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1、 论高压处理对食品及其包装材料的影响 机械工程学院 包装工程 陈丽君 0403080113 【关键词】：超高压处理 超高压食品 包装材料 阻隔性能 机械性能【Keyword】: High pressure processing, Pressure food, Packaging materials, Barrier properties, Mechanical properties【摘要】：超高压杀菌处理对食品品质的影响较小，能较好地保持食品原来的营养和风味。本文阐述了食品超高压技术的工艺，杀菌机理及影响因素，论述了超高压处理对食品质量的影响，以及对包装材料的机械性能、阻隔性能、物质迁移等的影
2、响，展望了超高压处理对食品包装材料和食品本身的影响。【Abstract】：Ultra-high pressure sterilization process has less impact on food quality, so it can better maintain the original nutrition and flavor. This paper describes the ultra-high pressure technology, sterilization mechanism and influencing factors, and it also discusses
3、 high pressure processing effects on food quality, as well as packaging materials, mechanical properties, barrier properties, the material impact of migration and the end of this paper looks forward to the high pressure treatment on the food packaging materials and food themselves.【引言】：食品贮存技术越来越受到人们
4、的重视，一些行之有效的方法，如风干法、冷冻法、罐头封装法等，都会使食品的鲜味受到不同程度的损害。现在出现了一种具有划时代意义的食品保存技术，就是超高压加工法，加工的食品为超高压食品。食品超高压技术是指将软包装或散装的食品放入密封的、高强度的施加压力容器中，以水和矿物油作为传递压力的介质，施加高静压(1001000 MPa)，在常温或较低温度(低于100)下维持一定时间后，达到杀菌、物料改性、产生新的组织结构、改变食品的品质和改变食品的某些物理化学反应速度的一种加工方法。超高压处理跟传统的食品加热处理相比，在食品的性能和质量上有着独特的优势。这也是该技术近些年越来越被人们重视和广泛应用的原因之一
5、。 但是，对于超高压杀菌处理对食品包装材料的影响研究却不多见。食品包装材料性能及结构的改变会影响食品的质量安全以及货架期。为改善包装材料的性能，生产商往往会添加一些添加剂，如塑料包装材料中可能添加了各种功能型助剂，他们经过一定的加工程序如辐射、高压处理等之后，必然会对食品包装的性能产生一定的影响，有些食品包装甚至会发生化学成分的迁移。因此，对经超高压处理的食品包装材料进行安全性能评价，即超高压处理对食品包装材料安全性能的影响研究，是超高压杀菌技术应用的前提保障。【正文】：一、概念食品超高压技术是指将软包装或散装的食品放入密封的、高强度的施加压力容器中，以水和矿物油作为传递压力的介质，施加高静压
6、(1001000 MPa)，在常温或较低温度(低于100)下维持一定时间后，达到杀菌、物料改性、产生新的组织结构、改变食品的品质和改变食品的某些物理化学反应速度的一种加工方法。超高压食品就是用超高压加工法加工的食品。这种技术就是把食品置于数千个大气压之中，在不损害食品材料本质的情况下对其进行调合、加工、杀菌。虽然淀粉和蛋白质失去了本来的面目，变得表面发光、质地细腻，但色香味都不失原有风味。用这种技术加工的超高压食品不但无菌，保鲜时间长，而且还能使食品增添附加价值，成为人们理想的食品。二、超高压保藏技术的原理1.超高压保藏技术的基本原理液体(水)在超高压作用下被压缩，而受压食品介质中的蛋白质、淀
7、粉、酶等产生压力变性而被压缩，生物物质的高分子立体结构中非共价键结合部分(氢键、离子键和疏水键等相互作用)，即物质结构发生变化，其结果是食品中的蛋白质呈凝固状变性、淀粉呈胶凝状糊化、酶失活、微生物死亡，或使之产生一些新物料改性和改变物料某些理化反应速度，故可长期保存而不变质。2.超高压杀菌的原理(1)改变细胞形态 极高的流体静压会影响细胞的形态，包括细胞外形变长，胞壁脱离细胞质膜，无膜结构细胞壁变厚。上述现象在一定压力下是可逆的，但当压力超过某一点时，便不可逆地使细胞的形态发生变化。(2)影响细胞生物化学反应 按照化学反应的基本原理，加压有利于促进反应朝向减小体积的方向进行，推迟了增大体积的化
8、学反应，由于许多生物化学反应都会产生体积上的改变，所以加压将对生物化学过程产生影响。(3)影响细胞内酶活力 高压还会引起主要酶系的失活，一般来讲压力超过300MPa对蛋白质的变性将是不可逆的，酶的高压失活的根本机制是：改变分子内部结构；活性部位上构象发生变化 通过影响微生物体内的酶，进而会对微生物基因机制产生影响，主要表现在由酶参与的DNA复制和转录步骤会因压力过高而中断。(4)高压对细胞膜的影响。 在高压下，细胞膜磷脂分子的横切面减小，细胞膜双层结构的体积随之降低，细胞膜的通透性将被改变。(5)高压对细胞壁的影响 2040 MPa的压力能使较大细胞的细胞壁因受应力机械断裂而松解，200MPa
