食品超高压技术
食品超高压加工技术
食品超高压加工技术在现代食品工业中，为了满足消费者对于食品安全、营养和品质的追求，各种创新的加工技术不断涌现。
其中，食品超高压加工技术作为一种非热加工技术，正逐渐引起人们的广泛关注。
什么是食品超高压加工技术呢？简单来说，就是将食品置于数千个大气压的高压环境中，在常温或低温下对食品进行处理。
这种技术与传统的热加工方法有着显著的区别。
传统的热加工，如高温杀菌，虽然能够有效地杀灭微生物、延长食品的保质期，但往往会导致食品的营养成分流失、风味改变。
而超高压加工技术则能在很大程度上避免这些问题。
超高压加工技术对食品的影响是多方面的。
首先，在微生物杀灭方面，高压能够破坏微生物的细胞结构，使细胞膜破裂、细胞器受损，从而抑制或杀灭微生物。
对于一些常见的致病菌，如大肠杆菌、金黄色葡萄球菌等，超高压处理都能起到很好的杀灭效果。
这为保障食品安全提供了有力的手段。
其次，超高压加工对食品的营养成分影响较小。
维生素、矿物质等营养物质在高压处理下能够较好地保留，与热加工相比，更能保持食品的营养价值。
再者，超高压加工还能改善食品的质构和口感。
例如，对于肉类食品，经过超高压处理后，肉质会变得更加鲜嫩多汁；对于果蔬类食品，能保持其脆嫩的口感，减少汁液的流失。
那么，食品超高压加工技术是如何实现的呢？通常，超高压加工设备包括压力产生系统、加压容器、控制系统等部分。
通过液压或水压等方式产生高压，将食品放入特制的加压容器中进行处理。
处理的时间、压力大小等参数会根据不同的食品和加工要求进行调整。
在实际应用中，超高压加工技术已经在多个领域取得了成果。
在果蔬加工方面，新鲜的水果和蔬菜经过超高压处理后，可以延长其保鲜期，同时保持其原有的色泽、风味和营养。
在肉类加工中，超高压处理能够改善肉的嫩度，提高肉制品的品质。
此外，在水产品加工、乳制品加工等领域，超高压技术也有着广阔的应用前景。
然而，食品超高压加工技术也并非完美无缺。
一方面，超高压设备的成本较高，限制了其在一些中小企业中的广泛应用。
食品加工高新技术 第四章 食品超高压技术
第四章食品超高压技术
工方法。
可长期保存而不变质。
敏感
热敏性成分的破坏较为有利
差异
食源性寄生虫超高压指示菌：非致病菌
非可逆变性
超高压可以提高各种淀粉的胶凝温度
这种方式通常为不连续式
实验
效果
0℃下不冻区
（2）在高压下不被破坏（3）能防止高压介质的渗入
洗消毒等处理心
处理后的物料应采用无菌包装
按超高压容器的放置方式分为立式和卧式两种
在简单筒体上缠绕数层钢丝或钢带
国产的33CrNi
MoV
3
加压系统还包括管路、接头、阀门和过滤器等加压装置
也需保持一定温度
超高压食品、超高压海产品/水
产品设备。
食品超高压技术 (2)
高压容器和加压装置（高压 泵和增压器等），其次是一
些辅助设施，包括加热或冷
却系统、监测和控制系统及
加压 设备
高压 容器
物料的输入输出装置等。
超高压处理设备的要求
（1）超高压处理设备应能产生并承受要求的超高压 （100~1000 MPa），保证安全性，有较长的使用寿 命，循环载荷次数多；
→封口→高压处理→检测
果酱：果实→砂糖→果胶→混合→灌装、密封
→加压→成品
六、食品超高压的杀菌工艺
超高压杀菌属于冷杀菌，主要作用方式是破坏 氢键之类的弱结合键，使基本物性变异，产生 蛋白质的压力凝固及酶失活，还能使菌体内成 分产生泄露和细胞膜破裂等多种菌体损伤。
邱伟芬.食品超高压杀菌技术及其研究进展.食品科学,2001
