摘要:超高壓技術(shù)是目前食品科學(xué)與工程技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點之一,是一種重要的非熱加工技術(shù),受到廣泛關(guān)注。本文系統(tǒng)整理了1990-2012年國內(nèi)學(xué)者有關(guān)超高壓技術(shù)的1030篇文章和167項專利,總結(jié)了國內(nèi)超高壓技術(shù)20余年發(fā)展歷程以及6個主要研究方向。在此基礎(chǔ)上,分析了國內(nèi)目前研究存在的四大主要問題,提出未來研究的重點和方向,以期為國內(nèi)超高壓技術(shù)的研究與產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用提供參考。
關(guān)鍵詞:超高壓;食品加工;中國
超高壓技術(shù)(Ultra-high Pressure,UHP)或高靜壓技術(shù)(High Hydrostatic Pressure,HHP)是指在室溫或溫和加熱條件下利用100~1000MPa的壓力處理食品,以達到殺菌、鈍酶和加工食品的目的。2001年美國食品藥物管理局(FDA)批準HHP技術(shù)可應(yīng)用于果蔬汁加工。2004年美國農(nóng)業(yè)部食品安全檢驗局(USDA FSIS)批準了HHP 技術(shù)應(yīng)用于即食食品,如熟食肉制品。2009年FDA批準了壓力輔助熱殺菌工藝。目前,隨著消費市場對于新鮮、天然、短貨架期商品的需求不斷增加,HHP以其“最小化加工”的技術(shù)特點,成為應(yīng)對食品市場新需求變化的熱點研究領(lǐng)域。
本文以HHP技術(shù)在食品領(lǐng)域中的應(yīng)用為統(tǒng)計對象,截止時間為2012年,系統(tǒng)分析國內(nèi)學(xué)者對HHP技術(shù)的研究(不涉及國外研究者),綜述了國內(nèi)HHP技術(shù)與裝備的研究現(xiàn)狀與進展。本文統(tǒng)計所依據(jù)的數(shù)據(jù)庫,包括中國知網(wǎng)、萬方數(shù)據(jù)(可下載期刊、學(xué)位論文、中文學(xué)術(shù)會議、專利、法規(guī)全文)、萬方標準數(shù)據(jù)庫、維普中文科技期刊、無公害食品數(shù)據(jù)庫和全文數(shù)據(jù)庫六大中文數(shù)據(jù)庫, 以及Elsevier 全文電子期刊(SD檢索平臺)、西文全文電子期刊導(dǎo)航、ISI Web of Knowledge 系列數(shù)據(jù)庫(SCI等)和Food Science and Technology Abstracts(OVID平臺)四大西文數(shù)據(jù)庫。所統(tǒng)計的內(nèi)容包括綜述文章、研究型文章和專利3部分。
1 我國食品超高壓技術(shù)研究現(xiàn)狀
1.1 我國食品超高壓技術(shù)的發(fā)展歷程
總結(jié)國內(nèi)HHP技術(shù)20余年的發(fā)展歷程,分析HHP技術(shù)的發(fā)展趨勢,如表1所示。
表1 國內(nèi)HHP技術(shù)的發(fā)展歷程
時間 | 主要發(fā)展階段 |
1990—1995 年 | 翻譯介紹日本超高壓技術(shù)的應(yīng)用為主 |
1995—2004 年 | 發(fā)展緩慢,綜述型文章多,研究型文章少。 |
2004—2009 年 | 研究型文章占主導(dǎo);果蔬為主要研究對象,殺菌、提取和改性為主要研究用途;SCI 收錄的文章主 |
2009—2012 年 | 發(fā)展迅速,以果蔬、畜產(chǎn)品、水產(chǎn)品為主要研究對象,殺菌、提取和改性仍為主要研究用途;SCI、EI 收錄文章數(shù)量快速增加,論文質(zhì)量逐步提升。 |
