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超高压技术对食品中的微生物和酶的影响


录入时间:2011-9-22 9:22:12 来源:中国论文下载中心

 

【摘要】  研究证明应用超高压技术加工食品与传统的热加工技术相比,既可以有效地达到杀菌和灭活酶的目的,又能良好地保持原有的营养成分。本文综述了超高压技术对食品中微生物、酶的影响,并对超高压灭活微生物、钝化食品酶的机制进行了阐述,最后对超高压食品加工技术的发展前景进行了展望。  

【关键词】  超高压;食品;微生物;酶 

    传统的热加工技术虽然在食品加工中应用广泛,但是由于它存在着破坏食物营养成分、造成能源浪费等众多问题,所以需要新的食品加工技术来克服热加工技术的缺陷,超高压技术作为一项物理冷加工技术,恰恰顺应这一趋势,成为近年来研究的热点。超高压加工是一个物理过程,在加工过程中使形成生物体结构的氢键结合、离子键结合以及疏水键等非共价键结合发生变化,导致酶失活、微生物被杀死,但对食品中的色素、维生素、氨基酸、多肽等以共价键结合的小分子物质的破坏作用较小,所以有着完好保留食品中的营养物质,保持食物自然风味、增长食物保质期、节约能源、食品卫生安全性高、有利环保等优点,经超高压处理的食品,符合现代食品“天然、营养、卫生、安全”的发展方向,是一种有着很好发展前景的食品加工技术。 

  1  超高压对微生物的影响 

    根据目前的研究发现,超高压灭菌的机制与破坏细菌的细胞壁和细胞膜,抑制酶的活性和DNA等遗传物质有关,高压对细胞膜和细胞壁有一定的影响。在压力作用下,细胞膜的磷脂双层结构的容积随着每一磷脂分子横切面积的缩小而收缩。加压对细胞膜常常表现出通透性的变化和氨基酸摄取的受阻。当压力为2040 MPa时,细胞壁会发生机械性断裂而松懈;当压力为200 MPa时,细胞壁会因遭到破坏而导致微生物的细胞死亡[1]。超高压可以破坏非共价键,如破坏氢键之类弱结合键,使基本物性变异,产生蛋白质的压力凝固及酶的失活,高压抑菌是由于主要酶类的变性。一般说来,超过300 MPa压力引起酶类的变性是不可逆的,酶失活的主要原因是高压引起的酶分子内部结构的破坏和活性部位上构象的变化[2]。由于高压处理时料温随着加压(卸压) 而升高(降低),一般高压处理每增加100 MPa 压力,温度升高24  ,故近年来也认为超高压对微生物的致死作用是压缩热和高压联合作用的结果[3]。在超高压灭菌过程中,灭菌效果受到压力大小、加压时间、施压方式、处理温度、微生物种类、食物本身的组成及添加物、pH 值和水分活度等许多因素的影响。   

  潘庆梅等[4]对西瓜汁的超高压杀菌研究表明,在处理温度为30 ℃和保压时间为10 min 的条件下,大部分微生物在300 MPa下处理时即可杀灭,耐受压力超过300 MPa的微生物数量不多。处理压力为400 MPa ,同样保压10 min ,西瓜汁中菌落总数从12 000 cfu/mL减少到46 cfu/mL,在30 ℃,处理压力达到或超过400 MPa,西瓜汁中微生物含量达到国家食品卫生标准要求。为了增强高压杀菌效果,实验中还采用了脉动施压的方式对西瓜汁进行超高压杀菌处理,即以加压—保压(10 min) —卸压—停顿(5 min)为一个高压处理循环,对处理西瓜汁样品进行多次循环高压处理,在处理温度为30 ℃的条件下,发现随着脉动施压次数的增加,微生物存活量减少,但微生物存活量减少值与循环次数之间不是线性关系。田晓琴等[5]研究了超高压对鲜牛奶杀菌效果,影响超高压处理鲜牛奶杀菌效果的主次因素依次为:处理压力> 处理时间。超高压处理鲜牛奶的最优处理工艺操作参数是:500 MPa下处理30 min,鲜牛奶中的细菌总数最少,杀菌效果最好。潘见等[6]的研究发现在温度为29 ℃下,草莓汁中大肠菌群对压力非常敏感,压力为350 MPa,保压3 min 即可全部杀灭;霉菌和酵母菌较大肠菌群耐压,压力为350 MPa,保压10 min,可全部杀灭;果汁中虽含多种耐压菌,但经500 MPa,保压15 min处理,菌落总数还可降至30 cfu/mL,达到了国家食品卫生标准要求。 

