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《糧油食品科技雜志》2014年第三期

1HHP處理對谷物和豆類化學組分的影響

1．1HHP處理對自由水和結合水的影響水具有獨特的物理性質，如高熱容、高沸點、高表面張力、高潛熱等，這些性質稱為水的特異性。水的特異性是由于水分子之間形成的三維網絡結構、分子間氫鍵、四面體組合等原因造成的。在恒溫條件下，如果顯著地改變了水的體積，水的性質也會發生變化。例如在超過600MPa的高靜水壓下，水介質會發生凝固結冰現象。水在細胞中以自由水與結合水2種狀態存在。自由水是在生物體內或細胞內可以自由流動，是良好的溶劑和運輸工具，用水分活度表示。自由水對于HHP處理效果影響較大;結合水是指在細胞內與其它物質結合在一起的水。稻谷籽粒及其各組成部分的水分含量各不相同。皮層含水量較高，故韌性較大，易于碾剝。胚乳含水量較低，籽粒強度大，不易碾碎。稻殼含水量最低，脆性大，易于脫殼。這種水分分布不均對稻谷的加工是很有利的［15］。阮征等［16］采用HHP處理，并用蔗糖等調節水分活度，結果發現，水分活度低于0．94時，在室溫下400MPa處理紅酵母15min所產生的致死作用會受到抑制。30℃，水分活度為0．96時，400MPa，15min的處理可使酵母細胞減少1個數量級;當水分活度減至0．94，酵母失活不足兩個數量級;當水分活度低于0．91，幾乎沒有失活現象。研究表明，水分活度大小對微生物抵抗壓力非常關鍵，對于固體與半固體食品的HHP處理，考慮水分活度的大小十分重要。

1．2HHP處理對蛋白質結構和功能的影響HHP對蛋白質分子的影響表現為以下方面:對于一級結構基本無影響，有利于二級結構的穩定，會破壞其三級結構和四級結構，迫使蛋白質的原始結構伸展，分子從緊密而有序的構造轉變為松散而無序的構造。蛋白質經過HHP處理后，溶解性、起泡性和乳化性等都會發生改變。

1．2．1蛋白質溶解性蘇丹等［17］經過大量研究發現:大豆蛋白在400～600MPa下處理20min后，其亞基結構發生明顯

變化，7S和11S蛋白含量顯著增加;大豆蛋白巰基含量和表面疏水性都明顯增加。同時HHP處理能夠使較大的蛋白質分子顆粒解聚成較小的顆粒，這使得蛋白質顆粒溶解于溶液中的體積分數增加，使溶液的分散性增強。薛路舟等［18］以大豆分離蛋白的溶解度為研究對象，發現其會隨壓力的增大而增大，且在0～100MPa時的溶解度變化最大。在300MPa下，隨著HHP處理時間延長，大豆分離蛋白溶解度也明顯增加，但當處理壓力大于400MPa時，大豆分離蛋白質質量分數大于5%，其溶解度就會降低。

1．2．2蛋白質凝膠特性張宏康等［19］通過HHP和熱處理兩種不同方法得到大豆分離蛋白凝膠，并且對凝膠樣品進行了感官分析。結果發現，隨著溫度及處理壓力的增高、大豆分離蛋白質量分數的增大，HHP處理得到的凝膠強度會增高，熱處理得到的凝膠強度不及高靜壓處理所得到的凝膠，而且HHP處理的凝膠外觀更加平滑、細致，因此可以斷定HHP處理得到的凝膠更加優質。

1．2．3蛋白質乳化性質袁道強等［20］研究發現在壓力400MPa，處理時間12．5min，pH為8．0條件下，大豆分離蛋白的乳化能力與乳化穩定性可分別提高86．6%和24．7%。李曉等［21］以花生分離蛋白為研究對象發現，花生分離蛋白溶液經400MPa、15minHHP處理后，其乳化性提高。通過凝膠電泳可以發現，在400MPa條件下處理后，蛋白分子發生一定程度的解聚和伸展;而通過紅外光譜分析可以發現，蛋白質電荷分布加強;通過掃描電鏡可以發現，400MPa處理后蛋白會消失一些不溶性顆粒。導致花生分離蛋白分子乳化性變化的原因主要是因為HHP改變了其分子結構。

1．2．4蛋白質粘度和粘彈性經HHP處理后，大豆分離蛋白溶液的表觀粘度會增加，且隨著處理壓力的提高，其儲能模量G＇和損耗模量G″也隨著增大。豆漿黏度會在超過200MPa的壓力下表現出增大趨勢，其中在300～400MPa下，黏度的增加最為明顯，這是由于在此壓力范圍內，豆漿中的蛋白質解聚和伸展較為明顯。隨著豆漿濃度的增大其黏度也會增大。但高靜壓處理所產生的增黏效果會隨著豆漿濃度的不同而改變。張宏康［22］的研究也顯示豆漿的黏度會隨著處理壓力的增高而呈線性增高的趨勢。

