超高壓處理技術在水產品保鮮中的研究進展

陳揚易 謝 晶 鐘小凡 藍蔚青 朱婉瑜 劉嘉璇（1.上海海洋大學食品學院，上海 201306；2.上海水產品加工及貯藏工程技術研究中心，上海 201306）

超高壓技術（ultra－high pressure processing，UHP）是一種新型的冷處理技術，主要利用壓媒（食用油、甘油、油與水的乳液等）使食品在高壓（100～1 000MPa）條件下產生酶失活、蛋白質變性、淀粉糊化和微生物滅活等效應，從而達到滅菌和改性的物理過程［1，2］。1899年 Hite［3］開展了超高壓應用于食品的系統研究，通過對不同肉類進行超高壓處理后，發現該技術可明顯延長肉類的保藏期。

水產品作為低脂食品，其蛋白質含量豐富，經濟價值高，但由于其水分含量高、細菌易繁殖而導致其腐敗，從而影響了其進一步開發利用［4］。因此，開展水產品的殺菌保鮮是重要的研究內容之一。傳統熱殺菌是目前食品加工過程中廣泛應用的殺菌技術之一。其雖可達到殺死微生物、鈍化酶、改善食品品質和特性等優點，但亦會對一些熱敏性物料，如食品的營養成分和特性（口感、色澤等）產生不同程度的破壞，從而導致食品品質的劣變和營養損失，這與人們對食品營養安全的消費理念相悖［5，6］。與傳統熱處理相比，冷殺菌可較完整保持食品加工前的營養成分、風味與色澤等。超高壓處理作為冷殺菌技術之一，其具有壓力傳遞均勻、耗能少與殺菌滅酶徹底等優點，能較大程度保持產品原有的色澤與風味，抑制某些有毒有害物質的生成或轉變，使處理后的食品擁有更長的保藏期，還能獲得新的口感。文章將從國內外研究的現狀和發展趨勢出發，通過超高壓處理對水產品的殺菌滅酶作用及對水產食品理化性質等方面影響進行闡述，以進一步探討超高壓處理技術在水產品保鮮加工中的研究動態。

1 超高壓技術作用原理

超高壓處理主要以Le Chatelier原理［7］與Pascal原理［8］為理論基礎，該處理能有效破壞食品中高分子物質的離子鍵、氫鍵等非共價鍵，而對共價鍵幾乎不產生影響［9，10］。其對食品中的小分子色素、氨基酸、多肽、維生素、呈味物質、果酸、果糖和果蔬中抗誘變活性成分的破壞作用較小［1］。

1.1 超高壓作用對蛋白質變性的機理分析

蛋白質是微生物主要成分之一，超高壓處理能使其蛋白質變性，繼而細胞膜受到破壞，最終導致微生物死亡［11］。該處理會對氫鍵造成破壞，使蛋白質的二、三、四級結構發生改變，從而對微生物中的蛋白質產生影響，但對蛋白質大分子的一級結構影響較小［12，13］。蛋白質二級結構是由肽鏈內和肽鏈間的氫鍵等維持，其在較低的壓力下則相對穩定。維持蛋白質三級結構的主要作用力是靜電和疏水相互作用力，這些作用力的變化伴隨著大量水合反應，使其蛋白質體積變小。當壓力超過200MPa時，蛋白質的四級結構將會發生明顯變化。

1.2 超高壓作用對細菌的殺菌機理分析

當細胞處于低壓環境時，其形態結構只發生部分改變，不會導致細胞死亡，但當壓力超過一定限值時，將會造成細胞形態的不可逆變化［14］。微生物種類不同，其對超高壓的承受能力也各不相同，有些微生物在高壓作用下還能發生可逆反應，再次恢復到正常形態和運動特性。其中，革蘭氏陰性細菌和酵母菌在400MPa左右的壓力下基本上能被殺死，而革蘭氏陽性細菌被殺死的壓力則需要600MPa，對于孢子類細菌則需要更高壓力并結合適當加熱與延長保壓時間［15］。

超高壓主要通過對微生物的細胞膜、核糖體與酶造成巨大損傷來抑制酶的活性和DNA復制，繼而影響微生物的正常生理功能，產生致死作用［16］。在超高壓的作用下，細菌細胞的超微結構受到嚴重破壞，細胞變形，細胞壁局部出現缺口，細胞膜完整性被破壞，細胞內物質皺縮，蛋白質變性［17，18］。Ritz等［19］通過電鏡觀察到壓力導致孢子的膜壁分離，表明超高壓會引起其細胞形態結構的變化，這類不可逆變化將導致微生物的活性降低。超高壓還會對微生物細胞膜的滲透性造成破壞，使其通透性增大，導致大分子物質、無機鹽離子流出細胞外，并對其營養吸收和廢物排出造成干擾［18，20］。Shimada等［21］研究發現構成細胞膜結構的磷脂雙分子層在超高壓處理過程中，由于壓力作用使其向凝膠態發生轉變；卸壓過程中，細胞膜單面雙層的結構消失，導致細胞膜上出現孔洞，從而造成胞液外流。