我國關(guān)于食品HHP技術(shù)的報道最早可追溯到1990年。孫國鳳于1990年編譯了1989年《日經(jīng)生物技術(shù)》的文章發(fā)表于《生物技術(shù)通報》上,介紹了日本將超高壓技術(shù)應(yīng)用于食品生產(chǎn)。之后,朱震康于1991年編譯了1989年發(fā)表于日刊《罐頭時報》的文章《日開發(fā)超高壓下制作魚糕的新技術(shù)》;盧湘光于1992年編譯了1991年發(fā)表于《日本釀造協(xié)會雜志》的文章《磁力殺菌系統(tǒng)在釀造業(yè)中的應(yīng)用》,該文在介紹食品領(lǐng)域的殺菌方式時提到超高壓殺菌;《食品工業(yè)》則在1992 年第2期刊載的《新產(chǎn)品集錦》中,原引《日本經(jīng)濟新聞》上的文章, 詳細介紹了日本明治屋食品公司成功利用HHP技術(shù)取代熱處理生產(chǎn)的果醬、果汁、果凍等以及HHP技術(shù)在雞蛋保鮮和魚制品解凍方面的試驗研究。上述4篇編譯文未真正涉及HHP技術(shù)內(nèi)容。直到1993年李勇和楊占龍、李里特等才率先系統(tǒng)地綜述了HHP技術(shù)的原理、特點、局限性和應(yīng)用前景。由此,拉開了國內(nèi)學(xué)者HHP技術(shù)研究的序幕
1995年原兵器部52研究所張玉誠、張福長等研制了國內(nèi)第1臺HHP 食品加工設(shè)備(600MPa,15L),為國內(nèi)學(xué)者開展HHP技術(shù)研究創(chuàng)造了條件。同年,黑龍江商學(xué)院葉懷義教授等在國內(nèi)首次發(fā)表HHP技術(shù)對過氧化物酶影響的文章;張玉誠等研究了HHP對西瓜汁的殺菌效果,該文未交待處理壓力、保壓時間等重要參數(shù);1996年李汴生等研究了HHP處理對豆?jié){感官性狀和流變特性的影響,而張宏康等研究了HHP對大豆分離蛋白凝膠的影響。
自此之后,歷經(jīng)2004年和2009年兩個重要發(fā)展節(jié)點,國內(nèi)應(yīng)用HHP技術(shù)進行食品加工的研究逐步發(fā)展起來,專利和文章數(shù)量逐年增加(圖1)。2004年以前,國內(nèi)HHP研究僅限于少數(shù)院校,不僅文章數(shù)量較少,缺少高水平SCI收錄文章,而且綜述文章占76.9%。2004 年,研究型文章數(shù)量首次超過綜述文章。2004-2009年5年間,發(fā)展速度相對緩慢,雖有12篇SCI收錄文章,涉及HHP殺菌、提取和對番茄紅素穩(wěn)定性影響3個方面,但主要為HHP殺菌效果的研究。
2009年,由美國食品科學(xué)技術(shù)學(xué)會食品非熱加工分會、歐盟食品科學(xué)技術(shù)學(xué)會和中國食品科學(xué)技術(shù)學(xué)會共同舉辦的第19屆“國際食品非熱加工技術(shù)研討會”在北京召開,成為我國HHP技術(shù)發(fā)展研究的重要轉(zhuǎn)折。此次大會的勝利召開,推動了國內(nèi)學(xué)者對于HHP等非熱加工技術(shù)與裝備的研究。2009-2012年期間發(fā)表的研究型文章占總數(shù)的57.2%,其中SCI收錄30篇,涉及HHP在水果、蔬菜、乳品、肉品中的應(yīng)用研究以及HHP提取、改性、滅活病毒等。
1.2 我國食品超高壓技術(shù)的研究方向
將研究型文章按照HHP處理對象和用途不同進行分類,兩種分類方式的文章互不重復(fù),各部分所占比例如圖2所示。有關(guān)HHP處理果蔬的研究比重最大,占25.2%,主要包括草莓、哈密瓜梨、西瓜的鮮榨汁殺菌。除殺菌外,HHP技術(shù)研究的另一領(lǐng)域集中在提取和改性兩方面,占到研究型文章總數(shù)的30.2%,且SCI、EI收錄的文章也占有很高的比例。
