未来可期，超高压食品离我们的生活还有多远？

超高压食品于国外，已经不是个新鲜事儿了。

早在1899年，美国化学家BertHite首次发现鲜牛奶在450MPa高压下能延长保存期。

1914年，美国物理学家Bridgman，因发现蛋白质在高静水压下发生变性、凝固而获得了1946年的诺贝尔物理奖。

此后的70多年来，超高压技术再未引起食品界的足够重视。

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1991年4月，首批超高压食品——草莓酱、苹果酱、猕猴桃酱和高压米饭问世于日本。因其风味独特，食品超高压技术引起了欧美发达国家政府部门、科研机构和食品企业高度重视。

随着研究的深入，美国、英国、法国、德国、加拿大等国先后推出了超高压食品。因技术程度较为复杂、产出量低而售价较高，超高压食品又被称作“富人食品”、“为21世纪食品”。

近些年，随着国内人民生活水平快速提升，高品质食品消费升级趋势日益明显，简便、安全、天然、营养、健康的高技术食品的消费需求量巨大，成为未来食品科技领域的研究热点和发展方向。超高压食品逐渐进入了国人视野。

什么是超高压食品？

超高压食品是指采用超高压技术加工和处理过的食品。有人称超高压食品为'食品工业的一场革命'、称超高压技术为'当今世界十大尖端科技'等说法，有待实践进一步检验。

超高压技术主要适用于含有液体成分的固态或液态食物，如水果、蔬菜、奶制品、鸡蛋、鱼、肉、禽、果汁、酱油、醋、酒类等等。

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食品超高压处理技术（又称为高静压加工技术），英文全称为High Hydrostatic Pressure（缩写为HPP），或Ultra-high Pressure，(缩写为UHP）。简而言之，是将软包装的食品物料封闭于超高压容器中，以液体为介质（通常是食用油、甘油、油与水的乳液），在一定压力（通常为400~600MPa，也有1000MPa）下加工适当时间（视具体食材及加压温度而定），改善食品功能性质，同时达到钝酶和杀灭细菌等微生物的一种新型食品加工技术。

那么，400~600MPa是个什么概念呢？相当于4000至6000个大气压。

6000个大气压又是个什么概念呢？

我国顶级深海潜水器——蛟龙号最深下潜能力是7062米，地球上最深的马里亚纳海沟深达10924米，而海沟的底部压强是1100个大气压。

也就是说，600MPa的HPP超高压技术，能产生6倍于马里亚纳海沟的压强，相当于把食品置于深深的、深海海底！

图片为马里亚纳海沟

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超高压食品有哪些特点？

1、食品经超高压处理可最大程度保持原有营养成分，保持食品全营养、纯天然、新鲜、安全、美味的特性，并容易被人体消化吸收。

2、食品经超高压处理无“回生”现象，杀菌效果良好，便于长期保存。

3、在保持食品原有色香味基础上，加工过程中不会形成有害物质。

4、消除了食品加工后道包装工序中再次污染的危险。

5、对调味食品进行加工，可减少盐和调味料用量50%以上，达到更美味、更健康。

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食品超高压技术作用机理

食品超高压技术应用领域包含有两个方面的意义。

首先，它是一种食品超高压技术加工处理工艺。

其次，它是当前食品冷杀菌（或称非热杀菌）领域较为成熟和有效的一种物理杀菌技术。

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杀菌机理

通常，食品杀菌（有些人称为灭菌）技术分为冷、热两种技术。热杀菌技术是传统杀菌，也是当前最为常见的食品杀菌技术。因其理论基础雄厚、加工技术成熟，热杀菌成为食品产业普遍使用的主流杀菌技术，如高温蒸煮、巴氏杀菌、超高温杀菌、欧姆杀菌等。后两种被称为新型热杀菌技术。

热杀菌技术应用场景最为普遍，但是缺点也最为显著。热杀菌可造成大量热敏性营养物质被破坏已是不争的事实。

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食品在高温状态下会导致品质劣变和营养损失，破坏原有风味和颜色异常，容易导致食物原料浪费，同时还会提高能耗和产生环境污染。

有些食品加热后产生“热臭”，失去鲜纯口感；有些食品加热过程中造成了香气挥发，为保持应有的风味，又不得不加香处理。

热杀菌技术的种种弊端，催生了冷杀菌技术。

冷杀菌技术，通常包括大气压冷等离子体杀菌、高压脉冲电场杀菌技术、脉冲强光杀菌技术、微波杀菌技术等。

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超高压杀菌是冷杀菌技术中发展最快、最为成熟的一种。

超高压处理过程本质上是一个物理过程。基本机理是高压对食物中的酶、蛋白质和淀粉等这些生物大分子中的氢键、离子键、疏水键等非共价键发生作用，使其电子结构和晶体结构产生体积减少作用（即减少分子间、原子间距离），从而改变活性、变性或糊化。

