王允圃，刘玉环，*，阮榕生，曾稳稳，杨 柳，刘成梅，彭 红

(1.南昌大学食品科学与技术国家重点实验室，江西南昌330047; 2.南昌大学生物质转化教育部工程研究中心，江西南昌330047)

食品热加工与非热加工技术对食品安全性的影响

王允圃1，2，刘玉环1，2，*，阮榕生1，2，曾稳稳1，2，杨 柳1，2，刘成梅1，彭 红1，2

(1.南昌大学食品科学与技术国家重点实验室，江西南昌330047; 2.南昌大学生物质转化教育部工程研究中心，江西南昌330047)

食品热加工的诸多弊端逐步显现，对长寿人群的饮食习惯调查结果启示了低温烹调应当成为人类健康生活的组成部分。食品非热加工新技术快速发展，预示食品热加工技术将被非热加工技术部分取代。

食品，热加工，非热加工

自从2002年瑞典食品管理局(Swedish National Food Administration，SNFA)发现了某些热加工食品中有较高含量的丙烯酰胺(Acrylamide，AA)，丙烯酰胺的问题就引起了欧盟、FAO/WHO、美国食品工艺师协会(IFT)、美国谷物化学协会(AACC)等国际组织的关注［2］，丙烯酰胺能使动物致畸、致癌，还可使人体神经损坏导致瘫痪［3］，一些实验表明丙烯酰胺能导致哺乳动物的染色体变异，长期监测发现使雄性小鼠阴囊、肾上腺、甲状腺和雌性鼠乳腺、子宫、甲状腺产生肿瘤［4］，因此可以表明丙烯酰胺长期摄入将严重影响人类的健康。

Hogervorst［5］研究证明，丙烯酰胺是一种神经毒性的小分子化合物，主要是由游离的天门冬酰胺在食品热加工处理中通过美拉德反应形成的，在含淀粉高且经过油炸食品中常有很高的含量。Wilson KM［6］等人调查发现，美国30%的食物来源中含有丙烯酰胺，因此乳腺肿瘤的发病率逐年提高。与低摄入量(P-trend=0.61)相比，大量摄入丙烯酰胺导致相对癌变率增加。研究人员发现丙烯酰胺高的食物，包括薯片、薯条、咖啡、面包、饼干等，多数为高温油炸和烘烤食品。

与丙烯酰胺相似，呋喃也广泛存在于热加工食品中，这是一个严重的食品安全问题，并且有可能引起消费者的恐慌，谢明勇［7］等人研究热加工食品中污染物呋喃，并阐述了呋喃的毒理学，呋喃具有高度亲脂性，很容易被肠道吸收，引起肿瘤和癌变。

在很多热处理食品特别是罐装食品中检测出了致癌物呋喃，国内外许多学者对热加工过程中呋喃形成的机理进行研究表明，呋喃主要是由食品中含有的葡萄糖、果糖、乳糖等化合物降解形成的，Vranova J等［8］在探讨食品中呋喃形成时发现食品在加热超过100℃时抗坏血酸被转化为呋喃。游离酸可以促进呋喃产生，含有钠盐则抑制呋喃发生。

Becalski［9］等人研究发现食物中的多不饱和脂肪酸经过加热能形成呋喃，如亚油酸和亚麻酸，亚麻酸产生的呋喃是亚油酸的4倍。食品中的一些氨基酸不需要其它物质，只要经过加热就能形成呋喃，例如丝氨酸(serine)和半胱氨酸(cysteine)可以形成羟乙醛(glycolaldehyde)和乙醛(acetadehyde)，再通过醛醇缩合生成丁醛糖衍生物(aldotetrose derivatives)，并最终形成呋喃［10］。

Fan XT［11］研究探讨pH、磷酸盐、温度和加热时间对呋喃产生的影响表明，加热诱导还原糖、抗坏血酸和不饱和脂肪酸产生呋喃。在一般情况下，在糖类和抗坏血酸溶液中含有磷酸盐会增加产生呋喃的含量。在亚油酸溶液中，呋喃的产生峰值的pH是6而不是3，在新鲜的苹果汁中主要含有还原糖和少量的脂肪酸、抗坏血酸和磷酸等，在90～120℃时加热10min会产生大量的呋喃，这说明在一般的巴氏消毒下产生的呋喃较少，但是在高温杀菌过程中会产生大量的呋喃，更重要的是，磷酸盐在食品热加工过程中对呋喃的产生起促进作用。