對研究型文章在上述分類基礎(chǔ)上進一步匯總分析,我國食品HHP技術(shù)的研究基本可以分為以下6個方面:
1) HHP的殺菌效果及相關(guān)的基礎(chǔ)研究
國內(nèi)HHP 技術(shù)研究的目標微生物可分為4類:①非芽孢菌,如大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、單核增生李斯特菌、副溶血性弧菌;②芽孢菌,如枯草芽孢桿菌及芽孢、蠟樣芽孢桿菌及芽孢、凝結(jié)芽孢桿菌、嗜熱脂肪芽孢桿菌及芽孢、肉毒梭狀芽胞桿菌芽孢;③真菌,如霉菌、酵母菌;④病毒,如嗜熱鏈球菌噬菌體、諾瓦克病毒等。其中,對于芽孢菌的研究目前多采用溫壓協(xié)同處理。
國內(nèi)HHP 技術(shù)研究的目標微生物可分為4類:①非芽孢菌,如大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、單核增生李斯特菌、副溶血性弧菌;②芽孢菌,如枯草芽孢桿菌及芽孢、蠟樣芽孢桿菌及芽孢、凝結(jié)芽孢桿菌、嗜熱脂肪芽孢桿菌及芽孢、肉毒梭狀芽胞桿菌芽孢;③真菌,如霉菌、酵母菌;④病毒,如嗜熱鏈球菌噬菌體、諾瓦克病毒等。其中,對于芽孢菌的研究目前多采用溫壓協(xié)同處理。
從研究內(nèi)容分,主要研究了HHP處理、其他因素(熱、微熱、溶菌酶、溶解二氧化碳、乳酸鏈球菌素、茶多酚)協(xié)同HHP處理的殺菌效果,以及壓致升溫對芽孢的影響;從研究體系的酸堿性分,研究了中性體系下細菌致死機理,低酸性食品中耐壓菌的動力學(xué)模型,不同pH體系下的殺菌效果。
2) HHP對酶活性與結(jié)構(gòu)影響研究
國內(nèi)HHP 對內(nèi)源酶的研究主要包括對酶活性和構(gòu)象的影響。重點以果蔬內(nèi)源酶多酚氧化酶(polyphenol oxidase,PPO)、過氧化物酶(peroxidase,POD)、果膠甲酯酶(pectin methyl esterase, PME)、脂肪氧合酶lipoxygenase LOX)為主。與國外研究相比,酶種類較少。國外研究還包括多聚半乳糖醛酸酶、木瓜蛋白酶、α-淀粉酶、葉綠素酶、蒜氨酸酶、胱氨酸裂解酶、黑芥子硫苷酸酶等。
國內(nèi)HHP 對內(nèi)源酶的研究主要包括對酶活性和構(gòu)象的影響。重點以果蔬內(nèi)源酶多酚氧化酶(polyphenol oxidase,PPO)、過氧化物酶(peroxidase,POD)、果膠甲酯酶(pectin methyl esterase, PME)、脂肪氧合酶lipoxygenase LOX)為主。與國外研究相比,酶種類較少。國外研究還包括多聚半乳糖醛酸酶、木瓜蛋白酶、α-淀粉酶、葉綠素酶、蒜氨酸酶、胱氨酸裂解酶、黑芥子硫苷酸酶等。
3) HHP對食品品質(zhì)影響研究
HHP處理的研究對象包括果蔬、畜產(chǎn)品(肉品、乳品、蛋品)、水產(chǎn)品、調(diào)味品、酒、茶葉和煙草。
果蔬類研究比例位居第一,其包括果蔬汁、鮮切果蔬、果蔬罐頭、果漿果泥、果蔬整果、醬/鹽腌制果蔬,重點是對色澤、香氣、質(zhì)構(gòu)和營養(yǎng)特性的影響;第二是肉制品,包括雞肉、牛肉、鴨肉、鵝肉、羊肉、豬肉、馬鹿肉、梅花鹿肉等,重點是對凝膠品質(zhì)的影響、對肉的嫩化作用;第三是水產(chǎn)品,包括縊蟶、毛蚶、貽貝、腌制泥螺、海參、牡蠣、蝦、秘魯魷魚、魚肉、魚糜、魚籽、腌制魚等,重點是對魚糜凝膠性質(zhì)的影響、脫殼工藝;第四是乳品,包括豆?jié){、牛初乳、脫脂牛乳、酸乳、牛乳清蛋白、奶粉、Feta奶酪等,重點是對感官特性、凝膠特性和乳中游離氨基酸、酪蛋白、鈣離子等成分的影響;第五是蛋品類,包括蛋液、蛋黃醬、蛋黃,以蛋黃醬流變特性和高壓蛋白質(zhì)變性凝固作用為主;第六是調(diào)味品,如香醋、醬料、醬油、涮肉調(diào)料,以熟化工藝為主;第七是酒,如白酒、黃酒、啤酒、葡萄酒以及果酒,以熟化工藝優(yōu)化和對香氣的影響為主;第八是煙草與茶葉,如烤煙葉片、茶鮮葉、紅碎茶、普洱生茶、武夷凍茶、綠茶汁,以對香氣成分影響為主。