二、超高压处理的原理
液体（水）在超高压作用下被压缩，而受压食品 介质中的蛋白质、淀粉、酶等产生压力变性而被压缩， 生物物质的高分子立体结构中非共价键结合部分发生
变化，即物质结构发生变化，其结果是食品中的蛋白
质呈凝固状变性、淀粉呈胶凝状糊化、酶失活、微生 物死亡，或使之产生一些新物料改性和改变物料某些 理化反应速度，故可长期保存而不变质。
1、采用超高压处理可使酱油呈鲜艳的深红褐 色； 2、可避免香气成分损失或产生异味； 3、有利于保持酸味，突出鲜味； 4、超高压杀菌效应是非在位的； 5、可减少或避免使用防腐剂，保证了食用的 安全性。
三、超高压处理食品的特点
1、营养成分损失小； 2、产生新的组织结构，获得新型食品； 3、超高压杀菌可以保持食品原有的风味； 4、利用超高压处理技术，原料的利用率高；
5、灭菌均匀、高效、瞬时，耗能低；
食品工业中的超高压灭菌技术
1.超高压灭菌技术超高压灭菌技术的特点：超高压杀菌技术是20 世纪90 年代由日本明治屋食品公司首创的杀菌方法，它同加热杀菌一样，经100MPa 以上超高压处理后的食品，可以杀死其中大部分或全部的微生物、钝化酶的活性，从而达到保藏食品的目的，它是一个物理过程，在食品加工过程中主要是利用Le Chace－lier 原理和帕斯卡原理。
根据帕斯卡原理，在食品杀菌过程中的液体可以瞬间均匀地传递到整个食品，与食品的几何尺寸、形状、体积等无关，食物受压均一，压力传递速度快，而且不存在压力梯度，使得杀菌过程较为简单，能耗也明显降低。
固态食品和液态食品的处理工艺不同。
固态食品如肉、禽、鱼、水果等需装在耐压、无毒、柔韧并能传递压力的软包装内，进行真空密封包装，以避免压力介质混入，然后置于超高压容器中，进行加压处理。
处理工艺是升压－保压－卸压三个过程，通常进料、卸料为不连续方式生产。
液态食品如果汁、奶、饮料、酒等，一方面可像固态食品一样用容器由压力介质从外围加压处理，也可以直接以被加工食品取代水作为压力介质，但密封性要求严格，处理工艺为升压－动态保压－卸压三个过程，用第二种方法可进行连续方式生产。
食品超高压灭菌原理：我们知道微生物的热力致死是由于细胞膜结构变化（损伤），酶的失活，蛋白质的变性，DNA 直接或间接的损伤等主要原因引起的。
而超高压能破坏氢键之类弱的结合键，使基本物性变异，产生蛋白质的压力凝固及酶的失活；还能使菌体内成分产生泄漏和细胞膜破裂等种菌体损伤。
食品超高压杀菌，即将食品物料以及某种方式包装好之后，放入液体介质中，在100－1000MPa 压力下作用一段时间，使之达到灭菌要求。
极高的静压会影响细胞的形态。
高压对细胞膜、细胞壁都有影响。
在压力作用下，细胞膜磷脂双分子层结构的容积随着每一磷脂分子横切面积的缩小而收缩。
压力引起的细胞膜功能劣化将导致氨基酸摄取受抑制。
食物主要是由蛋白质、淀粉、脂质、核酸、水等分子组成的立体结构。
第二讲：食品超高压技术
基本概念和工作原理 技术应用 加工设备 发展与现状 我国的现状与差距
国际上对超高压技术的评价
超高压生物处理技术是二十段，为以生物材料为对象 的产品提供了新的工艺方法，而且能开拓出一 系列前所未有的新产品。
采用100--600 MPa的压力对番茄汁中的凝结芽孢杆菌 (Bacillus coagulans)和酵母菌(Saccharomyces bailii)进行杀菌，结果表明，对于凝结芽抱杆菌，Z＝ 512一152lgX(5≤X≤100)；对于酵母菌，Z＝354— 104 lgX。其中X为保压时间，单位为min，Z为压力， 单位为MPa。