1．3HHP對酶活力的影響酶的化學本質是蛋白質，其核心組成是活性中心。高靜壓作用可使鹽鍵、疏水鍵以及氫鍵等被破壞，這些都是維持三維結構的次級鍵，從而導致了酶蛋白三級結構崩潰，使酶活性中喪失或改變其氨基酸的組成，從而達到改變催化活性的目的［23］。脂肪氧化酶(LOX)是催化脂肪氧化的酶類。陳復生等［24］研究發現，在大豆中，脂肪氧化酶的濃度越高，其抗壓性越大，且在Tris緩沖液中或室溫下都十分耐壓，如果充入二氧化氮或者降低、增高溫度都會增大其壓力失活的效果。Wang［25］以豆漿和大豆提取物中的脂肪氧化酶為研究對象，發現HHP會使它們脂肪氧化酶發生鈍化。脂肪氧化酶的等溫和等壓鈍化作用在兩種體系中是不可逆的，且在壓力—溫度聯合測試中遵從一級反應。在整個壓力—溫度區域中(250～650MPa和5～60℃)，兩個體系在恒溫的情況下，隨著壓力的增加，脂肪氧化酶鈍化速率常數增加，在大豆提取物中的速率常數相對豆漿中的大一些。在等壓條件下，兩種體系脂肪氧化酶在20℃時表現了最大的穩定性。在高溫條件下，隨著壓力的增加，兩種體系脂肪氧化酶鈍化速率常數溫度依賴性降低，而在30℃時脂肪氧化酶鈍化速率常數對壓力最為敏感。在其他領域中，HHP對酶的影響也很大。Cano等［26］以果膠甲基酯酶為研究對象發現:在室溫下，新鮮橘汁中果膠甲基酯酶在100～400MPa處理下可被滅活。西紅柿中的果膠甲基酯酶對壓力的抗性略大，隨著pH值的降低，它的壓力穩定性也降低，在高溫度(59～60℃)和低壓條件下，西紅柿的果膠甲基酯酶被激活。德力格爾桑等［27］發現，牛乳中脂肪酶活性隨著壓力增加而急劇下降。在室溫、500MPa下，分別處理8、6和4min，脂肪酶活性幾乎不變;提高壓力至700MPa時脂肪酶活性分別下降77%、66%和45%;繼續升高壓力至900MPa時脂肪酶完全鈍化。施壓時間和壓力對脂肪酶的鈍化效應極顯著(P＜0．01)。

1．4HHP處理對淀粉結構和物理特性的影響HHP處理時，在壓力作用下，淀粉顆粒將會溶脹分裂，其晶體結構遭到某種程度的破壞，內部有序態分子間的氫鍵斷裂，分散成無序的狀態，同時淀粉分子的長鍵斷裂，因此，HHP處理，將使谷物和豆類中淀粉的糊化特性、結晶結構等性質發生改變。淀粉的種類不同其受到壓力的影響也不同，在室溫下壓力超300MPa時，小麥淀粉開始糊化，600MPa時小麥淀粉會完全糊化;而同樣在600MPa下，馬鈴薯淀粉則沒有變化，直至800MPa時才會完全糊化［28］。楊留枝等［29］應用X－射線衍射和偏光顯微鏡對600MPa下，不同濃度的氯化鈣介質處理的馬鈴薯淀粉進行了分析研究，結果發現，氯化鈣不論在何種濃度下均會抑制淀粉的糊化，且保持較好的偏光十字;馬鈴薯淀粉的結晶結構在低濃度氯化鈣下影響不大，而在高濃度的氯化鈣中會被嚴重破壞。劉延奇等［30］以玉米淀粉顆粒為研究對象，發現玉米淀粉經400、500、600MPa處理后，其偏光十字和特征衍射峰隨著壓力的增大而逐漸變弱并消失;在未達到糊化狀態之前，淀粉顆粒表面隨著壓力的增大而被逐漸消磨，直至淀粉顆粒出現塌陷情況;結晶度隨著壓力的增大而逐漸降低，當壓力達到600MPa時，其結晶區域完全消失。Stolt等［28］研究發現10%粘玉米淀粉經450MPa處理110min，粘度系數不超過7Pa，而經550MPa下處理5～10min粘度系數能達到20Pa。粘度系數的結果與儲能模量G＇的測試結果完全相同，除了在長時間加壓的情況下儲能模量G＇降低，由此可知過度的壓力會削弱凝膠結構。