4) HHP輔助提取食品組分研究
HHP提取所涉及的食品組分種類包括蛋白質(zhì)、多酚、多糖、色素、黃酮、有機苷、有機酸、有機醛、油脂以及其他功能性成分。
其中,蛋白質(zhì)類包括大米蛋白、豬皮膠原蛋白、魚皮明膠、豬皮明膠、云芝菌絲體中活性肽、胸腺肽等;多酚類包括虎杖白藜蘆醇、茶多酚、花生殼多酚、牛蒡葉多酚、蘋果多酚、石榴皮多酚、柿葉單寧、五味子總酚;多糖類包括北蟲草多糖、黃芪多糖、靈芝孢子多糖、龍眼果皮多糖和木質(zhì)素、馬齒莧多糖、桑葉多糖、庫爾勒香梨多糖、香菇多糖、朝鮮淫羊藿多糖、牛蒡菊糖、柚子皮果膠等;黃酮類包括白花蛇舌草黃酮和對香豆酸、刺五加葉中總黃酮、蜂膠黃酮、葛根異黃酮、紅景天總黃酮、槐花黃酮、黃芩黃酮、金銀花總黃酮、苦苣黃酮、苦蕎黃酮、蘋果渣中總黃酮、老鷹茶總黃酮、桑葉黃酮、山楂葉/果黃酮、柿葉黃酮、枇杷葉總黃酮、淫羊藿總黃酮、水飛薊素等;有機酸類包括綠原酸、甘草酸、熊果酸、齊墩果酸、槲皮素等。
5) HHP對食品組分進行改性研究
HHP主要應(yīng)用于對食品組分中蛋白質(zhì)和淀粉等大分子的改性,還包含少數(shù)其他物質(zhì),如大豆膳食纖維、紅薯渣膳食纖維、小麥麩皮、β-環(huán)糊精等。采用HHP進行蛋白質(zhì)改性,包括大豆豆球蛋白/球蛋白/分離蛋白/鐵蛋白、甘薯蛋白、花生分離蛋白、小麥蛋白、麥醇溶蛋白/麥谷蛋白、小麥胚芽蛋白、鷹嘴豆分離蛋白、蕓豆分離蛋白、鹽溶性蛋白質(zhì)凝、兔子肌球蛋白,主要研究內(nèi)容是對蛋白質(zhì)構(gòu)象以及對溶解性、起泡性、乳化性、凝膠性、水解物活性5種性質(zhì)的影響。采用HHP進行淀粉改性,包括大米淀粉、葛根淀粉、綠豆淀粉、馬鈴薯/脫脂馬鈴薯/改性馬鈴薯淀粉、木薯淀粉、蕎麥淀粉、小麥淀粉、玉米/酸解玉米/糯玉米淀粉,主要研究內(nèi)容是對淀粉結(jié)晶結(jié)構(gòu)以及對淀粉糊化性、回生性、溶液性3種性質(zhì)的影響。
6) HHP用于誘變育種研究
HHP誘變育種應(yīng)用中涉及的菌種,與食品工業(yè)相關(guān)的相對較少。最早是用于篩選高產(chǎn)靈芝漆酶合成的誘變菌株,發(fā)展至今還包括β-胡蘿卜素合成紅酵母菌株、凝乳酶合成霉菌菌株、啤酒酵母菌株。HHP 處理壓力一般小于400MPa,保壓時間10~50min。
1.3 我國食品超高壓技術(shù)的主要研究單位
隨著國內(nèi)近幾年非熱加工技術(shù)的發(fā)展,從事其研究的機構(gòu)與企業(yè)多達60余家,涉及的研究者數(shù)目眾多。綜合考慮文章數(shù)量和質(zhì)量,各具代表性的研究領(lǐng)域和成果集中在20家左右(表2)。許多機構(gòu)還成立了相關(guān)的實驗室或研究中心,如2005年中國農(nóng)業(yè)大學(xué)建立了食品非熱加工技術(shù)實驗室,2006年江蘇大學(xué)成立了食品高壓技術(shù)研究中心。從事HHP裝備開發(fā)的企業(yè),主要有包頭科發(fā)高壓科技有限責(zé)任公司、天津華泰森淼生物工程技術(shù)有限公司、溫州濱一機械科技有限公司、上海順優(yōu)超高壓機械設(shè)備有限公司、北京速原中天科技股份公司。
1.4 我國食品超高壓技術(shù)申請專利
