趙宏強(qiáng),藍(lán)蔚青,張皖君,肖 蕾,謝 晶

(上海海洋大學(xué)食品學(xué)院 上海水產(chǎn)品加工及貯藏工程技術(shù)研究中心,上海 201306)

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超高壓技術(shù)在水產(chǎn)品殺菌保鮮中的研究進(jìn)展

趙宏強(qiáng),藍(lán)蔚青*,張皖君,肖 蕾,謝 晶*

(上海海洋大學(xué)食品學(xué)院 上海水產(chǎn)品加工及貯藏工程技術(shù)研究中心,上海 201306)

超高壓作為冷處理加工技術(shù)之一,在水產(chǎn)品殺菌保鮮方面作用效果顯著。本文主要介紹了超高壓技術(shù)的工作原理與殺菌保鮮特點(diǎn),詳細(xì)闡述了該處理技術(shù)在水產(chǎn)品加工過程中的應(yīng)用和對(duì)微生物的作用機(jī)制,并提出改進(jìn)意見,還對(duì)其在水產(chǎn)品中的應(yīng)用前景進(jìn)行展望。

超高壓,水產(chǎn)品保鮮,作用機(jī)制

水產(chǎn)品由于其營養(yǎng)豐富,味道鮮美,因而深受廣大消費(fèi)者喜愛。然而其自身水分與可溶性蛋白含量高,易在流通運(yùn)輸與貯藏期間發(fā)生變質(zhì)腐敗,損失嚴(yán)重。因此,采取相應(yīng)措施進(jìn)行水產(chǎn)品的前處理,延長其流通貨架期至關(guān)重要[1]。

超高壓(Ultra High Pressure,UHP)是冷處理技術(shù)中的一種,該技術(shù)從1899年發(fā)展至今已有一百多年的歷史,其主要通過把食品物料放入100～1000 MPa高壓下處理,達(dá)到殺菌保鮮的目的[2]。Bridgman研究發(fā)現(xiàn),超高壓處理能使微生物體內(nèi)的蛋白質(zhì)凝固及相關(guān)酶失活,導(dǎo)致菌體死亡[3]。近年來,超高壓技術(shù)在食品尤其是水產(chǎn)品領(lǐng)域中發(fā)展迅速,其處理方式也受到業(yè)界人士的重視。相較于傳統(tǒng)的熱加工處理方法,超高壓技術(shù)具有滅菌均勻﹑瞬時(shí)高效等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí),其處理食品等物料的過程屬物理變化,對(duì)環(huán)境等無不良影響,為環(huán)保無污染的加工過程。經(jīng)超高壓處理后的食品,能最大限度保持食品原有的營養(yǎng)成分,易被人體吸收[4]。相關(guān)研究顯示,不同的保壓溫度、保壓時(shí)間及壓力大小都會(huì)對(duì)其作用效果有直接影響。溫度越高,殺菌作用越明顯,超高壓處理無論任何溫度條件下,都可改善微生物對(duì)壓力的敏感性,即便在較低的壓力下都能取得較好效果[5]。在合適的壓力條件,超高壓處理對(duì)食品物料的加壓大小與殺菌保鮮效果成正比,壓力越高,殺菌保鮮效果越顯著,在一定的保壓溫度與壓力條件下,適當(dāng)延長保壓時(shí)間有助于殺菌[6]。

