超高壓滅菌技術(shù)在農(nóng)產(chǎn)品加工質(zhì)量管理中的應(yīng)用研究

李媛媛等

超高壓滅菌技術(shù)是未來農(nóng)產(chǎn)品非熱加工技術(shù)發(fā)展的重要方向。超高壓滅菌技術(shù)具有獨特的優(yōu)點：一是不會改變農(nóng)產(chǎn)品原有風(fēng)味、色澤、營養(yǎng)價值；二是不需向食品中加入化學(xué)物質(zhì)；三是保質(zhì)期長久。我國農(nóng)產(chǎn)品加工行業(yè)處于快速發(fā)展?fàn)顟B(tài)。根據(jù)國家統(tǒng)計局數(shù)據(jù)，2023年我國規(guī)模以上農(nóng)產(chǎn)品加工企業(yè)達到9.5萬家，較2022年增加5.3個百分點。同期，農(nóng)產(chǎn)品加工轉(zhuǎn)化率達到74%，較2022年提高了2個百分點，表明農(nóng)產(chǎn)品加工行業(yè)保持快速發(fā)展。但是，農(nóng)產(chǎn)品加工行業(yè)仍然面臨著過程質(zhì)量控制的壓力，過程質(zhì)量安全問題不容忽視。行業(yè)需要升級農(nóng)產(chǎn)品加工技術(shù)，確保農(nóng)產(chǎn)品加工質(zhì)量安全。超高壓滅菌技術(shù)是一種新技術(shù)，將其應(yīng)用到農(nóng)產(chǎn)品加工中，可以改善農(nóng)產(chǎn)品加工過程質(zhì)量。但是，因超高壓滅菌技術(shù)在農(nóng)產(chǎn)品加工中的應(yīng)用時間較短，應(yīng)用規(guī)范不足，加工過程細節(jié)問題較多。因此，探究基于超高壓滅菌技術(shù)的農(nóng)產(chǎn)品加工質(zhì)量控制措施具有非常突出的現(xiàn)實意義。

1 超高壓滅菌技術(shù)的農(nóng)產(chǎn)品加工對象

農(nóng)產(chǎn)品加工主要指生產(chǎn)加工，由糧食加工、飼料加工、榨油、釀造、制茶、制糖、烤煙、纖維加工、果品加工、畜產(chǎn)品加工、蔬菜加工、水產(chǎn)品加工等組成。其中超高壓滅菌技術(shù)的加工對象主要有蔬菜、果品、水產(chǎn)品、畜產(chǎn)品等。

1.1 蔬菜超高壓滅菌加工

蔬菜產(chǎn)品具有無脂肪、多維生素的優(yōu)點，備受消費者青睞。蔬菜超高壓滅菌加工主要對象是蔬菜汁、新鮮蔬菜，如胡蘿卜、萵筍等。蔬菜產(chǎn)品超高壓滅菌加工目的是抑制新鮮蔬菜褐變反應(yīng)，殺滅蔬菜產(chǎn)品中的細菌，并保留蔬菜中異硫氰酸鹽等營養(yǎng)活性。

1.2 果品超高壓滅菌加工

果品風(fēng)味優(yōu)美，富含維生素、礦物質(zhì)等多種營養(yǎng)成分，深受消費者歡迎。傳統(tǒng)高溫殺菌加工對果品營養(yǎng)、香氣成分具有較大負面影響。超高壓滅菌是一種潛力巨大的冷殺菌技術(shù)，可以提高果品質(zhì)量。果品超高壓加工對象主要為鮮果汁、水果、果醬等，目的是減少果品中微生物殘留菌群數(shù)量，控制果品加工時的維生素損失率。

