高 鑫，李 博，刘小杰*

（上海城建职业学院城市食品安全研究所，上海 201415）

超高压（ultra high pressure，UHP）技术是指利用100 MPa以上的压力，在常温或较低温度条件下，使食品中的酶、蛋白质及淀粉等生物大分子改变活性、变性或糊化，同时杀死细菌等微生物的一种食品处理方法[1-2]。当食品在超高压状态下时，小分子（如水分子）间的距离会缩小，而大分子，如蛋白质等仍保持原状。这时水分子就会产生渗透和填充作用，进入并且黏附在蛋白质等大分子团内部的氨基酸周围，从而改变蛋白质的性质，当压力下降为常压时，“变性”的大分子链会被拉长，使其部分立体结构遭到破坏，使蛋白质凝固、淀粉变性、酶失活或被激活，细菌等微生物被杀死等，可较好地保持食品原有的营养价值、色泽和天然风味[3]。酪蛋白是牛乳中的主要蛋白质，UHP处理可以使酪蛋白胶粒直径变小，乳蛋白表面暴露的疏水性基团增加，引起乳清蛋白变性，使其黏度、持水性、溶解性、乳化性均有较大幅度的提高[4-5]。随着国内非热加工技术的发展，UHP加工技术也成为研究热点之一。

本文综述国内外UHP乳制品加工领域的最新研究进展，重点分析UHP技术对发酵乳、干酪等的影响，探讨基于UHP的乳制品加工可行性与实效性，以期为此技术更好、更广泛地应用提供理论基础。

1 UHP对原料乳的影响

1.1 UHP对乳蛋白的影响

UHP对牛乳蛋白质结构的影响在很大程度上取决于分子压缩和处理过程中体积的减小[1]。在低蛋白质含量和压力小于300 MPa条件下，会发生可逆变性，而在压力大于300 MPa条件下，会对蛋白质结构和功能有不可逆的影响[2]。从蛋白质结构的角度来看，由于疏水相互作用对压力非常敏感，因此蛋白质的四级结构经常受到UHP的影响[3]。此外，在压力大于200 MPa条件下观察到蛋白质的三级结构发生较大变化，而二级结构的变化则在更高的压力下发生，从而导致不可逆变性[1]。一些研究表明，使用冷却装置时，在压力高达400 MPa的条件下，UHP只会使蛋白质的二级或三级结构发生微小变化[4]。

1.1.1 UHP对酪蛋白的影响

UHP会改变牛乳蛋白的化学性质，改善其在乳制品应用中的功能特性。UHP对牛乳性质的改变主要集中在：1）酪蛋白胶束的收缩和/或破坏；2）乳清蛋白，特别是β-乳球蛋白的变性；3）矿物平衡的改变，主要是由于酪蛋白胶束释放出胶体磷酸钙[5-6]。Han Tinglu等[7]研究发现，UHP会使酪蛋白的二级和三级结构发生变化，暴露出更多的亲水氨基酸残基，表面疏水性变差，溶解度显著改善。随着压力的增大，酪蛋白的多聚体结构被打碎成更小的颗粒，同时小颗粒之间发生交联和重组，使得内部疏水性氨基酸残基更加隐蔽；亲水区域暴露增多，表面疏水性降低，溶解度明显提高，离心后沉淀减少[1]。尽管酪蛋白结构是开放的，但酪蛋白胶束是可压缩的，会在高于200 MPa的压力下被破坏[1]。经过250～300 MPa的长时间处理后，酪蛋白胶束碎片通过疏水相互作用重新组装，形成胶束状超分子结构[8]。在胶束酪蛋白浓缩物质量浓度为10 g/100 mL的情况下，350 MPa以上的压力处理会产生类似于弱凝胶的均匀网络[9]。总的来讲，UHP处理减小了酪蛋白超分子结构的流体力学直径，因此降低了悬浮液的浊度；增加酪蛋白的水合作用；引起胶体磷酸钙的轻微溶解[10-11]。经过UHP处理后，酪蛋白超分子粒径从约160 nm减小到100 nm，因此，脱脂牛乳变得半透明[12]。