2 超高壓技術在水產品保鮮中的應用

2.1 對水產品殺菌滅酶效果的影響

2.1.1 對水產品的微生物殺滅作用 超高壓處理技術主要應用于食品的殺菌處理，現已在水產品殺菌保鮮中得到廣泛應用。Fletche等［22］研究發現，貽貝在400MPa，10～40℃條件下，能使單增李斯特菌數降至食品安全指數以下。王瑞等［23］研究結果得出在500MPa，40℃條件下處理5min，能使毛蚶中的微生物（細菌、霉菌、桿菌與酵母菌）存活率明顯下降，使其貨架期得到有效延長。在貝類水產品中的脫殼工藝中進行超高壓處理，也能減少其細菌污染。郝夢甄等［24］通過Dssign－Expert軟件分析得出超高壓殺滅海參中細菌的最優條件為：300.72MPa，30.7min，55.16 ℃，經驗證其細菌滅活率為100%。部分學者［25，26］研究發現，通過不同超高壓工藝處理牡蠣，能對其中的S形霍亂菌、副溶血性弧菌與創傷弧菌等有顯著影響，其微生物數量與活性均能得到有效抑制。鄧記松［27］對牡蠣、海參進行超高壓處理后，發現在350MPa處理20min，牡蠣中的微生物滅活率高達89.5%；在500MPa、10min下，對海參的滅菌率達92.4%。其中，處理壓力和保壓時間對滅菌效果影響顯著。400MPa以上的處理壓力，能使牡蠣和海參中殘留細菌的再生能力得到明顯抑制，使貨架期相應延長。夏遠景等［28］研究發現，在溫度和保壓時間一定的情況下，微生物的滅活率與壓力大小呈正相關。楊華等［29］對養殖大黃魚進行超高壓處理，發現經過超高壓處理后的大黃魚魚肉組織中的酶活力降低，微生物也得到較好抑制。Gou Jing－yu等［30］在400MPa、20min的條件下對魷魚片進行處理，發現其可使嗜冷菌數下降4.7lgCFU/g以上。通過對真空包裝的半干魷魚進行處理，發現處理后魷魚的嗜冷菌與嗜中溫菌數分別下降約1.99和0.93個對數值。同時，也有研究［31］發現，超高壓可有效抑制鯡魚 中 微 生 物 的 生 長。Gòmez Estaca等［32］研 究 得 出300MPa、20℃條件下處理15min，能使沙丁魚中腸桿菌科微生物的菌落數明顯下降，使沙丁魚至少在15d內仍可達到商業無菌的要求。

研究［33］證明，將生魚片進行超高壓處理，能起到殺滅致病菌和寄生蟲的雙重目的，保持新鮮和優良口感。Teixeira等［34］對海鱸魚生魚片進行超高壓處理，得出最佳工藝條件為400MPa、30min，將其與加熱處理工藝相結合，可代替單獨高溫加熱處理的魚腸殺菌工藝。超高壓對海鱸魚魚腸中的細菌也具有較強的抑制作用［35］。通過對金槍魚片的超高壓處理研究，相關人員［14］還發現，壓力越高，抑菌效果越明顯。但在一定保壓時間的處理條件下，其殺菌效果也較有限。

2.1.2 對水產品的滅酶作用 多數酶的化學本質是蛋白質，超高壓處理會使其蛋白質構象發生變化，從而影響酶的活性［11］。其中，超高壓處理可使海產品中的內源酶失活，從而延緩海產品貯藏過程中的腐敗變質［13］。Fidalgo等［36］通過對大西洋鯖魚進行超高壓處理，發現其關鍵酶的活性受到抑制。楊華等［29］發現，超高壓可降低大黃魚魚肉組織中酶的活力。夏遠景等［28］發現壓力對食品中酶的影響具有雙重性，在較低壓力條件下，酶活力與壓力大小呈正相關，在較高的壓力下，酶活力與壓力大小則表現為負相關。利用超高壓對酶的雙重作用進行壓力調節，可對有利的酶進行激活，對不利的酶進行抑制。趙偉等［37］發現超高壓可提高牡蠣中蛋白質水解酶的活性，從而使其蛋白質的水解程度增加。部分學者［27］發現，鈍酶效果與溫度存在一定關聯。海參自溶酶在40℃左右活力最大，此時即使在400MPa的高壓下依然表現出較高活力。但在室溫或60℃以上的溫度條件，其鈍酶效果較好。