1．5HHP處理對植物化學素的影響李鳳［31］以大豆膳食纖維為研究對象，將其充分吸水后經700MPa靜壓，15min處理后考察持水率、膨脹率、黏度和顯微結構的變化。結果發現，樣品的膨脹率、持水率經處理后都有較大的提高，而黏度略有下降;樣品經處理后，組織結構越來越疏松，空隙更多更大，但是其瓣膜狀的空間結構沒有改變。趙健等［32］研究發現，薯渣膳食纖維化學結構經HHP處理后基本沒有影響，但纖維構成比例發生了改變，水溶性纖維含量降低，不溶性纖維含量增加，且膳食纖維的結合膽酸鹽能力和吸附葡萄糖能力均有提高，在500MPa處理時效果最為明顯。因此可以得出，薯渣膳食纖維經HHP后能將葡萄糖濃度控制在較低的水平，能有效抑制餐后血糖的急速升高。維生素特別是水溶性維生素在熱加工中極易損失，而在高靜壓加工中Vc、B1、B2、B6等維生素沒有被破壞。目前HHP處理對于谷物和豆類中維生素和礦物質的影響并無報道。在其他系統中，HHP處理對果蔬中維生素和礦物質影響較少［33］。如動物食品如蛋制品中也發現在20℃，400MPa高壓下處理30min，大部分的Vc能夠被保持［34］。

2HHP技術在谷物和豆類加工中的應用

2．1HHP技術在大米中應用HHP技術在大米中主要應用于減少過敏原物質及解決陳米口感方面。大米一直以來都被視作消費量大、安全的谷物。然而，自從1979年Shibasa-ki［35］首次關注大米球蛋白的安全問題，認為其容易誘使人體發生哮喘、過敏性皮疹、過敏性皮炎等疾病以來，大米過敏等安全問題也得到了人們的大量關注。大米中的蛋白質約占胚乳中的8%。這些蛋白是由5%～10%的醇溶蛋白，4%～10%的球蛋白，80%～90%的谷蛋白組成。研究表明大米蛋白特別是16kDa的清蛋白和26kDa的α－球蛋白的攝入可能引起過敏。但相關研究主要集中在過敏原蛋白的鑒定上。近年來，一些學者研究采用HHP的加工方式，降低和減少大米蛋白中的過敏原物質［36］。Kato等［36］研究了HHP對大米過敏原蛋白的影響。在100～400MPa的壓力下處理置于蒸餾水中的精白米，大米釋放大量的過敏原蛋白(約0．2～0．5mg/g);在300～400MPa的壓力下，過敏原蛋白質的釋放量最大;繼續升高壓力到500MPa時，過敏原蛋白釋放無顯著增加。對大米過敏患者的血清進行抗原抗體反應試驗，發現食用高靜壓大米后體內的抗原量有明顯減少。YamazakiA等［37］研究發現，在HHP處理中大米過敏原蛋白質的溶解和釋放與浸泡大米的提取液相關。在300MPa下，處理置于0．025mol/L氫氧化鈉溶液中的大米，會釋放出大量的醇溶蛋白和谷蛋白;處理置于70%的乙醇溶液中的大米，會釋放出大量分子量為13Da的醇溶蛋白;處理置于1mol/L的食鹽水中的大米，會釋放出大量α－球蛋白。因此應根據自身需求選擇不同的提取液以便準確、方便、高效的得到所需的蛋白質。徐洲等［35］認為在操作壓力400MPa左右，升壓速度、減壓速度2MPa/s以上，浸泡時間30min以上，浸泡中性鹽溶液的濃度0．01mol以上時，1單位大米在以0．5單位中性鹽溶液中經HHP處理可有選擇性地提取、去除大米中的球蛋白、清蛋白等過敏原，從而制備低過敏原大米。淀粉是大米的重要組成部分，新米淀粉質膜中的淀粉質膜和胚乳細胞壁柔軟，煮制過程中易被破壞，從而部分流出，增強了米飯的口感和粘性，入口柔軟。而存放較長的陳米由于其細胞壁和細胞膜已連接在一起，口感略硬、粘度降低。將陳米進行HHP處理，條件是將陳米吸水濕潤后在20℃、50～300Mpa下處理10min。得到的米粒再按常規方法煮制，其粘度上升、硬度下降、平衡值提高到新米范圍，也改變了其光澤和香氣，如同新米一樣。煮制時間也可大大減少［38］。為了使產品具有較長的保藏期，也可將谷物和豆類采用HHP處理，如用二次脈沖高壓處理綠豆，貯藏一月后，與常規保藏方法相比，99%的過氧化酶失活，且較好的保留了綠豆的硬度和維生素C［39］。

