超高壓技術對食品中的微生物和酶的影響

1、超高壓技術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加工食品與傳統(tǒng)的熱加工技術相比，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養(yǎng)成分。本文綜述了超高壓技術對食品中微生物、酶的影響，并對超高壓滅活微生物、鈍化食品酶的機制進行了闡述，最后對超高壓食品加工技術的發(fā)展前景進行了展望。 【關鍵詞】 超高壓；食品；微生物；酶 Abstract Studies have shown that, compared with conventional thermal processing techniques, using ultra-high pressure to proce

2、ss food can more effectively achieve the purpose of sterilization and inactivation of enzymes, and can serve as a good way to keep the original nutrients as well. This paper summarizes the effect of ultra-high press processing techniques on micro-organism and enzymes in the food and describes the me

3、chanism of ultra-high pressure inactivating microorganism and passivating food enzyme. Finally, The prospect of ultra-high pressure development in food industry is also mentioned in this paper. Key words Ultra- high pressure; Food; Microbiology; Enzyme 傳統(tǒng)的熱加工技術雖然在食品加工中應用廣泛,但是由于它存在著破壞食物營養(yǎng)成分、造成能源浪費等眾多

4、問題,所以需要新的食品加工技術來克服熱加工技術的缺陷,超高壓技術作為一項物理冷加工技術,恰恰順應這一趨勢,成為近年來研究的熱點。超高壓加工是一個物理過程，在加工過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、多肽等以共價鍵結合的小分子物質(zhì)的破壞作用較小，所以有著完好保留食品中的營養(yǎng)物質(zhì),保持食物自然風味、增長食物保質(zhì)期、節(jié)約能源、食品衛(wèi)生安全性高、有利環(huán)保等優(yōu)點，經(jīng)超高壓處理的食品，符合現(xiàn)代食品“天然、營養(yǎng)、衛(wèi)生、安全”的發(fā)展方向，是一種有著很好發(fā)展前景的食品加工技術。1 超高壓對微生物的影響 根據(jù)目前的

5、研究發(fā)現(xiàn)，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，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(xiàn)出通透性的變化和氨基酸攝取的受阻。當壓力為2040 MPa時，細胞壁會發(fā)生機械性斷裂而松懈；當壓力為200 MPa時，細胞壁會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鍵,如破壞氫鍵之類弱結合鍵，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的變性。一般說來，超過300 MPa壓力引起酶類的變性是不可逆的，酶失活的主要原因是高壓引起的酶分

6、子內(nèi)部結構的破壞和活性部位上構象的變化2。由于高壓處理時料溫隨著加壓(卸壓) 而升高(降低),一般高壓處理每增加100 MPa 壓力,溫度升高24 ,故近年來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。在超高壓滅菌過程中，滅菌效果受到壓力大小、加壓時間、施壓方式、處理溫度、微生物種類、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 和保壓時間為10 min 的條件下,大部分微生物在300 MPa下處理時即可殺滅,耐受壓力超過300 MPa的微生物數(shù)量不多。處理壓力為400 MPa ，同樣保壓10 min

7、時,西瓜汁中菌落總數(shù)從12 000 cfu/mL減少到46 cfu/mL，在30 ，處理壓力達到或超過400 MPa時,西瓜汁中微生物含量達到國家食品衛(wèi)生標準要求。為了增強高壓殺菌效果，實驗中還采用了脈動施壓的方式對西瓜汁進行超高壓殺菌處理，即以加壓保壓(10 min) 卸壓停頓(5 min)為一個高壓處理循環(huán),對處理西瓜汁樣品進行多次循環(huán)高壓處理，在處理溫度為30 的條件下,發(fā)現(xiàn)隨著脈動施壓次數(shù)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(shù)之間不是線性關系。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> 處理時間。超高

