超高壓技術(shù)概述課件

2010.3超高壓技術(shù)概述

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4超高壓技術(shù)概述1235超高壓殺菌超高壓對食品品質(zhì)的影響小結(jié)與展望附表CompanyLogo1、超高壓技術(shù)的概念2、超高壓技術(shù)的特點(diǎn)3、超高壓技術(shù)的現(xiàn)狀第一節(jié)：超高壓技術(shù)概述CompanyLogo1、超高壓技術(shù)的概念CompanyLogo在超高壓條件下，生物體內(nèi)高分子立體結(jié)構(gòu)中的氫鍵、離子鍵、疏水相互作用等非共價(jià)鍵結(jié)合發(fā)生變化，使蛋白質(zhì)變性，淀粉糊化，酶失活，細(xì)胞膜破裂，菌體內(nèi)成分泄漏，微生物生命活動停止而死亡。蛋白質(zhì)氨基酸的縮氨結(jié)合、維生素、香氣成分等低分子化合物是共價(jià)鍵結(jié)合，在超高壓條件下得以完整保留。超高壓處理在殺菌鈍酶的同時(shí)，最大限度的保持了食品的風(fēng)味與營養(yǎng)物質(zhì)。

2、超高壓技術(shù)的特點(diǎn)CompanyLogo國外：超高壓技術(shù)的商業(yè)化應(yīng)用在美國、日本、德國、法國、澳大利亞等國家得到了穩(wěn)定的發(fā)展（果蔬產(chǎn)品及畜產(chǎn)品等）；日本的超高壓米飯；美國（avomex）的鱷梨制品、胡蘿卜汁、蘋果汁、蒜泥、芒果醬以及諸多肉制品等；歐洲的火腿制品、系列果汁及鮮切水果等；目前，全世界每年加工的超高壓食品超過13萬噸……3、超高壓技術(shù)的現(xiàn)狀CompanyLogo半連續(xù)式超高壓設(shè)備用于處理液態(tài)物料（果汁）3、超高壓技術(shù)的現(xiàn)狀CompanyLogo3、超高壓技術(shù)的現(xiàn)狀CompanyLogo3、超高壓技術(shù)的現(xiàn)狀國內(nèi)：超高壓技術(shù)在農(nóng)產(chǎn)品加工中應(yīng)用還處于起步階段，超高壓技術(shù)和超高壓裝置研制與國外相比存在較大差距，其在食品上的應(yīng)用還缺乏系統(tǒng)研究。近年來，國內(nèi)的部分高校（中國農(nóng)業(yè)大學(xué)、江蘇大學(xué)等）和科研院所對超高壓技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室研究，但實(shí)現(xiàn)工業(yè)化還遙遙無期。CompanyLogo1、超高壓殺菌原理2、影響超高壓殺菌的因素第二節(jié)：超高壓殺菌CompanyLogo1.超高壓殺菌原理（1）影響細(xì)胞內(nèi)酶活力超高壓會引起微生物細(xì)胞內(nèi)主要酶系的失活；通過影響微生物體內(nèi)的酶，進(jìn)而對微生物基因機(jī)制產(chǎn)生影響，導(dǎo)致由酶參與的DNA復(fù)制和轉(zhuǎn)錄步驟會因酶失活而中斷。在100MPa下，E.coli的天冬氨酸酶失活；琥珀酸脫氫酶經(jīng)20MPa高壓即失活；蟻酸脫氫酶、蘋果酸脫氫酶、琥珀酸脫氫酶對高壓的反應(yīng)也很敏感。CompanyLogo（2）影響細(xì)胞形態(tài)細(xì)胞外形變長、質(zhì)壁分離、細(xì)胞壁變厚及細(xì)胞膜消失、細(xì)胞質(zhì)出現(xiàn)網(wǎng)狀區(qū)域、核糖體數(shù)目減少、細(xì)胞分裂減慢等。但當(dāng)壓力超過某一點(diǎn)時(shí)，細(xì)胞形態(tài)發(fā)生不可逆變化。1.超高壓殺菌原理絲衣霉：70℃/700Mpa/60minCompanyLogo1.超高壓殺菌原理（4）影響細(xì)胞壁、細(xì)胞膜的通透性

