果汁超高壓加工技術的研究
超高加工技術（ultra-high
pressure processing, UHP）是將100～1000MPa的靜態液體壓力施加於食品、生物製品等物料上並保持一定的時間，起到殺菌滅鎂等作用食品超高壓加工技術屬於一種純物理的冷加工技術，與傳統的熱加工技術相比，具有其顯著優點：(1)處理過程為液體介質的瞬間壓縮過程，滅菌均勻，效率高、耗能低；(2)屬於冷加工技術，因此不會破壞食品中原有的營養、風味、色澤等有效成分；(3)可以在保持食品原有風味條件下「冷殺菌」，經簡單加熱後再食用，擴大半調理食品的用途；(4)改善某些食品物料的內部組織結構超高壓食品處理技術是超高壓技術應用的一個重要分支，是在超高壓技術上發展起來的。最早於19世紀末H.Royer（1895）、Bert H. Hite （1899）等人就利用高壓殺死牛奶、果汁、蔬菜汁中的微生物。而公認開創現代超高壓技術研究先河的是美國物理家P.W.Bridgman（1946）年因超高壓研究獲得諾貝爾物理學獎，自1906年開始，他對固體壓縮性，熔化現象，力學性質，相變，電阻變化等宏觀物理行為的超高壓效應進行系統研究，並於1912年報告了超高壓下水的狀態圖確立了超高壓物理學；1914年提出蛋白質在500 MPa下凝固，在700 MPa下變成硬的凝膠狀的現象，這些先期成果為超高壓應用到食品加工領域奠定了基礎。1924年，Cruss在他的書中明確指出高壓可用於商業果汁的加工。由於當時工業製冷技術的發展，家庭冷藏技術迅速普及，在很長時間裡，並沒有人把超高壓技術應用到食品行業的研究領域中。直到20世紀1980年代日本學者才把超高壓處理技術作為解決加熱處理難以解決的食品加工上。並於1990年由明治屋食品公司首次研究生產出世界第一種高壓處理食品（果醬）。隨後法國「即榨」新鮮風味橘子汁於1995年作為加壓食品進行商業銷售。高壓食品以其獨特的殺菌滅鎂效果和熱滅菌所不具有的優勢引起人們更大的興趣，高壓作為加工手段在多種食品物料上被廣泛研究。目前，超高壓食品加工技術受到世界各國重視，研究應用範圍已經不斷擴大 被列為二十一世紀十大尖端科技之一的超高壓冷殺菌生物處理技術，不僅是一次工業革命，更是一次食品保鮮和生物醫藥發展的革命，它將對食品、生物工藝學產生巨大的影響超高壓加工是指用100MPa以上（100～1000MPa）的靜水壓力在常溫下或較低溫度下對食品物料進行處理，達到滅菌、物料改性和改變食品的某些理化反應速度的效果。大部分應用的高壓處理過程是純物理過程，具有瞬間壓縮、作用均勻、操作安全和耗能低的特點，其最大優越性在於這種技術是目前人們發現的能最好保持食物天然色、香、味和營養成分的加工技術，同時它也可用來改善食品的組織結構或生成新型食品。 二。超高壓加工對肉及肉制品類的影響的研究進展及存在問題 1超高壓處理對肉的顏色的影響 顏色是肉類最重要的特性之一，是消費者判斷肉質的標準。肉顏色的穩定性是由肌紅蛋白的保持程度所決定的。壓力能導致肉顏色的改變，在某些條件下，壓力處理後肉的顏色會變亮，紅色會增強或變弱。
2超高壓處理對肉的嫩度的影響 超高壓對肉類的嫩化是高壓在肉類領域研究和應用的主要領域之一。高壓處理可以降低宰後牛肉僵直程度、防止冷收縮，加速宰後成熟過程和增加牛肉嫩度。研究證明，100 MPa以上的壓力對僵直前和僵直後牛肉均有顯著的嫩化作用。其機理：一是機械力作用使肌肉肌纖維內肌動蛋白和肌球蛋白的結合解離，Z線崩解和肌纖維小片化造成肌肉剪切力下降；二是壓力處理使肌肉中內源蛋白 ——鈣激活