超高壓技術(shù)在國外發(fā)展較早,也有部分涉及水產(chǎn)品研究領(lǐng)域。其中,Fidalgo等[7]對(duì)大西洋鯖魚進(jìn)行不同壓力與保壓時(shí)間處理,發(fā)現(xiàn)其能使魚體中的酸性磷酸酶,脂肪酶和組織蛋白酶等關(guān)鍵酶的活性受到不同程度抑制。同時(shí),也有超高壓對(duì)細(xì)菌作用的報(bào)道。如Alexandros等[8]利用超高壓技術(shù)開展對(duì)單增李斯特菌的作用研究。近年來,我國逐漸開始進(jìn)行超高壓技術(shù)應(yīng)用于水產(chǎn)品殺菌保鮮方面研究。付強(qiáng)等[9]研究超高壓處理對(duì)鰱魚糜品質(zhì)變化的影響。此外,還有學(xué)者將柵欄技術(shù)與其它保鮮方式相結(jié)合應(yīng)用于水產(chǎn)品。蔡路昀等[10]研究了6-姜酚協(xié)同超高壓處理對(duì)花鱸揮發(fā)性成分的影響,并對(duì)魚肉的揮發(fā)性物質(zhì)中的醇、醛、酮、酸、酯、烴、芳香族和含氮化合物等進(jìn)行分析。本文在介紹超高壓技術(shù)工作原理的基礎(chǔ)上,主要通過對(duì)技術(shù)在水產(chǎn)品殺菌保鮮領(lǐng)域中的應(yīng)用進(jìn)行闡述,提出相應(yīng)改進(jìn)建議,并對(duì)其發(fā)展前景進(jìn)行展望,以期為水產(chǎn)品保鮮應(yīng)用研究提供理論參考。

1 超高壓技術(shù)工作原理

超高壓處理主要以水或油類等物質(zhì)作為流體媒介進(jìn)行加壓處理,其通過高壓處理影響微生物細(xì)胞膜、核糖體與酶的生物活性,對(duì)微生物的機(jī)理功能造成阻礙,繼而導(dǎo)致菌體死亡[11]?，F(xiàn)有研究通過壓力阻力與膜流動(dòng)性關(guān)系證實(shí),超高壓能使菌體細(xì)胞膜中可流動(dòng)的磷脂雙分子層變成緊密的凝膠狀態(tài),使細(xì)胞膜產(chǎn)生不可逆破壞,繼而導(dǎo)致菌體死亡[12]。還有研究指出,在壓力作用下,細(xì)胞膜的磷脂雙分子層結(jié)構(gòu)因壓力的影響而收縮,使其細(xì)胞膜的通透性改變及阻礙其氨基酸的攝入。20～40 MPa的高壓處理,能使菌體細(xì)胞壁造成機(jī)械性斷裂而變得松懈,當(dāng)壓力達(dá)200 MPa時(shí),可能會(huì)因細(xì)胞壁遭到破壞而導(dǎo)致微生物死亡[13]。由于超高壓僅對(duì)高分子共價(jià)鍵中的氫鍵、離子鍵與鹽鍵等非共價(jià)鍵產(chǎn)生破壞,對(duì)共價(jià)鍵影響很小,因而能較好保持食品原有的營養(yǎng)與風(fēng)味[4]。

2 超高壓技術(shù)在水產(chǎn)品殺菌保鮮中的應(yīng)用

超高壓處理能影響微生物的內(nèi)部結(jié)構(gòu),對(duì)其內(nèi)源酶活性產(chǎn)生抑制,從而有效殺滅水產(chǎn)品中對(duì)消費(fèi)者安全不利的微生物,使其貨架期得到相應(yīng)延長。

2.1 超高壓技術(shù)在水產(chǎn)品保鮮加工中的應(yīng)用

2.1.1 對(duì)水產(chǎn)品加工過程品質(zhì)影響研究 相關(guān)研究顯示,適當(dāng)?shù)某邏禾幚砟芤种扑a(chǎn)品中揮發(fā)性鹽基氮等含氮類物質(zhì)的升高,延緩其品質(zhì)劣變。Nurul等[14]對(duì)鱈魚分別進(jìn)行200、250與300 MPa的1 min與3 min的超高壓處理,發(fā)現(xiàn)其TVB-N值明顯低于對(duì)照組。Bindu等[15]研究得出隨著壓力的增加,印度白對(duì)蝦的TVB-N值增長緩慢,尤其以600 MPa最顯著。楊茜等[16]結(jié)果發(fā)現(xiàn)290 MPa處理9 min的帶魚段,其TVB-N值低于對(duì)照組,能使其冷藏貨架期達(dá)12 d。馬海建等[17]研究超高壓對(duì)草魚魚肉品質(zhì)影響時(shí)發(fā)現(xiàn),樣品的色差值與壓力大小成正比。當(dāng)壓力高于200 MPa時(shí),L*值和白度顯著升高。秦影等[18]超高壓處理大黃魚的研究中發(fā)現(xiàn),處理后樣品的內(nèi)聚性、彈性與咀嚼性呈下降趨勢(shì)。Bárbara等[19]將鱸魚置于250～400 MPa的壓力與0～30 min的處理時(shí)間,結(jié)果表明高壓處理可使魚片發(fā)白,持水能力下降。徐永霞等[20]研究表明,超高壓處理后的鱸魚,其肉質(zhì)硬度與咀嚼度明顯增加,魚肉白度也同步增長。這都表明超高壓技術(shù)已對(duì)水產(chǎn)品的品質(zhì)改善產(chǎn)生明顯效果。