  2  超高压对食品中酶的影响 

    酶的化学本质是蛋白质,其生物活性与其三维结构有关。酶的生物活性产生于活性中心,活性中心是由分子的三维结构产生的,即使是一个微小的变化也能导致活力的丧失,并改变酶的功能性质[7]。超高压处理也是通过影响酶蛋白的三级结构来影响其催化活性。由于蛋白质的三级结构是形成酶活性中心的基础,高压作用导致三级结构崩溃时,使酶活性中心的氨基酸组成发生改变或丧失活性中心,从而改变其催化活性。而在较低压力值下时酶活的上升则被认为是压力产生的凝聚作用,完整的组织中酶和基质经常被隔离,而较低的压力可以破坏这种隔离,使酶与基质相接触,加速酶促反应[8]。超高压影响酶活性的因素主要与压力及处理时间、体系温度、体系pH值、介质成分和酶的种类有关[9]

2.1  超高压对过氧化物酶的影响  

  过氧化物酶通常被认为是食品热处理中酶灭活的指示酶,也有着很强得耐压性。曾庆梅等[10]研究了超高压处理对砀山梨汁中过氧化物酶活性的影响, 比较了不同试验压力、处理温度、保压时间及pH值处理对酶活性的影响。实验结果表明, 在处理温度为50 ℃、保压时间为10 min和梨汁pH值为5的条件下,300 MPa以下压力范围内高压处理酶被激活, 其活性增加;大于300 MPa时酶的活性随压力增大而下降。高压处理时, 温度低于40 ℃对酶的活性影响不大;有效影响高压处理的最小温度为40 ℃。保压时间超过10 min后时间延长对酶的活性影响甚微,认为保压时间不是影响酶活性的主要因素。pH 小于5或大于6时酶的活性降低;当pH 值为6 , 梨汁中过氧化物酶最耐压。处理条件为500 MPa50 ℃、pH=3 和保压10 min时可以较好地钝化过氧化物酶活性。陈玮等[11]的研究发现,在较低的压力下(396 MPa),胡萝卜过氧化物酶的稳定性较常压下高,在506 MPa40 ℃时则观察不到再生,在600 MPa45 ℃下几乎钝化,但超高压对维生素C 或蛋白质的失活没有明显的影响。温度和压力对胡萝卜中过氧化物酶的钝化有重要的作用。在温度和压力之间也有显著的相互作用,胡萝卜过氧化物酶的活性在所有的温度下都随着压力的增加而逐渐减小,在胡萝卜处理中超高压结合轻微的加热处理比在高温下的热处理更容易使过氧化物酶失活。 

