功能性食品加工中的關鍵技術分析

李碩 蔡智軍 田曉玲

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2015.36.154

摘 要：隨著營養學理念的不斷革新，食品的功能性開發在食品加工過程中的重要性日益彰顯。在制作功能性食品的過程中，應對食品原材料的營養成分做出科學分析，在現有的工藝技術基礎上，采用高效合理的工藝手段對食品進行再加工，確保最大限度地保留食材中的有益成分，使得加工后的食品具有相應的保健功能。該文對加工功能性食品的幾大關鍵技術進行集中討論，主要對其技術原理及應用情況展開分析，具體分析了膜分離技術的原理及應用，超臨界流體萃取技術的原理及應用，超高壓加工技術的原理及應用，其他加工技術的應用及前景展望四個方面，以供同行交流學習。

關鍵詞：功能性食品 食品加工 關鍵技術

中圖分類號：TS218 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）12（c）-0154-02

功能性食品是指經過一定的工藝手段進行加工，使得加工后的食品具有調節人體生理功能、有益于機體組織健康的功效，對于慢性疾病具有一定程度上的輔助緩解作用。雖然功能性食品相較于傳統食品的營養價值有明顯提高，但功能性食品本身不能替代藥物的治療作用。為了高純度提取食物中諸如活性多糖、活性多肽、活性菌類、自由基清除劑等對人體健康有益的物質，最大限度地保障功能性食品的食品安全與保健功效。在制作功能性食品的過程中，應對食品原材料的營養成分做出科學分析，在現有的工藝技術基礎上，采用高效合理的工藝手段對食品進行再加工，確保最大限度地保留食材中的有益成分，使得加工后的食品具有相應的保健功能。

1 膜分離技術的原理及應用

膜分離技術主要應用于對雙組份或多組分的溶液進行進一步的分離、提純與濃縮過程之中。膜分離技術利用生物膜具有選擇透過性的原理，依據提取物質分子量及相關理化特性的不同，人工合成或選取天然的高分子薄膜，利用化學位差及其他外界能量，完成對目標物質的提純分離工作。制備或選取最合適的高分子膜作為主要工藝材料，是實行膜分離技術的基本前提。因此，對高分子膜的理化穩定性與分離穩定性研究實驗必不可少。

高分子膜的理化穩定性測試主要包括對膜的張力范圍、機械強度、耐熱程度、有效pH范圍以及是否與提取環境產生理化反應等方面的測試與評價；分離穩定性則主要圍繞膜的截留效率、滲透通量以及通量衰減系數三個方面展開實驗研究。在實際的膜分離技術過程中，分子膜的分離效率與滲流通量具有負相關關系，因此在實際的膜選取過程中，應協調好二者的關系，在保證分離質量的基礎上盡可能提高分離效率。依據過濾膜的孔徑大小與外界能量的不同，將膜分離技術分為微濾、超濾、滲析、電滲析及反滲透等工藝，其中在功能性食品加工中應用較廣的工藝手段是超濾膜分離技術。超濾膜工藝是依靠0.1～0.5 MPa的靜壓驅動，將溶液中的小分子成分從高壓原料側透過分子膜篩濾到低壓濾出側的加工過程。超濾膜多為非對稱膜或復合膜結構，能量損耗低、操作難度小。膜分離技術在功能性飲用水軟化除菌、濃縮提純發酵型功能食品所需生物酶、提取過濾植物性浸提液中的多糖多肽、超濾截留大豆分離蛋白等加工環節中，發揮著不可替代的重要作用。

2 超臨界流體萃取技術的原理及應用

超臨界狀態是指流體高于臨界點而又接近臨界點時，流體處于一種介于氣態與液態間，以單相形式存在的特殊狀態。由于超臨界流體兼顧氣相與液相流體特點，即具有與液態流體相近的密度與介電常數的同時，還保有氣態流體高擴散系數與延展能力的特性，是絕佳的萃取分離溶劑。據相關實驗數據顯示，超臨界流體的溶解能力可達非臨界狀態下流體溶解能力的104倍，因此，超臨界流體萃取技術對于提取熱敏性強或易氧化物質的適用性很強。