2.2 對水產品品質變化的影響分析

隨著對超高壓研究的深入，其逐漸應用于水產品加工處理與貯藏保鮮過程中，對水產品的理化特性會產生一定影響。

2.2.1 對水產品加工過程品質變化的影響 Zhu Shu等［38］研究了三文魚在超高壓處理后的解凍時間，結果發現在200MPa的條件下，三文魚的解凍時間為17min，解凍的汁液損失能從6.52g/100g降至3.44g/100g。超高壓處理后的水產品具有易去殼與外觀好等優點［39］。易俊潔等［40］將超高壓應用于鮑魚的脫殼處理中，其脫殼效率較傳統手工脫殼的時間最快可縮短72%，而鮑魚肉得率也較手工處理得率提高了18%；王國棟等［11］將蝦經過超高壓處理，結果發現其可有效避免蝦仔脫殼過程中的斷尾現象，蝦仁產率提高6%～8%。

此外，超高壓技術還廣泛應用于水產品的其他處理中。王成忠等［41］將超高壓技術應用于刺參泡發，結果得出刺參的最佳超高壓泡發條件為：300MPa、60℃、10min，此時產品的持水率最大，并能使刺參質構明顯改善，超高壓泡發的刺參膠原蛋白與多糖含量均比水發刺參含量高。王菁［42］將超高壓技術拓展至水產動物組織中的活性成分提取，發現該處理能明顯提高單位時間內的蝦青素得率。同時，水產品的色澤、彈性、硬度與內聚性等參數對消費者的選擇有直接影響。王國棟等［11］發現超高壓作用于蝦仁，會使其質構發生明顯變化，其嫩度、硬度、內聚性和咀嚼度隨著壓力的升高而增加。羅曉玲等［43］以馬鮫魚魚糜為研究對象，分別添加不同濃度的番茄濃縮汁，在100～500MPa的超高壓下進行處理，研究復合馬鮫魚魚糜的凝膠特性和色澤。結果得出200～500MPa的超高壓處理可顯著提高復合馬鮫魚魚糜的凝膠強度，有利于其白度值的升高。Ramirez－Suarez等［44］發現超高壓處理可使金槍魚的魚肉硬度提高。Chéret等［45］得出壓力超過200MPa，水產品的硬度值與壓力值正相關。劉劍俠等［46］對大菱鲆進行超高壓處理，結果發現大菱鲆的肌肉硬度呈下降趨勢。隨著壓力的升高，其質構特性表現為凝聚上升趨勢，膠黏性持續上升，黏附性不斷下降，硬度先降后升。楊華等［47］對螠蟶的研究發現，其最佳超高壓工藝條件為500MPa、20℃、15min，螠蟶的感官變化在處理前后基本保持一致，但彈性略有下降。劉安軍等［35］對海鱸魚魚腸進行超高壓處理，發現海鱸魚魚腸的硬度隨著壓力的升高呈現先升后降再升高的特點，而彈性則為持續升高，400MPa為超高壓處理的最佳工藝條件。王敏等［48］發現超高壓對貽貝肉的質構影響較大，可顯著提高貝肉的硬度、咀嚼性、內聚性與彈性，對其質構改善有明顯影響。鄧記松等［27］研究發現，牡蠣經500MPa、20min處理后，20d仍能保持其形態飽滿。經過150MPa超高壓處理后的冷凍竹莢魚，其色差、紋理、風味與口感等都與鮮肉接近，具有較高的可接受性和營養價值［48］。

部分學者［49］研究還發現，超高壓處理會導致蝦仁通透性降低，300MPa以上的超高壓將使蝦仁變白。與對照組相比，其L＊值增大，a＊值減小。王琎等［14］對金槍魚進行超高壓處理，結果得出處理后的生鮮金槍魚片，其硬度與壓力、保壓時間正相關，彈性高于對照組。超高壓處理組隨著貯藏時間和壓力值的上升，其L＊值隨之升高，魚片的透明度降低。易俊潔等［40］發現處理后的鮑魚，水分含量顯著升高，pH值變化不明顯，亮度L＊值明顯增加。大菱鲆經過超高壓處理后，其L＊值上升，a＊值下降，pH值隨壓力增大而升高，且揮發性氣味較對照組明顯下降［46］；超高壓處理冷凍的生章魚可有效抑制其異味混合物的產生［50］。