④高压加工可以同热加工组合进行，使食品加工过程多 样化，能开发出各种未来新食品及加工工艺；
⑤超高压处理是液体介质短时间内等同压缩过程，从而 实现灭菌的均匀、瞬时、高效性，且比加热法耗能低。 而食品超高压处理的主要作用是延长食品味道鲜美的时 间，延长食品的保藏时间，防止微生物对食品的污染， 这为开发21世纪高质量的食品开辟了最新的途径。
生物材料加工的新方法
传统的热力加工是食品熟化、生物材 料变性、灭菌、灭病毒的主要方法。超高 压加工不仅提供了与其截然不同的新方法， 而且与热力加工结合能组合更多的、更合 理、更有效的、新的工艺方案，在生物技 术领域，开拓更广阔的应用前景。
一个跨学科的崭新的领域
超高压生物处理技术是具有刺激性和挑 战性的新技术。目前已经形成独立的学科， 它涉及到微生物学、生物物理、生物化学、 医学医药、营养学、食品工程、冷冻储藏、 深海生物、材料学、超高压容器和液压传 动、计算机控制及超高压测试系统等领域。
超高压下蛋白质的变性
超高压下淀粉糊化
(3)对油脂的影响
常温下加压到100--200MPa，油脂就会凝固，解压 后能恢复原状。
超高压技术及其在食品中的应用
一． 超高压技术的概念、发展历史
1、超高压技术的概念 2、发展历史
1、超高压技术的概念
一般所说的超高压(简称高压)，指的是超 过100兆帕(约为987个大气压)以上的压力。 所谓超高压技术(简称高压技术)，是指应 用超高压(1OOMpa-lOOOMpa)作用于待处理物 质使之发生改变的过程。
2、发展历史
超高压杀菌技术是新型杀菌技术。热消毒或灭菌，可 以使微生物失活并使其数量比原来明显减少，然而食 品的味道和营养也被严重地破坏了。使用超高压技术 时，温度没有升高。因此，保持食品原来的特性，没 有热加工的副作用，前景是可喜的。将食品物料以某 种方式包装以后，置于超高压(200兆帕以上)装置中 加压处理，使之达到灭菌的目的。高压导致微生物的 形态结构，生物化学反应基因机制以及细胞壁发生多 方面的变化，从而影响微生物原有的生理活动机能， 甚至使原有的功能破坏或发生不可逆的变化。
特 点：
高压处理基本是一个物理过程，对维生素 、色素和风味物质等低分子化合物的共价 键无明显影响，从而使食品较好地保持了 原有的营养价值、色泽和天然风味，这也 是高压技术在目前各种食品杀菌、加工技 术领域所独具的特点。
①瞬间压缩、作用均匀、时间短、操作安 全和耗能低； ② 污染少(热、化学)； ⑧ 更好保持食品的原风味(色、香、味)和 天然营养(如维生素C等)； ④ 通过组织变性，得到新物性食品； ⑤ 压力不同作用影响性质不同。
3、超高压对微生物芽孢壳的作用
杀灭芽孢是食品保藏中最关键的一环，它是食品是否彻底灭 菌的标志，而杀死芽孢也是食品加工和保藏中最难解决的问 题之一。细菌芽孢可被高于lO00mPa的压力直接杀死，但如 此高的压力不适宜直接应用在实际生产中，这是因为超高压 设备的承压能力越大，设备重量增加的越大。如容积为2OL， 承压为600mPa的超高压设备，重量超过100t，如采用线圈结 构，重量可减轻，但承压能力也随之下降。因此考虑这些， 我们认为lO00mPa以上超高压设备应用于实际生产中，无论 在生产工艺上还是在经济方面都是不适宜的，这就需要我们 重新寻找新的工艺设计。
食品超高压技术
6、超高压杀菌对牛乳中营养成分的影响
