高壓技術在生物科學及相關領域中的應用

鄒　回

高壓技術在生物科學及相關領域中的應用

鄒回

（湖北第二師范學院湖北武漢430000）

生物科學技術隨著我國經濟的整體發展正在不斷進步，生物科學技術中的高壓技術也逐漸走向成熟。高壓技術是一種在人們的生產生活中經常使用的生物科學技術,發展至今已經不再受限于生物科學領域，而且已經有了在相關領域中應用的經驗。文章主要介紹了生物科學中的高壓技術及其在相關領域的研究和應用。

高壓技術；生物科學；研究應用

高壓技術是一種重要的材料成型技術，其可以應用在金屬、石墨、陶瓷等物質成型上。高壓、冷等靜壓以及高靜壓這些只是人們生活中對該技術的通俗稱謂，其生物學全稱為超高冷等靜壓技術。工業相關部門應用高壓技術持續和發展的時間相對較長，高壓技術的工作壓力通常是室溫100 -800 Mpa，常用于傳輸壓力的介質有水、油等等。除上述之外，在常溫下應用高壓技術對生物材料進行處理時,常將100 -800 Mpa之間的流體冷等靜壓力施加于生物材料上，導致其狀態發生物理或化學變化從而創造出一種新產品。除此之外超高冷等靜壓技術還可以與超聲波等技術相結合以此消除有害微生物的活性。

1 高壓技術在食品加工中的研究與應用

食品工業生產的基本要素就是食品的加工和儲存，其也是使食品工業發展受到制約的原因之一。食品加工中一種通用的方法就是高溫處理，但這一過程也存在這嚴重的問題，即高溫殺菌的同時食品的特性會發生改變，并且食品中的營養成分會大量流失。因此高壓滅菌技術隨著現代生物學的發展開始應用于食品工業。

1.1 對食品中酶類的影響

相關研究發現，在食品的工業生產中應用高壓技術對酶類的影響有兩點:其中之一是食品中的部分酶類會受低壓影響而被激活,主要原因是相關酶類在合適的壓力下產生了凝聚力。另一點就是過高的壓力可以使食品中的酶類活性丟失。實驗證明每一種酶的活性都受到了壓力大小的影響，酶的活性在低于一定的壓力時良好保持，反之在高于一定壓力時活性會降低或消失。除此之外受到壓力的單位時間也會對其活性有一定影響，而酶的酸堿度和類型等則是其受壓范圍大小的決定性因素。

1.2 對蛋類品質的影響

我國科學家發現在食品加工中使用高壓技術對蛋黃醬的相關動態性質存在影響。蛋黃醬在高壓技術處理后口感會變得更細膩，其原因是蛋黃醬中的蛋白質分子受壓力作用迅速擴散，蛋白質顆粒在逐漸變小的同時其分子也在不斷伸展，最終導致蛋黃醬的分子結構發生了變化。

1.3 高壓對肉類品質的影響

肉制品是當今餐桌上必不可少的食物，而高壓技術在肉制品中的研究和應用范圍也隨之更廣。相關研究使用高壓技術對牛羊肉進行了處理，并在觀察其形狀、顏色、味道和肉分子結構的變化后得出以下幾點結論：在處理肉制品時使用高壓技術可以大幅度地減少肉制品的剪應力,這在大大增加肉制品可溶性物質含量的同時還增加了肉類的口感。除此之外，肉制品的顏色也會因高壓技術的處理而發生變化,通過對牛肉的實驗研究發現其顏色由血紅色變為白色只需在600 Mpa的高壓下靜置20 min就可以實現,當加壓到700 Mpa時實驗樣品就會出現斑點。這時對顯微鏡下的牛肉結構進行觀察發現,由于高壓其結構已經發生了重大變化,肌肉節的收縮效率已經變為正常情況下的35 %,這就有效的驗證了肉制品的品質是會受到壓力影響的。

1.4 對玉米淀粉品質的影響

玉米淀粉的糊化程度也會受到高壓處理技術的影響。將玉米淀粉放置在700 Mpa的壓力下進行處理，2分鐘后可以發現其糊化程度竟超過80 %。同樣的壓力下保持5分鐘后的糊狀物含量達到100 %。上述試驗表明高壓技術對此類食品加工非常有利。除此之外，研究還發現了玉米淀粉被加熱或受到壓力后，在顯微鏡下觀察其分子結構也同樣發生改變，但與高溫處理不同的是，高壓處理不會改變物質顏色。