的活性增加，加速肌肉蛋白水解，加快肌肉成熟所致。 3.超高壓加工對肉食品中風味及口感的影響 高壓處理可以加速肌肉中腺嘌呤核
三磷酸（ATP）及腺嘌呤核 二磷酸（ADP）的降解，其代謝產物次黃嘌呤核
酸（IMP）、5′-鳥 酸（GMP）、次黃嘌呤核
（INO）和次黃嘌呤（HYP）這些肌肉成熟過程中呈味物質在短時間內快速增加，牛肉中蛋白質的水解產物
和氨基酸含量增加，這些物質是牛肉風味的重要體現。 4.。超高壓對肉的肌肉凝膠和乳化特性的影響 肌肉的凝膠和乳化特性對肉類工業具有十分重要的意義，其直接影響肉品的組織結構、保水性等性質，長期以來一直是肉類工作者研究的一個熱點。高壓處理能夠解聚肌動蛋白和肌動球蛋白，並能提高肌原纖維蛋白的溶解性，高壓能在不進行熱處理的情況下使肌原纖維蛋白形成凝膠。
5超高壓對肉類貯藏性的影響 超高壓處理可以有效地殺滅部分肉類中微生物，延緩肉中微生物的生長繁殖速度，從而延長肉品保存期，但對於壓力處理後的貯藏過程中，產品中微生物、
的穩定性及產品的品質特性需要進一步研究，尤其壓力和熱結合殺菌（尤其是對芽孢菌）是一種很有前途的殺菌方法，值得進一步深入探討。
三。利用超高壓技術的能加工很多風味獨特的肉制品，例（1）“肥”牛瘦肉
日本一家公司，取瘦牛肉切片，在瘦肉的纖維中間抹上乳清蛋白，經過超高壓加工，乳清凝固，夾在瘦肉中間，酷似肥瘦相間的牛肉，口感獨特，味道鮮美。 （2）高壓熏肉 日本專家野賴正敏採用先煙熏後加壓工藝、即將鮮豬肉鹽腌、煙熏後再作高壓處理，也可制得保持鮮豬肉紅潤色澤的熏肉。 （3）高壓烤肉 先用烤滬加熱至中心溫度達48℃。再經高壓處理可制得既有傳統烤牛肉風味又具口感軟嫩、彈性好、色調紅潤、熟成滋味更佳的烤肉。 （4）高壓鳳爪 將雞腳肉與配好的調料攪拌、腌制、填加輔料、真空包裝後進行650MPa 超高壓處理1分鐘，靜置20天後，低溫煮制，然後冷卻制成成品。 （5）高壓鵝肝 高壓肥鵝肝具有生肥鵝肝的香氣，又具有半熟肥鵝肝的味道。生肥鵝肝的味道是鮮為人知的，因為生肥鵝肝只能在4攝氏度溫度下保存數天。高壓肥鵝肝卻可以冷藏數月之久。 （6）法蘭克福香腸 常溫下經150—300MPa的高壓處理後的法蘭克福香腸，其蒸煮損失明顯下降，多汁性得到提高，而對色澤和風味沒有不良影響。 （7）高壓生火腿 Fujichiku公司經短時間腌制的豬肉火腿片，真空包裝後在250MPa加壓3小時。腌制的時間由2周縮短為3小時，嫩度提高，保水性增強，食鹽含量減少到四分之一，且冷藏貨架期大大的提高，制品的外觀和風味類似烤豬肉。 （8）高壓魚香腸 Yaizu漁業公司開發出了高壓處理魚肉香腸，口味鮮美、柔爽，非常新穎新穎。 （9）低鹽火腿 為了使火腿保持良好的口感和持水性，配料中必須添加一定含量的鹽，發達國家為了控制鹽的攝入量，採用超高壓技術，能夠制造出低鹽火腿，口感和持水性優於普通火腿，而含鹽量降低了50-75%。 （10）高壓醬牛肉隨著人們生活水平的提高和保健意識的增強，要求食品企業不僅要保證食品的安全性和穩定性，而且還要盡量保持其原有營養成分和新鮮度。