物活性物質、風味物質、
營養(yǎng)成分等[1], 而且加工過程會使褐變反應加劇, 影
響色澤, 為了最大限度地保留食品的色、香、味等品
質并保持食品的營養(yǎng)價值, 現(xiàn)代高新滅菌技術逐漸
得到開發(fā)與應用。而超高壓技術是當前倍受各國重視
的一項高新技術, 經(jīng)超高壓處理的食品在完成殺菌
后, 能有效克服傳統(tǒng)熱加工法處理食品時帶來的缺
1336 食品安全質量檢測學報第 4 卷
點, 它不僅能確保食品在微生物方面的安全, 較好地
保持其原有的營養(yǎng)品質、風味、色澤等, 且保質期延
長、加工能耗低[2]。本文著重討論食品超高壓殺菌原
理和主要特點, 超高壓處理對果蔬中主要微生物、酶
活性、色澤、質地、風味、營養(yǎng)活性等的影響, 并分
析了超高壓處理食品的安全性及其應用前景, 為推
進我國在食品超高壓殺菌技術方面的應用與研究提
供依據(jù)。
1 超高壓滅菌的原理和主要特點
超高壓滅菌技術(ultra-high pressure technology,
UHP), 是指在常溫或更低溫度下, 以水或其他液體
為介質, 在100 MPa 壓力以上處理食品持續(xù)一段時
間后, 以達到使食品中蛋白質、酶等生物大分子改變
活性, 并殺滅食品中微生物的目的[3]。UHP 對微生物
的有致死作用, 但不會造成像高溫殺菌那樣破壞食
品的營養(yǎng)成分和引起食品風味改變。超高壓滅菌的基
本原理是采用高壓使微生物的細胞壁膜、基因機制、
形態(tài)結構等方面發(fā)生變化, 從而使微生物其原有的
生理活動機能被破壞或發(fā)生不可逆變化進而死亡[4]。
超高壓處理由于其只作用于非共價鍵, 對維生素、風
味物質和色素等低分子物質的共價鍵基本無影響,
因此使食品較好地保持了其原有的營養(yǎng)品質、色澤和
風味[5]。另外, 采用UHP 處理時, 隨著加壓, 料溫會
逐漸升高, 通常每增加100 MPa 的壓力, 溫度會升高
2~4 ℃, 因此近年來超高壓對微生物的致死作用也被
認為是壓縮熱和高壓聯(lián)合作用的結果[6]。
超高壓處理被認為是一種新型的冷殺菌方式,
同時超高壓技術不僅能起到殺滅微生物的作用, 還
能使食品獲得一些特殊的效果, 例如, 使淀粉糊化、
蛋白質的膠凝, 達到與普通加熱處理后不同的風味
[7]。超高壓處理不受食品體積和形狀的影響, 可促使
組織變性得到新型食品, 其殺菌時間一般為5~10
min, 傳統(tǒng)熱力殺菌卻需要 20~30 min, 因此更有利
于保持食品中其原有生物活性功能, 保持其色澤、風
味和營養(yǎng)成分, 延長食品的貯藏期, 更利于食品的貯
藏保鮮。
2 超高壓滅菌對食品感官品質的影響
食品在加工過程通常會采用熱處理以達到殺菌
滅酶的效果。傳統(tǒng)的熱處理常會帶來食品色澤、質地
和風味等品質下降的弊端, 而采用超高壓處理則能
夠最大限度地保持食品原有的色澤、質地和風味, 對
食品原有和特有的風味一般沒有影響, 對食品的色
澤有改變, 但有些顏色如類胡蘿卜素、葉綠素、花青
素等對超高壓有抵抗能力[8]。
2.1 對食品色澤的影響
食品的色澤在一定程度上是評價食品品質好壞
的重要感官指標, 超高壓處理對食品感官色澤的影
響主要取決于食品原料。Rodrigo 等[9]通過研究超高
壓處理對不同pH 值下的番茄汁、草莓汁的影響情況,
證明了在 300~700 MPa, 65 ℃, 60 min 的條件下, 番
茄汁色澤的降解動力學與新鮮番茄汁相同, 并且與
番茄汁的pH 值無關; Yen 等[10]研究表明超高壓處理
