“压力山大”的灭菌术
![]() |
超高压加工技术(UHPP)是当前备受各国关注的一项食品加工技术,主要用于冷杀菌。早在19世纪末,科学家就已经发现超高压的灭菌作用,但由于设备昂贵无法进入消费领域。20世纪90年代,日本明治屋公司首先将其应用于产品生产,最早是加工果酱。当时该技术引起了轰動,被认为是新世纪的食品技术。
超高压灭菌的原理
一标准大气压大约是0.1兆帕,超高压灭菌的压力一般是100~1000兆帕(即1000~10000个大气压),相当于一个指甲盖承受成吨的重量。地球最深的深渊是马里亚纳海沟,那里的压力差不多是1100个大气压。
超高压灭菌是以水或其他流体传导压力,在强大的压力下,细菌的微观结构会发生变化。比如,大肠杆菌在40兆帕压力下长度会变长5~10倍,导致细胞壁、细胞膜的通透性发生变化,最终会破裂死亡。超高压还会导致蛋白质结构的变化,破坏细菌体内的生物酶,进而破坏正常代谢功能以及DNA、核糖核酸(RNA)等遗传物质的复制,导致细菌的死亡。
超高压的优点
与传统热杀菌相比,超高压技术有很多优点。由于压力传导可以瞬间完成,且不受食物的形状、大小限制,因此它高效、快速、杀菌效果均匀,可简化食品加工工艺。
食物常常在热加工面前“黯然失色”,超高压却不破坏食物中的天然色素。热杀菌工艺还会改变食物的香味成分,而超高压处理则不会对食品的香味有影响。食物中的营养物质,尤其是维生素类物质,容易在热杀菌过程中损失,而超高压处理则较少破坏食物的营养物质,比如维生素C大约能保留95%左右。
超高压处理能最大限度地保留食物的色泽、风味和营养,这是它与超高温灭菌(UHT)相比最大的优势。此外,超高压处理的能耗更低,且没有污染排放,更环保。
间歇式超高压
在灭菌领域,最让人头疼的是芽孢细菌,比如枯草芽孢杆菌、肉毒芽孢杆菌等。这些细菌最大的特点是有两种形态:一种是活跃的“营养体”;一种是处于休眠状态的“芽孢体”。真正难对付的是后者。研究发现,即使是1200兆帕的超高压也未必能杀死芽孢。
不过芽孢也有弱点,比如先用一次超高压处理,然后减压,它们会以为“苦日子过去了”,于是变为活跃的“营养体”,这时再次使用超高压处理就能杀死它们了。分段式超高压或脉冲式超高压灭菌,就是这么来的。此外,超高压保持一段时间后,通过瞬间减压,也可以使细菌胀裂达到灭菌效果,这最适合液态饮料的处理。
食品灭菌应用
超高压灭菌技术最适合对果汁饮料、浓缩果汁和果酱等液体进行灭菌。此外,该技术也在牡蛎、虾、牛奶、水果和蔬菜的加工中得到研究和应用。
以酸性果汁为例,引起腐败变质的常常是酵母、霉菌和部分腐败细菌,而生命力顽强的芽孢细菌不喜欢酸性环境。在400 兆帕压力下处理10分钟,酸性果汁(pH<4)可到达商业无菌状态,即使在室温条件下存放数个月也无任何腐败变质现象。其他研究中,草莓汁、菠萝汁、桑葚汁、荔枝汁、芒果汁、猕猴桃汁等,一般在300~500兆帕压力下可以达到商业无菌标准。经超高压处理的果汁,其颜色、风味、营养成分与未经超高压处理的新鲜果汁几乎无任何差异。
灭菌以外的新应用
超高压技术还可用于食物的快速冷冻和解冻,通过改善冰晶形成的过程,可以避免食物口感变差。经过超高压处理的肉类会变得松软可口,可以起到一定的嫩化作用。利用超高压杀死生物酶也是它的一个应用方向,很多食物的颜色变化是多酚氧化酶作怪,超高压处理能极大地抑制这种酶的活性,让食物的颜色在保存期内更稳定。
此外,超高压可以改变蛋白质和多糖的凝胶特性,在淀粉类、奶酪等食品中已经有一些尝试性研究。总之,超高压技术的潜力还没有完全被开发,期待未来会有更多的新进展。
【责任编辑】张小萌 (钟凯)