图：细胞膜分子结构

高压下，小分子（如水分子）间距缩小，蛋白质等大分子仍保持球状，小分子产生渗透和填充效果，进入并粘附在蛋白质等大分子周围；降压后，蛋白质生物大分子链被拉长，导致部分或全部结构被破坏。这个过程称作蛋白质的“变性”。食物中的酶也是如此。酶在高压下失去活性，又称“失活”。

超高压处理对食物中微生物的形态结构、生化反应、遗传物质以及细胞膜壁等产生类似较大影响，可破坏微生物原有生理活动机能，发生不可逆的变化。如超高压处理使得细胞膜磷脂分子蛋白发生变性，进而改变细胞膜渗透性，导致胞内物质泄漏和菌体损伤而失去活性。

正是这种蛋白质变性、酶失活的作用，微生物的细胞膜、细胞壁遭到损坏或破坏，影响了DNA等遗传物质的复制，从而达到食品灭菌消毒的作用。

超高压技术因此成为一种新型冷杀菌技术。杀菌效果快速、高效、均匀。

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加工机理

作为新型食品加工和处理工艺，超高压加工处理技术受到了食品工业的高度关注。

通常，食物主要是由蛋白质、淀粉、脂类、核酸和水组成的立体结构。超高压技术只对食物中的非共价键结合起作用，而共价结合的氨基酸、维生素、色素和风味物质等低分子化合物几乎不会受到破坏。

图：超高压处理过程

基于这个效能，超高压技术因此可以最大限度地保持住了食品的色泽、风味、质地，保持住了食品的原有品质和营养价值，同时改变了食品物料的凝固点、熔点、浓度等物理性质，改善了食料生物大分子的组成状态和结构属性，简化了食品加工工艺，提高了原料利用率，也节约了能源。

超高压技术因此受到了食品产业和消费群体的追捧也在情理之中。

超高压食品正在成为新一类高附加值食品。

超高压食品都有哪些类型？

上世纪90年代，日本明治屋食品公司首先实现了果酱、果汁、沙拉酱、海鲜、果冻等超高压食品商业化应用之后，超高压技术装备、技术和理论研究取得了一系列突破。一批采用超高压技术和装备的食品陆续在国外上市。超高压食品遂风靡日本。

时至今日，超高压加工技术已涉及谷物制品、水产品、液体饮料、肉制品、有效成分提取等诸多方面。

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研究人员发现，超高压技术如果用于食物快速冷冻和解冻，可改善冰晶的形成过程，有效避免食物的口感变差；超高压处理过的肉类变得松软可口，起到一定的嫩化作用；食物的色泽变化往往是因为一种叫多酚氧化酶的生物酶在作怪，超高压处理能极大的抑制这种生物酶的活性，让食物颜色在保存期内更稳定。

图：超高压加工处理过程

超高压食品加工过程中不需要显著升高温度，因此特别适合对热敏性食品（如哈密瓜、西瓜、番茄、苹果、草莓、黑莓等）、含活性成分（维生素、益生菌、不饱和脂肪酸、类胡萝卜素等）高的食品以及鲜食的高附加值水产品（如海参、龙虾、牡蛎、金枪鱼等）等食品进行处理。

图：超高压海蟹 图片来自互联网

果酱、果汁及饮料

果酱、果汁及饮料，均属以水为主的生物体系，最适宜接受超高压的完全作用，达到杀菌、保鲜的目的。因此，果汁饮料、浓缩果汁和果酱等液体食材最适合采用超高压方式灭菌。这也是近年来超高压果蔬汁成为超高压技术应用最为广泛领域的主要原因。

实践证明，通过超高压处理过的果汁在0~6℃冷藏环境下，可保存60天左右不变质，而在冷冻储存环境下，保存期可延长至24个月。

超高压果汁的颜色、风味、营养成分与未经超高压处理的新鲜果汁几乎无任何差异，不仅含有丰富的碳水化合物、氨基酸、维生素和矿物质等多种易为人体吸收的营养物质，还可提供人体所需重要的能量来源，对预防和治疗高脂肪疾病有一定的辅助作用。