1.3 水產(chǎn)品超高壓滅菌加工

水產(chǎn)品超高壓滅菌加工面臨著嚴苛的質(zhì)量要求，包括外觀色澤、食材質(zhì)地、食用口感等。一般水產(chǎn)品超高壓滅菌加工對象主要為生食海產(chǎn)品，如金槍魚、三文魚，技術(shù)應(yīng)用目的是促使生食海產(chǎn)品達到商業(yè)無菌標(biāo)準，延長貨架期 。同時超高壓滅菌技術(shù)可應(yīng)用到水產(chǎn)品的脫殼加工中，比如貽貝、蝦姑脫殼。借助超高壓滅菌處理，在保證脫殼貝肉完整、品相良好的基礎(chǔ)上，改善貝類咀嚼性、硬度、彈性，提高脫殼效率、出品率。

1.4 畜產(chǎn)品超高壓滅菌加工

畜產(chǎn)品超高壓滅菌加工對象可以簡單劃分為畜乳產(chǎn)品、畜肉產(chǎn)品。其中畜乳產(chǎn)品主要為牛奶、羊奶、奶酪等，超高壓滅菌加工畜乳產(chǎn)品目的是殺滅乳產(chǎn)品中的細菌，保持乳產(chǎn)品亮度、pH值、白度、濁度、乳清蛋白與游離態(tài)鈣含量一定；畜肉產(chǎn)品主要為豬肉、牛肉、雞鴨肉、羊肉等，超高壓滅菌加工畜肉產(chǎn)品目的是改變產(chǎn)品內(nèi)鈣激活酶的活性、凝膠性，提高畜肉產(chǎn)品嫩度，保持畜肉產(chǎn)品色澤、風(fēng)味一定。

2 基于超高壓滅菌技術(shù)的農(nóng)產(chǎn)品加工過程質(zhì)量影響因素

2.1 設(shè)備設(shè)施

設(shè)備設(shè)施性能優(yōu)劣始終是影響農(nóng)產(chǎn)品超高壓滅菌加工過程質(zhì)量的重要因素。當(dāng)前，農(nóng)產(chǎn)品超高壓滅菌設(shè)備設(shè)施整體尺寸受壓力階數(shù)的直接影響，裝置密封效果則是壓力階數(shù)的決定因素。廣泛應(yīng)用的車氏超高壓組合密封結(jié)構(gòu)存在工作效率低、密封性能不可靠等缺陷，導(dǎo)致超高壓滅菌加工無法實現(xiàn)逐級升降壓。此外，不同類農(nóng)產(chǎn)品加工需要的壓力等級范圍調(diào)整受限，對農(nóng)產(chǎn)品超高壓滅菌加工過程質(zhì)量造成了較大威脅。

2.2 工藝參數(shù)

基于超高壓滅菌技術(shù)的農(nóng)產(chǎn)品加工過程參數(shù)涉及壓力、加壓循環(huán)次數(shù)、保壓時間等，其均會影響農(nóng)產(chǎn)品加工質(zhì)量。

2.2.1壓力

壓力是超高壓滅菌加工過程中影響農(nóng)產(chǎn)品微生物滅活效果的主要因素之一。一般隨著超高壓滅菌加工壓力的升高，微生物細胞被破壞概率上升，農(nóng)產(chǎn)品微生物滅活效果增強。比如，在草莓超高壓滅菌加工過程中，保壓時間（20 min）、加壓次數(shù)（2次）一定的情況下，加工壓力由200 MPa上升到250 MPa，耐酸大腸桿菌、沙門氏菌、酵母菌、霉菌等微生物（菌落總數(shù)）的減少量隨之增加。這主要是由于高壓可以促進植物膜內(nèi)酶、底物的釋放，改變微生物二級、三級結(jié)構(gòu)，促使微生物細胞暴露破壞。

2.2.2加壓循環(huán)次數(shù)