對(duì)鮑魚、牡蠣等貝類甲殼水產(chǎn)品而言,由于其外層具有保護(hù)殼,因此對(duì)超高壓的敏感度低于魚類。超高壓處理除對(duì)微生物及病毒侵染有一定殺菌效果外,還具有輔助去殼的作用[21]。其中,袁超等[22]在對(duì)去殼鮑魚進(jìn)行超高壓處理后發(fā)現(xiàn),鮑魚經(jīng)400 MPa與500 MPa超高壓處理10 min后,鮑魚體內(nèi)的菌落總數(shù)未超過腐敗限值,在貯藏2 d后仍符合生食標(biāo)準(zhǔn)。易俊潔等[23]研究得出,100 MPa處理3 min與200～300 MPa處理0～3 min,能使鮑魚的脫殼率達(dá)100%。Hsu等[24]研究表明,250 MPa處理2 min或300 MPa 處理0 min條件下,可使牡蠣脫殼率達(dá)100%。孟輝輝等[25]通過超高壓技術(shù)對(duì)毛蚶脫殼與減菌化作用研究中分析得出毛蚶在350～400 MPa的超高壓條件下,其細(xì)菌總數(shù)與壓力大小成正相關(guān)。楊綺云等[26]研究得出當(dāng)壓力超過300 MPa時(shí),蜆貝的閉殼肌與殼完全脫離,繼而達(dá)到脫殼目的。因此,超高壓技術(shù)應(yīng)用在水產(chǎn)品領(lǐng)域,不僅能達(dá)到殺菌保鮮的效果,在處理甲殼類水產(chǎn)品方面效果同樣顯著,有助于產(chǎn)品的脫殼處理。

2.1.2 對(duì)水產(chǎn)品貯藏過程貨架期影響研究 經(jīng)超高壓處理后的水產(chǎn)品,能通過殺菌與鈍酶作用,延長其貯藏貨架期。其中,Nuray等[27]研究發(fā)現(xiàn),3 ℃條件下,250 MPa處理5 min與25 ℃下250 MPa處理10 min,能使鮭魚在2 ℃下的貯藏貨架期達(dá)8周,而對(duì)照組的貨架期僅為6周。Ma等[28]研究得出,經(jīng)293 MPa壓力下處理120 s的太平洋牡蠣,其在5 ℃條件下貨架期可延長至6～8 d,冰藏貨架期則達(dá)16～18 d。Ramirez-Suarez等[29]研究表明,長鰭金槍魚經(jīng)310 MPa處理6 min,4 ℃條件下的貨架期可延長至22 d。Brianna等[30]研究超高壓處理紅鮑魚,結(jié)果顯示300 MPa處理10 min的條件下,可有效延長產(chǎn)品貨架期,且產(chǎn)品的生化感官品質(zhì)不受影響。Paarup等[31]研究發(fā)現(xiàn)400 MPa的處理?xiàng)l件下,可有效延長魷魚貨架期至28 d。Zahra等[32]研究發(fā)現(xiàn)220 MPa壓力下處理30 min,能有效抑制金槍魚體內(nèi)的蛋白質(zhì)水解與脂肪氧化,使其冷藏貨架期延長至9 d。

