食品熱加工與非熱加工技術對食品安全性的影響

王允圃，劉玉環，*，阮榕生，曾穩穩，楊 柳，劉成梅，彭 紅

(1.南昌大學食品科學與技術國家重點實驗室，江西南昌330047; 2.南昌大學生物質轉化教育部工程研究中心，江西南昌330047)

食品熱加工與非熱加工技術對食品安全性的影響

王允圃1，2，劉玉環1，2，*，阮榕生1，2，曾穩穩1，2，楊 柳1，2，劉成梅1，彭 紅1，2

(1.南昌大學食品科學與技術國家重點實驗室，江西南昌330047; 2.南昌大學生物質轉化教育部工程研究中心，江西南昌330047)

食品熱加工的諸多弊端逐步顯現，對長壽人群的飲食習慣調查結果啟示了低溫烹調應當成為人類健康生活的組成部分。食品非熱加工新技術快速發展，預示食品熱加工技術將被非熱加工技術部分取代。

食品，熱加工，非熱加工

自從2002年瑞典食品管理局(Swedish National Food Administration，SNFA)發現了某些熱加工食品中有較高含量的丙烯酰胺(Acrylamide，AA)，丙烯酰胺的問題就引起了歐盟、FAO/WHO、美國食品工藝師協會(IFT)、美國谷物化學協會(AACC)等國際組織的關注［2］，丙烯酰胺能使動物致畸、致癌，還可使人體神經損壞導致癱瘓［3］，一些實驗表明丙烯酰胺能導致哺乳動物的染色體變異，長期監測發現使雄性小鼠陰囊、腎上腺、甲狀腺和雌性鼠乳腺、子宮、甲狀腺產生腫瘤［4］，因此可以表明丙烯酰胺長期攝入將嚴重影響人類的健康。

Hogervorst［5］研究證明，丙烯酰胺是一種神經毒性的小分子化合物，主要是由游離的天門冬酰胺在食品熱加工處理中通過美拉德反應形成的，在含淀粉高且經過油炸食品中常有很高的含量。Wilson KM［6］等人調查發現，美國30%的食物來源中含有丙烯酰胺，因此乳腺腫瘤的發病率逐年提高。與低攝入量(P-trend=0.61)相比，大量攝入丙烯酰胺導致相對癌變率增加。研究人員發現丙烯酰胺高的食物，包括薯片、薯條、咖啡、面包、餅干等，多數為高溫油炸和烘烤食品。

與丙烯酰胺相似，呋喃也廣泛存在于熱加工食品中，這是一個嚴重的食品安全問題，并且有可能引起消費者的恐慌，謝明勇［7］等人研究熱加工食品中污染物呋喃，并闡述了呋喃的毒理學，呋喃具有高度親脂性，很容易被腸道吸收，引起腫瘤和癌變。

在很多熱處理食品特別是罐裝食品中檢測出了致癌物呋喃，國內外許多學者對熱加工過程中呋喃形成的機理進行研究表明，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］在探討食品中呋喃形成時發現食品在加熱超過100℃時抗壞血酸被轉化為呋喃。游離酸可以促進呋喃產生，含有鈉鹽則抑制呋喃發生。

Becalski［9］等人研究發現食物中的多不飽和脂肪酸經過加熱能形成呋喃，如亞油酸和亞麻酸，亞麻酸產生的呋喃是亞油酸的4倍。食品中的一些氨基酸不需要其它物質，只要經過加熱就能形成呋喃，例如絲氨酸(serine)和半胱氨酸(cysteine)可以形成羥乙醛(glycolaldehyde)和乙醛(acetadehyde)，再通過醛醇縮合生成丁醛糖衍生物(aldotetrose derivatives)，并最終形成呋喃［10］。

Fan XT［11］研究探討pH、磷酸鹽、溫度和加熱時間對呋喃產生的影響表明，加熱誘導還原糖、抗壞血酸和不飽和脂肪酸產生呋喃。在一般情況下，在糖類和抗壞血酸溶液中含有磷酸鹽會增加產生呋喃的含量。在亞油酸溶液中，呋喃的產生峰值的pH是6而不是3，在新鮮的蘋果汁中主要含有還原糖和少量的脂肪酸、抗壞血酸和磷酸等，在90～120℃時加熱10min會產生大量的呋喃，這說明在一般的巴氏消毒下產生的呋喃較少，但是在高溫殺菌過程中會產生大量的呋喃，更重要的是，磷酸鹽在食品熱加工過程中對呋喃的產生起促進作用。