截止2012年,全國有關(guān)超高壓相關(guān)的授權(quán)專利達到738件, 其中2007-2012年每年平均為103件(圖1),這與發(fā)表的論文數(shù)量大致吻合。申請時間集中在2007年以后,2007年以前申請數(shù)量只占總比的16.4%。2012年國內(nèi)共申報了112項HHP技術(shù)相關(guān)的專利,內(nèi)容涉及HHP 裝備與技術(shù)。
關(guān)于HHP裝備的專利共26項,包括設(shè)備整體研制、設(shè)備部件研制以及與設(shè)備相關(guān)的輔助設(shè)施開發(fā)。設(shè)備整體研制,如小型框架自動式HHP設(shè)備、手動開啟式小型HHP設(shè)備、快裝快拆小型HHP設(shè)備;設(shè)備部件研制,如加壓裝置、壓力艙、卸壓機構(gòu)、液壓控制系統(tǒng);輔助設(shè)施,如控制室、物料框、操作鍵盤等。
HHP技術(shù)應(yīng)用的專利共141項, 主要包括HHP 處理水果、蔬菜、水產(chǎn)品、肉品、乳品以及HHP提取和改性。其中研究最多的是應(yīng)用HHP技術(shù)進行果蔬加工,占25.7%,產(chǎn)品種類包括果蔬汁、果蔬罐頭、果脯、果酒、腌制蔬菜。其次是HHP技術(shù)進行水產(chǎn)品保鮮和脫殼,占16.8%,前者主要包括海參類、魚類、蝦類、貝類,以海參類為最多;后者主要包括蝦類和貝類。第三是應(yīng)用HHP技術(shù)提取食品組分,占15.6%,重點是提取生物活性成分,包括從大米碎米中提取慢消化淀粉,從豆渣中提取大豆膳食纖維,從果皮渣中提取果膠等。
表2 國內(nèi)HHP技術(shù)的主要研究機構(gòu)
序號 | 研究機構(gòu) | 主要研究者 | 主要研究領(lǐng)域 |
1 | 中國農(nóng)業(yè)大學(xué) | 廖小軍等 | 果蔬、提取、改性 |
2 | 鄭州輕工業(yè)大學(xué) | 趙光遠等 | 果蔬、提取、改性 |
3 | 華南理工大學(xué) | 李汴生等 | 殺菌鈍酶、水果、乳品 |
4 | 江南大學(xué) | 江波等 | 水產(chǎn)品、蔬菜、殺菌鈍酶 |
5 | 吉林大學(xué) | 張守勤等 | 提取 |
6 | 合肥工業(yè)大學(xué) | 潘見等 | 肉品、水果 |
7 | 華南農(nóng)業(yè)大學(xué) | 楊公明等 | 水果、乳品 |
8 | 西北農(nóng)林科技大學(xué) | 段旭昌等 | 誘變育種 |
9 | 南京農(nóng)業(yè)大學(xué) | 江漢湖等 | 肉品、殺菌鈍酶 |
10 | 大連理工大學(xué) | 夏遠景等 | 水產(chǎn)品 |
11 | 南京財經(jīng)大學(xué) | 高瑀瓏 | 殺菌鈍酶 |
12 | 渤海大學(xué) | 勵建榮等 | 水產(chǎn)品、提取 |
13 | 中國海洋大學(xué) | 薛長湖等 | 水產(chǎn)品 |
14 | 江蘇大學(xué) | 馬永昆等 | 果蔬 |
15 | 浙江大學(xué) | 朱松明等 | 水產(chǎn)品 |
16 | 內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué) | 格日勒圖等 | 乳品、肉品 |
注:* 排序時綜合考量SCI收錄文章數(shù)量和發(fā)表文章總數(shù)。
2 我國食品超高壓技術(shù)研究中存在的問題
從前面分析可知,我國從事HHP技術(shù)研究的人員日益增加,在HHP 領(lǐng)域發(fā)表的文章數(shù)量和申請的專利也不斷增加,取得了較大進步。由于我國有關(guān)HHP的研究起步晚,與美國、德國、澳大利亞、比利時、西班牙和日本等HHP技術(shù)研究強國相比,仍存在較大的差距,具體體現(xiàn)在以下4個方面:
1) 基礎(chǔ)研究不夠深入,科學(xué)問題沒有凝練