2.2 超高壓技術(shù)在水產(chǎn)品減菌鈍酶處理中的應(yīng)用

2.2.1 對(duì)水產(chǎn)品加工過程減菌作用研究 超高壓技術(shù)殺菌的基本原理就是通過高壓對(duì)微生物細(xì)胞膜的破壞,抑制酶的活性與DNA等遺傳物質(zhì)的復(fù)制等方法,使微生物失活或致死[33]。由于微生物種類與生長環(huán)境的不同,對(duì)壓力的敏感程度也存在差異。革蘭氏陰性菌的細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)要比陽性菌松散,其肽聚糖的質(zhì)量分?jǐn)?shù)也較少,易在壓力作用下造成細(xì)胞壁的機(jī)械損傷,導(dǎo)致細(xì)菌死亡。因此,革蘭氏陽性菌的壓力耐受性優(yōu)于陰性菌[34]。同時(shí),壓力還會(huì)影響菌體細(xì)胞的內(nèi)部結(jié)構(gòu),0.6 MPa的壓力會(huì)使菌體細(xì)胞內(nèi)的氣體空泡發(fā)生破裂。超高壓處理的壓力大小、保壓時(shí)間與處理溫度都會(huì)對(duì)其殺菌作用產(chǎn)生影響。大丘森[35]研究發(fā)現(xiàn)在25 ℃條件下進(jìn)行超高壓處理,大腸桿菌在200 MPa時(shí)菌數(shù)并未減少,而300 MPa以上超高壓處理后的菌數(shù)與壓力大小正相關(guān)。Chiao-Ping等[36]研究得出在一定保藏時(shí)間內(nèi),壓力值越大,其抑菌效果越顯著。當(dāng)細(xì)胞處于低壓環(huán)境時(shí),其形態(tài)結(jié)構(gòu)只發(fā)生部分改變,不會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞死亡,但當(dāng)壓力超過一定限值時(shí),將會(huì)造成細(xì)胞形態(tài)的不可逆變化[37]。此外,Gou等[38]研究發(fā)現(xiàn),400 MPa,20 min超高壓處理組能使半干魷魚片中的嗜冷菌數(shù)至少降低了4.7個(gè)對(duì)數(shù)值。Juan E等[39]研究得出,4 ℃條件下,超高壓處理能較好抑制嗜冷菌、常溫菌與產(chǎn)硫菌,尤其是希瓦氏菌的生長。450 MPa處理3 min,能使產(chǎn)品的貨架期由6 d延至29 d。Sureerat等[40]在研究超高壓對(duì)微生物影響時(shí)發(fā)現(xiàn),將牡蠣勻漿液在5 ℃條件下250 MPa處理5 min后,副溶血性弧菌數(shù)有所降低。Ye等[41]研究得出,經(jīng)250 MPa以上壓力處理后,能使低溫凍藏15 d的牡蠣中副溶血性弧菌數(shù)明顯下降。Calik等[42]研究發(fā)現(xiàn),345 MPa處理90 s對(duì)牡蠣中副溶血性弧菌作用最明顯,其菌數(shù)達(dá)到未檢出水平。還有研究在不同超高壓之下處理章魚,經(jīng)檢測(cè)其嗜冷菌數(shù)相對(duì)于對(duì)照組分別減少了0.1、0.5、1.3和2.8個(gè)對(duì)數(shù)值[36]。