對番石榴果泥的色澤基本沒有影響, 而采用加熱處
理則破壞了葉綠素并引發(fā)了褐變反應。
2.2 對食品質地的影響
高壓或高溫一般會引起細胞壁的破裂, 從而使
物料結構變皺縮或松散。而細胞壁的復雜結構主要是
由包埋于多糖及蛋白質中的纖維素網(wǎng)狀結構來決定
[11]。Yen 等[10]比較研究了熱處理和超高壓處理對番
石榴汁的影響, 結果表明: 采用95 ℃處理5 min 后的
果汁其黏度和濁度均有所改變, 而采用500 MPa 壓
力, 25 ℃處理則對其黏度和濁度基本沒有影響; 且通
過掃描電鏡進一步進行觀察, 結果也表明, 熱處理時
促進了混濁物質的凝結, 而在超高壓處理時則沒有
這種影響。
2.3 對食品風味的影響
食品在熱加工處理的過程中一般會引起氣味的
一些改變, 而采用冷加工技術處理能最大程度地保留
食品原有風味, 減少加工過程的風味改變。采用超高
壓技術, 250~350 MPa, 1~3 min 不僅可以殺死牡蠣中
的弧菌, 還可以使新鮮牡蠣的外觀和風味品質得以保
持, 且使得后續(xù)的加工過程變得更為容易[12]。鱷梨調
味醬采用超高壓技術, 在500 MPa 處理2 min 后即能
殺死果醬中的微生物, 且對其風味基本沒有影響[13]。
3 超高壓滅菌對食品中酶的影響
食品在加工和貯存過程中, 在其自身酶的作用
下, 會引起變色、變味以及變質, 因此會造成巨大的
損失[14]。而食品在加工過程中就需要盡量地抑制酶
的活性以達到并保證產(chǎn)品的質量。超高壓處理可破壞
第5 期呂長鑫, 等: 超高壓滅菌技術在保障食品品質及安全性的應用現(xiàn)狀與展望 1337
蛋白質的三級結構, 導致蛋白質的變性及一些功能
性質的變化, 從而改變其催化活性使酶的活性被激
活或抑制, 進而提高食品品質[15]。研究表明, 采用超
高壓處理時, 在較低壓力時, 酶活中心凝集, 酶與基
質較充分接觸, 酶活性逐漸升高; 而隨著壓力升高,
酶的分子結構和活性中心構象遭到破壞, 酶活性降
低, 進而失去活性[16]。
多酚氧化酶(PPO)會引起食品中酶促褐變的發(fā)
生。采用超高壓處理技術可以在一定程度上抑制PPO
的活性, 從而有效防止果蔬顏色的褐變[17]。當壓力在
200~600 MPa、溫度為60 ℃、處理10~20 min 后能使
新鮮荔枝中PPO 的活性降至20%以下, 而使荔枝果
醬的PPO 的活性保持在40%~60%之間[18]。不同植物
來源的PPO 活性對壓強的敏感性有一定的差異。紅
色懸鉤子的PPO 酶活性在壓力800 MPa、18~22 ℃、
15 min 條件下, 仍然保持在70%以上[20]; 而在同樣的
溫度和時間作用下, 草莓的PPO 酶活性在600 MPa
的壓力下即可實現(xiàn)完全鈍化[21]。過氧化物酶(POD)
對產(chǎn)品風味也會產(chǎn)生不良影響。POD 通常耐熱性較
強, 是評價熱燙效果的指示酶。Fang 等[23]研究表明,
400 MPa 以上的壓力在結合熱處理時可以促進獼猴
桃中POD 酶的鈍化, 但在處理15 min 后, 即使繼續(xù)
延長保壓時間, 對POD 的活性也不會產(chǎn)生顯著影響;
采用900 MPa 壓力在常溫下處理綠豆10 min 后, 其
POD 的活性降低了88%, 而采用600 MPa 壓力結合
熱處理能夠促進其POD 的鈍化。脂肪氧合酶(LOX)
能夠破壞必需脂肪酸, 進而影響到產(chǎn)品的風味和色
澤。Rodrigo 等[9]研究了土豆中LOX 酶的耐壓性, 結