1.1.2 UHP对乳清蛋白的影响

UHP能够破坏乳清蛋白的三级结构，对其二级结构的影响相对有限，400 MPa以上的高压处理会导致脱脂乳中的乳清蛋白变性，从而减少β-折叠和α-螺旋的含量[13]。此外，在600 MPa压力条件下，已经观察到形成主要由涉及β-乳球蛋白和κ-酪蛋白的二硫键稳定的大聚集体[12]。相反，对于在800 MPa压力条件下处理的再水化乳清蛋白浓缩物，β-乳球蛋白之间的二硫键形成先于β-乳球蛋白与α-乳白蛋白或牛血清白蛋白之间的二硫键，与β-乳球蛋白相比，α-乳白蛋白和牛血清白蛋白的二硫键暴露较少[14]。UHP也会对乳清蛋白分子的分子内疏水作用和静电相互作用表现出破坏作用，这是由蛋白质表面疏水性的增加造成的。表面疏水性可以改善UHP处理的β-乳球蛋白和乳清分离蛋白的界面性能和发泡性能[15]。

1.2 UHP对乳脂肪的影响

UHP均质处理会导致脂肪球的总面积增加，出现脂肪小球和乳蛋白的复合体。乳蛋白，特别是酪蛋白，吸附在脂肪球膜的表面，像一种天然的乳化剂。均质后的牛乳脂肪球平均粒径为0.1～0.3 μm，经过高压处理后脂肪球可以在一定时间内保持稳定[16]。当UHP压力为500 MPa时会促使乳脂肪球尺寸和分布改变，在25、50 ℃时，UHP处理有增加脂肪球数量的趋势，脂肪球直径为1～2 μm，而在4 ℃时，这种趋势被逆转[17]。但是，乳脂肪球膜未发生损伤，乳脂肪球分布的改变可能是由于乳脂肪球膜的聚集和崩解，同样，在25、50 ℃条件下，经UHP处理的牛乳显示出乳脂肪球数量增加的优点，但在4 ℃条件下观察到相反的现象，随着压力增加，亮度值（L*）下降，红度值和黄度值增加；UHP压力在100～400 MPa时对结晶过程中的放热效应影响不大，研究发现，这些变化的影响取决于加压过程中施加的压力，加压后的乳脂肪结晶图像有显著差异，在10 ℃时，200 MPa和300 MPa压力下，样品的晶形表面不规则程度最高，400 MPa压力下，脂肪样品的分形维数最低，表明不规则性最小[18]。

1.3 UHP对游离脂肪酸的影响

Gervilla等[17]关于乳中游离脂肪酸含量（乳脂的脂解）的研究表明，在4、25、50 ℃条件下，100～500 MPa的UHP处理不会增加游离脂肪酸含量；即使在50 ℃、500 MPa处理条件下，游离脂肪酸含量也比新鲜原料乳低，这些处理可以避免乳中脂解酸败而产生的异味。

1.4 UHP对颜色的影响

Naik等[19]发现，脱脂乳经过250～450 MPa处理后L*降低，这可能是由于酪蛋白胶束被破坏[20]。有研究认为，经UHP处理后，牛乳的颜色参数会发生变化[20]。经过高压处理后牛乳L*低于原料乳，UHP处理引起的胶束崩解也会影响牛乳颜色[21]。Harte等[22]研究发现，经过UHP处理的牛乳，由于酪蛋白胶团的变小，牛乳失去白色，变成淡黄色；牛乳在首次UHP之后再进行热处理时恢复了白色，这可能是由于酪蛋白胶束的可逆性（或破碎的胶束重新聚集）。

1.5 UHP对维生素的影响

经过UHP处理后，牛乳中L-抗坏血酸和核黄素含量显著降低；然而，牛乳中的吡哆醇和硫胺素含量没有差异[20]。与会影响共价键和非共价键的热处理相反，在20 ℃条件下进行UHP处理只破坏相对较弱的化学键（氢键、疏水键、离子键等），因此，小分子，如维生素、氨基酸、单糖和风味化合物仍不受UHP处理的影响[23]。