2.2.2 對(duì)水產(chǎn)品加工過程鈍酶作用研究 超高壓處理過程中,其對(duì)蛋白質(zhì)的影響主要是體現(xiàn)在酶活性與凝膠變性方面。Aimei等[43]研究超高壓處理對(duì)金線魚肉中蛋白質(zhì)的影響發(fā)現(xiàn),超高壓處理能使組織樣品發(fā)生蛋白質(zhì)聚合與肌球蛋白重鏈降解。Liliana[44]對(duì)凍藏大西洋鯖魚進(jìn)行超高壓前處理,結(jié)果得出其組織蛋白酶B與脂肪酶活性隨壓力的增加而降低。Zhu等[45]研究發(fā)現(xiàn),超高壓處理后的金線魚魚糜蛋白質(zhì)結(jié)合能力下降,還對(duì)其二硫鍵的形成產(chǎn)生影響,隨著壓力增大,魚肉更易出現(xiàn)凝膠現(xiàn)象。儀淑敏等[46]在對(duì)金線魚魚肉腸超高壓處理的研究中發(fā)現(xiàn),25 ℃條件下,當(dāng)保壓時(shí)間低于15 min時(shí),凝膠強(qiáng)度會(huì)隨著壓力的增加而增大,而在15～20 min時(shí),隨著壓力的升高,凝膠強(qiáng)度呈先增后減的變化趨勢(shì),且均在300 MPa時(shí)達(dá)到最大值。鄭捷等[47]研究發(fā)現(xiàn)海鱸魚經(jīng)超高壓處理后,魚肉組織結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯變化,300～400 MPa的壓力條件有利于魚肉組織形成良好的三維網(wǎng)狀凝膠。在300 MPa、10 min的超高壓處理?xiàng)l件下,海鱸魚魚肉的肌原纖維蛋白活性巰基及表面疏水基團(tuán)的含量分別增加了61.7%和51.1%。因此,超高壓處理能通過殺菌鈍酶等方式延長水產(chǎn)品的貨架期,從而帶來更大的經(jīng)濟(jì)效益,具有良好的發(fā)展前景。

3 問題與改進(jìn)意見

3.1 存在問題

超高壓技術(shù)發(fā)揮其殺菌作用實(shí)現(xiàn)延長水產(chǎn)品貨架期的同時(shí),也存在著不足之處。由于其處理后可能會(huì)使食品的外觀形態(tài)發(fā)生改變,加上消費(fèi)者對(duì)超高壓技術(shù)了解甚少,可能會(huì)給其帶來困擾。Truong等[48]研究發(fā)現(xiàn),250與300 MPa壓力處理后,澳洲肺魚魚肉的色澤發(fā)生明顯改變,透明度降低,魚肉顏色呈現(xiàn)乳白色,呈現(xiàn)出被煮過的狀態(tài),對(duì)水產(chǎn)品感官有一定的不良影響。同時(shí),由于不同食品物料的處理要求不同,超高壓殺菌處理具有一定局限性,400 MPa的超高壓條件可殺滅革蘭氏陰性菌與酵母菌,革蘭氏陽性菌的殺滅壓力需達(dá)到600 MPa,而一定的保壓時(shí)間結(jié)合600 MPa以上壓力條件才能對(duì)細(xì)菌孢子發(fā)揮作用,且對(duì)設(shè)備的穩(wěn)定性與安全性也有一定要求。此外,超高壓技術(shù)的前期設(shè)備投入較高也影響了該技術(shù)的應(yīng)用推廣。隨著壓力的增大,其對(duì)設(shè)備的穩(wěn)定性與安全性也會(huì)造成影響。因此,確定適宜的壓力條件又能達(dá)到同樣效果的處理方式現(xiàn)已成為科研工作者亟需解決的關(guān)鍵問題。

