熊孜 廖李 乔宇 程薇 史德芳 王俊 陈学玲

摘要：超高压技术已成为当今世界最热门的非热处理果蔬加工技术之一，从超高压处理的基本原理和主要特点入手，分析了超高压处理对果蔬中主要微生物、酶活性、色泽、质地、风味和营养活性等的影响，阐述了超高压处理果蔬产品的应用现状及发展前景。超高压处理的食品在较好地保持了其原有的天然风味和营养价值的前提下，有效地延长了保质期，该技术将从果蔬加工延伸到更加广泛的食品加工，并逐步实现产业化。

关键词：超高压;果蔬;品质

中图分类号：TS255.3 文献标识码：A

文章编号：0439-8114（2020）09-0145-06

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2020.09.031

超高壓（Ultra-high pressure，UHP）技术是指在室温或稍高于室温的环境下，在密闭的超高压容器内，用液体作为介质对食品等物料施以百兆帕级的压力，以达到杀灭微生物、钝化内源酶、改善食品品质等目的的一项纯物理加工技术，属于非热加工技术。因其主要利用液体（一般为水）作为压力传导介质对样品进行加压处理，故又称为高静水压或高流体静压技术[1，2]。

1 超高压处理的基本原理和主要特点

超高压设备产生的极高静压（通常为100～1000MPa）不仅会影响细胞的形态，还会使氢键、疏水键、离子键等非共价键（形成生物高分子立体结构）被破坏，从而使得酶、蛋白质、淀粉等大分子的空间结构发生变化，导致酶失活[3]，蛋白质变性，淀粉糊化或部分糊化，微生物被杀死[4]。但是，超高压不影响共价键的完整性，低分子量的生物分子如维生素、氨基酸、单糖或寡糖、色素和风味物质等的共价键未受高压影响（共价键至少要在1000MPa以上才对压力敏感），因而超高压处理的食品在灭菌延长保质期的同时，还较好地保持了其原有的营养价值[5]、色泽和天然风味[6，7]。

与传统热加工相比，超高压具有如下优点：一是超高压具有瞬间性和一致性。即超高压的压力是瞬间传递的且在食品中均匀分布，同批物料在同一压力容器中经短时间处理，就可获得均一的处理效果[8]。因此，超高压处理不受食品大小和形状的影响，一旦压力达到要求，不再需要额外的能量[9];二是超高压会破坏氢键、离子键、疏水键等非共价键，导致蛋白质变性、酶失活，使细菌等微生物被杀死，从而在一定程度上减缓果蔬类产品在贮存过程中的腐败过程，延长食品的贮藏期[10];三是超高压处理几乎不会破坏氨基酸、维生素、色素和香气成分等低分子化合物的共价结合，因此可以最大限度地保持食品的营养价值、色泽和天然风味[11];四是超高压能提高食品的附加值。例如，对黄酒用50～150MPa的高压处理30min，其挥发酯的含量提高了10%～20%，苦涩味氨基酸的比例减少，甜鲜味氨基酸的比例增加，酒的口味在经过处理后更加浓郁醇香，总体催陈效果达1年以上[12]。一些研究表明，应用超高压技术可以使得加工中的香气损失得到避免，此外部分酶的活性也可以被激活，从而释放了果蔬汁某些潜在的香味成分[13]。五是超高压还具有对环境无污染以及少用或不用化学添加剂等优点[14]。

2 超高压对果蔬加工产品微生物的影响

细胞膜、细胞质及细胞核是微生物细胞的主要结构，各组成部分相互协调，使得新陈代谢和生长繁殖得以顺利进行，从而使微生物的生命得以延续。超高压产生的极高的静压可改变细胞壁结构和破坏细胞膜结构，导致细胞膜通透性发生变化，使微生物细胞内生理功能紊乱、丧失，导致微生物死亡[15]。因此，随着处理压力的提高，保压时间的延长，菌落总数的对数值呈明显的下降趋势[16]。例如，鲜切南瓜在350MPa压力下细菌总数急剧下降;450MPa时即可达到商业无菌的效果;当压力为550MPa时，南瓜中几乎检测不到细菌[17]。

微生物种类包括真核微生物和原核微生物，两者具有不同的细胞结构，对压力也表现出不同的敏感程度。草莓汁中的大肠菌群对压力的敏感性很高，全部杀灭只需要在350MPa的压力下保压3min;而酵母菌和霉菌的耐压能力比大肠菌群高，在350MPa压力下，需要保压10min才可全部被杀灭[18]。酵母菌、真菌和大部分细菌包括食源性致病菌在300～600MPa高压处理5～10min可被杀灭，但如果要达到国家食品相关标准要求，则需在650MPa压力下处理15min以上[19，20]。