細(xì)胞膜主要由磷脂和蛋白質(zhì)分子組成，主要通過氫鍵和疏水鍵維持結(jié)構(gòu)。高壓下，膜蛋白與膜脂質(zhì)結(jié)合能力降低，細(xì)胞膜通透性增大；20-40MPa能使較大細(xì)胞的細(xì)胞壁發(fā)生松解，100MPa導(dǎo)致其斷裂，200MPa的壓力下細(xì)胞壁遭到破壞。細(xì)胞內(nèi)溶物的紊亂或外泄CompanyLogo1.超高壓殺菌原理

雙形熱帶念珠菌：200MPa下,細(xì)胞壁遭到破壞,細(xì)胞亞顯微結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,線粒體受到不同程度的損傷,核膜孔張開；細(xì)菌：150MPa處理后溴乙錠進(jìn)入胞內(nèi)與DNA結(jié)合；500MPa處理后未發(fā)現(xiàn)上述現(xiàn)象；超高壓處理后膽鹽和NaCl進(jìn)入細(xì)胞；菌體胞外的ATP濃度增加……CompanyLogo1.超高壓殺菌原理（5）細(xì)胞內(nèi)容物的泄漏細(xì)菌懸液：400-600MPa處理，金屬離子（Zn2+

、Fe2+

、Mg2+

、Ca2+等）濃度達(dá)CK的10倍以上，RNA類似物濃度約為CK的20倍。金黃色葡萄球菌屬：700MPa處理后，F(xiàn)e2+和Mg2+泄漏量分別增大2l和14.4倍；棒狀桿菌：Fe2+的泄漏量高達(dá)27倍;且從營養(yǎng)細(xì)胞中泄漏的Zn2+、Ca2+和K+等離子增大1.1-5.8倍。CompanyLogoNormalvegetationofBacillussubtilisNormalsporeofBacillussubtilisCompanyLogo芽孢外殼皺縮、缺口、內(nèi)含物紊亂、泄露處理后結(jié)構(gòu)紊亂，外殼皺縮CompanyLogo1：芽孢內(nèi)含物泄露2：芽孢內(nèi)含物紊亂4：內(nèi)部物質(zhì)完全泄露的細(xì)胞壁或孢子外殼殘留營養(yǎng)細(xì)胞壁破壞，細(xì)胞質(zhì)泄露5：芽孢內(nèi)含物正在外泄的細(xì)胞CompanyLogo（1）微生物種類一般來講，菌體越大，結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，耐壓性越低；病毒顆粒越小越耐壓；靜止生長期的微生物比指數(shù)生長期的耐壓；處于冷休克或亞致死狀態(tài)的微生物更耐壓;G+

＞G-（多糖鏈上肽鍵的數(shù)量和交聯(lián)程度-肽聚糖的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)致密程度和強(qiáng)度）……CompanyLogo（1）微生物種類一般情況下：200-300MPa病毒滅活；300-400MPa霉菌、酵母菌滅活；300-600MPa細(xì)菌、致病菌滅活；800-1000MPa芽孢滅活；CompanyLogo（2）溫度、壓力、時(shí)間與加壓方式適當(dāng)提高溫度對高壓殺菌有促進(jìn)作用針對芽孢菌的高耐壓性，就現(xiàn)階段研究來看，結(jié)合溫度處理是十分有效的殺菌手段；例外：研究發(fā)現(xiàn)，除芽孢菌和金黃色葡萄球菌外，大多數(shù)的微生物在-20℃以下的高壓殺菌效果較20℃時(shí)好……CompanyLogo（2）溫度、壓力、時(shí)間與加壓方式