果表明: 當采用低于400 MPa 壓力、20 ℃處理后,
LOX的活性增強; 而采用550 MPa 壓力, 處理12 min
后即能將LOX 酶完全鈍化。果膠脂酶(PE)與果汁的
穩(wěn)定性和果蔬質地密切相關。Guiavarc 等[24]研究了
0.1~800 MPa 的壓力下結合10~62 ℃溫度對白葡萄柚
處理后其PE 酶的鈍化效果, 結果表明: 當壓力在
0.1~300 MPa、溫度≥58 ℃時二者對PE 酶的鈍化作用
效果具有拮抗效應。有研究表明在400~600 MPa 的
壓力下對番茄切片進行處理, 可使番茄中的果膠甲
基酯酶的活性有所上升[25]。
4 超高壓處理對食品中微生物的影響
超高壓滅菌處理主要是采用高壓使微生物的形
態(tài)結構、生化反應和細胞壁膜等發(fā)生一些變化, 從而
對微生物原有的生理活性機能造成一定的影響而致
死[23]。超高壓處理通過對細胞膜和蛋白質的結構進
行破壞、對DNA 的轉錄和復制造成影響, 進而殺死
微生物[24]。Baymdirli 等[26]分別研究了超高壓結合
30~50 ℃對蘋果、柑橘和櫻桃汁處理后, 對其中的葡
萄球菌、大腸桿菌和腸炎沙門氏菌的影響, 結果表明
在350 MPa 壓力, 40 ℃條件下處理5 min 后就可以殺
死這些微生物的接種體。霉菌和酵母菌比較容易引起
果蔬的腐敗變質, 有些霉菌還可能會產(chǎn)生一些毒素,
進而引起一些食品的安全性問題。而細菌孢子不僅能
夠耐熱耐輻射, 而且還具有很強的耐壓性, 甚至在室
溫下能夠抵抗1000 MPa 壓力。Lee 等[27]研究了超高
壓結合熱處理對蘋果汁中酸土芽孢桿菌的影響, 結
果表明, 采用207 MPa 的壓力, 在45 ℃處理10 min
或在71 ℃處理1 min 后就能夠將活的孢子數(shù)量降低
3.5 個對數(shù)級。超高壓處理對微生物的致死效應與壓
力大小、保壓時間、協(xié)同溫度有關, 還常受到微生物
的種類、生長發(fā)育的階段等因素影響, 因此在采用超
高壓處理食品時, 需要將這些因素進行綜合考慮后
以保證產(chǎn)品的安全性和較好的品質[28]。
5 超高壓處理對食品中營養(yǎng)成分的影響
超高壓處理不會對食品分子結構中的共價鍵產(chǎn)
生作用, 因此超高壓處理對果蔬中的維生素、酚類物
質、異硫氰酸鹽等營養(yǎng)活性成分沒有或只有微小的影
響, 能夠較好地保留這些營養(yǎng)成分[29]。超高壓處理對
果蔬中的水溶性維生素的影響研究較多, 而對果蔬
中脂溶性維生素的影響研究較少。Sancho 等[30]分別
對幾種水溶性維生素的耐壓性進行了比較研究, 結
果表明: 在200~400 MPa 壓力, 常溫處理30 min 后,
VC 的保留率是87.8%~89.9%, 而硫胺素的保留率為
101.8%~102.4%、吡哆醛的保留率為99.4%~99.9%。
有研究表明采用超高壓處理對類胡蘿卜素穩(wěn)定性的
影響較小, 將采用超高壓處理后的番茄汁在4 ℃下
保存21 d 后, 其類胡蘿卜素含量基本保持恒定; 在高
溫條件下, 采用600 MPa, 75 ℃, 處理40 min 后胡蘿
卜產(chǎn)品, 其胡蘿卜素的損失最多為5%[31]。Baron 等[32]
的研究結果顯示, 采用200~400 MPa 壓力, 對混濁蘋
果汁處理5~10 min 后, 其羥基肉桂酸的保留率是
94.3%~116.0%、雙氫查耳酮的保留率是95.3%~123.0%、
1338 食品安全質量檢測學報第 4 卷
兒茶素的保留率為 29.7%~292.3%、原花青素的保留