1.6 UHP对微生物的影响

牛乳是一种易变质的食品，热处理可以延长牛乳保质期，但同时会破坏其天然营养成分。UHP可以杀灭微生物，保持牛乳营养价值。微生物对UHP压力的抵抗力取决于加工条件（压力、时间、温度和周期等）、食物成分、微生物的生理状态等。相比静止期，处于对数生长期的细胞对压力更敏感。细菌芽孢比营养细胞更具抵抗力，它们可以在1 000 MPa的压力下存活，然而，已经发现加压和温和的热处理会触发孢子发芽，然后孢子失去对压力和热量的抵抗力而被杀死。革兰氏阳性菌比革兰氏阴性菌对压力的抵抗力更高，例如，革兰氏阳性菌需要在25 ℃条件下施加500～600 MPa的压力10 min才能达到灭活作用，而革兰氏阴性菌则可以在300～400 MPa压力下失活。同时，UHP处理对牛乳的营养价值影响较小，研究证明，在400～600 MPa的UHP处理下，原料乳的品质与巴氏杀菌乳相同[24]。

2 UHP处理对加工乳制品品质的影响

2.1 UHP处理对干酪的影响

干酪生产过程中原料乳会经过巴氏杀菌，然而该方法会对干酪的感官特性产生不利影响，同时也会导致干酪成熟的延迟。UHP处理可以杀灭原料乳中微生物，引起蛋白质修饰，如乳清蛋白变性和胶束碎裂、乳清蛋白和酪蛋白之间的相互作用，改善凝乳酶对牛乳的凝乳及酸凝结特性和提高干酪产量等[25]。

2.1.1 UHP处理会减少干酪中致病微生物和腐败微生物

UHP是一种有效清除干酪中致病微生物的技术，干酪品种不同所需要的UHP处理压力和时间不同。一般来讲，500 MPa的压力水平能够清除大多数革兰氏阴性病原体，即使低至300 MPa的压力水平对某些细菌物种也可能是致命的[26]。López-Pedemonte等[27]研究发现，将模型干酪接种实验菌单核细胞增生李斯特菌（Listeria monocytogenes）NCTC 11994和Scott A后用400 MPa或500 MPa UHP处理10 min，单核细胞增生李斯特菌NCTC 11994和Scott A在20 ℃条件下400 MPa处理时的初始菌数分别为2.9、1.5 （lg（CFU/g）），贮藏30 d后分别为5.3、4.6 （lg（CFU/g））；500 MPa处理后2 种菌的数量均减少约5 （lg（CFU/g）），贮藏30 d后数量低于1 （lg（CFU/g））。López-Pedemonte等[28]将原料乳中接种7.3 （lg（CFU/mL））的金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus），经过330、30 MPa的2 次加压均质后，制作软质干酪，再对软质干酪进行400 MPa加压处理10 min。结果表明：未加压处理的干酪中S. aureus数量约为8.5 （lg（CFU/g）），在贮藏期间没有显著下降；UHP处理过的干酪贮藏第1天的S. aureus数量为5.0 （lg（CFU/g）），贮藏第15天显著下降至2.8 （lg（CFU/g）），贮藏第30天时低于检测限。Ávila等[29]将半硬质干酪在制作后的第7天采用不同的高压处理（200～500 MPa、14 ℃、10 min），以控制由酪丁酸梭菌（Clostridium tyrobutyricum）引起的丁酸发酵和干酪迟吹缺陷。结果表明：贮藏60 d后，200 MPa高压处理和未添加C.tyrobutyricum孢子的干酪均表现出明显的干酪迟吹缺陷症状，与未添加C.tyrobutyricum孢子的干酪相比，200 MPa高压处理干酪乳酸、柠檬酸和乙酸含量较低，丙酮酸、丙酸、丁酸、1-丁醇、丁酸乙酯和戊酸乙酯含量较高；然而，添加C. tyrobutyricum孢子的干酪和300 MPa以上高压下处理的干酪没有表现出干酪迟吹缺陷，它们的有机酸和挥发性化合物含量与各自的对照组干酪相当。

