摘要：超高压加工技术在食品产业中的应用已成为国际食品加工产业的新增长点和推动力，其原因是高压加工技术在灭菌和保持营养等方面的优秀表现。对超高压对乳制品的灭菌、天然产物中提取的效果、肉质品的感官品质影响和近年来超高压设备的研究进展进行综述，总结了超高压技术在食品工业中存在的问题，并指出了超高压设备今后的优化方向。
关键词：食品；超高压技术；装备；研究进展
超高压技术（high pressure processing，HPP）的优势是能够在生产过程中不添加防腐剂的情况下，也能有效抑制食品的腐败，并减少热敏性功能性营养成分的损失，提高安全水平。我国在食品加工方面更多的是采用热加工，但这种加工方式存在保质期短、降低食品品质等问题，而超高压技术具有延长保质期、保留食物中营养成分等优点。与同为非热加工的高压脉冲电场相比，超高压技术更加安全。高压脉冲电场在食品加工中，食品物料可能会直接接触电极从而发生电化学反应，导致电极腐蚀，进一步产生有毒的化合物，从而影响食品质量安全。在“十三五”食品科技创新专项规划下，国家大力支持食品产业科技发展，开展非热加工等先进制造共性关键技术装备研发。2015年HPP设备产值超过100亿美元，2019年全球范围内运行的HPP设备超过400台，且2025年预计将达到547亿美元。本文对超高压技术在几种常见食品上的应用和超高压技术装备的发展和不足进行介绍，旨在为超高压设备在今后为服务于食品工业提供一定的优化见解。
1 超高压食品技术应用
1.1 乳制品杀菌
巴氏杀菌法、超高温瞬时杀菌法等是传统的乳制品灭菌方法，使用超高压灭菌可以在一定程度上弥补传统乳制品灭菌方法在保质期短、营养物质损耗大等不足之处。超高压技术的运用可将牛乳中的微生物细胞内酶、蛋白质等的结构破坏，使其失活；降低牛奶凝乳时间，使新鲜奶酪中全乳固体含量、灰分、脂肪可溶性氮的含量基本不变。在发酵乳制品加工应用中，面对搅拌型酸奶黏度较低、乳清析出或者凝固型酸奶硬度过低等问题也可以得到很好的解决。通过测定超高压下黄油乳制品中脂肪酸含量，在600MPa、20min的条件下超高压处理的黄油，其中亚麻酸含量会升高，其他脂肪酸含量基本不变，而食用亚麻酸可预防心脑血管疾病的发生。
1.2 天然产物提取
微波辅助法、压榨法、溶剂浸提法、超声波辅助法和超临界CO2提取法等是天然产物的主要提取方法。超高压提取技术具有提取率高、设备安全性高、提取时间较短、易操作等特点，并且处理后的提取液成分较明确，不浑浊，黏度低，使得后续操作更加方便。经研究发现，对天然产物提取的纯度、得率等指标产生影响的因素主要有提取液选择、料液比、环境温度、保压时间和压力大小。天然产物提取的主要过程是容器内的压力在极短的时间内（一般小于1min）升高，此时细胞内外产生很大渗透压差，溶剂在短时间内充满细胞内部，使体积增大，通过几分钟的保压实现溶剂与有效成分溶解平衡，迅速卸压，在超高反向压力差的作用下溶解有效成分的溶液形成湍流以快速转移到细胞外，使达到快速、高效提取的目的。在复合酶协同超高压法提取黑木耳多糖的试验中，分别采用复合酶协同超高压法和复合酶法提取黑木耳多糖，相比在超高压的协同作用下得率高了33.07%。在蓝靛果中提取花青素，超高压辅助提取与传统溶剂浸提法相比，超高压辅助节约乙醇用量，并使花青素提取量提高44.3%。因此，与传统提取法相比较，超高压辅助提取普遍得率高，提取时间短，所以非常适合在天然产物中提取所需物质。
1.3 肉制品加工
在肉品加工领域，超高压技术对于改善肉制品品质和解冻等方面有着明显的优势。肉在超高压作用下破坏肌肉细胞的肌质网和溶酶体，让肌肉提前完成收缩，从而缩短成熟过程，使肉质嫩化。肉的颜色决定于其总的肌红蛋白的含量。在高压作用下改变不同肌红蛋白的含量，使得肉中氧合肌红蛋白、肌红蛋白和高铁肌红蛋白相互之间比例不同，从而决定肉的颜色不同。肉制品的香味化合物主要通过氨基酸与还原糖间的美拉德反应，脂肪的氧化作用等途径产生。一定程度的高压处理可促使结构蛋白质的解聚和肉的自溶，提高肉中可溶性物质和游离氨基酸含量，并促进美拉德反应，使肉香味得到增强。传统的冷冻肉经过处理后，肉的质量会呈明显的下降趋势。研究发现HPP处理后的鲜肉进行冷冻且在0℃以下解冻后，肉类可以恢复原来的颜色。应用超高压解冻肉较传统方法更加高效，其解冻时间通常为传统方法的1/20。
2 超高压技术装备研究进展
2.1 超高压技术原理
超高压技术原理是容器内一定温度下施加100～1000MPa压力，改变形成生物高分子立体结构的各种非共价键，使淀粉变性、蛋白质凝固，同时激活或者失活酶活性，灭杀微生物。超高压处理是非热加工的物理过程，勒夏特列原理和帕斯卡定律是超高压技术的主要原理。根据勒夏特列原理，化学平衡被破坏，平衡向减弱的方向移动，从而以抗衡这种改变，最终达到新的平衡。而帕斯卡定律指的是容器中的某一部分静止流动的液体压力发生变化，压力将均匀且瞬时大小不变地向各个方向传递。
2.2 食品超高压设备发展
超高压食品处理装置大致由压力发生系统、辅助系统和超高压容器组成。在此之中，超高压容器和压力发生系统是装置的主体部分，超高压处理系统根据加压方式的不同可分为外部加压方式和内部加压方式，其结构图1和图2（略）。
北京高才科技发展有限公司在2003年研制一种加温超高压食品处理装置，此装置在超高压容器外部安装一个电加温水箱，使得能够在达到合格品质的同时缩短加工时间。青岛大学在2014年设计一种新型超高压低温协同杀菌装置，图3（略）。该装置容器采用绕丝式超高压容器，制冷系统主要是由压缩机、冷凝器等和安装在容器内壁上的换热系统组成。通过将蛇管盘绕在设备的内壁完成制冷剂与容器内压媒的热量交换，达到为食品处理创造低温环境的目的。
西安石油大学机械工程学院在2017年设计针对液态食品的超高压灭菌设备，如图4所示。此设备工作原理是在主油泵的驱动下，利用双向水介质增压器将水的压力升高，通过单向阀将高压水注入承压容器，处在高静压环境水介质和被灭菌食品会在高压状态下保压一定时间后，从而达到灭菌效果。
图4 液态食品超高压灭菌设备工作原理图
3 结语与展望
超高压技术与热加工相比能够在几乎加工时间相同的情况下最大限度地将食品中蛋白质、维生素等营养物质保留下来。但超高压技术仍存在着许多的不足之处，如超高压设备的生产费用昂贵、产能不高、能耗高、缺乏相关标准规范超高压食品加工指标、超高压设备技术难度相对较高等问题。相比于国外，我国对于超高压的技术的开发和应用仍处在起步阶段，受超高压设备体积较大、压力强度要求高等局限性，大部分研究仍停留在理论实验阶段。因此，优化超高压设备结构装置、提高生产效率、降低设备生产成本，是未来超高压设备服务于食品工业优质发展的必经之路。