國內(nèi)HHP 研究多停留在對技術(shù)應(yīng)用的開發(fā)層面,缺乏機理性研究。例如,對于HHP機理的研究主要包括分析殺菌、鈍酶效果,通過已有建立的數(shù)學(xué)模型來解釋殺菌、鈍酶動力學(xué),闡釋殺菌、鈍酶機理3個方面。目前國內(nèi)HHP技術(shù)主要集中在工藝優(yōu)化(處理壓力和保壓時間)基礎(chǔ)上的殺菌、鈍酶效果?,F(xiàn)有的動力學(xué)研究以模型擬合分析為研究重點,缺少對動力學(xué)預(yù)測模型的驗證。尚未有從細胞水平、分子水平和基因水平對HHP殺菌機理進行的研究,也沒有深入探究HHP對酶分子蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的影響。再如,HHP提取生物活性成分方面,沒有凝練關(guān)鍵問題,研究的重點是提取對象,而沒有提取機制的研究。
國內(nèi)HHP 研究多停留在對技術(shù)應(yīng)用的開發(fā)層面,缺乏機理性研究。例如,對于HHP機理的研究主要包括分析殺菌、鈍酶效果,通過已有建立的數(shù)學(xué)模型來解釋殺菌、鈍酶動力學(xué),闡釋殺菌、鈍酶機理3個方面。目前國內(nèi)HHP技術(shù)主要集中在工藝優(yōu)化(處理壓力和保壓時間)基礎(chǔ)上的殺菌、鈍酶效果?,F(xiàn)有的動力學(xué)研究以模型擬合分析為研究重點,缺少對動力學(xué)預(yù)測模型的驗證。尚未有從細胞水平、分子水平和基因水平對HHP殺菌機理進行的研究,也沒有深入探究HHP對酶分子蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的影響。再如,HHP提取生物活性成分方面,沒有凝練關(guān)鍵問題,研究的重點是提取對象,而沒有提取機制的研究。
2) HHP裝備穩(wěn)定性差,實時溫度檢測缺乏
我國HHP裝備的研究起步較晚,與國外設(shè)備相比,在設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計、性能和配置方面存在較大的差距。另外,由于HHP裝備本身需要極大的抗壓力,對設(shè)備和密封件的材質(zhì)要求非常高,設(shè)備使用過程中容易出現(xiàn)裂痕、破損和密封性降低等問題。上述原因?qū)е聡鴥?nèi)HHP設(shè)備的穩(wěn)定性較差,直接表現(xiàn)為升泄壓速率、壓致升溫幅度的變動以及實際壓力與預(yù)設(shè)壓力的差異等。
同時,由于國內(nèi)耐壓型熱電耦與HHP處理釜的匹配與密封技術(shù)尚不完善,設(shè)備普遍沒有解決溫度實時在線監(jiān)測問題, 在研究過程中只能實時監(jiān)測壓力。事實上,HHP處理過程中,處理介質(zhì)和食品物料經(jīng)歷了一定的溫度變化。以水做介質(zhì)為例,壓力每升高100MPa,介質(zhì)溫度升高3℃,即如果采用常溫、600MPa壓力,那么絕熱情況下處理后物料和介質(zhì)的溫度超過40℃;而用蓖麻油、丙二醇等做介質(zhì),升溫幅度大。鑒于HHP設(shè)備的客觀條件,國內(nèi)有關(guān)研究對處理參數(shù)和傳熱條件、溫度分布參數(shù)往往交代不全面,導(dǎo)致HHP研究的方法和結(jié)果重復(fù)性差。
3) 低水平跟蹤研究多,工藝技術(shù)開發(fā)為主