2.1.2 UHP处理会加速干酪成熟

干酪成熟是干酪制作的最后一步，有些干酪成熟期长，使得成本高、价格昂贵，因此需要采取一些措施加快干酪成熟。目前，主要通过添加干酪浆、使用外源酶或辅助发酵剂来加快干酪成熟[30-31]。通过UHP处理使酶活性或底物反应性发生改变，可以缩短干酪成熟时间。Costabel等[32]研究UHP处理对Reggianito干酪蛋白水解的影响，将制作好的微型干酪（直径5.5 cm、高度6 cm）在100、400 MPa和20 ℃条件下处理5、10 min，然后置于12 ℃成熟90 d。结果表明：UHP对干酪的组成成分没有影响，但微生物发生了变化，特别是在发酵初期，400 MPa处理的干酪发酵剂数量比对照组和100 MPa处理组干酪显著降低；400 MPa处理10 min的干酪纤溶酶活性显著高于其他处理组，UHP对其他酶凝活性无影响；蛋白水解结果显示，400 MPa处理导致干酪中αs1-和β-连环蛋白的降解增加最多，此外，400 MPa处理干酪组分中可溶性氮含量、可溶性肽和游离氨基酸的产量均显著升高；在Reggianito干酪制作后用400 MPa的UHP处理提高了Reggianito干酪的蛋白质水解速率，加速了Reggianito干酪的成熟过程，而100 MPa处理则没有显著影响。

2.1.3 UHP处理对全脂干酪品质的影响

以白盐干酪为原料，在22 ℃条件下，50、100、200、400 MPa高压下分别处理5、15 min，并在盐水中熟化60 d，研究压力处理对干酪化学性质、组织结构、显微结构和颜色的影响。结果表明：UHP对干酪中的水分、蛋白质和脂肪含量没有影响；压力为50、100 MPa时，未加压干酪和加压干酪具有类似的微结构，而压力为200、400 MPa时，加压干酪得到了更致密和连续的结构，这些微观结构变化与质构变化具有良好的相关性；在200、400 MPa处理下，制成的干酪明显更软，弹性、黏性和嚼劲更小；在较高的压力水平、较长的保压时间下，干酪红度值和黄度值有明显差异，随着压力的增加，干酪变得越来越绿，越来越黄[33]。UHP还可以减少干酪的蛋白质水解，延长干酪的货架期。用经过超滤的牛乳制作干酪，再经超高压处理（600 MPa、5 min、25 ℃），在干酪成熟过程中，超高压处理对颜色没有影响，但是脱水作用随着时间的推移显著增加[10]。UHP处理还会导致干酪质地更硬，嗜冷菌减少，蛋白质水解减少，可以保持新鲜干酪的特性，延长产品保质期[34]。Delgado等[35]研究成熟Torta del Casar干酪在200、600 MPa高压下冷藏5、20 min后的理化性质、蛋白质水解和质构变化，分别在加工后第60天和冷藏后第60、120、180天对干酪进行分析。结果表明：UHP处理对氮组分有显著影响，600 MPa处理组贮藏过程中可溶性氮、总氮和非蛋白氮、总氮含量均低于对照组，酪蛋白组分的蛋白质水解程度也显著下降；在600 MPa处理组干酪中发现的αs-酪蛋白和β-酪蛋白在贮藏结束时的水平分别与对照组干酪冷藏第120天和第180天接近；600 MPa的UHP处理可以推迟Torta del Casar干酪在较长贮藏期间的过度成熟与过量的蛋白质水解。Espinosa-Pesqueira等[36]研究发现，UHP处理会显著影响干酪中生物胺的形成，降低干酪成熟后生物胺的含量，酪胺和腐胺变化最明显。生物胺的减少可以解释为微生物数量的显著减少，特别是在干酪成熟开始时。