9、的压力下细胞壁遭到破坏。真核微生物一般比原核微生物对压力较为敏感。三、影响超高压杀菌的主要因素1.压力大小和受压时间在一定范围内，压力越高，灭菌效果越好。在相同压力下，灭菌时间延长，灭菌效果也有一定程度的提高。2. 施压方式 超高压灭菌方式有连续式、半连续式、间歇式。研究报道，同持续静压处理相比，阶段性压力变化处理杀菌效果较好。 对于易受芽孢菌污染的食物用超高压多次重复短时处理，杀灭芽孢效果好。3.微生物的种类 不同生长期的微生物对高压的反应不同。处于指数生长期的微生物比处于静止生长期的微生物对压力反应更敏感， 革兰氏阳性菌比革兰氏阴性菌对压力更具抗性。孢子对压力的抵抗力则更强， 革兰氏阳性菌
10、中的芽孢杆菌属(Bacillus)和梭状芽孢杆菌属(Clostridum)的芽孢最为耐压。芽孢壳的结构极其致密，使得芽孢类细菌具备了抵抗高压的能力，杀灭芽孢需更高的压力并结合其它处理方式4.温度 由于微生物对温度有敏感性，在低温或高温下，高压对微生物的影响加剧，因此，在低温或高温下对食品进行高压处理具有较常温下处理更好的杀菌效果大多数微生物在低温下耐压程度降低的原因： 压力使得低温下细胞因冰晶析出而破裂程度加剧 蛋白质在低温下高压敏感性提高，致使此条件下蛋白质更易变性，菌体细胞膜的结构也更易损伤 针对芽孢菌的高耐压性，就现阶段研究来看，结合温度处理则是一种十分有效的杀菌手段。5.pH pH是影
11、响微生物在受压条件下生长的主要因素之一，在受压条件下，培养基的pH有可能发生变化，细菌的最适pH范围也变得较为狭窄。酸性条件下微生物的耐压性较差， 对酵母菌类而言，采用超高压处理时pH值并不是重要的因素。四、超高压对食品成分和品质的影响 超高压处理的范围只对生物高分子物质立体结构中非共价键结合产生影响，因此对食品中维生素等营养成分和风味物质没有任何影响，最大限度地保持了其原有的营养成分，并容易被人体消化吸收。 它可改变食品物质性质，改善食品高分子物质的构象，获得新型物性的食品。会消除传统的热加工引起共价键的形成或破坏所致的变色、发黄及加热过程出现的不愉快异味，如热臭等弊端。超高压处理过程是一个
12、纯物理过程，瞬间压缩，作用均匀，操作安全卫生，无工业“三废”，耗能低，有利于生态环境的保护和可持续发展战略的推进。超高压对食品基本成分的影响(1) 超高压对蛋白质的影响对四级结构的影响： 适当的压力(150 MPa)能促进低聚蛋白质结构的解离，接着可能就是亚单位的聚合或沉淀(150200MPa)。对三级结构的影响： 在200 MPa以上的压力作用下发生显著的变化。对二级结构的影响： 在很高压力下(700 MPa)发生变化，导致非可逆变性 。超高压(700 MPa)对蛋白质一级结构无影响，有利于二级结构的稳定，但会破坏其三级结构和四级结构。超高压迫使蛋白质的原始结构伸展，分子从有序而紧密的构造转
13、变为无序而松散的构造，或发生变形，活性中心受到破坏，失去生物活性。高压破坏蛋白质胶体溶液，使蛋白质凝集，形成凝胶。蛋白质经过超高压处理，不论在色泽、光泽、风味、透明度上都取得了良好特性，同时在硬度、弹性上也具有很好的特性。 (2) 超高压对食品中酶的影响酶受到高压作用后，维持其空间结构的盐键、氢键、疏水键等遭到破坏，从而使肽键子伸展成不规则的线形多肽，使其活性部位不复存在，导致了酶的失活在100200 MPa的压力下酶的失活是可逆的，压力达到350 MPa以上时，会使酶产生永久性的不可逆失活。超高压对酶的作用效果可分为两方面：一方面较低的压力能激活一些酶；另一方面非常高的压力可导致酶失活。利用
14、高压处理可使果蔬中一些酶被激活或失活，对于食品的色泽、香味及品质都有很大的提高每种酶都存在最低失活压力，低于这个压力酶就不会失活，当超过这个压力时(在特定时间内)酶的失活速度会加速，直到完全失活。对于一些酶又存在一个最高压力，高于此压力并不会导致酶的额外失活。在相等的处理时间下，应用循环脉冲压力处理可以改善酶的失活。(3) 超高压对淀粉的影响在常温下把淀粉加压到400600MPa，并保持一定的作用时间后，淀粉颗粒将会：溶胀分裂； 晶体结构遭到某种程度的破坏；内部有序态分子间的氢键断裂，分散成无序的状态，即淀粉糊化为-淀粉。高压处理可提高淀粉对淀粉酶的敏感性，从而提高淀粉的消化率超高压可以提高各
15、种淀粉的胶凝温度与热处理相比，超高压对淀粉的作用特点为：高压使淀粉粒膨胀却不破裂；超高压所致完全糊化的淀粉无老化现象，而超高压所致的未完全糊化的淀粉有老化现象；低于700 MPa的压力时淀粉不会产生类似热加工的变色超高压可改善陈米的品质：陈米在20吸水润湿后在50300MPa处理10min，再按常规煮制成饭，其硬度下降、黏度上升、平衡值提高到新米范围，同时光泽和香气也得到改良。还可缩短煮制时间(4)超高压对脂类的影响 高压对脂类的影响是可逆的。室温下，呈液态的脂肪在高压下(100200 MPa)基本可固化，发生相变结晶，促使更稠、更稳定的脂类晶体形成；不过解压后仍会复原，只是对油脂的氧化有一定的影响(5)超高压对维生素的影响一般情况下，还原型维生素C含量经高压处理后出现了下降和上升两种情况 Fe3+对于维生素C的降解起着重要作用，在高压下会更加明显。Cu2+的存在，在高压下会激活铜酶