部分微生物在低溫下耐壓程度降低的原因：①低溫下細(xì)胞因冰晶析出而破裂程度加??；②蛋白質(zhì)在低溫下對高壓敏感性提高，更易變性，菌體細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)也更易損傷；低溫下高壓處理對保持食品品質(zhì)，尤其是減少熱敏性成分的破壞較為有利CompanyLogo（3）水分活度（Aw）低Aw產(chǎn)生細(xì)胞收縮和對生長的抑制作用，從而使更多的細(xì)胞在壓力中存活下來；控制Aw無疑對高壓殺菌，尤其是固態(tài)和半固態(tài)食品的保藏加工有重要意義。CompanyLogo（4）pHpH是影響微生物在受壓條件下生長的主要因素之一在受壓條件下，培養(yǎng)基的pH有可能發(fā)生變化，細(xì)菌的最適pH范圍也變得較為狹窄酸性條件下微生物的耐壓性較差

對酵母菌類而言，采用超高壓處理時(shí)pH值并不是重要的因素CompanyLogo（5）食品成分和添加物營養(yǎng)豐富環(huán)境中微生物的耐壓性較強(qiáng)，蛋白質(zhì)、碳水化合物、脂類和鹽分對微生物具有緩沖保護(hù)作用，而且這些營養(yǎng)物質(zhì)加速了微生物的繁殖和自我修復(fù)功能；

食品基質(zhì)含有的添加劑組分對超高壓滅菌影響很大，如添加脂肪酸酯、蔗糖酯或乙醇等添加劑，將提高加壓殺菌的效果；CompanyLogo1、超高壓對蛋白質(zhì)和酶的影響2、超高壓對淀粉的影響3、超高壓對脂類的影響4、超高壓對維生素的影響5、超高壓對風(fēng)味物質(zhì)和色素的影響6、超高壓改善食品品質(zhì)實(shí)例第二節(jié)：超高壓對食品品質(zhì)的影響CompanyLogo1.超高壓對蛋白質(zhì)和酶的影響壓力導(dǎo)致：①鹽鍵、離子鍵及部分疏水鍵等非共價(jià)鍵破壞；②共價(jià)鍵的可壓縮性小，對壓力的變化不敏感；

③適當(dāng)壓力（＜150MPa）能促進(jìn)低聚蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)解離，接著可能導(dǎo)致亞單位的聚合或沉淀（＞200MPa）CompanyLogo1.超高壓對蛋白質(zhì)和酶的影響超高壓（＜700MPa）對酶的一級結(jié)構(gòu)無影響，但會破壞其二級結(jié)構(gòu)、三級結(jié)構(gòu)和四級結(jié)構(gòu)；超高壓迫使蛋白質(zhì)的原始結(jié)構(gòu)伸展，分子從有序而緊密的構(gòu)造轉(zhuǎn)變?yōu)闊o序而松散的構(gòu)造，或發(fā)生變形，活性中心受到破壞，失去生物活性……CompanyLogo1.超高壓對蛋白質(zhì)和酶的影響

利用壓力對蛋白質(zhì)的影響作用可應(yīng)用于食品加工處理和保藏的范圍：

①通過解鏈和聚合（低溫凝膠化、肌肉蛋白質(zhì)在低鹽或無鹽時(shí)形成凝膠、乳化食品中流變性變化）對質(zhì)地和結(jié)構(gòu)的重組；②通過解鏈、離解或蛋白質(zhì)水解提高肉的嫩度；CompanyLogo1.超高壓對蛋白質(zhì)和酶的影響③通過解鏈（即蛋白質(zhì)酶抑制劑、漂燙蔬菜）鈍化毒物和酶；④通過解鏈增加蛋白質(zhì)食品對蛋白酶的敏感度，提高可消化性和降低過敏性；⑤通過解鏈增加蛋白質(zhì)結(jié)合特種配基的能力，增加分子表面疏水特性，能夠結(jié)合風(fēng)味物質(zhì)、色素、維生素、無機(jī)化合物和鹽等……CompanyLogo1.超高壓對蛋白質(zhì)和酶的影響⑥利用高壓處理可使果蔬中一些酶被激活或失活，對于食品的色澤、香味及品質(zhì)都有很大的提高。