從文章數(shù)量來分析,國內(nèi)HHP研究涉及范圍較廣,以低水平的跟蹤研究居多,集中在工藝技術(shù)的開發(fā)上。其中一種單純的通過處理對象的改變實現(xiàn)“創(chuàng)新”,以工藝優(yōu)化為研究內(nèi)容,暴露出試驗的盲目性和低端模仿性,缺少科學(xué)合理的研究思路和目標。另一種是在研究影響HHP技術(shù)處理效果的因素時,以目前國內(nèi)研究最多的HHP處理果蔬和HHP提取為例,它們分別占研究型文章總數(shù)的25.2%和15.7%。國內(nèi)HHP處理果蔬殺菌、鈍酶效果的研究集中在常規(guī)處理壓力和保壓時間方面,而針對升泄壓速率、壓致升溫效應(yīng)和傳壓介質(zhì)類別等對殺菌、鈍酶效果有很大影響的因素,缺少相關(guān)研究。HHP技術(shù)在提取領(lǐng)域的應(yīng)用,基本上都停留在提取工藝的優(yōu)化方面, 除少數(shù)研究會綜合參考提取率和所提取目標成分的品質(zhì)和生物活性外,大多數(shù)研究僅以提取率為評價指標;而對于影響加工特性和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的因素:對提取產(chǎn)物的進一步分離純化和定性定量分析,相對缺乏。
4) 沒有建立合作機制,同行學(xué)術(shù)交流較少
與國外相比,我國HHP研究機構(gòu)和研究人員比較龐大,采購HHP設(shè)備的單位不少,且往往各自開展研究,缺乏合作和交流的平臺,相關(guān)信息交流不多。為了促進HHP技術(shù)的交流,美國食品科學(xué)技術(shù)學(xué)會建立了食品非熱加工分會,在每年年會上專門有非熱加工專題;日本建立了“高壓學(xué)會”,每年都有“超高壓生物和食品”的學(xué)術(shù)會議,定期舉辦“國際超高壓生物和食品科學(xué)技術(shù)年會”,出版大量的專業(yè)書籍。
3 HHP研究預(yù)測
基于我國HHP研究的現(xiàn)狀, 對未來HHP研究分析如下:
1) 我國食品超高壓技術(shù)的研究層次由淺入深
HHP研究層次應(yīng)由跟蹤研究、工藝開發(fā),向動力學(xué)分析、機理探究轉(zhuǎn)變。例如,不同微生物及不同內(nèi)源酶對HHP的敏感性不同。目標菌和目標酶(或指示酶)的確定是未來HHP技術(shù)研究的熱點和難點。HHP殺菌、鈍酶動力學(xué)分析是解決上述問題的有效手段,而預(yù)測模型的分析與驗證是HHP動力學(xué)分析的重要方法。未來國內(nèi)HHP研究需要建立科學(xué)合理的數(shù)學(xué)模型來解釋殺菌、鈍酶不同的動力學(xué)過程。
再如,HHP機理深入而系統(tǒng)的闡釋,能夠為HHP技術(shù)的應(yīng)用提供理論依據(jù)。關(guān)于殺菌機理,目前國際上關(guān)于HHP技術(shù)殺菌機理的研究正在從細胞水平向分子水平和基因水平深入,在研究細胞形態(tài)與結(jié)構(gòu)變化、細胞代謝內(nèi)源關(guān)鍵酶鈍化的同時,深入到細胞遺傳物質(zhì)DNA損傷以及基因表達變化的研究,組學(xué)技術(shù)得以應(yīng)用。此外,芽孢鈍化動力學(xué)和機理與營養(yǎng)體是不同的。芽孢在溫和溫度下能耐受1000MPa以上壓力,HHP鈍化芽孢的動力學(xué)和機理研究成為HHP殺菌領(lǐng)域的一個重要方面。關(guān)于鈍酶機理,目前有關(guān)HHP激活與鈍酶機理的研究相對殺菌機理要少得多,主要包括對酶蛋白基本性質(zhì),如濁度、粒度、等電點的變化,對酶蛋白活性部位以及輔因子結(jié)構(gòu)等的影響。關(guān)于品質(zhì)變化機理,HHP處理不會破壞共價鍵,能較好地保持產(chǎn)品品質(zhì)的正面報道很多。在該處理過程中,一些品質(zhì)劣變也伴隨發(fā)生。例如HHP處理酶活性不能完全鈍化,貯藏過程中的酶促反應(yīng)引起品質(zhì)劣變;HHP處理禽類制品導(dǎo)致蛋白質(zhì)變性,引起食品成分的功能和感官品質(zhì)下降。未來研究中,品質(zhì)變化分子機理的研究也是重點。