2.1.4 UHP处理对低脂干酪品质的影响

随着人们饮食习惯逐渐趋向理性，日常饮食中控制脂肪摄入量的意识提高，对低脂食品的需求增加，低脂干酪的市场份额也在逐渐增大[37]。但是低脂干酪产品，尤其是硬质低脂干酪，质地干燥、难以咀嚼，风味不足。目前，提高低脂干酪质量的方式主要有3 种：一是改善制作工艺；二是使用附属发酵剂；三是寻找脂肪替代物。其中，改善制作工艺是提高低脂干酪风味与质地最简单、最经济的方式。提高干酪水分含量还可以减少由低脂引起的产量降低[38]。UHP技术已经应用在干酪制作过程中，在改善干酪质地、蛋白质水解、延长保质期等方面具有积极意义。Juan等[39]利用200 MPa处理羊乳制作羊乳干酪，在干酪成熟早期短链脂肪酸含量较高，同时在成熟过程中具有较高的脂肪水解程度，约为对照组的2 倍。Escobar等[40]利用UHP、热处理组合方法处理原料乳并制作新鲜Queso Fresco干酪，结果发现，干酪的水分含量和产量均明显增加，在300 MPa处理下干酪的水分含量和产量最大。Ozturk等[41]将UHP技术应用在低钠干酪中，结果表明，UHP处理可以缩短干酪的成熟时间，改变干酪的流变和质构特性，明显降低发酵剂微生物数量、可溶性氮和非蛋白氮含量，影响蛋白质水解速率，进而延长干酪贮藏时间，提高干酪品质。Ozturk等[42]将制作好的低脂马苏里拉干酪于4 ℃保存2 周后用500、600 MPa高压处理3 min，继续冷藏成熟20 周。结果表明：UHP处理1 d后，500、600 MPa压力处理组的发酵剂数量比对照组分别降低约1、2 （lg（CFU/g））；贮藏20 周后，所有干酪的乳酸菌数量均持续下降，但UHP处理组下降幅度更大；UHP处理组干酪的硬度显著降低，然而UHP处理14 周后，600 MPa处理组干酪的硬度显著高于对照组或500 MPa处理组，感官评定结果也显示，UHP处理14 周后，600 MPa处理组干酪明显比对照组或500 MPa处理组干酪硬度更高；与对照组干酪相比，UHP处理后6 周和10 周，600、500 MPa处理组干酪可溶性氮含量较低，UHP处理后10 周，所有UHP处理组干酪中完好的αs1-酪蛋白含量均显著高于对照组；将干酪做成披萨后的感官测试结果表明，与对照组干酪相比，600 MPa处理后的干酪具有明显的咀嚼性，起泡量更低，烘烤丝厚度更高。

2.1.5 UHP处理对低钠干酪品质的影响

经过低钠超滤过滤后再进行UHP处理的干酪成熟后4 d和2 周的发酵剂数量分别比对照组减少2.0、4.5（lg（CFU/g）），UHP处理使低钠干酪在成熟过程中具有与其他低钠干酪相似的不溶性钙含量和pH值，UHP处理显著增加了流变学测试中的最大损耗系数（熔融性）；感官评价结果显示，在6 个月的成熟过程中，所有干酪都只有非常轻微的苦味，UHP处理的低钠干酪在成熟过程中的苦味和酸度与低钠干酪无显著差异，对低钠干酪进行500 MPa的UHP处理和干酪乳的强化处理可以改善低钠干酪的品质[41]。