除了丙烯酰胺和呋喃外，食品热加工中产生的氯丙醇，氯丙二醇(3-MCPD)和1，3-二氯丙醇(1，3-DCP)也得到了全球食品安全界的广泛关注，Chung SWC［12］等调查了香港的一些零售市场，其中有32%的食品中含有3-MCPD。在一些焙烤食品中，如面包、蛋糕、汉堡和蛋挞中会产生一定量的3-MCPD。在油炸食品中会产生3-MCPD和1，3-DCP。一般而言，油炸大大提高了食品中的氯丙醇的含量。在烹饪牛肉、猪肉、鱼虾和螃蟹等高蛋白食品中易形成氯丙醇。

2 低温烹调引领人类健康生活方式

对长寿人群饮食习惯的调查显示，以消耗低温烹调食品为主［13］，食物中含有丰富的抗氧化活性成分是基本的特征［14］。

Birlouez［15］等人研究表明在高湿度情况下进行的短时间低温烹调，如蒸或煮，可以有效降低食物中糖基化终产物的含量。低温烹饪能够将人体内与饮食相关的糖基化终产物含量降低33%至40%，由此证明低温烹调有助于降低糖尿病和心脑血管疾病的发病几率。

烹饪温度过高会使一些营养物质遭到损失、破坏，产生对人体有害的物质。如食物中的水溶性蛋白质过度受热会结成硬块，肉类中的脂肪过度加热则氧化分解，损失其所含的维生素A、D，蔬菜中的维生素C等很不稳定，烹调热度越高，时间越长，损失就越大［16］。

因此，提倡低温烹调、清淡饮食应当成为我国人类健康生活方式的组成部分。不仅如此，现代食品科学研究和食品工程技术的进步还为人类提供了可部分替代热加工食品的非热加工食品。

3 食品非热加工技术的兴起

非热加工技术是新兴的一大类食品加工技术，包括超高压，高压二氧化碳、电离辐射、高压、脉冲磁场、冻融等物理技术［17］，以及酶解、发酵等生物学或生物化学加工技术。其作用除了杀菌、钝酶外，还能对食品中大分子成分进行降解，提高食品的可消化性，赋予食品功能性。与热加工相比，非热加工对食品特别是热敏性食品的色、香、味、功能性及营养成分具有很好的保护作用，能够在很大程度上保证产品的质量和新鲜度，特别是避免在加工过程中生成对人体有害的物质，并在一定程度上具有节约能源、环保等优势。这些优势可以满足消费者对食品的新鲜、营养、安全及功能性的需求。

3.1 食品加工中杀菌与钝酶的前沿领域探索

随着高压物理学的发展，20世纪80年代末在食品行业中出现了超高压技术，超高压(High Pressure Processing，HPP)杀菌技术原理是:当食品中的液体介质被压缩时，决定高分子物质立体结构的氢键、离子键和疏水键等非共价键即可发生变化，导致蛋白质、淀粉等物质变性，酶失去活性，细菌等一些微生物被杀死，但是在这过程中，超高压对蛋白质高分子、维生素、风味物质和色素等物质的共价键没有影响，所以超高压技术在食品加工中能保持食品的营养价值、天然风味和色泽［18］，并且不产生毒素危害人类身体健康。

Liao Hongmei［19］等利用高压的CO2(HPCD)在压力为20MPa和较低的温度下可将果汁浓缩到4.5%～5.3%，分别在37、42、47、52、57、62℃下处理30min，置于巴氏消毒器中以2～28℃储存，经过实验处理发现在62℃各类细菌完全灭活。

在奶酪的储藏中容易受到李斯特菌和大肠杆菌的污染，Okpala COR［20］通过HPP的处理，使微生物有机体钝化，并使凝乳酶的聚沉性质发生改变，从而蛋白质排列更加连续和单一，改善乳酪结构，提高乳酪产量，同时减少新鲜乳酪中的水分含量。

Jaeger H［21］等人在研究食品热加工中还原糖和氨基酸发生美拉德反应时，发现可通过改善工艺提高食品的质量，例如电阻加热，可以直接加热食品，克服了传统加热的热传递的局限性和热暴露。另外，利用高水压和脉冲电场等非热技术不需要很高的温度就能提高食品的货架期。在食品的原料液中，利用高水压和脉冲处理使细胞破碎，这和酶处理的效果相当，通过这些方法来控制食品在热加工中的美拉德反应。