2) 我國食品超高壓技術(shù)的研究向多元化延伸
未來國內(nèi)HHP技術(shù)的研究和應(yīng)用將越來越多元化,創(chuàng)新研究將更加豐富。一方面,HHP研究領(lǐng)域不斷開拓和深入。除HHP殺菌鈍酶、提取食品組分、改性食品組分(蛋白質(zhì)和淀粉)外,未來HHP技術(shù)向更廣闊的領(lǐng)域延伸。比如,利用HHP技術(shù)進行更多大分子修飾或改性,改良食品品質(zhì)和風(fēng)味,提高其功能特性。除了肉的嫩化、淀粉的糊化、蛋白質(zhì)的凝膠性等HHP改性領(lǐng)域外,還可以應(yīng)用于葡萄柚汁等食品的去苦,大蒜等食品的脫臭,奶粉、大米、大豆等食品的脫敏,玉米等儲藏糧食的脫毒,高附加值功能食品的開發(fā)等。再如,利用HHP技術(shù)激活某些在常壓下受抑制的酶,應(yīng)用于發(fā)酵和腌漬食品的熟化或陳化處理;或利用HHP技術(shù)鈍化酶活,通過控制(或中斷)酶反應(yīng)的進程,生產(chǎn)特定的目標物質(zhì)。其他可能的應(yīng)用,還包括利用HHP技術(shù)進行高壓速凍和高壓解凍,提高凍藏食品品質(zhì);利用HHP技術(shù)人工制備模擬深海泉水的高壓水,將其應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)糜類肉制品中;利用HHP技術(shù)有效降解殘留的農(nóng)藥,例如蘋果汁中的擬除蟲菊酯類、氨基甲酸酯類、有機磷類等。另一方面,HHP技術(shù)與其他因素的協(xié)同處理研究會越來越多。比如,抗菌肽結(jié)合HHP處理提高殺菌效果(主要在乳制品工業(yè)),溫壓結(jié)合技術(shù)有效提高芽孢致死率。與HHP技術(shù)相匹配的其他技術(shù)還有超濾、滲透脫水、干燥、超聲波、二氧化碳和氬氣、交流電、電離輻照等。
3) 我國食品超高壓技術(shù)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用不斷推進
未來,國內(nèi)HHP技術(shù)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的推進,除了取決于HHP技術(shù)開發(fā)和機理研究外,還依賴于裝備研制、包材研發(fā)、產(chǎn)品安全性評價、HHP食品標準制訂等與HHP技術(shù)相匹配的輔助技術(shù)的不斷進步。
研制具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的、規(guī)?;悄蹾HP裝備是實現(xiàn)HHP產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵。未來,提高設(shè)備密封性、穩(wěn)定性和安全性以及解決溫度實時監(jiān)測是裝備研制的重中之重。此外,確保HHP產(chǎn)品的安全性是推進HHP技術(shù)商業(yè)化應(yīng)用的必要條件。建立健全國內(nèi)HHP技術(shù)的安全性評價體系,包括分析和評價HHP 技術(shù)能否達到降低致病菌5個對數(shù)的效果,處理過程中包裝材料中的揮發(fā)性有機物質(zhì)是否會向食物中擴散, 處理過程是否有食品組分變性導(dǎo)致新的物質(zhì)產(chǎn)生以及這些變化或物質(zhì)是否會給人類帶來安全威脅等一系列的問題。HHP技術(shù)已在美國、加拿大、法國、德國。西班牙、日本和韓國等先后通過食品安全評價。以美國為例,HHP技術(shù)已獲準在生蠔、果凍和果醬、果汁、流質(zhì)沙拉醬、生魷魚、米餅、鵝肝醬、火腿和鱷梨醬等領(lǐng)域進行商業(yè)應(yīng)用。