率為120.3%~169.6%。Tríska 等[33]分別比較了采用超
高壓處理、冷凍處理和巴氏殺菌處理對包心菜、紅甘
藍、青花菜中的總異硫氰酸鹽含量的影響, 結果發(fā)現(xiàn),
采用超高壓處理后的青花菜汁中的異硫氰酸鹽含量
較高, 而其他蔬菜汁采用冷凍處理其所含的異硫氰
酸鹽含量則較高。采用超高壓處理后果蔬中的營養(yǎng)活
性產(chǎn)生了變化, 主要的可能是部分營養(yǎng)活性成分易
受多種因素影響, 且其本身不太穩(wěn)定。一些研究結果
也表明, 與熱處理相比, 超高壓處理更能有效的保留
食品中的主要營養(yǎng)成分[34-38]。
6 超高壓處理對食品安全性的影響
超高壓處理食品的安全性在目前還缺乏相關的
研究報道。因此進行一些安全性評估有一定的必要性,
而且有助于人們能夠更全面客觀的認識該技術的適
用范圍。Houska 等[39]通過危害性分析、關鍵點控制
和體外抗突變活性等方法對幾種超高壓果蔬汁的安
全性進行了評價。超高壓處理后的產(chǎn)品屬于新型的食
品, 而變應原性是評價新型食品的安全性的重要組
成部分。熱處理后的蛋白質變性能夠降低一些食品的
變應原性, 但是變性后的蛋白也有可能產(chǎn)生新的抗
原位點; 超高壓處理能夠影響氫鍵、離子鍵及疏水鍵,
改變蛋白質的結構; 因此, 研究超高壓產(chǎn)品潛在的變
應原性有一定的必要性。
7 超高壓處理在食品加工業(yè)中的應用
超高壓處理技術是在上個世紀 80 年代時開創(chuàng)并
發(fā)展起來的新型的食品冷殺菌技術, 目前一些研究
已應用于生產(chǎn)實踐中。
7.1 超高壓技術在果蔬加工中的應用
超高壓技術在果蔬加工業(yè)中的應用主要用于鮮
切果蔬、果蔬汁和果醬中的滅酶和殺菌作用。采用超
高壓技術對新鮮果蔬汁進行處理和未經(jīng)超高壓處理
的新鮮果蔬汁進行比較研究后, 結果表明, 二者在顏
色、風味、營養(yǎng)成分上幾乎沒有差別。趙光遠等[40]
人采用超高壓技術來抑制鮮榨蘋果汁的褐變反應,
結果顯示, 在400 MPa、50 ℃以上溫度的處理強度,
能夠使鮮榨蘋果汁中的PPO 活力失去60％以上; 在
750 MPa、50 ℃以上溫度的的下, 處理其相應的PPO
的失活率達到了90％以上。對鮮榨果蔬汁采用超高
壓協(xié)同熱處理, 能使其在相對較低的壓力條件下即
可獲得較好的處理效果。50℃協(xié)同超高壓處理后, 果
汁的色澤變化幅度微小; 采用320 MPa, 協(xié)同55 ℃
保壓10 min 處理后, 對混濁蘋果汁的風味反而起到
了增強的作用, 更好地保持了混濁蘋果汁的原汁原
味[41]。此外, 超高壓技術在果醬和鮮切果蔬中的應用
也取得了較好的進展。在400 MPa 的壓力下對果醬
處理10 min 后可以有效地減少微生物的數(shù)量, 產(chǎn)品
粘度較好, Vc 保持率也較高[42]。
7.2 超高壓技術在乳制品加工中的應用
趙光遠等[43]的研究結果指出, 壓力大小對牛乳
的殺菌效果有顯著影響, 且壓力越高其殺菌效果越
好, 而保壓時間對牛乳的殺菌效果影響不顯著。同時
其指出采用超高壓處理后的牛乳, 其亮度值會下降,
但pH 值不會改變。張勇等[44]研究了超高壓處理對牛
乳感官和理化性質的影響。結果表明: 采用超高壓處
理盡管降低了牛乳的白度和濁度, 對牛乳的感官品
質產(chǎn)生了一些影響, 但是卻增加了牛乳中游離態(tài)鈣
的含量, 使乳清蛋白的變性程度得到了降低, 在最大
限度上保留了牛乳的營養(yǎng)價值。