超高压难以改变微生物的DNA，但与DNA复制和转录有关的酶在超高压下会失活，从而影响了微生物的生长繁殖。鲜榨胡萝卜汁经400MPa压力处理45min，能在4℃下贮藏3d，鲜榨苹果汁经过400MPa压力处理15min，可在4℃下贮藏7d仍保持食用安全性[21]。

微生物所在体系不同，表现出来的耐压性也不同。对于果汁而言，经500MPa压力保压15min处理，菌落总数可达到国家食品卫生标准要求[18]。但作为生鲜的莲藕要达到国家食品卫生标准要求，需要在600MPa的压力下处理2.5min以上[22]。

总的来说，超高压对微生物有明显的杀灭作用，压力越大，保压时间越长，微生物致死率越高，但并不是线性关系。超高压对细菌的杀灭效果主要取决于压力的大小，保压时间只在一定范围内有作用。不同的微生物因自身结构不同表现出不同的耐压性，同样的微生物因所处体系不同也表现出不同的耐压性。

3 超高压对果蔬加工产品酶活力的影响

酶的化学本质是蛋白质，因此也具有一级、二级、三级和四级结构，不同级别的结构对酶分子具有不同的意义。一级结构是指多肽链中的氨基酸排列顺序，结构非常稳定，至今还没有超高压破环蛋白质一级结构的报道[23]。在一定范围内，随着压力增加，酶分子中α-螺旋含量逐渐减少，β-折叠含量逐渐增加，即酶分子的二级结构在超高压的作用下发生了变化。超高压处理同样改变了酶的三级结构[24]，表现为荧光强度、峰位和峰型的改变。这是因为超高压破坏了使维持蛋白质三级结构的盐键、疏水键以及氢键等各种次级键[25]。酶的生物活性来源于活性中心——由分子的三维结构产生，即使是活性中心构象一个微小的变化也能改变酶的功能性质[26]。

4.3 超高压处理对果蔬加工产品风味的影响

与传统食品加工模式热力加工相比，超高压处理不影响共价键的完整性，可以更好地保持食品的天然风味。橙汁经超高压处理后特征香气醛类成分基本不受影响[48]。但是超高压会激活或者降低某些与风味相关的酶的活性，从而改变风味物质的种类和含量，同时，超高压通过减小体积可能导致风味物质前体物的浓度增大，从而改变风味物质的浓度。

果蔬中的香气成分主要包括醇、醛、酯等有机物质[1]。哈密瓜汁在500MPa高压下处理10min后，醋的种类及含量都有不同的变化，烯醛类新增加了4种，它们呈现出较浓的新鲜气;酮类新增加了6种，它们多呈现出花果的香甜气[49]。猕猴桃汁施以600MPa高压处理20min后，桃汁中醇类化合物的种类和数量都有所减少，而羧酸类、醛酮类和杂环类物质的种类和数量都有所增加[50]。芒果汁在施加500MPa压力20min后，主体特征香气成分萜烯类等的含量没有明显变化，但醇类物质的含量增长较多，且新增了2-已烯醛和十八醛等香气成分，而酯类香气成分含量有所降低，因此，对芒果汁而言，超高压处理既能使芒果的特征香气得以很好保持，并且更加突出了芒果汁的青鲜香气[51]。草莓浆经超高压（300～400MPa）处理后香气成分发生明显改变，发挥主导作用的酷类醛类等物质含量显著增加[52]。

5 超高压处理对果蔬加工产品营养成分及活性成分的影响

果蔬不仅是维生素的主要来源，同时还富含酚类物质等营养活性成分。由于超高压处理对共价键无影响，因而可以有效保留这些营养活性成分。

5.1 超高压处理对果蔬加工产品维生素C含量的影响

分子中的共价键不会因为高压而被破坏，因此理论上超高压技术能保持食品中的营养成分，很多研究证明超高压对果蔬中的维生素不会产生破坏，或者影响较轻[53]。200～500MPa的超高压对西瓜处理后，其维生素C含量能保留在90%以上[54]。猕猴桃汁经500MPa的压力处理后，其维生素C含量仍保持87%以上，是传统热力处理保存率的1.7倍[55]。超高压（300～600MPa，15min）处理的黑莓汁维生素C的保留率为90.10%97.92%[州。草莓汁经超高压处理后浊汁饮料和清汁饮料的维生素C保留率为92.2%和87.4%[57]。超高压对黄瓜中维生素C含量的影响也不大，在300～600MPa的各个压力下，其保留率均在93%以上[37]。总地来看，超高压对果蔬加工产品的维生素C有影响，会造成果蔬维生素C的损失。但这种影响可能不是超高压造成的破坏，而是维生素C本身性质极不稳定，易氧化造成的[58]。另外超高压会造成果蔬的组织被破坏，随着水分的流失，水溶性维生素C也会流失，从而造成果蔬维生素C的损失。亦有研究认为超高压处理把氧气压人食品体系，造成其体系中的活性氧含量增加，加速与维生素C的接触使其氧化，从而造成维生素C含量减少[59，60]，例如，OEY等[61]研究了超高压状态下维生素C的稳定性，发现降低原料中氧气含量后，维生素C的稳定性得到了明显提高。