2.2 UHP处理对酸乳的影响

酸乳是一种受欢迎的乳制品，具有脱水收缩和低黏度的常见缺陷。通过加压处理可以改善酸乳的贮藏特性和流变特性[43]。与常规酸乳相比，在牛酸乳凝胶形成中应用UHP可改善酸乳质地和紧实度，降低酸乳脱水收缩并增加保水能力[44]。Tsevdou等[45]利用UHP（200 MPa、20～25 ℃、10～15 min）改善酸乳质构，结果发现，对益生菌的存活没有不利影响；在酸乳生产的最后阶段应用UHP，特别是200～300 MPa处理时，酸乳的品质和感官特性得到改善，黏度增加，乳清分离度降低，益生菌活力损失范围为0.5～1.2 （lg（CFU/g）），冷藏28 d时未见显著的活力损失。Renes等[46]研究UHP处理对全脂和脱脂牛乳制作开菲尔酸乳品质的影响。结果表明：UHP处理后开菲尔的水分活度极显著低于对照组（P＜0.01）；与对照组相比，UHP处理也使全脂牛乳制作的开菲尔弹性和黏性降低1.28 倍，压力为400 MPa时，全脂开菲尔的透明度和颜色强度下降，脱脂开菲尔则相反；此外，对开菲尔微观结构的研究证明了其结构变化。该研究结果表明，UHP处理是一种有效的加工工艺，可以开发出具有新的感官和品质属性的开菲尔，延长保质期。Jankowska等[47]研究发现，在4 ℃条件下，200 MPa、15 min处理的酸乳中，保加利亚乳杆菌、嗜酸乳杆菌和双歧杆菌的存活率最高，与对照组酸乳相比，加压处理酸乳的抗菌效果更弱，同时，加压酸乳可以使凝乳更干净，乳清渗出量更低，加压后观察到嗅觉和味觉的轻微变化，但是，未加压对照组酸乳的酸度增幅高于加压酸乳。

2.3 UHP处理对冰淇淋的影响

冰淇淋是一种冷冻的多相混合物，其中包含脂肪球、气泡、泡沫和分散在蛋白质、盐和溶解糖中的冰晶相。张林[48]研究UHP处理对冰淇淋混合料及其制得的冰淇淋的影响。结果表明：UHP处理对乳脂小球的粒径影响不大，但显著提高了冰淇淋混合物的黏度；经UHP处理的冰淇淋比未经处理的冰淇淋具有更高的抗融化性；UHP诱导的变性乳清蛋白与酪蛋白的结合阻碍聚集，而脂肪和蔗糖的存在促进聚集；同时，碳水化合物还会减少有效水含量，降低溶剂质量，从而促进UHP诱导的酪蛋白聚集；由于这些变化，冰淇淋混合黏度增加，提高了冰淇淋的抗融化性。这些效果可用于改进低脂冰淇淋质量，制备无稳定剂冰淇淋。Voronin等[49]利用200、400 MPa高压射流工艺研究低脂（脂肪含量4.5%）冰淇淋混合物的功能特性，经400 MPa高压射流处理后通过共聚焦显微镜观察发现，酪蛋白-脂肪相互作用和酪蛋白-酪蛋白相互作用增加，所形成的酪蛋白-脂肪复合物起到了空间屏障的作用，在静止冻结期间可以减缓冰晶的生长；400 MPa高压射流处理使得样品稠度系数和粒径增大，同时，由于混合物中气泡的混入，样品的密度低于对照组。

为了生产与全脂冰淇淋质地相似的低脂冰淇淋，通常会在冰淇淋混合物中加入乳清蛋白，部分变性的乳清蛋白具有较好的发泡性能，可以阻止冰晶的过度生长，并在冻结过程中保持气泡，最终获得较好的感官和质地特性[50]。为此，将乳清蛋白溶液在300 MPa的条件下处理15 min（初始温度25 ℃），然后用来制作低脂冰淇淋；UHP处理后的冰淇淋混合料具有较高的黏度，得到的冰淇淋硬度提高，优于未经处理的冰淇淋[50]。Chauhan等[51]研究发现，UHP处理新鲜乳清蛋白15 min后制作成低脂冰淇淋，采用顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用对用UHP处理和未UHP处理乳清蛋白制作的低脂冰淇淋进行分析。结果表明，贮藏1 d时，UHP处理组冰淇淋中双乙酰含量是未处理组的3 倍，然而，冷藏14 d后，冰淇淋中未检出双乙酰。

3 结 语

随着我国乳制品消费量的逐渐扩大，对乳制品的品质要求越来越高，如何提高乳制品质量成为研究热点之一。UHP技术不仅可以作为冷杀菌技术应用于原料乳灭菌，而且干酪、酸乳、冰淇淋等产品的风味、流变学特性、质构等方面品质均得到提升。UHP技术在乳制品生产上应用较少，大多数研究处于起步阶段，推动UHP技术、装备的发展，将其应用于乳制品生产中进行产业化具有重要意义。