加壓循環(huán)次數(shù)是提高農(nóng)產(chǎn)品超高壓滅菌加工質(zhì)量的關(guān)鍵影響因素。一般第一次加壓可以活化部分芽孢菌，引發(fā)芽孢菌發(fā)芽，增加芽孢菌的壓力敏感度。第二次加壓可以直接殺死芽孢菌形成的營養(yǎng)細胞，提高農(nóng)產(chǎn)品中微生物的滅活效果，達到殺菌率100%的目標(biāo)，促使農(nóng)產(chǎn)品進入商業(yè)無菌狀態(tài)。

2.2.3保壓時間

保壓時間是農(nóng)產(chǎn)品超高壓滅菌加工質(zhì)量的又一影響因素 。一般來說，延長保壓時間，可以更加有效地破壞農(nóng)產(chǎn)品表面微生物細胞，部分耐壓性較弱的微生物會在短時間內(nèi)死亡，其他微生物會陸續(xù)死亡。比如，在基于超高壓滅菌技術(shù)的楊桃加工過程中，在處理壓力（300 MPa）、加壓次數(shù)（2 次）一定的情況下，保壓時間由5 min延長到25 min，菌落總數(shù)減少量顯著增加。

2.2.4低高壓組合比例

低高壓組合是農(nóng)產(chǎn)品超高壓滅菌加工常用方式。在低高壓組合加工過程中，低壓、高壓比例對農(nóng)產(chǎn)品加工過程質(zhì)量具有較為顯著的影響。這主要是由于在高壓時間延長、低壓時間縮短的情況下，對農(nóng)產(chǎn)品中微生物產(chǎn)生了特殊脅迫作用，致使農(nóng)產(chǎn)品菌落總數(shù)出現(xiàn)了一定程度的下降。而在高壓時間延長到臨界值時，多數(shù)壓力敏感菌死亡，僅存活少量耐壓細菌，農(nóng)產(chǎn)品菌落總數(shù)變化不大。

2.3 操作過程

超高壓滅菌技術(shù)在農(nóng)產(chǎn)品加工中應(yīng)用時，操作過程對農(nóng)產(chǎn)品加工質(zhì)量具有直接的影響。超高壓傳壓介質(zhì)生成、料倉加裝、加壓子系統(tǒng)啟動、料倉裝入卸出、循環(huán)滅菌加工等任意環(huán)節(jié)操作不當(dāng)，均會影響農(nóng)產(chǎn)品超高壓滅菌質(zhì)量。比如，在超高壓傳壓介質(zhì)生成環(huán)節(jié)操作不當(dāng)，會出現(xiàn)傳壓過低無法破壞細胞膜，或者傳壓過高破壞農(nóng)產(chǎn)品原有感官品質(zhì)與營養(yǎng)成分，且對超高壓滅菌設(shè)備造成極大損壞，影響農(nóng)產(chǎn)品超高壓滅菌加工整體效益的情況。

3 超高壓滅菌技術(shù)的農(nóng)產(chǎn)品加工過程質(zhì)量控制措施

超高壓是指超出100 MPa的壓力。將100~1 000 MPa的靜態(tài)液體壓力施加到農(nóng)產(chǎn)品上并保持一段時間，可以實現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品殺菌、保鮮目標(biāo)。面對農(nóng)產(chǎn)品超高壓滅菌加工過程中的質(zhì)量影響因素，應(yīng)采取對應(yīng)的控制措施。

3.1 提前準備加工設(shè)備

加工設(shè)備是基于超高壓滅菌技術(shù)的農(nóng)產(chǎn)品加工重要支撐，根據(jù)農(nóng)產(chǎn)品加工類型的差異，超高壓滅菌設(shè)備也具有一定差異 。比如，在雪花梨加工過程中，可選擇HPP600MPa的超高壓食品處理裝置與SF200-250塑料薄膜封口機。在胡蘿卜加工時，可選擇HPP.L2-600/1超高壓設(shè)備。同時根據(jù)農(nóng)產(chǎn)品預(yù)處理要求，可以準備真空包裝機、恒溫水浴鍋等設(shè)備。

