定义

超高压灭菌技术（ultra—high pressure processing ）简称UHP，又称超高压技术（ultra-high pressure, UHP），高静压技术（high hydrostatic pressure , HHP），或高压食品加工技术（high pressure processing, HPP）

超高压定义

通常情况液体或气体压力在0.1mpa～1.6mpa称为低压，1.6mpa～10mpa称为中压，10～100MPa称为高压，100MPa以上称为超高压.本文阐述的HPP技术的压力通常在100～1000MPa.

原理

食品超高压灭菌就是在密闭的超高压容器内，用水作为介质对软包装食品等物料施以400～600MPa的压力或用高级液压油施加以100～1000map的压力。从而杀死其中几乎所有的细菌、霉菌和酵母菌，而且不会像高温杀菌那样造成营养成分破坏和风味变化。超高压灭菌的机理是通过破坏菌体蛋白中的非共价键，使蛋白质高级结构破坏，从而导致蛋白质凝固及酶失活。超高压还可造成菌体细胞膜破裂，使菌体内化学组分产生外流等多种细胞损伤，这些因素综合作用导致了微生物死

高等静压技术在食品保藏中的应用研究最早是由Bert Hite在1899年提出的，Bert Hite首次发现450MPa的高压能延长牛奶的保存期，他和他的同事做了大量研究工作，证实了高压对多种食品及饮料的灭菌效果。这以后，有关HHP技术的研究一直没有间断，Bridgman因发现高静水压下蛋白质发生变性、凝固而获得了1946年诺贝尔物理奖。但直到1990年有关HHP装备、技术和理论的研究才得到了突破与发展，20 世纪90 年代由日本明治屋食品公司首先实现了HHP技术在果酱、果汁、沙拉酱、海鲜、果冻等食品的商业化应用。之后，欧洲和北美的大学、公司和研究机构也相继加快了对HHP技术的研究。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。

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杀菌机理

微生物的热力致死是由于细胞膜结构变化、酶失活、蛋白质变性、DNA损伤等主要原因引起的。而超高压是破坏氢键之类弱结合键，使基本物性变异，产生蛋白质的压力凝固及酶的失活，以及使菌体内成分产生泄露和细胞膜破裂等多种菌体损伤[5]。

高压会影响细胞的形态。细胞内含有小的液泡、气泡和原生质，这些液泡、气泡和原生质的形状在高压下会变形，从而导致整个细胞的变形。研究表明，细胞内的气体空泡在0.6MPa压力下会破裂。埃希氏大肠杆菌的长度在常压下为1~2μm，而在40MPa下为10~100μm。

高压对细胞膜和细胞壁也有一定的影响。在压力作用下，细胞膜的磷脂双层结构的容积随着每一磷脂分子横切面积的缩小而收缩。加压对细胞膜常常表现出通透性的变化和氨基酸摄取的受阻。当压力为20～40MPa时，细胞壁会发生机械性断裂而松懈；当压力为200MPa时，细胞壁会因遭到破坏而导致微生物的细胞死亡。压力对微生物的抑制作用还可能是由于压力引起主要代谢酶或蛋白质的失活。众所周知，酶是有催化活性的一类特殊蛋白质，是由多种氨基酸以肽键结合形成链状的高分子物质。酶蛋白的高级构造除共价键外，还有离子键、疏水键、氢键和二硫键等较弱的键。当蛋白质经高压处理后，其离子键、疏水键会因体积的缩小而被切断，从而导致其立体结构崩溃，蛋白质变性，酶失活。一般来说，100~300MPa压力下引起的蛋白质变性是可逆的，但当压力超过300MPa时，蛋白质变性是不可逆的[6]。

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同样，凡是以较弱的结合构成的生物体高分子物质，如核酸、脂肪、糖类等物质都会受到超高压的影响，从而使生物体的生命活动受到影响甚至停止，这就是高压处理可达到杀菌目的的机理。

超高压灭菌作用特点

HHP技术作为新兴技术应用于食品保藏，主要机理是能够使微生物细胞膜和细胞壁损伤、改变细胞形态、影响细胞内酶活力及细胞内营养物质和废弃物的运输，从而杀死食品中的腐败菌和致病菌；同时，HHP能够有效或部分钝化食品中的内源酶。该技术的主要优点，首先是作为一种物理方法在不加热或不添加化学防腐剂的条件下杀死致病菌和腐败菌，从而保障食品的安全、延长食品的货架期；其次，HHP作为一种非热加工手段，在杀菌过程中没有温度的剧烈变化，不会破坏共价键，对小分子物质影响较小，能较好的保持食品原有的色、香、味以及功能与营养成份。 不同微生物对HHP技术敏感性是不同的，酵母、霉菌容易在较低的压力下被杀灭，细菌营养体（vegetative cell）则需要较高的压力，而细菌胞子很难杀死。目前HHP技术主要应用于高酸性食品。由于高压高温协同效应能够杀死细菌胞子，近年来高压高温工艺（high pressure high temperature, HPHT）研究引起了广泛关注。最近，美国NCFST（National center for food safety and technology）成功开发了PATS (pressure-assisted thermal sterilization)工艺， PATS工艺与传统高温杀菌工艺相比，大幅缩短杀菌时间，提高了低酸性食品品质。因此，HHP技术在低酸性食品的应用会不断增加。

超高压技术不仅能杀灭微生物，而且能使淀粉成糊状、蛋白质成胶凝状，获得与加热处理不一样的食品风味。超高压技术采用液态介质进行处理，易实现杀菌均匀、瞬时、高效。

但是，UHP技术对杀灭芽孢效果似乎不太理想，在绿茶茶汤中接种耐热细菌芽孢后，采用室温和400MPa静水高压处理，不能杀灭这些芽孢。另一方面，由于糖和盐对微生物的保护作用，在粘度非常大的高浓度糖溶液中，超高压灭菌效果并不明显。由于处理过程压力很高，食品中压敏性成分会受到不同程度的破坏。其过高的压力使得能耗增加，对设备要求过高。而且，超高压装置初期投入成本比较高，一般食品工厂不利于工业化推广 。另外，超高压灭菌一般采用水作为为压力介质，当压力超过600MPa时，水会出现临界冰的现象，因而只能使用油等其他物质作为压力介质。超高压灭菌的效果受多种因素的影响，如微生物种类、细胞形态、温度、时间、压力大小等。

超高压灭菌的应用