超高壓

超高壓：一般認為壓強超過100Mpa就是超高壓，在超高壓條件下，生物體高分子立體結構中的氫鍵結合、疏水結合、離子結合等非共有結合發生變化，使蛋白質變性，澱粉糊化，酶失活，細胞膜破裂，菌體內成分泄漏，生命活動停止，微生物菌體破壞而死亡。

基本介紹

• 中文名：超高壓
• 外文名：Extra high pressure
• 定義：超過100Mpa
• 縮寫：EHP
• 套用：食品保鮮
• 學科：電機工程

基本介紹

大分子結構示意圖

蛋白質的胺基酸的縮氨結合、維生素、香氣成分等低分子化合物是共有結合，在超高壓下不會破壞、得以完整地保留。

根據這個原理，一般情況下200-300Mpa病毒滅活；300-400 Mpa黴菌、酵母菌滅活；300-600 Mpa細菌、致病菌滅活；800-1000 Mpa芽孢滅活；低壓下酶活性增強，超過400 Mpa酶失活；400 Mpa以上蛋白質三、四級結構破壞，發生不可逆變性；400-600 Mpa澱粉氫鍵斷裂，並糊化。

工作原理

超高壓生物處理的對象必須是富含水份的，並藉助流體介質如水、油等進行壓力傳遞。據帕斯卡定律，靜止的理想的液體，它的壓力傳遞具有以下三個基本性質：

微生物超高壓處理前

·液壓力總是垂直於任何受作用的表面。

·液體中各點的壓力在所有的方向上都相等。

·在密閉的容器中，加在靜液體的一部分上的壓力，以相等的強度傳給流體的所有其它部分。

將被處理物料放入封閉的容器中施加液體壓力，則它在各個方向都承受相同的工作壓力，所以稱為等靜壓。

形成原因

根據帕斯卡定律，流體作用在平面上的力P等於液體壓強p與承壓有效工作面積F的乘積，即P=pF。當組成如圖的系統時，則有

p2=p1*D2/d2

即小腔的工作壓力p2，將大腔p1的壓力放大了D2/d2倍。當P1為30Mpa，D為300cm²，d為60cm²，則p2可以產生750Mpa的超高壓。

超高壓條件下水的性質

一般情況下，水被看作為不可壓縮的。但是，超高壓條件下水的性質發生了變化，水分子距離縮小，密度增大，體積被壓縮，溫度升高，粘度增加，PH值降低。

超高壓的作用瞬時地、均勻地貫穿食品的所有部分，而不依賴它的尺寸、形狀和食品成分。也不取決於包裝的尺寸、形狀和成分。超高壓處理時，壓縮的能量將提高介質或食品的溫度，每100MPA大約升高3℃，這取決於食品的成分。例如食品中含有大量脂肪的奶油、乾酪等，溫度升的更高些。如果沒有加熱損失或保壓時沒有從壓力容器外壁得到熱量，釋壓時食品將恢復到原有的溫度。

微生物超高壓處理後

在強制壓力的作用下，食品的體積減小，釋壓時發生相等的膨脹。因此，用於超高壓處理食品的包裝必須是柔性的，能適應壓縮時體積的變化，並且能恢復原狀，同時要求密封完好無損。

低溫處理

與高溫處理相比，超高壓低溫處理節省能源效果非常明顯。從理論上分析，100L水加熱到90℃需要熱量293*105J，100L水加壓到400 Mpa耗能僅為18.84*105J。兩者都可以滅菌，但後者能源消耗僅為前者的1/15。實際運行時扣除各種因素的影響，至少節能80%以上。

國內生產的超高壓設備

套用

超高壓殺菌技術簡稱UHP，又稱超高壓技術，高靜壓技術，或高壓食品加工技術，是在密閉的超高壓容器內，用水作為介質對軟包裝食品等物料施以400～600MPa的壓力或用高級液壓油施加以100～1000map的壓力。從而殺死其中幾乎所有的細菌、黴菌和酵母菌，而且不會像高溫殺菌那樣造成營養成分破壞和風味變化。

超高壓殺菌技術作為新興技術套用於食品保藏，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，細菌營養體則需要較高的壓力，而細菌胞子很難殺死。目前HHP技術主要套用於高酸性食品。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研究引起了廣泛關注。最近，美國NCFST成功開發了PATS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套用會不斷增加。 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後，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，水會出現臨界凍的現象，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。