2．2高靜壓技術在大豆及制品中的應用HHP技術在大豆及制品中主要起到滅菌和滅酶(油脂穩定化)的作用。Pre''''stamo［40］報道在58℃下，400MPa高靜壓處理后，豆腐中的微生物大幅降低。并假設HHP處理的效果主要取決于HHP的保壓時間。還有研究認為一些微生物在HHP處理前后未發生變化，具有抗HHP的作用，例如在高壓處理豆腐后一些芽孢桿菌能夠保持活性。HHP對微生物滅活的影響取決于微生物的類型、保壓時間、處理溫度、溶液的成分等幾個因素。除了溫度和保壓時間，影響HHP處理效果的另一個顯著因素是環境介質。食品成分如蔗糖、果糖、葡萄糖和鹽的滲透等有助于高壓環境中微生物的存活［41］。在大豆制品中，異味(特別是腐敗風味和豆腥味)主要產生于脂肪氧合酶的作用。因為脂肪氧合酶的分解導致氫過氧化物含量的增加。脂肪氧合酶對于熱很敏感，在82℃以上加熱15min即可破壞［42］。酶的熱穩定性已經有大量的研究，但是HHP處理酶使其滅活的原理尚未明確［43］。在常壓下，溫度升高至60～70℃可達到滅酶的作用。而在高靜壓下經過一個循環或者多個循環僅需較低的溫度即可達到滅酶的效果［44］。在350～525MPa，10～40℃，應用多循環處理滅活大豆脂肪氧合酶對比單個循環僅需更低的溫度即可［45］。不同介質對于HHP滅酶效果影響很大，如在商品大豆脂肪氧合酶－I溶于0．2mol檸檬酸磷酸鹽(pH4．0～9．0)和0．2molTris(pH6．0～9．0)緩沖溶液，置于400和600MPa壓力下20min，在堿性條件下脂肪氧合酶喪失了80%的活性，然而在酸性條件下完全失活［46］。

2．3HHP技術在小麥和大麥中的應用HHP技術在小麥和大麥中的應用主要體現在對淀粉酶的影響及對小麥面筋強度的影響。小麥和大麥等中的主要內源性生物酶是淀粉酶。淀粉酶能使淀粉水解成為葡萄糖，改變其面團的性質，從而提高面包體積。在特定的條件下，將一些酶暴露在HHP的環境下，被發現能夠提高酶的活性，然而，當壓力繼續提高，酶將會因為活性位點發生改性而失活。Gomes等研究表明［47］，在室溫下25%大麥和小麥粉糊樣品在400～600MPa高壓下處理10～20min后，可溶性碳水化合物含量大幅提高，糖的含量減少。Gomes還研究了從大麥麥芽中分離出的淀粉酶在室溫下，pH4．8～6．9的緩沖鹽溶液，200～600MPa高壓下處理10min，酶活性的減少在酸性條件下減少更快。小麥蛋白能形成面筋，具有獨特的粘彈性，研究表明［48］含水的小麥面筋在200～800MPa、20～60℃下，經HHP處理20～60min，采用TPA分析表明，面筋的彈性模量提高了2～3倍。

3HHP技術在谷物和豆類加工中的應用展望

傳統熱處理難以在保持谷物和豆類口感和風味的同時，保持其功能活性，因此亟待新技術在糧食加工領域的應用。HHP可以克服傳統熱加工的弊端，在加工過程中保持食品原有的營養成分，且色澤、口感好，貯存期長，處理過程中一般不伴隨化學變化的發生，有利于生態環境的保護［8］。HHP用于處理谷物和豆類原料時，可在常溫或較低的溫度下，使物料中的酶、蛋白質和淀粉等生物大分子性質發生改變，拓展了谷物和豆類原料的應用范圍。同時殺死微生物甚至微生物的芽孢［49］達到滅菌保鮮。因此將HHP技術應用于谷物和豆類加工，對于我國糧食資源的高效利用具有重要的意義。目前HHP應用于谷物和豆類加工還存在很多問題，如有關HHP科學的理論體系尚不完善;HHP設備處理量小，達不到連續化大批量生產;設備本身昂貴，導致HHP加工產品成本偏高。隨著相關基礎研究工作的深入，以及相關裝備制造技術的不斷加強和進步，HHP加工技術將在谷物和豆類的加工中得到廣泛應用，發展前景十分廣闊。

作者：劉明譚斌孫志堅汪麗萍吳娜娜田曉紅于國萍單位：國家糧食局科學研究院東北農業大學食品學院