超高壓滅菌技術

超高壓滅菌的機理是通過破壞菌體蛋白中的非共價鍵，使蛋白質高級結構破壞，從而導致蛋白質凝固及酶失活。超高壓還可造成菌體細胞膜破裂，使菌體內化學組分產生外流等多種細胞損傷，這些因素綜合作用導致了微生物死日本超高壓食品高等靜壓技術在食品保藏中的應用研究最早是由Bert Hite在1899年提出的，Bert Hite首次發現450MPa的高壓能延長牛奶的保存期，他和他的同事做了大量研究工作，證實了高壓對多種食品及飲料的滅菌效果。這以後，有關HHP技術的研究一直沒有間斷，Bridgman因發現高靜水壓下蛋白質發生變性、凝固而獲得了1946年諾貝爾物理獎。但直到1990年有關HHP裝備、技術和理論的研究才得到了突破與發展，20 世紀90 年代由日本明治屋食品公司首先實現了HHP技術在果醬、果汁、沙拉醬、海鮮、果凍等食品的商業化應用。之後，歐洲和北美的大學、公司和研究機構也相繼加快了對HHP技術的研究。它同加熱殺菌一樣，經100MPa 以上超高壓處理后的食品，可以殺死其中大部分或全部的微生物、鈍化酶的活性，從而達到保藏食品的目的，它是一個物理過程，在食品加工過程中主要是利用Le Chace－lier 原理和帕斯卡原理。

通常情況液體或氣體壓力在0.1mpa～1.6mpa稱為低壓，1.6mpa～10mpa稱為中壓，10～100MPa稱為高壓，100MPa以上稱為超高壓。本文闡述的HPP技術的壓力通常在100～1000MPa.

HHP技術作為新興技術應用於食品保藏，主要機理是能夠使微生物細胞膜和細胞壁損傷、改變細胞形態、影響細胞內酶活力及細胞內營養物質和廢棄物的運輸，從而殺死食品中的腐敗菌和致病菌；同時，HHP能夠有效或部分鈍化食品中的內源酶。該技術的主要優點，首先是作為一種物理方法在不加熱或不添加化學防腐劑的條件下殺死致病菌和腐敗菌，從而保障食品的安全、延長食品的貨架期；其次，HHP作為一種非熱加工手段，在殺菌過程中沒有溫度的劇烈變化，不會破壞共價鍵，對小分子物質影響較小，能較好的保持食品原有的色、香、味以及功能與營養成份。

細菌結構不同微生物對HHP技術敏感性是不同的，酵母、黴菌容易在較低的壓力下被殺滅，細菌營養體（vegetative cell）則需要較高的壓力，而細菌胞子很難殺死。目前HHP技術主要應用於高酸性食品。由於高壓高溫協同效應能夠殺死細菌胞子，近年來高壓高溫工藝（high pressure high temperature, HPHT）研究引起了廣泛關注。最近，美國NCFST（National center for food safety and technology）成功開發了PATS(pressure-assisted thermal sterilization)工藝，PATS工藝與傳統高溫殺菌工藝相比，大幅縮短殺菌時間，提高了低酸性食品品質。因此，HHP技術在低酸性食品的應用會不斷增加。超高壓技術不僅能殺滅微生物，而且能使澱粉成糊狀、蛋白質成膠凝狀，獲得與加熱處理不一樣的食品風味。超高壓技術採用液態介質進行處理，易實現殺菌均勻、瞬時、高效。但是，UHP技術對殺滅芽孢效果似乎不太理想，在綠茶茶湯中接種耐熱細菌芽孢后，採用室溫和400MPa靜水高壓處理，不能殺滅這些芽孢。另一方面，由於糖和鹽對微生物的保護作用，在粘度非常大的高濃度糖溶液中，超高壓滅菌效果並不明顯。由於處理過程壓力很高，食品中壓敏性成分會受到不同程度的破壞。其過高的壓力使得能耗增加，對設備要求過高。而且，超高壓裝置初期投入成本比較高，

一般食品工廠不利於工業化推廣細菌的三種形態。另外，超高壓滅菌一般採用水作為為壓力介質，當壓力超過600MPa時，水會出現臨界冰的現象，因而只能使用油等其他物質作為壓力介質。超高壓滅菌的效果受多種因素的影響，如微生物種類、細胞形態、溫度、時間、壓力大小等。

一般而言，壓力越高殺菌效果越好。但在相同壓力下延長受壓時間並不一定能提高滅菌效果。在400～600MPa的壓力下，可以殺死細菌、酵母菌、黴菌，避免了一般高溫殺菌帶來的不良變化，超高壓冷殺菌技術的先進性是高壓、常溫滅菌，採用該項技術對食品進行處理后，不但具備高效殺菌性，而且能完好保留食品中的營養成分，食品口感佳，色澤天然，安全性高，保質期長，這是傳統高溫熱力殺菌方法所不具有的優點。