由表6可知,巴氏灭菌处理过程中明显遭到破坏的营养成分有苏氨酸、VA、 VC、VE、VB1、VB2等,其中苏氨酸、VA、VC在超高压处理中受到的破坏明 显要比巴氏杀菌小的多,特别是苏氨酸和VA几乎完全被保留下来，可见超 高压灭菌对其破坏要比巴氏灭菌小。
结论：
• 通过对鲜牛乳、巴氏杀菌乳和超高压杀菌乳中总蛋白、氨 基酸、矿物质等营养成分含量的分析,发现超高压杀菌方 式对牛乳中各种营养成分破坏程度小,更接近鲜牛乳的营
2、保压时间对牛乳中细菌灭活的影响
由表2知,在600MPa压力下,随着保压时间的延长,细菌 残留总数逐渐减少。与巴氏杀菌相比,加压时间等于或 大于15min时,细菌的残留总数均少于巴氏处理后的残 留菌数。
3、连续杀菌与交变杀菌的比较
由表3知,在600MPa下,不论是连续式加压还是交变式加压方 式的杀菌效果都明显优于巴氏杀菌效果；加压总时间相同的 情况下,交变杀菌方式优于连续杀菌方式的杀菌效果,而且交 变次数越多杀菌效果越好;对于不同加压时间(20min和25min) 而言,相同加压方式的杀菌效果差别不大。
食品超高压技术
主要内容：
• • • • • 一、概念 二、杀菌机理 三、优点 四、超高压杀菌工艺 五、在牛乳加工中的应用
一、概念
• 食品超高压技术（ultra high pressure，UHP），就是将食 品物料以柔性材料包装后，放入液体介质中，100~1000 MPa压力范围，常温或较低温度下处理一定时间，对食品
三、优点
• 超高压处理基本是一个纯物理过程，超高压处理的特点： • (1) 更好保持食品原风味(色、香、味) 和天然营养物; • (2) 瞬间压缩, 作用均匀、时间短、操作安全和能耗低; • (3) 污染少、无化学添加剂; • (4) 通过组织变性, 得到新物性食品; • (5) 压力不同作用影响性质不同等。
食品工程高新技术-超高压
切割泡沫
八高压冻结与解冻
细胞冻结与解冻
螺旋单体速冻原理
螺旋单体速冻机
液 氮 喷 淋 图 例
液氮喷淋速冻装置
高压下冰晶状态
冰 晶 相 图
冰晶形态－I
冰晶形态－III
The H-bond framework of rhombohedral ice IV showing the auto-clathrate arrangement with H-bonds passing through the centre of 6 membered rings.
超高压容器
压力范围：100～1000MP 温度范围：－20℃～>100℃ 传压介质：饮用水
超高压装置
超高压装置的主要部分是高压容器和加减压装 置,其次是一些辅助设施 超高压装置的特点是承受的压力高<100～ 1000MPa>,循环载荷次数多<连续工作,通常为 2.5次/h> 因此超高压容器设计必须要求容器及密封结构 材质有足够的力学强度、高的断裂韧性、低的 回火脆性和时效脆性、一定的抗应力腐蚀及腐 蚀疲劳性能、效率性；可快装快拆、密封效果 好；
第三章 食品超高压技术
食品超高压技术〔ultra—high pressure processing 简称UHP〕是当前 备受各国重视、广泛研究的一项食品高 新技术,
简称
高压技术〔High pressure processing,简 称HPP〕
高静水压技术〔High Hydrostatic process,简称HHP〕.
作用于原料乳,有利于干酪的成熟和干酪 的固态食品如肉、禽、鱼、水果等需装在 耐压、无毒、柔韧并能传递压力的软包 装内,进行真空密封包装,以避免压力介质 混入,然后置于超高压容器中,进行加压处 理.