3.2 改進(jìn)意見

根據(jù)柵欄技術(shù)原理,把不同處理方式綜合利用,將充分發(fā)揮各自的協(xié)同效應(yīng),不僅能增強(qiáng)其作用效果,還能降低使用成本,因此,如果將超高壓與其他保鮮技術(shù)協(xié)同處理水產(chǎn)品,能更大程度發(fā)揮其各自優(yōu)勢(shì),實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目的,還可以降低壓力,消除高壓力帶來的產(chǎn)品外觀等影響。其中,謝晶等[49]研究了超高壓技術(shù)協(xié)同氣調(diào)包裝對(duì)4 ℃冷藏帶魚品質(zhì)的影響,結(jié)果表明,290 MPa處理6 min,結(jié)合60% CO2+15% O2+25% N2與50% CO2+15% O2+35% N2氣調(diào)包裝組可延長帶魚貨架期至21 d。Rode等[50]研究超高壓與氣調(diào)包裝對(duì)5 ℃冷藏魚湯中李斯特菌的抑制效果,以超高壓后真空包裝作為對(duì)照,結(jié)果顯示超高壓協(xié)同氣調(diào)包裝較對(duì)照組對(duì)李斯特菌的抑制效果顯著。Gao等[51]研究了超高壓與Nisin協(xié)同對(duì)梭狀芽孢桿菌的抑制作用。結(jié)果得出,協(xié)同作用可使梭狀芽孢桿菌減少約6個(gè)對(duì)數(shù)值,而Nisin處理組僅減少0.71個(gè)對(duì)數(shù)值。陳淑花等[52]研究發(fā)現(xiàn),超高壓協(xié)同低溫處理能明顯提高黃花魚的品質(zhì),使魚肉質(zhì)地與微觀組織得到改善,殺菌效果也很顯著。Everdilekt等[53]研究得出超高壓協(xié)同薄荷精油處理,能使單增李斯特菌的初始菌數(shù)降至未檢出水平。超高壓與其他保鮮方式的協(xié)同作用,能為水產(chǎn)品的貯藏保鮮與品質(zhì)改善帶來顯著影響,也為超高壓技術(shù)的應(yīng)用推廣提供了理論依據(jù)。

4 結(jié)論

隨著人們生活水平的提高,消費(fèi)者更加關(guān)注食品安全與飲食健康。超高壓處理作為非熱殺菌技術(shù)應(yīng)用于食品領(lǐng)域,以其特有的加工方式且能保持食品原有的營養(yǎng)風(fēng)味,而逐漸受到推崇。同時(shí),超高壓殺菌技術(shù)處理食品屬物理過程,不涉及化學(xué)變化,也不會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生不良影響。然而,超高壓技術(shù)在其優(yōu)越性日益凸顯的同時(shí),也伴有一些技術(shù)問題。只有將超高壓技術(shù)與其他處理方式相結(jié)合,才能更好發(fā)揮其綜合作用,從而彌補(bǔ)單一使用帶來的一系列問題。相信隨著科研人員對(duì)超高壓研究工作的不斷深入,其未來的商業(yè)化用途將會(huì)愈益廣泛。

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Research progress on the application of ultra high pressure for the preservation and sterilization of aquatic products

ZHAO Hong-qiang,LAN Wei-qing*,ZHANG Wan-jun,XIAO Lei,XIE Jing*

(College of Food Science & Technology Shanghai Ocean University,Shanghai Engineering Research Center of Aquatic Product Processing and Preservation,Shanghai 201306,China)

Ultra high pressure(UHP)is one of the processing technologies in cold treatment and has the obvious effects for sterilization and fresh-keeping in the field of aquatic products. Based on the introduction of characteristics and principle for preservation,the application of UHP in aquatic products processing and its antibacterial mechanism were described. Moreover,the suggestion for improvement was put forward to and the prospects of its development for aquatic products were also outlooked.

ultra high pressure;aquatic products preservation;mechanism

2016-04-29

趙宏強(qiáng)(1990- )，男，碩士研究生，研究方向：水產(chǎn)品保鮮技術(shù)，E-mail:374990969@qq.com。

*通訊作者:藍(lán)蔚青(1977-)，男，工學(xué)博士，研究方向：水產(chǎn)品低溫保鮮技術(shù),E-mail：wqlan@shou.edu.cn。 謝晶(1968-)，女，工學(xué)博士，研究方向：水產(chǎn)品低溫保鮮技術(shù),E-mail：jxie@shou.edu.cn。

2014年國家農(nóng)業(yè)成果轉(zhuǎn)化資金項(xiàng)目(2014GB2C000081)；廣東海洋大學(xué)廣東省水產(chǎn)品加工與安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放課題(GDPKLAPPS1504)；上海市科委工程中心能力提升項(xiàng)目(16DZ2280300)。

TS254.4

A

1002-0306(2016)22-0369-05

10.13386/j.issn1002-0306.2016.22.064