在確定加工農(nóng)產(chǎn)品類型后，可以根據(jù)加工需求，提前對已有超高壓滅菌裝置的結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化改進。從超高壓滅菌過程來看，主要工作部件是加壓子系統(tǒng)、傳壓介質(zhì)源、料倉式滅菌缸。根據(jù)超高壓滅菌裝置工作部件情況，進行系統(tǒng)改進。其中加壓子系統(tǒng)可以根據(jù)農(nóng)產(chǎn)品加工期間對階梯壓力的需求，在蓄能器、單向閥、溢流閥配置的基礎(chǔ)上，增設(shè)多臺壓力等級加壓泵、壓力表。每一組加壓子系統(tǒng)根據(jù)其所提供壓力對應(yīng)等級，確保每一級壓力均可達到設(shè)計要求；傳壓介質(zhì)源可以在加液閥、供液閥、補液閥、溫控表、換熱器等組成的傳壓介質(zhì)儲罐基礎(chǔ)上，增設(shè)充液泵，對充液排空段料倉充填傳壓介質(zhì)，促使超高壓滅菌設(shè)備壓力可經(jīng)裝倉端傳遞到料倉，沿著料倉進入方向逐級增加，上升到工作壓力后逐級遞減；料倉式滅菌缸可以根據(jù)農(nóng)產(chǎn)品加工時間控制要求，在設(shè)置原有料倉、超高壓滅菌缸、充液閥、排氣閥、充氣閥、回泵閥等的基礎(chǔ)上，配置裝料端料倉鎖緊機構(gòu)、卸料端料倉鎖緊機構(gòu)、料倉裝入與卸出機構(gòu)，促使料倉裝入、卸出期間超高壓滅菌缸內(nèi)減壓段以往壓力等級料倉傳壓介質(zhì)自動平衡，平衡期間壓力損失由加壓子系統(tǒng)補充。同時在農(nóng)作物加工完畢后，逐次降壓至卸倉端，卸出端料倉傳壓介質(zhì)則導(dǎo)入裝入端料倉，縮短加工時間。

3.2 合理設(shè)定加工參數(shù)

根據(jù)農(nóng)產(chǎn)品加工對理化指標(biāo)、微生物安全性的影響，應(yīng)合理設(shè)定超高壓滅菌加工參數(shù)，包括處理壓力、加壓次數(shù)、保壓時間等。比如，在雪梨初始pH值為4.3時，可以設(shè)定超高壓滅菌處理壓力為480 MPa，加壓次數(shù)為2次，保壓時間為16 min，以便在殺滅霉菌、酵母菌的同時，確保雪梨色澤維持淡黃色且富含果品香氣。

3.2.1超高壓滅菌加工壓力設(shè)定

超高壓滅菌加工具有過程能耗低、成分清潔度高、生理失活風(fēng)險低等優(yōu)良特點。在農(nóng)產(chǎn)品超高壓滅菌加工過程中，農(nóng)作物微生物殘留菌落數(shù)與壓力等級成負相關(guān)。根據(jù)農(nóng)作物加工對象的差異，超高壓滅菌加工壓力影響程度也具有一定差異，不同種類農(nóng)作物超高壓滅菌加工的壓力等級范圍也不同。一般水果、蔬菜產(chǎn)品超高壓滅菌加工壓力在500 MPa±100 MPa；水產(chǎn)品超高壓滅菌加工壓力在 300 MPa 以上、600 MPa 以內(nèi)；畜肉產(chǎn)品超高壓滅菌加工壓力在250 MPa以上、1 000 MPa以內(nèi)；畜乳產(chǎn)品超高壓滅菌加工壓力在200 MPa以上、500 MPa以內(nèi)。根據(jù)農(nóng)作物超高壓連續(xù)滅菌加工要求，可以設(shè)計階梯壓力等級差控制體系。即設(shè)定超高壓滅菌裝置中壓力變化為0~1 000 MPa，每階變化100 MPa。