2.2.2 對水產品貯藏期間品質變化的影響 超高壓除對水產品具有較好的殺菌效果外，還能延緩貯藏期間水產品的品質劣變，延長其貯藏貨架期。Kríek等［51］采用超高壓處理梭子魚片，發現其可使魚片在3.5～12.0℃條件下的貯藏保鮮期延長至70d。楊華等［29］對養殖大黃魚進行超高壓處理，發現處理后的大黃魚在貯藏12d后，其三甲胺與吲哚含量明顯降低。此外，超高壓處理還可降低太平洋牡蠣的pH值，增加其水分含量和感官分值。王國棟等［11］發現蝦仁經超高壓處理后，可有效抑制其在冷藏期間pH值和TVB－N值的升高，其中300MPa處理的蝦仁，在經過15d的冷藏后，其TVB－N值仍可維持在低于30mg/100g的水平。金槍魚經超高壓處理后，其在12d內的TVB－N值始終未超過生食標準［14］。王敏［48］研究發現，超高壓處理可使貽貝肉的保質期延長至10d以上。朱兆娜［52］研究得出，超高壓可抑制凍藏魚凍含水量的下降與TVB－N值的升高，使魚凍凍藏期間持水性的下降速度明顯延緩。楊華等［53］發現螠蟶經超高壓處理后的水分含量由83.42%升至85.59%，蛋白質從9.9%降至7.2%，脂肪和氨基態氮未發生變化，其基本營養成分也無較大改變。

同時，也有學者［54］發現超高壓處理可提高魚肉的理化性質，抑制其腐敗，風味優于未經處理的對照組。鄧記松等［27］分別對牡蠣與海參進行超高壓處理，結果發現超高壓可有效抑制牡蠣與海參TVB－N值的升高。其中，牡蠣在450MPa、10min的處理條件下貨架期達20d，海參經500MPa、20min處理后的保鮮期為38d，且對其含水量、灰分、蛋白質與多糖等營養物質的影響不大。

2.3 超高壓協同加工處理技術對水產品品質變化的影響

隨著水產品保鮮技術水平的提高，部分學者還開展了超高壓協同其他處理方式對水產品進行復合加工處理的研究。將其與熱處理、冷凍、添加保鮮劑等方式相結合，使超高壓技術更好地應用于水產品的殺菌保鮮當中［55］，起到減少能耗，提高效益的目的［56］。童立上等［57］將超高壓與漂燙處理相結合，研究得出新鮮魷魚的最佳處理工藝條件為：90℃漂燙10min，超高壓400MPa，保壓時間10min。此法比單一處理對食品的殺菌效果好，且感官品質更優。雒莎莎等［58］將超高壓處理與冰溫貯藏相結合，發現其對鳙魚的品質有明顯改善。陳淑花等［59］發現超高壓與低溫協同處理，可保護魚肉的微觀組織，提高魚肉的凍結質量。將超高壓輔助解凍處理，能明顯降低魚肉在解凍時的汁液損失。黃小鳴等［17］將超高壓協同溶菌酶、Nisin對蝦仁進行殺菌保鮮處理。結果發現，該處理能完全殺滅蝦仁中的單增李斯特菌，延緩其質構、pH值、TVB－N值與TBA值的改變，使蝦仁的冷藏貨架期延長至18～20d。胡飛華等［60］將超高壓與多種凝膠增強劑結合處理發現，超高壓處理能使梅魚魚糜的凝結強度明顯改善。

3 總結與展望

超高壓技術誕生至今已有100多年，雖在部分食品研究領域中得到應用，但與國外相比，中國尚處于起步階段，國內的研究機構和企業也正對超高壓設備和技術進行研究和開發，但還存在一些不足［61］。由于超高壓處理裝置需要較高投入，短期內不利于市場推廣。同時，其對食品的外觀形態也會產生影響，加之消費者對超高壓技術處理后的食品形態不熟悉，在面對超高壓處理后產品的生食時，常會對其能否達到生食標準產生困惑。此外，超高壓處理后的食物易出現輕微熟食的狀態，也會對消費者產生一定的困擾［13］；采用室溫和400MPa的靜水高壓處理，不能殺滅芽孢。壓力過高，還會對食品造成不同程度的破壞；不同食品對高壓的耐受性與敏感性差異也較大［1］。但是，與傳統的熱處理工藝相比，超高壓為環境友好型的加工技術，要達到相同的品質改變，加工所需能量只是熱加工處理的1/10［49］。

盡管超高壓處理技術存在著一定的局限性，但其在水產品中的發展前景仍十分廣闊。隨著消費者對食品品質與安全的重視，超高壓處理技術以其冷殺菌，耗能少，能保持食品的營養價值與食用品質等優點而得到日益廣泛的應用。如能將其與相關冷處理技術（食品添加劑、臭氧滅菌、超聲波、pH、輻照處理等）相結合，將能彌補其單一使用帶來的不足。作為冷處理技術之一，超高壓技術必將成為水產品加工的基礎加工工序，由超高壓處理生產的水產品也將逐漸走進普通消費者的餐桌。

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