7.3 超高壓技術在肉類食品加工中的應用
超高壓技術在肉類食品加工中有很多特有的優(yōu)
勢, 如改變鈣激活酶的活性, 改善凝膠性, 提高嫩度,
延長保藏性等[45]。超高壓技術能夠對肉制品中鈣激
活酶的活性產(chǎn)生影響, 而鈣激活酶對肉的嫩化有重
要作用, 對肉的品質也有著至關重要的影響。例如,
在250 MPa, 常溫條件下對質粗的牛肉進行處理后,
能夠得到嫩化的牛肉制品[46]。超高壓處理對肉類制
品的色澤、風味也具有顯著的影響。如超高壓處理可
使鮮肉的顏色變淡, 表現(xiàn)出色澤與煮熟肉的色澤相
似[47]。超高壓處理后的綿羊肌肉的感官品質會發(fā)生
一些變化, 如隨處理壓力升高, 綿羊肌肉顏色也會變
淺, 且會呈現(xiàn)出輕微的類似蒸煮后的成熟風味[47]。將
超高壓處理技術應用于鮮肉的保鮮加工中目前并不
多見, 其在肉制品加工業(yè)中的應用主要集中在香腸
和火腿制品的加工中。
8 展 望
超高壓食品處理技術是近年來的研究熱點, 作
為一種新型的冷加工技術, 由于其高質量、高安全性
目前在我國開始逐漸得到發(fā)展。超高壓技術不僅能夠
第5 期呂長鑫, 等: 超高壓滅菌技術在保障食品品質及安全性的應用現(xiàn)狀與展望 1339
殺菌保證食品的安全性, 而且能夠避免由高溫殺菌
引起的產(chǎn)品變質等不良影響。采用超高壓技術處理新
鮮果汁, 不僅能有效的地殺滅果汁中的微生物, 較好
地保留果汁中的熱敏性營養(yǎng)成分和易揮發(fā)的香氣成
分, 而且能夠較好地控制果汁中的酶活性, 有利于防
止新鮮果汁發(fā)生酶促褐變。由于超高壓處理能夠在常
溫或較低溫度下殺滅微生物并鈍化酶類, 且不會對
產(chǎn)品的感官品質和營養(yǎng)成分造成不良影響, 這也是
該技術的優(yōu)越性。如今如何最大限度地保留食品的營
養(yǎng)價值及其原有風味, 使滅菌過程耗能低、處理時間
短、操作過程簡單、易實現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)、且適用范圍廣
等, 成為食品加工業(yè)滅菌技術研究和生產(chǎn)應用的關
注熱點和發(fā)展方向。要大力發(fā)展具有這些優(yōu)勢的滅菌
技術, 必須首先進一步搞清現(xiàn)有的各種滅菌技術的
機制, 同時探索研究多種滅菌技術對食物進行復合
滅菌, 進而克服單一滅菌技術的缺陷, 這必將成為未
來食品加工業(yè)滅菌技術的研究和應用重點。超高壓結
合輻射、超聲、二氧化碳等非熱處理可以降低處理壓
力, 節(jié)約成本。盡管超高壓處理技術不能完全取代傳
統(tǒng)的處理方法, 但是作為一種補充或輔助手段進行
開發(fā), 其應用前景必將廣闊。
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(責任編輯: 張宏梁)
作者簡介
呂長鑫, 教授, 碩士生導師, 主要研
究方向為農(nóng)產(chǎn)品加工與貯藏工程。
E-mail: lvchangxin6666@163.com
馮敘橋, 教授, 博士生導師, 主要研
究方向為果蔬質量與安全控制。呂長鑫 1,2, 何曉慧3, 馮敘橋1,2,3*
(1. 渤海大學食品科學研究院, 遼寧省食品安全重點實驗室, 錦州 121013; 2. 遼寧省食品質量與安全學會, 沈陽
110866; 3. 沈陽農(nóng)業(yè)大學食品學院, 沈

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