3.2.2超高壓滅菌加工加壓次數(shù)設(shè)定

超高壓滅菌加工加壓次數(shù)受農(nóng)產(chǎn)品類型的直接影響。以蔬菜產(chǎn)品為例，蔬菜產(chǎn)品超高壓滅菌加工強調(diào)最大程度保存蔬菜的營養(yǎng)價值與風(fēng)味物質(zhì)，彌補傳統(tǒng)熱燙滅酶技術(shù)對蔬菜色澤、質(zhì)地的不利影響。一般超高壓滅菌加工對象為無腐爛、無蟲害、成熟度適中的新鮮蔬菜，提前進行蔬菜去皮、切片、護綠、速冷、常溫浸泡、沖洗、保脆、調(diào)味、封口處理后，可以進行超高壓滅菌處理。在蔬菜產(chǎn)品超高壓滅菌壓力（500 MPa）、保壓時間（15 min）一定的情況下，可以設(shè)定超高壓滅菌加工加壓次數(shù)為1~2，以便最大限度保證蔬菜加工后色澤、脆度與過氧化物酶活性合適。

3.2.3超高壓滅菌加工保壓時間設(shè)定

根據(jù)農(nóng)產(chǎn)品類型的差異，超高壓滅菌加工保壓時間也具有顯著差異。以畜產(chǎn)品為例，畜產(chǎn)品的蛋白質(zhì)、脂肪含量較高，易腐敗變質(zhì)，在加工期間必須通過殺菌工藝殺滅畜產(chǎn)品中的耐熱芽孢桿菌或其他微生物，以延長畜產(chǎn)品貨架期。傳統(tǒng)高溫加工技術(shù)會破壞畜產(chǎn)品原有風(fēng)味、營養(yǎng)成分，可以采用超高壓設(shè)備處理畜產(chǎn)品，在有效減少畜產(chǎn)品內(nèi)菌落總數(shù)、揮發(fā)性鹽基氮含量的同時，確保畜產(chǎn)品原有風(fēng)味、營養(yǎng)損失最低。在相同加工壓力和介質(zhì)溫度的情況下，保壓時間延長對畜產(chǎn)品內(nèi)細菌細胞膜、細胞壁損傷以及細胞酶活性的影響較為顯著。因此，可以恰當(dāng)設(shè)定畜產(chǎn)品超高壓滅菌加工保壓時間。比如，在雞鴨肉超高壓滅菌加工壓力為400 MPa、介質(zhì)溫度為25 ℃時，綜合考慮產(chǎn)品菌落總數(shù)殘余比例要求和成本因素，可以設(shè)定產(chǎn)品超高壓滅菌保壓時間為30 min±10 min。

3.2.4超高壓滅菌加工低高壓組合比例設(shè)定

不同低高壓時間比例對農(nóng)產(chǎn)品加工質(zhì)量具有不同的影響 。根據(jù)低高壓間歇性施加對農(nóng)產(chǎn)品中微生物的脅迫作用特點，可以恰當(dāng)調(diào)整高壓、低壓處理比例。比如，在西番蓮果超高壓滅菌加工總保壓時間（14 min）、壓力（300~600 MPa）、介質(zhì)溫度（40 ℃）一定的情況下，可以將低高壓（300 MPa/600 MPa）時間比例調(diào)整為2∶3，促使加工產(chǎn)品質(zhì)量最佳，pH值、可溶性固形物、總酸含量均達到預(yù)期要求。