2 高壓技術在制藥中的研究與應用

高壓技術有效應用隨著生物科技的發展也已擴展到制藥和藥理學領域。近年來國內科學家率先將高壓技術應用于中藥活性成分的提取中，高壓萃取技術也成為了一種在室溫條件下從中成類藥物原料中提取活性成分的新技術。高壓萃取技術可提取的藥物活性成分包括生物堿、芳香油、黃酮素等，還可以用于其他有機溶劑中的小分子成分提取。該技術與傳統的回流技術相比可以減少大量的提取時間,在減少物質資源消耗的同時還能有效提高提取率。除此之外，高壓萃取是在室溫下進行的，這可以避免藥物成分結構因溫度發生變化。同時在進行藥物高壓萃取時通常會選擇一個封閉的環境，因此該項技術的應用更符合當代的綠色環保理念。在中成類藥物的提取中應用高壓技術發揮了有效且實用的價值，在其他藥理學方面的應用還有待進一步研究發現。

3 高壓技術在基礎科學中的研究

3.1 高壓對生物大分子的影響

很大一部分酶在人類體內是以蛋白質大分子的形態存在的，其在人體內起到催化作用，從而使身體發生不同的反應，同樣其他動物和植物體內的酶類也促進或抑制著生物反應的發生。但有國外科學家研究發現酶類和其他微生物細胞組織在壓力下會趨于穩定。

3.2 高壓對核酸的影響

高壓對脂類核酸以及多糖的影響主要體現在結構上。蛋白質隨溫度和壓力的變化會出現打開、分離以及凝聚三個步驟，但大多數試驗主要關注點還是停留在蛋白質的打開階段，后兩個步驟也是現實存在的且其有可能改變當前的一些物理或化學變化理論。同時蛋白質分子間的相互作用研究也是極其重要的,其中一些蛋白質分子在嚴格的條件限制下會引發纖維化，而這一變化是否和蛋白質所出的壓力以及其穩定性相關還有待研究。

3.3 高壓對胞內過程的影響

胞內過程的一個顯著特征是反應的多樣性。這些多樣性的反應主要有蛋白質與核酸、蛋白質與蛋白質之間以及蛋白質自身的氧化還原等。當前已有相關試驗詳細描述了復雜的大分子之間以及摩爾質量較小的分子之間發生反應的區別性。高分子復合物對壓力敏感性表明，細胞也可能對壓力很敏感，以下實驗可以證明上述假設?？蒲泄ぷ髡咴谟^察病毒時發現壓力發生了微小的變化降低了病毒的生物活性，因此病毒細胞膜組成中的分子水平適應機制作用說明了以上現象。同時水在大分子穩定性中的作用也被發現。例如細菌孢子在壓力下很難失去活性脫落，并且其在100 Mpa的壓力以下可以生長和發芽。另一個例子是緩行類動物在特定狀態下會收縮到不能移動的狀態，這種狀態下它們承受的壓力和溫度范圍可以擴大到600 Mpa以及-200～150 ℃之間，這種狀態與細菌孢子的狀態非常相像。

3.4 高壓對細胞的新陳代謝和基因表達的影響

了解壓力對分子相互作用的影響，可以幫助我們更好地理解壓力對細胞系統的影響。有關研究數據表明，許多蛋白質和核酸之間的相互作用結果是以前沒有預料到的，但這同時也表明細胞生物學需要新的理論來更好地使人們理解代謝系統。除此之外，如何解釋流體靜力學高壓下不同微生物的敏感差異性也是當前生物技術領域研究的重點對象。該問題的成功探究可以使我們更好地理解代謝基因的表達，以及其他更復雜的知識，例如蛋白質的分離和凝聚。

4 小結

綜上所述，對高壓技術的綜合實驗與研究，可以發現在食品加工中應用的高壓技術已經非常先進，且發展前景十分廣闊。高壓技術在食品工業以外的醫療領域也有所建樹，科研人員可以利用高壓技術提取藥物的活性成分。除此之外，我國大量的試驗研究也證實了高壓技術在病毒滅活、細胞組織研究等不同領域的重要影響,可以說高壓技術對社會發展和人類生活有著不可估量的作用。

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TS201

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2095-1205(2019)09-59-02

10.3969/j.issn.2095-1205.2019.09.32