CompanyLogo2.超高壓對淀粉的影響在常溫下把淀粉加壓到400-600MPa，淀粉顆粒將會：①溶脹分裂；②晶體結(jié)構(gòu)遭到某種程度的破壞；③內(nèi)部有序態(tài)分子間的氫鍵斷裂，分散成無序的狀態(tài)，即淀粉糊化為α-淀粉高壓處理可提高淀粉對淀粉酶的敏感性，從而提高淀粉的消化率；提高淀粉的膠凝溫度……CompanyLogo2.超高壓對淀粉的影響與熱處理相比，超高壓對淀粉的作用特點(diǎn)為：高壓使淀粉粒膨脹卻不破裂；

超高壓所致完全糊化的淀粉無老化現(xiàn)象，而超高壓所致的未完全糊化的淀粉有老化現(xiàn)象；低于700MPa的壓力時(shí)淀粉不會產(chǎn)生類似熱加工的變色……CompanyLogo2.超高壓對淀粉的影響超高壓可改善陳米的品質(zhì)：

陳米在20℃吸水潤濕后在50～300MPa處理10min，再按常規(guī)煮制成飯，其硬度下降、黏度上升、平衡值提高到新米范圍，同時(shí)光澤和香氣也得到改良。還可縮短煮制時(shí)間。CompanyLogo3.超高壓對脂類的影響高壓對脂類的影響是可逆的：室溫下，呈液態(tài)的脂肪在高壓下（100~200MPa）基本可固化，發(fā)生相變結(jié)晶，促使更稠、更穩(wěn)定的脂類晶體形成；不過解壓后仍會復(fù)原，只是對油脂的氧化有一定的影響。

CompanyLogo4.超高壓對維生素的影響一般情況下，還原型維生素C含量經(jīng)高壓處理后出現(xiàn)了下降和上升兩種情況：

①Fe3+對于維生素C的降解起著重要作用，在高壓下會更加明顯；②Cu2+的存在，在高壓下會激活銅酶，銅酶是維生素C降解的重要酶類之一。

總體來看，高壓處理對維生素C的影響很小。CompanyLogo5.高壓對風(fēng)味物質(zhì)、色素等的影響食品中的風(fēng)味物質(zhì)、維生素、色素及各種小分子物質(zhì)結(jié)合狀態(tài)為共價(jià)鍵的形式，故而高壓處理過程對其幾乎沒有影響；食品的黏度、均勻性及結(jié)構(gòu)等特性對高壓較為敏感，但這些變化往往是有益的……CompanyLogo6.高壓對改善食品品質(zhì)實(shí)例CompanyLogo設(shè)備投資大，批處理量小，造成產(chǎn)品成本過高；工程材料、機(jī)械制造、物理、化學(xué)、生物等多學(xué)科和領(lǐng)域的理論和技術(shù)的合成，超高壓科學(xué)的理論體系尚不完善，設(shè)備制造精度和材料性能的要求很高；我國相關(guān)的食品法規(guī)規(guī)定的是以熱加工為基礎(chǔ)的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)，這就制約了高壓食品的研究和推廣；食品工業(yè)仍然是食品原料的初加工，而不是深加工食品，至少還不是以工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)的食品。四、發(fā)展與現(xiàn)狀我國超高壓食品技術(shù)面臨的問題CompanyLogo參考文獻(xiàn)潘見,曾慶梅等.草莓汁的超高壓殺菌研究[J].食品科學(xué),2004，25(1):31-34.CarlaM.Wolbang,JacquelineL.Fitos,MichaelT.Treeby.TheeffectofhighpressureprocessingonnutritionalvalueandqualityattributesofCucumismelonL.InnovativeFoodScienceandEmergingTechnologies,9:196～200.Matser,A.M.,etal,