以酸性果汁为例，酵母、霉菌和部分腐败细菌是引起腐败变质的元凶，生命力顽强的芽孢细菌则不喜欢酸性环境。

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因此，酸性果汁在400MPa 和PH值<4的条件下加压10分钟，即可到达商业无菌状态，即使室温存放数个月也无任何腐败变质现象。草莓汁、菠萝汁、桑葚汁、荔枝汁、芒果汁、猕猴桃汁等，一般在300~500MPa压力下即可达到商业无菌标准。

基于以上原因，超高压果汁发展最为迅猛。

经超高压技术处理的纯果蔬汁，其营养性和功能性倍受消费者青睐，不仅在美国市场热销，而且在发达国家发展迅猛。当前，美国和日本是超高压果蔬汁的主销市场。

在美国，Suja和Evolution两家公司是两家专事冷榨果蔬汁企业。冷压纯果汁售价为9美元(400ml/瓶），销售依然火爆。

几年前，北京一家名为HeyJuice的公司从境外引进超高压设备生产果蔬汁，一瓶果汁售价人民币27元，低于美国市场售价。产品曾一度畅销，市场发展前景被看好。

超市售卖的超高压果汁饮料价格不菲

鱼制品、肉制品

超高压技术还适用于鱼制品和肉制品加工，特别适用不宜采用传统加热法制造的鱼糜制品，如鱼丸、鱼糕、鱼调味品等以及肉制品，如肉丸、香肠等的加工上，既可杀菌保鲜、延长货架期，又保持生鲜原味、营养丰富。

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超高压肉制品技术优势还体现在肉品品质改善、肉品杀菌和肉品冻结与解冻三个领域。

研究发现，超高压技术具有明显的肉类嫩化作用，对肉品中肌红蛋白、氧合肌红蛋白、高铁肌红蛋白有重要影响，可稳定和保持肉品色泽。但是，对熟肉制品的色泽影响却非常小。

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其次，超高压处理还可增强熟肉香味，促使结构蛋白质的解聚和肉品自溶，增加肉中可溶性物质及游离氨基酸含量。

再次，超高压处理能解聚肌动蛋白和肌动球蛋白，提高肌原纤维蛋白的溶解性，改变凝胶性能。

图：超高压熟肉制品

这是当前流行的开发低盐度、新口感食品的有效手段。

超高压冻结还为获得高质量冻结食品提供了一个有效的选择。

我们都知道，水在压力增大时冰点会下降。当食品中的水分最初在高压下处于0℃以下的液态水状态时，突然释放压力会导致高度过冷状态并促进了大量晶核的快速形成。

因此，超高压条件下冻结，可有效防止肉品在冻结过程中形成大的晶核而破坏组织细胞，从而达到保持住肉品品质、色泽和营养的目的。

超高压解冻技术还可缩短肉类解冻时间，改善了肉类冻融特性，提高肉类质量。

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超高压米饭

超高压加工后的米饭米粒不仅晶莹剔透，香气、弹性、口感都很好，而且充分保留了米粒原有营养成分。2000年，日本越後制果株式会社，最早成功开发了全球首款采用超高压技术加工的方便米饭。推向市场后，获得热烈反响。

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基本方法是这样的：

粳米加水浸泡后装入袋中，真空封装后施加5000个大气压，温度设定在45℃，时间为30分钟。之后米粒膨胀，富含水分。食用时，在沸水中煮5分钟即可变成香喷喷的米饭。

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采用此法开发的方便米饭，微波炉加热2~3分钟即可食用。米粒香气浓郁，富有弹性、口感极佳。

如今，超高压米饭成为日本最畅销的超高压食品，是超高压食品产业化最成功的标志之一。

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中药制品、滋补品

传统中华医药、滋补品的有效成分或活性成分提取和释放多采用热加工方式。

如果采用超高压技术制取中草药汤药、制剂或滋补品，可在促进有效成分释放以及保存原有活性成分方面达到最大限度地发挥，并且减少热过敏的药用或功能成分诸如维生素、黄酮、胡萝卜素等造成破坏和损失，提高中草药或滋补品的利用率。如此一来，可彻底改写中草药制剂应用、保健品市场开发的现状。

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超高压能杀死所有细菌吗？

一般而言，超高压杀菌技术可“几乎”杀死所有细菌、霉菌和酵母菌。但是，这个“几乎”还不是百分百。

研究人员发现，革兰氏阳性菌比革兰氏阴性菌更耐高压。这是因为，前者细胞壁成份中的90%是由一层厚厚的肽聚糖构成。

常规条件下的灭菌，最让人头疼的是芽孢细菌，比如枯草芽孢杆菌、肉毒芽孢杆菌等。

这些细菌最大的特点是有两种形态，一种是活跃的“营养体”，一种是处于休眠状态的“芽孢体”。

真正难对付的是后者，即使是1200兆帕的超高压下也未必能杀死芽孢。

图：芽孢杆菌

那么，超高压技术就无计可施了吗？

通过研究发现，芽孢体有个弱点。如果先实施一次超高压处理，然后减压，芽孢细菌会以为“苦日子过去了”，于是变为活跃的“营养体”。这时，再次加超高压处理就能杀死它了。这种方法叫分段式超高压或脉冲式超高压灭菌。