8、壓處理鮮牛奶的最優(yōu)處理工藝操作參數(shù)是:500 MPa下處理30 min，鮮牛奶中的細菌總數(shù)最少,殺菌效果最好。潘見等6的研究發(fā)現(xiàn)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(shù)還可降至30 cfu/mL，達到了國家食品衛(wèi)生標準要求。2 超高壓對食品中酶的影響 酶的化學本質(zhì)是蛋白質(zhì)，其生物活性與其三維結構有關。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,即使是一個微小的變化也

9、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影響酶蛋白的三級結構來影響其催化活性。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，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間、體系溫度、體系pH值、介質(zhì)成分和酶的種類有關9。2.1 超高壓對過氧化物酶的影響過氧化物酶通常被認為是食品熱處理中酶滅活的指示酶,也有著很強得耐壓性。曾慶梅等10研究

10、了超高壓處理對碭山梨汁中過氧化物酶活性的影響, 比較了不同試驗壓力、處理溫度、保壓時間及pH值處理對酶活性的影響。實驗結果表明, 在處理溫度為50 、保壓時間為10 min和梨汁pH值為5的條件下,300 MPa以下壓力范圍內(nèi)高壓處理酶被激活, 其活性增加；大于300 MPa時酶的活性隨壓力增大而下降。高壓處理時, 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 。保壓時間超過10 min后時間延長對酶的活性影響甚微，認為保壓時間不是影響酶活性的主要因素。pH 小于5或大于6時酶的活性降低；當pH 值為6 時, 梨汁中過氧化物酶最耐壓。處理條件為500 MPa、50 、pH

11、=3 和保壓10 min時可以較好地鈍化過氧化物酶活性。陳瑋等11的研究發(fā)現(xiàn),在較低的壓力下(396 MPa)，胡蘿卜過氧化物酶的穩(wěn)定性較常壓下高，在506 MPa、40 時則觀察不到再生，在600 MPa、45 下幾乎鈍化，但超高壓對維生素C 或蛋白質(zhì)的失活沒有明顯的影響。溫度和壓力對胡蘿卜中過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的相互作用，胡蘿卜過氧化物酶的活性在所有的溫度下都隨著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褐變的主要酶類，也是耐高壓的酶類之一。趙

12、光遠等12人研究發(fā)現(xiàn),使用超高壓技術單獨或協(xié)同加熱處理鮮榨梨汁，結果200600 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

13、汁顏色變化不顯著。但維生素C對多酚氧化酶的作用機制還有待進一步研究，可能與維生素C 影響酶的活性中心的結構有關。證實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(xiàn)，在處理溫度為37 ，處理壓力在400 MPa以下時，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，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)生顯著下降，若在殺青工藝前通過超高壓處理，則能使多酚

14、氧化酶等酶活性受到部分抑制，后續(xù)加工過程便可通過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，超高壓技術在食品滅菌、鈍化酶、保持營養(yǎng)素等方面都有著非常理想的效果。盡管這項新技術目前還存在著生產(chǎn)成本過高，研究理論尚不成熟等問題，但是由于它有著諸多無可比擬的優(yōu)勢，在部分食品加工領域逐步取代傳統(tǒng)熱加工技術已成為可能，作為食品加工技術的新領域，超高壓加工技術在未來將得到更大的發(fā)展與應用?！緟⒖嘉墨I】 1 黃琴，賀稚非，龔霄，等.超高壓滅菌技術及其在食品工業(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

15、超高壓殺菌技術及其研究進展J.食品科學，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(nóng)業(yè)科學研究，2008，29（2）：25-28.4 曾慶梅，潘見，謝慧明，等.西瓜汁的超高壓殺菌效果研究J.高壓物理學報，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(nóng)業(yè)科學，2006，34(17) :4397-4398. 6 潘見,曾慶梅,謝慧明，等.草莓汁的超高壓殺菌研究J.食品科學，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，2003，24（3）：142-146.9 黃麗.食品超高壓加工技術研究進展J.廣東農(nóng)工商職業(yè)技術學院學報，2008，24（2）：4-9.10 曾慶梅,潘見,謝慧明,等.超高壓處理對碭山梨汁中過氧化物酶活