除了丙烯酰胺和呋喃外，食品熱加工中產生的氯丙醇，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廣泛關注，Chung SWC［12］等調查了香港的一些零售市場，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、漢堡和蛋撻中會產生一定量的3-MCPD。在油炸食品中會產生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。在烹飪牛肉、豬肉、魚蝦和螃蟹等高蛋白食品中易形成氯丙醇。

2 低溫烹調引領人類健康生活方式

對長壽人群飲食習慣的調查顯示，以消耗低溫烹調食品為主［13］，食物中含有豐富的抗氧化活性成分是基本的特征［14］。

Birlouez［15］等人研究表明在高濕度情況下進行的短時間低溫烹調，如蒸或煮，可以有效降低食物中糖基化終產物的含量。低溫烹飪能夠將人體內與飲食相關的糖基化終產物含量降低33%至40%，由此證明低溫烹調有助于降低糖尿病和心腦血管疾病的發病幾率。

烹飪溫度過高會使一些營養物質遭到損失、破壞，產生對人體有害的物質。如食物中的水溶性蛋白質過度受熱會結成硬塊，肉類中的脂肪過度加熱則氧化分解，損失其所含的維生素A、D，蔬菜中的維生素C等很不穩定，烹調熱度越高，時間越長，損失就越大［16］。

因此，提倡低溫烹調、清淡飲食應當成為我國人類健康生活方式的組成部分。不僅如此，現代食品科學研究和食品工程技術的進步還為人類提供了可部分替代熱加工食品的非熱加工食品。

3 食品非熱加工技術的興起

非熱加工技術是新興的一大類食品加工技術，包括超高壓，高壓二氧化碳、電離輻射、高壓、脈沖磁場、凍融等物理技術［17］，以及酶解、發酵等生物學或生物化學加工技術。其作用除了殺菌、鈍酶外，還能對食品中大分子成分進行降解，提高食品的可消化性，賦予食品功能性。與熱加工相比，非熱加工對食品特別是熱敏性食品的色、香、味、功能性及營養成分具有很好的保護作用，能夠在很大程度上保證產品的質量和新鮮度，特別是避免在加工過程中生成對人體有害的物質，并在一定程度上具有節約能源、環保等優勢。這些優勢可以滿足消費者對食品的新鮮、營養、安全及功能性的需求。

3.1 食品加工中殺菌與鈍酶的前沿領域探索

隨著高壓物理學的發展，20世紀80年代末在食品行業中出現了超高壓技術，超高壓(High Pressure Processing，HPP)殺菌技術原理是:當食品中的液體介質被壓縮時，決定高分子物質立體結構的氫鍵、離子鍵和疏水鍵等非共價鍵即可發生變化，導致蛋白質、淀粉等物質變性，酶失去活性，細菌等一些微生物被殺死，但是在這過程中，超高壓對蛋白質高分子、維生素、風味物質和色素等物質的共價鍵沒有影響，所以超高壓技術在食品加工中能保持食品的營養價值、天然風味和色澤［18］，并且不產生毒素危害人類身體健康。

Liao Hongmei［19］等利用高壓的CO2(HPCD)在壓力為20MPa和較低的溫度下可將果汁濃縮到4.5%～5.3%，分別在37、42、47、52、57、62℃下處理30min，置于巴氏消毒器中以2～28℃儲存，經過實驗處理發現在62℃各類細菌完全滅活。

在奶酪的儲藏中容易受到李斯特菌和大腸桿菌的污染，Okpala COR［20］通過HPP的處理，使微生物有機體鈍化，并使凝乳酶的聚沉性質發生改變，從而蛋白質排列更加連續和單一，改善乳酪結構，提高乳酪產量，同時減少新鮮乳酪中的水分含量。