真空巴氏杀菌技术(Sous vide)广泛应用于食品加工业中，与传统的热加工相比更能有效保存食品营养和色香味，并且具有良好的新鲜度和弹性，克服了传统的罐头加工工艺中由于温度过高而引起VB、VC的流失［22］。Pedro Diaz［23］等人对经过Sous vide技术处理后的猪腰肉中的微生物、pH、水分活度、硬度、粘度进行了测定，发现10周以内其风味和口感能被接受。

高压脉冲电场(Pulsed Electric Field)被认为世界上最先进，最热门的灭菌技术之一，PEF技术是利用对两电极的流态物料进行反复施加高电压短脉冲处理［24］。El-Hag AH［25］等人研究不同的脉冲电场、系统参数对PEF技术杀菌效率的影响，发现当电场高于4kV/mm时杀菌效率最高。PEF技术具有以下优点:处理时间短、能耗低、食物的物理化学性质改变较少、营养物质损失少，非常适合热敏性高的食品灭菌。有效地克服了传统热加工杀菌破坏食物的色香味，并使营养价值下降，发生物理和化学变化产生有毒物质的弊端。此外利用PEF技术对食品进行解冻，不仅解冻速度快，在其过程中食品的温度均匀，汁液损失少，并能有效地防止食品中油脂酸化，并可以抑制和杀灭微生物，对食品的品质进行保护［26］。

高强度脉冲电场(HIPEF)也是食品加工中一种非热方法，Valizadeh R［27］等利用两个HIPEF仪器构建杀菌系统以便产生两极指数衰减和方波矩阵形式，能够产生不同电场强度(18～30kV/cm)脉冲，温度(25～53℃)。以HIPEF处理牛奶样品为例，集成菌落(CFU)数量减少明显，每增加脉冲1.8倍，其杀菌效率提高5.5倍，牛奶中的非脂肪固体(SNF)、蛋白质和脂肪不发生变化。

在食品的冷加工技术中，辐射杀菌近年来也发展很快，辐射杀菌时运用X射线、γ射线和高速电子射线照射食品，使食品中的微生物产生物理或化学反应，抑制和破坏其生长发育和新陈代谢，使其细胞组织死亡，从而达到杀菌消毒、延长食品储藏销售时间的目的［28］。

Mahmoud［29］等人对速食的虾接种大肠杆菌、沙门氏菌、副痢疾杆菌、弧菌，分别用0.1、0.2、0.3、0.5、0.75、1.0、2.0、3.0、4.0kGy的X射线在22℃，相对湿度60%下处理。结果表明，当处理剂量达到2.0、4.0、3.0、3.0kGy时，大肠杆菌、沙门氏菌、副痢疾杆菌和弧菌分别被杀死，从X射线剂量达到0.75kGy起杀菌效果明显增加。

Niemira［30］等用γ射线处理橙汁，研究四种血清型沙门氏菌菌株对辐射的敏感性，结果表明，这些沙门氏菌菌株的D值在0.35～0.71kGy之间，同时大剂量的辐射会对果汁的风味产生影响，进而影响辐射杀菌在果汁加工中的应用。

食品的非热杀菌技术是最有潜力替代热加工的技术，它克服传统的热加工杀菌的不足，最大限度地保持了食品原有的品质。

3.2 微生物发酵和酶解法在食品非热加工中的应用

发酵是人类利用有益的微生物在适宜的温度加工食品的生物学方法，一般多采用酵母菌、霉菌和细菌等进行固态或液态发酵［31］，近年来以有益菌群替代单一菌种逐步发展成为一个热门研究领域［32］。与传统热加工相比，发酵食品不仅能够形成独特的风味，不产生有害物质，而且能提供人体所必需的一些益生菌，增加营养物质的利用率。