而傳統的熱力殺菌技術對一些產品特別是熱敏性產品的色、香、味、功能性及營養成分等具有破壞作用，經過熱加工的新鮮產品失去了其原有的新鮮度，甚至還產生異味，影響產品質量。果蔬及其加工制品作為一類熱敏性食品，應用超高壓技術具有獨特的價值。 一、超高壓滅菌的概念殺菌是果汁飲料生產中的關鍵技術。傳統的殺菌方法是採用加熱殺菌的方法來殺滅飲料及食品中的微生物，從而延長食品的保質期。但是這種殺菌方法存在一定的缺陷；加熱殺菌的溫度太低會因為殺菌不足而導致產品的腐敗變質，從而降低產品的貨架壽命；加熱殺菌的溫度過高，導至果汁飲料中的營養成分受到大量的破壞，從而造成風味劣變、產生熱臭、造成產品的質量下降。因此，尋找一種能夠保持果汁飲料天然風味和全營養素的冷殺菌方法，一直是世界各國食品業追求的目標。近幾年來，國際上一些科研人員研究出了一種最新的不加熱殺菌技術——超高壓冷殺菌法。超高壓冷殺菌法，就是在密封容器內，用水作為介質對軟包裝果汁施以400—600MPa的壓力，在這種強壓下，能殺死果汁中幾乎所有的細菌和酵母菌。這種超高壓處理過的果汁，可充分保持水果原有的色、香、味和營養成份。從而延長產品的保質期因此成為當前食品加工新技術研究與開發的熱點。近年來國內外眾多的研究者對超高壓在果蔬汁加工中的應用進行了研究，以評價超高壓技術在保持果蔬汁新鮮度和營養價值以及提高產品微生物安全性和穩定性等方面的作用。由此可見，超高壓殺菌方法在果汁飲料殺菌及其它食品加工方面的應用，將成為21世紀最有前途的殺菌方法。 二、超高壓滅菌的機理。超高壓會導致某些高分子物質的空間結構變化。例如：在加熱殺菌時，蛋白質在強熱作用下分子激烈運動導致共價結合的破壞或新結合的生成，破壞了蛋白質的一級結構，使基本物性變異。而超高壓只引發氫鍵之類弱結合的變化，對營養物質的小分子共價健影響很小或不影響，使分子空間結構變化而無損基本物性。也就是說超高壓可在保留食品原有生鮮風味和營養，不產生異味的情況下使蛋白質、淀粉之類高分子物質形成不同於熱法所產生的凝膠或固形物，進而導致菌體死亡。 三、超高壓滅菌技術在果汁飲料生產中的應用。柑桔類果汁的加壓實驗表明，在300～400MPa下保存10min，果汁中易生長的酵母、霉菌及一般細菌（如乳酸菌）全部死亡。部分耐壓細菌的殘留菌數降至1/1000以下。殘留菌類主要是芽孢菌及孢子，如地衣菌屬、仙影拳菌屬和多粘菌屬等，這些耐壓菌加壓至600MPa時仍不會死亡，由於芽孢菌類在pH<4的介質中均不能生長，對柑桔汁來說不存在芽孢菌腐敗的問題，所以柑桔汁及pH<4的果汁和果醬，超高壓殺菌的使用已實用化。1、對果汁中細菌的作用。在400—600MPa的壓力下，處理細菌的懸液，然後用原子吸收分光光度計測定其中的Zn、Fe、Mg、Ca、K等金屬離子。結果表明，所有細菌的菌體內細胞成分都有滲出現象，高壓處理過的菌體礦物質的含量比沒有處理的菌液高10倍，其中Fe、Mg的滲出現象最多，達到21—27倍。這說明菌體細胞膜受到嚴重的損傷。含有芽孢的細菌有較高的耐壓性，研究認為，芽孢菌滲出的礦物質和類似RNA的物質的量很小。但是在60℃以上的加熱和超高壓的配合下，可以完全殺滅芽孢菌，使果汁達到商業無菌。