目前，國外超高壓滅菌已在果蔬、酸奶、果醬、乳製品、水產品、蛋製品等生產中有了一定的應用。在每cm2的肉食上施加大約6t重的壓力進行高壓滅菌。結果，其味跟原來一樣，色澤也比原先更好看。日本明治屋食品公司將草莓、蘋果和獼猴桃等果醬經軟包裝后在400～600MPa、10～30min條件下滅菌，產品的色澤和風味不變，並保持了水果原有的口感，VC的保留率較高。超高壓技術和其它技術相結合，能更有效殺滅微生物，破壞酶，延長貨架壽命。利用高壓CO2和高壓技術相結合方法處理胡蘿蔔汁，使用4.9MPaCO2和300MPa高靜水壓結合處理，可使需氧菌完全失活，多酚氧化酶、脂肪氧化酶、果膠甲酯酶殘留活性分別低於11.3%、8.3%、35.1%。

是通過由液壓推動的超高壓倍增器（超高壓泵）將水或油以超高壓的形態打入密閉的容器內。

工業化推廣的超高壓滅菌設備壓力是100- 600mpa 超高壓容器介質為水，部分實驗型的可也達到1000mpa或更高，高壓腔工作介質是油。國外超高壓食品處理設備的研究開發較早，國際上知名的超高壓加工設備製造企業有美國Avure和西班牙NC Hyperbaric公司。目前能夠生產實驗室研究用或生產用的HHP設備的公司主要有美國Avure Technologies公司、Elmhurst Research公司，英國Stansted公司，西班牙NC Hyperbaric公司，法國Alstom公司，

日本Kobelco公司、Mitsubishi公司、Ishikawajima-harima公司，荷蘭Stork Food&Dairy Systems B．V．公司，瑞典ABB公司和德國Uhde等。

當時瑞典的 ASEA 是第一家將 Battelle Memorial Institute（俄亥俄州哥倫布市）提出的等靜壓技術實現商業化的公司。

20 年之後，ASEA成為了ABB的一部分，而後者主要致力於等靜壓和鈑金成型壓機的市場開發。 1999 年，ABB 的高壓事業部被美國 Flow International 收購。而 Flow 引領了高壓技術在食品防腐市場的拓展應用，所用的品牌名稱即為 Avure。 2005 年，Avure Technologies, Inc. 成為了私有的獨立公司。今天，所有四種品牌的壓機都在全球各地的製造廠內正常運行著。

美國Avure Technologies公司生產的設備最大容積為687L，西班牙NC Hyperbaric公司生產的設備最大容積為600L。

帕斯卡原理是17世紀法國帕斯卡（Pascal）提出的，

通常表述如下內容：密閉液體上的壓強，能夠大小不變地向各個方向傳遞。帕斯卡定律是流體力學中，由於液體的流動性，封閉容器中的靜止流體的某一部分發生的壓強變化，將大小不變地向各個方向傳遞。帕斯卡首先闡述了此定律。壓強等於作用壓力除以受力面積。根據帕斯卡定律，在水力系統中的一個活塞上施加一定的壓強，必將在另一個活塞上產生相同的壓強增量。如果第二個活塞的面積是第一個活塞的面積的10倍，那麼作用於第二個活塞上的力將增大為第一個活塞的10倍，而兩個活塞上的壓強仍然相等。這一定律是法國數學家、物理學家、哲學家布萊士·帕斯卡首先提出的。這個定律在生產技術中有很重要的應用，液壓機就是帕斯卡原理的實例。它具有多種用途，如液壓制動等。帕斯卡還發現靜止流體中任一點的壓強各向相等，即該點在通過它的所有平面上的壓強都相等。這一事實也稱作帕斯卡原理。可用公式表示為： F1/S1=F2/S帕斯卡原理

超高壓水射流滅菌方法（西南交通大學藥學院王盛民教授的發明專利，專利申請號：200410040040.5），該方法是一種利用超高壓水射流瞬態卸壓的膨化作用而使微生物破碎的滅菌方法，在研究的壓力範圍100～350 MPa內的殺菌效果隨著壓力的升高而提高，取得了較好的效果，顯示了該滅菌方法的可行性，為殺菌領域增添了一項新的殺菌技術。

鑒於超高壓技術在食品和醫藥衛生等領域中消毒殺菌的研究應用，超高壓產品存在著巨大的潛在市場和廣闊的發展空間。隨著現代高科技的發展，研究的不斷深入，超高壓技術的應用必定會越來越高效、成本越來越低，應用的領域也會越來越廣。