綜合考慮超臨界流體的制備成本、安全性能以及是否具有腐蝕毒害性等指標，目前應用于食品加工中最為常用的萃取劑為超臨界二氧化碳流體。超臨界二氧化碳萃取劑具有安全無殘留、無毒無“三廢”、能量損耗低、提純效率高等技術優勢，因此在功能性食品的加工過程中發揮著重要作用。需要注明的是，當萃取生物堿、類胡籮卜素、氨基酸或絕大多數無機鹽時，需選取其他有效溶劑完成萃取工作。在食品加工過程中，超臨界CO2對于提高富含植物油脂的種子的收油率、保證提取油脂安全無殘留雜質、深度分離大豆中磷脂類別等效果顯著；同時，超臨界CO2對于生物體內有效生物活性物質的萃取效果也十分明顯。為了保證在萃取過程中，生物活性物質不受損害，需要保持萃取所處理化環境溫和可控。許多有效的生物活性成分保持活性的要求較為嚴苛，例如，在提取魚油中DHA和EPA等不飽和脂肪酸過程中，不飽和脂肪酸的極易氧化以及遇熱分解特性加大了這些活性物質的提取難度。超臨界CO2流體萃取技術可以有效控制提取環境，保證提取物的生物活性不被破壞。超臨界CO2萃取技術是在功能性食品加工過程中（如：提取月見草油中γ-亞麻酸、蝦殼中蝦黃素等活性成分，去除銀杏葉中銀杏酚等有害物質）的關鍵技術手段，其使用大大提高了加工效率與提取精度。

3 超高壓加工技術的原理及應用

現在應用較為普遍的除菌技術主要包括熱力除菌、高頻電場除菌、電磁場除菌、微波除菌以及輻射除菌技術，利用電場與微波除菌技術的理論基礎都是將其他形式能轉化為熱能，使得細菌及生物酶在高溫條件下喪失生物活性。然而值得我們注意的是，高溫條件在較好實現殺菌除酶效果的同時，也會對其他對人體有益的生物活性物質造成損害；輻射技術雖然不會產生大量熱能，在輻射作用下，發生分子結構破壞的不僅包括細菌等有害微生物，被加工食品分子結構也極易在輻射下發生裂解產生變化，影響加工食品的功能性與安全性。超高壓除菌技術是利用純物理手段對加工食品進行除菌滅酶處理。在超高壓加工過程中，食品的溫度變化很小，通過對加工食品施以400～600 MPa的高壓，破壞高分子中氫鍵、離子鍵等不穩定化學鍵而保留共價鍵，較好地保持功能因子（如食品中的小分子果酸、氨基酸、天然色素及多肽等）的生物活性。國內外的相關研究成果表明，維生素A、維生素B1、B2、維生素C以及果蔬中的色素、葉酸等小分子結構不會因壓力變化遭到破壞；同時，相較于熱力除菌而言，超高壓除菌技術對不飽和脂肪酸以及小分子多肽的分子結構影響較小，能夠極大程度上降低這些有益成分功能喪失風險。因此，對含有大量維生素、不飽和脂肪酸、功能性多肽及低聚糖等營養成分的功能性食品采取超高壓除菌手段，可以極大程度上保證這些營養成分不會輕易流失。超高壓技術目前應用于除菌領域較多，但是超高壓技術的應用前景十分廣泛。利用超高壓技術對功能性大分子的分子結構進行定向改造或是生產新型產品是未來技術發展的必然趨勢。

4 其他加工技術的應用及前景展望

在功能性食品加工過程中，根據食品種類、功能因子成分、加工食品形式等差異，所采取的加工技術也不盡相同，在加工粉末狀食品中還會應用到微破碎及超微破碎技術。依據加工粉末成分的不同還可以采用干法破碎工藝或濕法破碎工藝，其中前者應用較廣的為氣流粉碎技術與高頻振動粉碎技術，后者則主要利用均質機與膠體磨。濕法破碎工藝建立于干法破碎工藝基礎之上，超微破碎工藝可以準確計量微量營養素添加劑量，是重要的功能性食品加工手段；生物技術以基因工程為核心，通過發酵工程、酶工程以及細胞工程原理對功能性食品在分子水平上進行改造。將現代生物技術與傳統食品加工工藝有機結合，充分利用生物資源的多樣性優勢，最終實現食品功能的定向性改造工作是生物工程的一大應用趨勢。在現有的科學技術條件下，生物工程中的一些技術已經成功應用于實際的功能性食品加工之中。例如：通過發酵工程手段代替傳統的化學合成，能夠有效改善化學合成效率低下、合成周期過長等弊端，利用有益菌株的快速繁殖能力獲取功能性食品的主要功能成分，對于擴大功能食品生產規模、提高功能成分最終產量影響巨大。生物技術領域的進一步研究與開發對于功能性食品加工具有推動性意義，實現生物工程技術真正應用于實際生產之中仍需要技術工作者與行業人才的不懈探索與努力，同時也需要漫長的安全性觀察與評定過程。

參考文獻

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