我公司通過產學研結合，生產由清華大學和我國液壓研究所教授級高工研制的具有自主知識產權的國際先進的超高壓冷殺菌設備，2005年就通過了國家863計劃驗收，而且被美、日、歐資企業和匯源果汁集團的訂購，累計銷售上百臺，至今回修率為零。其核心技術和美國全球最大的超高壓設備生產商Avure公司相比肩，如高壓釜內缸採用SUS630高強度不銹鋼，框架採用國際最先進的綱絲纏繞技術結構，並具有自主知識產權的能量回收轉移裝置，節能80%，一體直壓式獲得國家發明專利，結構先進簡單，故障率低，自動化成度高，方便操作和維護，技術領先國際。 被列為二十一世紀十大尖端科技之一的超高壓冷殺菌生物處理技術，不僅是一次工業革命，更是一次食品保鮮和生物醫藥發展的革命，它將對食品、生物工藝學產生巨大的影響。
超高壓食品是在密封的容器中，用水作介質對食品施加數百兆帕的壓力，使食品中的蛋白質、淀粉等大分子物質結構發生變化，其結果是蛋白變性、淀粉湖化、 失活、微生物死亡。超高壓技術進行食品加工具有的獨特之處在於它不會使食品的溫度升高，而只是作用於非共價鍵，共價鍵基本不被破壞，所以食品原有的色、香、味及營養成分影響較小。 國內外學者對許多動物病毒研究表明，超高壓可以通過使病毒表面結構發生輕微改變而使其感染性喪失，但超高壓只改變蛋白質類抗原物質的空間結構，保留了一級結構的完整性，沒有引起共價鍵的破壞，而蛋白質的一級結構中共價結構的完整性是其免疫原性所必需，因此超高壓後病毒的抗原決定簇沒有丟失，所以仍具有與未經超高壓處理的病毒一樣的免疫原性。 本文採用超高壓技術滅活流感病毒株，並對其免疫原性進行了檢測。抗體檢測結果表明用超高壓處理的病毒免疫小鼠，其特異性抗體產生量與正常對照小鼠之間存在顯著差異，與未經超高壓滅活的病毒組產生的抗體效價相近，表明用超高壓處理的流感病毒株免疫小鼠，產生了有效的體液免疫應答，而且與未經超高壓處理的病毒相比免疫原性沒有改變。T淋巴細胞轉化試驗可以間接體現T淋巴細胞識別特異性抗原的能力。用超高壓滅活的病毒免疫後的小鼠淋巴細胞的刺激指數顯著增高，表明在超高壓滅活病毒的作用下，小鼠T淋巴細胞具有較強的增殖分化能力。 本文用免疫保護試驗進一步證實了超高壓處理的流感病毒株的免疫效果。流感病毒感染可引起小鼠病毒性肺炎，炎性滲出使肺重量增加，肺重量增加與肺炎的嚴重程度呈正相關，結果顯示超高壓處理的病毒組肺指數顯著低於病毒對照組，但與正常對照比較無顯著差異，證實了超高壓處理的流感病毒FM1株保留了與未經超高壓處理病毒相似的免疫原性，誘導機體產生了針對流感病毒有效的特異性的免疫應答，清除了入侵的流感病毒，有效的避免了小鼠病毒性肺炎的發生。 長期以來熱力、化學等方法在疫苗制備上一直被普遍應用，但這些技術都存在一些弊端，例如對病毒結構破壞較大，化學制劑的副作用等。由於超高壓比熱力和化學因素更易控制，作用溫和，因此滅活病毒不會引起表面抗原的過度變性或抗原決定簇的丟失，而且完整病毒顆粒的免疫效果更接近於有感染性的病毒體，因此超高壓技術滅活的病毒，如用於疫苗的生產，將會帶來更有效的免疫，為將來探討用超高壓技術制備全病毒滅活疫苗提供了可供參考的實驗數據。 超高壓食品是在密封的容器中，用水作介質對食品施加數百兆帕的壓力，使食品中的蛋白質、澱粉等大分子物質結構發生變化，其結果是蛋白變性、澱粉湖化、失活、微生物死亡。超高壓技術進行食品加工具有的獨特之處在於它不會使食品的溫度升高，而只是作用於非共價鍵，共價鍵基本不被破壞，所以食品原有的色、香、味及營養成分影響較小。通過超高壓處理能夠激活或滅活這些，有利於食品的品質。