此外，超高压保持一段时间后，通过瞬间减压，也可以使细菌涨裂达到灭菌效果，此种最适合液态饮料的处理。

超高压百香果饮料 图片来自互联网

影响超高压灭菌效果的因素，还以下几个方面：

1、压力大小及保压时间。一般来讲，压力越高，保压时间越长，杀菌效果越好。

2、体系PH值。酸性环境会增强灭菌效果。

3、体系温度。过高或过低的温度都会增强灭菌效果。

4、体系组成。食品中蛋白质或多糖等会对微生物起到保护作用，抑菌剂的存在会使超高压灭菌效果增强。

5、微生物种类。对于超高压的耐受性，革兰氏阳性菌强于革兰氏阴性菌，酵母菌强于霉菌和病毒。

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超高压食品突破的难点

超高压食品于日本、欧美国家的发展，已是风风火火。

我国于20世纪70年代，有学者关注于超高压食品的研究。经过近半个世纪的发展，我国在超高压技术理论体系、机理研究、技术开发已经取得一系列成果。

但是，总体来看，我国在超高压食品产业化方面还缺乏系统研究，相关装备处理工艺、处理参数等尚未明确，技术水平距离国外发达国家还有较大差距。

原因在哪？

装备制造技术难度大

超高压食品加工设备对材料选择、结构设计、结构密封、运行寿命安全性等方面提出近乎严苛的要求，密封筒体和密封系统（包含密封圈和超高压阀）等关键零部件要求条件非常之高。如，1000L超高压筒体在600MPa下压力安全系数不低于2，寿命不低于50万次（见朱晓光等编著《中国制造业重点领域技术创新绿皮书——技术路线图(2019)》中食品领域）。

这些问题的解决不仅先期投入成本较高，产业化实施仍然面临困难重重。

图：超高压食品装备

加工处理过程复杂

超高压加工需要针对不同食材属性采取不同的处理参数（主要为处理压力和保压时间）。部分食材中的芽孢要达到预定杀灭效果，对工艺参数的要求则更高。这些均需要采取系统化研究。

当前，超高压食品处理工艺依然缺乏相应技术标准对最佳工艺参数进行评定。工艺参数研究依然是产业化一道难以逾越的屏障。

超高压食品离我们的生活还有多远？

在西方国家，超高压食品加工处理技术趋于成熟，产业化进程推进迅速，已经发展为一个前景十分广阔的健康食品产业。

然而，限于这些国家人口基数较小，超高压技术装备的生产能力和应用规模均较小，压力容器容积多见为几十升至几百升不等。

当前，国内超高压装备制造技术成熟度较低，关键原材料、关键元器件研发不足需依赖进口等诸多原因，尚未形成较为成熟和完备的超高压装备体系。

个别企业从国外引进了超高压食品装备和生产线。但是引进装备的问题在于，一是装备购置成本以及维修和维护成本均十分高昂；二是缺乏大容积、大产能装备；

这些原因限制了超高压食品的规模化发展。这也是市面上很少能够见到超高压食品的原因之一。

因此，依赖进口装备实现超高压食品的规模化生产实际已经触及到了产业发展的天花板。

其次，民众对超高压食品产品和技术缺乏认知，也是市场化程度低的原因。需要政府等有关部门通过有效渠道扩大宣传。

当前，国内也有研究机构声称开发了800~10000L的超大容积加压釜。对这一成果，我们只能拭目以待。

针对中国人人口基数大的特点，想要使超高压食品成为普惠大众的健康食品，唯有依靠自主创新开发大容积、高效能、高可靠性的超高压技术装备。

而这一目标的实现，不是短期内能够完成的。或许还需要5~10年？一切均依赖于装备产业的技术进步。

让我们期待这一天的尽早到来。

参考文献：

《中国制造业重点领域技术创新绿皮书——技术路线图(2019)》，国家制造强国建设战略咨询委员会，中国工程院战略咨询中心，朱晓光等

《食品超高压技术研究进展与应用现状》，中国农业大学，董鹏等

《超高压技术在肉制品加工中的应用》，福建农林大学，张东芳等

《超高压食品加工设备现状及发展趋势》，济南大学，徐圣捷等

（本文为作者原创文章。）