Jaeger H［21］等人在研究食品熱加工中還原糖和氨基酸發生美拉德反應時，發現可通過改善工藝提高食品的質量，例如電阻加熱，可以直接加熱食品，克服了傳統加熱的熱傳遞的局限性和熱暴露。另外，利用高水壓和脈沖電場等非熱技術不需要很高的溫度就能提高食品的貨架期。在食品的原料液中，利用高水壓和脈沖處理使細胞破碎，這和酶處理的效果相當，通過這些方法來控制食品在熱加工中的美拉德反應。

真空巴氏殺菌技術(Sous vide)廣泛應用于食品加工業中，與傳統的熱加工相比更能有效保存食品營養和色香味，并且具有良好的新鮮度和彈性，克服了傳統的罐頭加工工藝中由于溫度過高而引起VB、VC的流失［22］。Pedro Diaz［23］等人對經過Sous vide技術處理后的豬腰肉中的微生物、pH、水分活度、硬度、粘度進行了測定，發現10周以內其風味和口感能被接受。

高壓脈沖電場(Pulsed Electric Field)被認為世界上最先進，最熱門的滅菌技術之一，PEF技術是利用對兩電極的流態物料進行反復施加高電壓短脈沖處理［24］。El-Hag AH［25］等人研究不同的脈沖電場、系統參數對PEF技術殺菌效率的影響，發現當電場高于4kV/mm時殺菌效率最高。PEF技術具有以下優點:處理時間短、能耗低、食物的物理化學性質改變較少、營養物質損失少，非常適合熱敏性高的食品滅菌。有效地克服了傳統熱加工殺菌破壞食物的色香味，并使營養價值下降，發生物理和化學變化產生有毒物質的弊端。此外利用PEF技術對食品進行解凍，不僅解凍速度快，在其過程中食品的溫度均勻，汁液損失少，并能有效地防止食品中油脂酸化，并可以抑制和殺滅微生物，對食品的品質進行保護［26］。

高強度脈沖電場(HIPEF)也是食品加工中一種非熱方法，Valizadeh R［27］等利用兩個HIPEF儀器構建殺菌系統以便產生兩極指數衰減和方波矩陣形式，能夠產生不同電場強度(18～30kV/cm)脈沖，溫度(25～53℃)。以HIPEF處理牛奶樣品為例，集成菌落(CFU)數量減少明顯，每增加脈沖1.8倍，其殺菌效率提高5.5倍，牛奶中的非脂肪固體(SNF)、蛋白質和脂肪不發生變化。

在食品的冷加工技術中，輻射殺菌近年來也發展很快，輻射殺菌時運用X射線、γ射線和高速電子射線照射食品，使食品中的微生物產生物理或化學反應，抑制和破壞其生長發育和新陳代謝，使其細胞組織死亡，從而達到殺菌消毒、延長食品儲藏銷售時間的目的［28］。

Mahmoud［29］等人對速食的蝦接種大腸桿菌、沙門氏菌、副痢疾桿菌、弧菌，分別用0.1、0.2、0.3、0.5、0.75、1.0、2.0、3.0、4.0kGy的X射線在22℃，相對濕度60%下處理。結果表明，當處理劑量達到2.0、4.0、3.0、3.0kGy時，大腸桿菌、沙門氏菌、副痢疾桿菌和弧菌分別被殺死，從X射線劑量達到0.75kGy起殺菌效果明顯增加。

Niemira［30］等用γ射線處理橙汁，研究四種血清型沙門氏菌菌株對輻射的敏感性，結果表明，這些沙門氏菌菌株的D值在0.35～0.71kGy之間，同時大劑量的輻射會對果汁的風味產生影響，進而影響輻射殺菌在果汁加工中的應用。

食品的非熱殺菌技術是最有潛力替代熱加工的技術，它克服傳統的熱加工殺菌的不足，最大限度地保持了食品原有的品質。

3.2 微生物發酵和酶解法在食品非熱加工中的應用

發酵是人類利用有益的微生物在適宜的溫度加工食品的生物學方法，一般多采用酵母菌、霉菌和細菌等進行固態或液態發酵［31］，近年來以有益菌群替代單一菌種逐步發展成為一個熱門研究領域［32］。與傳統熱加工相比，發酵食品不僅能夠形成獨特的風味，不產生有害物質，而且能提供人體所必需的一些益生菌，增加營養物質的利用率。