超高壓處理可防止微生物對食品的污染，大幅度延長食品的常溫保鮮時間。 。通過超高壓處理能夠激活或滅活這些，有利於食品的品質。超高壓處理可防止微生物對食品的污染，大幅度延長食品的常溫保鮮時間。如熟肉製品、果蔬汁產品高壓後可常溫或冷藏保鮮6個月，如冷藏保質時間更長，果醬、飲料常溫保存一年。還可以嫩化牛肉等蓄牧肉類，並提高成品12%。對火腿和泡菜、酸菜等食品的醃製可提高工效數十倍，瞬間即可將調料均勻地滲透到產品組織細胞中，不僅是大幅縮短時間，而且更入味，口感口味更好。經處理的魚還可除醒味，蒜肉醬可祛除口臭。生米高壓後煮飯可密封保鮮五年，用餐時只需微波加熱2分鐘即可食用，且陳米和新米一樣香。豆、乳製品富含蛋白質，經超高壓加工後不僅能滅菌，而且能使蛋白質顆粒變細、分子鏈變短，易於人體吸收。特別是對牛初乳，在60℃以上高溫條件下其免疫因子和生長因子均遭破壞，因此採用超高壓低溫處理牛初乳，是開發液態鮮牛初乳產品的最好方法。天然發酵乳是營養保健型的乳製品，為保持生理活性，不能高溫滅菌，其保質期只有幾天時間，同時其後酵難以控制，隨時間的延長，口味變化較大。經超高壓處理後，後酵得以控制，保質期可延長到20～30天，200-300MPa時保質期可達65天甚至更長（復合膜常溫奶保質期1個月）。生鮮海參、鮑魚、牡蠣、毛蚶、魚片、福壽螺、蝦、蟹等水產海鮮高壓後亦可大幅度提高常溫、冷藏和冷凍保鮮時間，且貝類水產品自動開殼和肉分離，因為滅菌徹底，攻克了生食海鮮衛生的難題，如牡蠣高壓冷殺菌後，不僅可減少2~3個對數的微生物的數量，且有較高的品質，海參滅菌滅後，就不會自溶，因而保留了全部營養。糊狀的碎魚肉在高壓下凝膠化成魚糕狀，與加熱殺菌的同種魚肉相比，外觀細膩，吃起來富有彈性，有咬頭，風味更佳，用高壓解凍比常壓解凍金槍魚背肌和鯉魚肉，能更好地保證魚肉的品質。。。超高壓處理的葡萄酒、白酒可以催陳一年半，變得濃厚純香。還可以數十倍地縮短火腿、泡菜的淹制時間，口味更佳。易腐且附加值高的食用菌如松茸從現有的3天保鮮期延長至30天以上。植物、名貴中草藥經超高壓提取後，得率會大幅度提高，並且最大限度地保留了活性成份，只要幾分鐘的提取時間大幅度地提高了工作效率，而且無污染。同時可以殺毒滅菌大幅度提高保質期，對中藥材在種植地保鮮貯藏和工廠裏的藥材炮製都是先進的加工技術手段。 先進技術首先體現在最具價值的設備核心部件－－高壓釜和框架上。高壓釜的材質採用美標──SUS630高強度不銹鋼（屈服強度1160MPa），是國內其他企業採用316不銹鋼（屈服強度310MPa）的抗壓強度三倍多，這樣可避免因屈服強度不夠高壓釜爆裂或變形造成密封洩漏，從而出現高壓水切割刀傷人傷物的重大事故危險發生；另外開發成功了國際上最先進的鋼絲纏繞技術抗壓防爆結構，使設備重量也減輕很多。清華大學還是我國機器人技術的墊基人，他 們充分發揮該優勢，配置了電液比例控制閥，根據要求設定升壓、卸壓的速率，跟蹤電信號進行脈衝、交變、階躍、斜坡、正弦波加壓等不同形式的控制；另外規模生產時，兩臺同樣的超高壓設備工作時，在低壓控制端，設置有能量回收裝置（我公司的另一個專利），節能80%以上，使原有相比熱加工節能90%的基礎上又實現了大幅度地節能效果。
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