泡菜是一种传统的乳酸发酵蔬菜制品，乳酸发酵的冷加工方式对蔬菜营养成分和色香味极为有利，产品质感良好，节约能源，具有设备简单、成本低廉、食用方便、原料丰富等优点［33］。Lee SK［34］在蔬菜的微生物发酵中发现，乳酸菌为主的微生物体系可以产生乳酸、丙酸和醋酸，这些有机酸可以赋予蔬菜柔和的酸味，在发酵过程中产生的酮类可以使蔬菜的口感爽口，圆润。有机酸与发酵过程中产生的醇结合产生不同的酯使产品具有特殊的香味。蔬菜经过微生物发酵后，其营养成分含量会大大提高，尤其是维生素B族，这其中就包括植物中不存在的维生素B12，有益于人体的健康;除了提供这些营养成分外，乳酸菌及其代谢产物可以起到降低胆固醇和血脂、防癌抗癌的作用［35］。

肉类食品是人类生活中不可或缺的食品，经过高温烹调或烧烤后，风味得到许多消费者的喜欢，但是此时肉类中会产生大量的自由基，危害人类的健康，此外还会产生大量的多环芳香碳氢化合物，如3，4-苯并芘等。与此同时肉类中的核酸与大多数氨基酸在加热分解时会产生可以导致基因突变的物质，这些基因突变物质可能会导致癌症的发生［36］。

郭晓芸［37］等研究发现肉类通过一些有益的微生物的发酵，使肉中的蛋白质等物质分解为对人体有益的氨基酸，大大提高了营养吸收率，并使制品具有独特的风味。大量有益微生物的存在可以抑制一些致病菌和腐败菌的生长，从而保证肉制品安全性和延长产品的货架期。微生物的生理活动有利于减少亚硝酸盐的含量，提高食品的安全性。

多种动植物蛋白中的多肽在体外或体内释放后能表现出很强的生物活性，除了为人体提供营养外，还可以在体内起到抗菌、抗氧化、抗血栓、降血压、降低胆固醇、促进矿物质吸收、提高生物利用度等作用。通过对食物蛋白进行酶解加工获得生物肽成本低、安全性好、温度适中，并且易于进行工业化生产，日益受到各国科研工作者的关注［38］。

4 食品非热加工技术展望

食品非热加工新技术层出不穷，为我们提供了丰富的想象空间。能够实现灭菌、杀灭寄生虫、促进食品中高分子物质变性使之易于消化等食品热加工效果，同时又可以在不产生有害物质的安全温度下完成的食品非热加工新技术一定会出现。食品非热加工技术不仅对热敏性食品的色、香、味、功能性及营养成分等具有很好地保护或提升的作用，还可以节约大量的加工成本，是人类未来从食品过度热加工的负面效应下得到二次解放的最佳选择之一。

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Effect of food thermal processing and non-thermal processing on the safety of foods

WANG Yun-pu1，2，LIU Yu-huan1，2，*，RUAN Rong-sheng1，2，ZENG Wen-wen1，2，YANG Liu1，2，LIU Cheng-mei1，PENG Hong1，2
(1.The State Key Laboratory of Food Science and Technology，Nanchang University 330047，China; 2.The Engineering Research Center for Biomass Conversion，Nanchang University 330047，China)

In recent years，the disadvantages of thermal technology were revealed gradually.The result of the dietary habits survey of the longerity people showed that the low-temperature cooking should become part of the human healthy life style.The food non-thermal processin technology was developed rapidly.It was possible that part of food thermal processing would be replaced by non-thermal technology.

foods;thermal processing;non-thermal processing

TS205

A

1002-0306(2011)07-0463-05

食物的热加工能使蛋白质变性，提高消化吸收率，使人们获得更加丰富的营养，并能杀死病虫细菌，使人们少生疾病，促进人体发育和大脑发育。但是近二十年来的研究揭开了食品过度热加工中存在的严重缺陷［1］。与传统热加工技术相比，食品非热加工的成本更低，货架期也有可能更长，食品安全性、营养价值和感官特性也有所提高，预示在不远的未来食品的热加工技术有可能被非热加工技术部分取代。

1 热加工对食品安全与营养的负面影响

热加工引起的食品污染已经引起了科学界和公众的双重关注。众所周知，食品热加工的作用主要是杀菌，并提高食物的食用口味，但是随着科学技术的进步，越来越多的安全营养问题在热加工食品中被检测出来，并且制约了这项技术的发展。

2010-06-30 *通讯联系人

王允圃(1985-)，男，硕士研究生，研究方向:食物(含生物质)资源开发与利用。

江西省自然科学基金项目(2008GZH0047);江西省产业化关键技术攻关项目(2007BN12100);长江学者创新团队发展计划(IRT0540)资助。