  2.2  超高压对多酚氧化酶的影响  

  多酚氧化酶是水果中促进褐变的主要酶类,也是耐高压的酶类之一。赵光远等[12]人研究发现,使用超高压技术单独或协同加热处理鲜榨梨汁,结果200600 MPa 的压力处理对果汁中多酚氧化酶活性影响不大,400 MPa的压力对多酚氧化酶有激活作用;高于600 MPa的压力使多酚氧化酶显著失活,而且压力协同热处理对多酚氧化酶的失活作用强于压力或热的单独处理。实验还研究了加入维生素C 对超高压处理效果的影响,在500 MPa 以下对果汁中多酚氧化酶有激活作用,在600  MPa 以上或热处理结合高压时有钝化多酚氧化酶的作用。500 MPa 60  ℃或750 MPa 50 ℃以上的处理条件可使鲜榨梨汁中的多酚氧化酶失去60 % 以上的活性,750 MPa 50 ℃的处理条件下果汁颜色变化不显著。但维生素C对多酚氧化酶的作用机制还有待进一步研究,可能与维生素C 影响酶的活性中心的结构有关。证实梨的多酚氧化酶是耐高压的酶,有效的控制酶促褐变需要结合添加防褐变剂、热处理、低温贮藏以及脱气处理等其他手段。谭俊峰[13]等人对超高压处理后茶鲜叶多酚氧化酶比活性的测定结果发现,在处理温度为37 ℃,处理压力在400 MPa以下时,茶鲜叶中多酚氧化酶比活性只稍有下降。当压力达到500 MPa时,多酚氧化酶比活性下降近50 %600 MPa的压力下,多酚氧化酶活性进一步降低。经500 MPa以上超高压处理的茶鲜叶,多酚氧化酶比活性已发生显著下降,若在杀青工艺前通过超高压处理,则能使多酚氧化酶等酶活性受到部分抑制,后续加工过程便可通过使用较少的热量达到抑制酶活性的目的,从而为最大程度地保留茶叶中的功能活性成分提供了条件。 

  3  展望 

    综上所述,超高压技术在食品灭菌、钝化酶、保持营养素等方面都有着非常理想的效果。尽管这项新技术目前还存在着生产成本过高,研究理论尚不成熟等问题,但是由于它有着诸多无可比拟的优势,在部分食品加工领域逐步取代传统热加工技术已成为可能,作为食品加工技术的新领域,超高压加工技术在未来将得到更大的发展与应用。

作者:李振林 许秀举

【参考文献】

   [1] 黄琴,贺稚非,龚霄,等.超高压灭菌技术及其在食品工业中的应用[J].四川食品与发酵,2008443):46-50.

  [2] 邱伟芬,江汉湖.食品超高压杀菌技术及其研究进展[J].食品科学,2001225):81-84.

  [3] 张海峰,白杰,刘姗姗,等.超高压对食品中微生物的影响[J].农业科学研究,2008292):25-28.

  [4] 曾庆梅,潘见,谢慧明,等.西瓜汁的超高压杀菌效果研究[J].高压物理学报,2004181):70-74.

  [5] 田晓琴, 宋社果.超高压对鲜牛奶杀菌效果研究[J].安徽农业科学,200634(17) :4397-4398.

  [6] 潘见,曾庆梅,谢慧明,等.草莓汁的超高压杀菌研究[J].食品科学,2004251):31-34.

  [7] 林淑英,孔保华.超高压对食品中的酶的影响[J].食品与机械,1999(5):30-31.

  [8] 潘科,孙远明,黄丽,等.超高压加工对食品品质酶的影响[J].食品科学,2003243):142-146.

  [9] 黄丽.食品超高压加工技术研究进展[J].广东农工商职业技术学院学报,2008242):4-9.

  [10] 曾庆梅,潘见,谢慧明,.超高压处理对砀山梨汁中过氧化物酶活性的影响[J].农业工程学报,2004,20(4):199-202.

  [11] 陈玮,杨琰,黄象男.超高压和温度对胡萝卜过氧化物酶失活的影响研究[J].三门峡职业技术学院学报(综合版),2006,5(2):105-107.

  [12] 赵光远,李娜,纵伟.超高压处理对梨汁中多酚氧化酶活性的影响[J].食品与药品,20079(1):15-18.

  [13] 谭俊峰,林智,郭丽,等.超高压对茶鲜叶的细胞结构、多酚氧化酶活性及主要化学成分的影响[J].食品科学,2007,289):78-82.

 

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