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
食品超高压均质技术
摘要:食品工业中高压处理食品分静态超高压技术和动态超高压均质技术，本文介绍超高压均质技术的原理及其对食品的影响。
1.超高压均质技术简介
超高压食品加工有两类，第一是超高压静态处理方式，压力一般400MPa一
I000MPa。
常温或较低温度下将食品放置在以水或其他液体为介质的容器里,升
压到设定值时压力，静态保持一定时间(10一30分钟),从而达到灭菌和改变食
品某些理化特性的目的。
第二种是超高压动态，也就是超高压均质处理方式，
压力在looMPa一36oMPa之间。
超高压均质就是液体食品高速流过狭窄的缝隙
时而受到强大的剪切力,液体被冲击到金属环上而产生强大撞击力以及因静压力
突降与突升而产生的空穴爆炸力等综合作用,把原先颗粒比较粗大的乳浊液或悬
浮液加工成颗粒非常细微的稳定的乳浊液或悬浮液的过程[1]。
传统的均质机压力一般是20一50MPa,在食品工业中应用在破裂脂肪球,形成
稳定的乳状液。
超高压均质处理的压力一般达到200MPa,可以用于破碎微生物
细胞，物料受到强烈剪切，高速撞击，剧烈震荡，压力瞬间释放等动力作用,这
样不仅有超高静压杀菌相同的效果,还有均质作用[2]。
2.均质及超高压均的原理
2.1均质机理分析
均质是分散相颗粒或分散液滴破碎分散到液体物料中，而其中直接原因是受到
剪切力和压力的作用。
引起剪切力和压力作用的具体流体力学效应主要有层流
效应、湍流效应和空穴效应。
层流效应是引起分散相颗粒或液滴的剪切和拉长;湍流效应是在压力波动作用下引起分散相颗粒或液滴的随意变形;空穴效应是使形成的小气泡瞬间破碎产生冲击波,而引起剧烈搅动[1]。
2.2超高压均质机理
超高压均质是利用高超压使得液料高速流过狭窄的缝隙时而受到强大的剪切力、液料被冲击到金属环上而产生强大撞击力以及因静压力突降与突升而产生的空
穴爆炸力等等综合力的作用,把原先颗粒比较粗大的乳浊液或悬浮液加工成颗粒非常细微的稳定的乳浊液或悬浮液的过程。
被均质物料通过阀座与阀杆间大小
可调的间隙h(一般为0.1mm)时,其流速在瞬间被加速到200～300m/s,从而产
生巨大的压力降,当压力降低到工作温度下液体的饱和蒸汽压(或空气分离压)时,液体就开始“沸腾”,迅速“汽化”,内部产生大量汽泡。
含有大量微汽泡的液体朝缝隙出口流出,流速逐渐降低,压力又随之提高,压力增加到一定值时,液体中的汽泡突然破灭而重新凝结,汽泡在瞬时大量生成和溃灭就形成了空穴现象。
空穴现象似无数的微型炸弹,能量强烈释放产生强烈的高频振动,同时伴随着强烈的湍流产生的强烈的剪切力,液体中的软性、半软性颗粒就在空穴、湍流的剪切力的共同作用下被粉碎成微粒,其中空穴效应所起作用被认为较大。
被粉碎的微粒接着又高速冲击到冲击环上,被进一步粉碎和分散[1].[3]。
3.超高压均质作用力[4]
3.1剪切作用
在高压均质机内,有两处地方会发生剪切作用,一处是细胞悬浮液通过狭窄的阀门间隙时阀门壁的剪切,另一处是辐射状流体撞击碰撞环时的碰撞剪切大压力相应的减小了阀门间隙,从而增强了在阀门间隙处和碰撞环处的剪切能力。
3.2高速流体撞击作用
两股相同的高速流体在撞击管区剧烈地碰撞,流体猛然失去原来流动方向上的速度,产生巨大的撞击能量。
流体中的固体颗粒相互强烈碰撞,撞击可能导致固体颗粒的破碎。
同时,由于巨大的压力降,可以进一步促进这种效果,从而使固体颗粒结构破坏。
3.3涡旋作用
高速流体撞击后,在撞击区会形成强烈的涡旋作用。
在湍流场中,存在着大量的大小不一、自由运动的漩涡。