5.2 超高压处理对果蔬加工产品总酚含量的影响

植物多酚具有较强的抗氧化性和清除自由基的能力[62]。属于小分子化合物的多酚同样对超高压不敏感。Patras等[63]研究发现草莓和黑莓中多酚类物质对压力不太敏感;Prasad等[64]对龙眼果皮的研究也认为超高压对总酚含量没有影响。蓝莓汁经各种压力（200、300、400、500MPa）处理后，各处理组蓝莓汁的总酚含量变化都不明显[16]。

同时，由于总酚所存在的物料及其酶活性不同，总酚含量在超高压作用下会表现出不同的变化。杨小兰等[65]认为超高压处理（500MPa，20min）能显著提高猕猴桃浆多酚的含量，其中，猕猴桃游离酚含量能增加78.68μg/mL，猕猴桃结合酚含量能提高15.58μg/mL;魏炜等[66]认为甜橙果肉中的总酚随着压力的增大呈上升趋势，低于200MPa时提高不显著（P>0.05），当压力达到400MPa时，总酚含量极显著增加（P<0.01），分别提高了25.72%（400MPa）和36.04%（500MPa）;而马静等[37]认为超高压处理会降低蔬菜中的多酚物质，但损失较小。例如黄瓜经300MPa超高压处理后多酚类物质损失9.7%。由于压力作用促进了果蔬中其他物质转化为总酚类物质，从而使总酚类物质含量增加。因此，超高压一般不直接影响果蔬加工产品中的总酚含量，但可以通过改变酶的活性间接影响其含量。

5.3 超高压处理对果蔬加工产品抗氧化性的影响

超高压可能对果蔬加工产品的抗氧化性没有显著影响。例如，草莓果肉在600MPa超高压下处理4min后，其抗氧化性无显著性影响（P>0.05）[67];芒果果浆经超高压处理后能够保持较好的DPPH·清除能力[68];蓝莓汁经200MPa处理5～15min后的抗氧化能力与新鲜果汁相比无显著性差異（P>0.05）[69];超高压处理对枸杞汁的DPPH·清除能力无显著影响（P>0.05），即超高压处理能较好地保持枸杞汁的抗氧化活性[70]。

超高压也可能降低果蔬加工产品的抗氧化性。例如，经400、600MPa处理15min后，蓝莓汁抗氧化能力下降[69]。超高压也可能提高果蔬加工产品的抗氧化性。例如，胡萝卜和绿豆碎屑在600MPa压力下处理2min，两者的FRAP值均提高，表明其抗氧化性增强[71]。胡抽汁经超高压处理后抗氧化性提高[40]。白洁等[56]亦报道超高压处理后黑莓汁的DPPH·清除能力显著增强（P<0.05）。

总地来看，超高压对果蔬产品抗氧化能力的影响与主要活性成分的变化密切相关，因而取决于果蔬原料中的抗氧化成分及含量。

6 超高压处理果蔬加工产品的应用前景

随着生活水平的不断提高，人们开始追求更高质量的生活，天然无添加的新鲜食品更受大众的认可。传统的热杀菌技术虽然可以杀死微生物，但却不可避免地影响了食品的色泽、风味和营养，于是作为替代传统热加工手段之一的超高压技术的优势就体现出来了：灭菌，延长保藏期;钝酶，抑制酶促褐变;可保持食品原有风味色泽，并且对营成分破坏较小。果蔬是人们日常生活中不可缺少的新鲜食品，然而果蔬本身含水量高，组织脆嫩，难以长时间贮存，且采摘后是有生命的，极易受机械损伤而腐烂变质，具有鲜明的季节性和地域性。将超高压技术应用于果蔬保鲜加工，在保持原有风味和营养的同时，有利于延长果蔬的货架期[72]。因以上诸多优点，超高压技术在国外已经实现产业化应用[73]。

目前对超高压技术的研究仅停留在现象层面，没有从细胞层面和分子层面对超高压的杀菌机理进行研究，也没有深入研究超高压对酶结构的影响[2]。未来的研究方向之一是建立科学合理的数学模型来解释杀菌、钝酶等不同的动力学过程。随着研究的不断深入，未来超高压技术的研究和应用将向更广阔的领域延伸。

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收稿日期：2019-11-05

基金项目：湖北省知识产权局高价值专利培育转化和产业化项目（201701033A）

作者简介：熊孜（1988-），女，湖北应城人，助理工程师，硕士，主要从事食品加工与安全研究，（电话）13720368319（电子信箱）846714190@qq.com;通信作者，程薇（1962-），女，研究员，（电子信箱）823093607@qq.com。