泡菜是一種傳統的乳酸發酵蔬菜制品，乳酸發酵的冷加工方式對蔬菜營養成分和色香味極為有利，產品質感良好，節約能源，具有設備簡單、成本低廉、食用方便、原料豐富等優點［33］。Lee SK［34］在蔬菜的微生物發酵中發現，乳酸菌為主的微生物體系可以產生乳酸、丙酸和醋酸，這些有機酸可以賦予蔬菜柔和的酸味，在發酵過程中產生的酮類可以使蔬菜的口感爽口，圓潤。有機酸與發酵過程中產生的醇結合產生不同的酯使產品具有特殊的香味。蔬菜經過微生物發酵后，其營養成分含量會大大提高，尤其是維生素B族，這其中就包括植物中不存在的維生素B12，有益于人體的健康;除了提供這些營養成分外，乳酸菌及其代謝產物可以起到降低膽固醇和血脂、防癌抗癌的作用［35］。

肉類食品是人類生活中不可或缺的食品，經過高溫烹調或燒烤后，風味得到許多消費者的喜歡，但是此時肉類中會產生大量的自由基，危害人類的健康，此外還會產生大量的多環芳香碳氫化合物，如3，4-苯并芘等。與此同時肉類中的核酸與大多數氨基酸在加熱分解時會產生可以導致基因突變的物質，這些基因突變物質可能會導致癌癥的發生［36］。

郭曉蕓［37］等研究發現肉類通過一些有益的微生物的發酵，使肉中的蛋白質等物質分解為對人體有益的氨基酸，大大提高了營養吸收率，并使制品具有獨特的風味。大量有益微生物的存在可以抑制一些致病菌和腐敗菌的生長，從而保證肉制品安全性和延長產品的貨架期。微生物的生理活動有利于減少亞硝酸鹽的含量，提高食品的安全性。

多種動植物蛋白中的多肽在體外或體內釋放后能表現出很強的生物活性，除了為人體提供營養外，還可以在體內起到抗菌、抗氧化、抗血栓、降血壓、降低膽固醇、促進礦物質吸收、提高生物利用度等作用。通過對食物蛋白進行酶解加工獲得生物肽成本低、安全性好、溫度適中，并且易于進行工業化生產，日益受到各國科研工作者的關注［38］。

4 食品非熱加工技術展望

食品非熱加工新技術層出不窮，為我們提供了豐富的想象空間。能夠實現滅菌、殺滅寄生蟲、促進食品中高分子物質變性使之易于消化等食品熱加工效果，同時又可以在不產生有害物質的安全溫度下完成的食品非熱加工新技術一定會出現。食品非熱加工技術不僅對熱敏性食品的色、香、味、功能性及營養成分等具有很好地保護或提升的作用，還可以節約大量的加工成本，是人類未來從食品過度熱加工的負面效應下得到二次解放的最佳選擇之一。

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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

食物的熱加工能使蛋白質變性，提高消化吸收率，使人們獲得更加豐富的營養，并能殺死病蟲細菌，使人們少生疾病，促進人體發育和大腦發育。但是近二十年來的研究揭開了食品過度熱加工中存在的嚴重缺陷［1］。與傳統熱加工技術相比，食品非熱加工的成本更低，貨架期也有可能更長，食品安全性、營養價值和感官特性也有所提高，預示在不遠的未來食品的熱加工技術有可能被非熱加工技術部分取代。

1 熱加工對食品安全與營養的負面影響

熱加工引起的食品污染已經引起了科學界和公眾的雙重關注。眾所周知，食品熱加工的作用主要是殺菌，并提高食物的食用口味，但是隨著科學技術的進步，越來越多的安全營養問題在熱加工食品中被檢測出來，并且制約了這項技術的發展。

2010-06-30 *通訊聯系人

王允圃(1985-)，男，碩士研究生，研究方向:食物(含生物質)資源開發與利用。

江西省自然科學基金項目(2008GZH0047);江西省產業化關鍵技術攻關項目(2007BN12100);長江學者創新團隊發展計劃(IRT0540)資助。