由于这些漩涡的作用,微粒将经历不同形式和强度的运动。
当微粒尺寸小于最小漩涡的尺寸时,漩涡部分地带动微粒移动,在上造成了剪切应力,促使液体发生流动,从而使微粒发生破碎。
当微粒直径大于最小漩涡的尺寸时,漩涡完全携带着运动,微粒表面不同部位的压力起伏引起微粒振动,从而发生破碎坏。
3.4气穴作用
流体相撞后压力瞬时下降,当压力低于液体的蒸气压时出现气穴现象。
随着气穴作用时间和强度的增大,气蚀产生的威力也是不容置疑的。
4.超高压均质对食品品质和微生物的影响
4.1超高压均质对食品成分和品质的影响
超高压均质(UHPH)是一种物理手段和工具,在均质机中,剧烈的处理条件,如瞬间的高压、剪切力、空穴爆炸力等,使得液体颗粒高度破碎,达到纳米级的尺寸。
随着均质压力的升高可以防止脂肪颗粒的絮凝,使之分散均匀[5],从而降低颗粒的沉淀和上浮,减小乳状液中颗粒的大小[6],从而提高食品的稳定、改善食品口感、延长产品的货架期。
4.2超高压均质对微生物的影响
超高压均质杀菌处理是液体食品在超高压均质机内受到挤压、剪切、压力释放等强烈的机械作用,使料液细菌的细胞结构发生破坏和改变,从而失去或钝化其生物活性,达到杀菌目的.
5.超高压均质与高剪切力均质的比较
5.1高剪切均质机理[1]
工作原理是转子带有叶片高速旋转产生强大的离心力场,在转子中心形成很强的负压区,料液(液液、或液固相混合物)从定转子中心被吸入,在离心力的作用下,物料由中心向四周扩散,在向四周扩散过程中,物料首先受到叶片的搅拌,并在叶片端面与定子齿圈内侧窄小间隙内受到剪切,然后进入内圈转齿与定齿的窄小间隙内,在机械力和流体力学效应的作用下,产生很大的剪切、摩擦、撞击以及物料间的相互碰撞和摩擦作用而使分散相颗粒或液滴破碎。
随着转齿的线速度由内圈向外圈逐渐增高,粉碎环境不断改善,物料在向外圈运动过程中受到越来越强烈地剪切、摩擦、冲击和碰撞等作用而被粉碎得越来越细从而达到均质乳化目的。
强大的压力波可使软性、半软性颗粒被粉碎,或硬性
团聚的细小颗粒被分散。
由分析可知,物料在定转子腔内被均质的机理较复杂,其
中剪切起主导作用,其次是空穴作用。
5.2超高压均质与高剪切力均质效果比较
研究者用牛奶和大豆通过高压均质机和高剪切均质机分别作用试验,可以看出,
高压均质机对牛奶的均质效果要好于高剪切均质机,而高剪切均质机对未去皮大
豆的均质效果非常明显。
原因是高压均质机由于空穴作用强烈,易使软性、半软
性颗粒破碎,从而达到理想的均质效果,而高剪切均质机在工作过程中,由定转子
之间的相对高速旋转而产生剪切作用,因此对含纤维物料的均质十分有效。
参考文献
[1] 杨诗斌,徐凯,张志森.高剪切及高压均质机理研究及其在食品工业业中的应用[J1.粮油加工与食品机械,2002(04):32一35.
[2] 杜军,张绍英,戴元忠等.动力作用作为冷杀菌方法的可行性初探[J].中国乳品工业,2002,30(6):25一27.
[3] 张志森.高压均质机理分析与探讨〔J〕.包装与食品机械,2001,(1).
[4] 曹建平.超高压均质对澳豆豆乳理化性质及与溶菌酶协同作用对微生物的影响.南京农业大学硕士论文.2008.6.
[5]nder,W.Manger,M.Scouloudis,A.Ku,C.Davis,and A.Lee.Gaulin HomogeniZation:
A Mechanistic study[J].Biotechnol.Progress.2000,16:80一8.
[6]Ram,A.,Kadim,A..Shear degradation of Polymer solutions [J].APPI.Polym·Sci.1970, 14:2145一2156.。