3.3 規(guī)范加工過程操作

3.3.1預(yù)處理操作

超高壓滅菌工藝是基于傳統(tǒng)高壓滅菌工藝，以超高壓滅菌設(shè)備進行農(nóng)產(chǎn)品加工的一種新工藝。在超高壓滅菌加工前，應(yīng)規(guī)范開展農(nóng)產(chǎn)品處理作業(yè)。比如，果品雪梨超高壓滅菌加工主要位于清洗、去皮、切片、干燥、濃縮等工序之后。即果品雪梨超高壓滅菌加工需要先經(jīng)過清洗去皮，再進行去核、切塊。切塊后，進行梨塊打漿，打漿時加入0.5%L-抗壞血酸鈉，保護梨塊顏色。打漿后，利用多層紗布過濾，去渣留汁。獲得雪梨汁液后，利用食品級無水檸檬酸調(diào)節(jié)果汁pH值。在pH值調(diào)節(jié)完畢后，將雪梨汁液灌入聚乙烯塑料袋，并利用塑料薄膜封口機密封。密封后的雪梨汁可以利用超高壓滅菌裝置進行滅菌處理。在超高壓滅菌加工期間，根據(jù)果品理化指標(biāo)（可溶性固形物含量、濁度、pH 值、色度）、營養(yǎng)指標(biāo)（維生素、還原糖、有機酸、蛋白質(zhì)等）、香氣成分、酶活性（過氧化物酶、多酚氧化酶等）的要求，可以合理設(shè)置果品超高壓滅菌處理壓力、加壓次數(shù)、保壓時間、初始pH值等參數(shù)。在控制菌落總數(shù)為0、總色差達標(biāo)的情況下，確保加工品無分層沉淀、質(zhì)地均勻，且?guī)в醒├姹旧硐銡狻⒖诟兴崽疬m中。

此外，對于蔬菜產(chǎn)品，超高壓滅菌預(yù)處理應(yīng)注重護綠保脆。即采用0.01%~0.025%的乙酸銅溶液作為護綠劑，采用0.5%海藻酸鈉或0.3%氯化鈣溶液作為保脆劑，處理后立即清洗，為后續(xù)蔬菜產(chǎn)品超高壓滅菌加工做好準備。

3.3.2超高壓滅菌正式操作

在農(nóng)產(chǎn)品超高壓滅菌加工參數(shù)確定的情況下，可以規(guī)范開展超高壓傳壓介質(zhì)生成、料倉加裝、加壓子系統(tǒng)啟動、料倉裝入卸出、循環(huán)滅菌加工等操作。

第一步，將超高壓傳壓介質(zhì)注入充液泵、加壓子系統(tǒng)，關(guān)閉排空閥、供液閥，開啟補液閥，將傳壓介質(zhì)加裝到超高壓傳壓儲罐內(nèi)。在傳壓介質(zhì)加裝進入尾聲時，關(guān)閉補液閥，開啟供液閥。

第二步，開啟料倉鎖緊機構(gòu)，密封料倉槽，推入超高壓滅菌缸。在超高壓滅菌缸推入后，分料倉推行到排氣充液階段。在排氣充液期間，先后開啟排氣閥、充液閥、加液閥、充液泵。一個料倉充液結(jié)束（進入超高壓滅菌缸回液充氣段外側(cè)被鎖緊的料倉）后，關(guān)閉排氣閥、充氣閥、加液閥、充液泵，重復(fù)作業(yè)。最終，鎖緊超高壓滅菌裝倉端。

第 三 步 ，依 次 關(guān) 閉 回 泵 閥 、回 充 閥 ，開 啟0~1 000 MPa多級加壓泵。在加壓狀態(tài)下，根據(jù)各級壓力表顯示壓力標(biāo)準，進行各級溢流閥調(diào)整。

第四步，開啟裝倉端鎖緊裝置，伸出裝倉端活塞，將農(nóng)產(chǎn)品裝入超高壓滅菌缸內(nèi)，滅菌內(nèi)腔料倉依次向卸倉端移動。進入卸倉端，伸出卸倉端液壓缸活塞，卸下已加工完畢農(nóng)產(chǎn)品。完全卸除后，頂緊卸倉端，鎖緊料倉。

第五步，根據(jù)不同農(nóng)產(chǎn)品超高壓滅菌加工所需時間，結(jié)合滅菌段料倉個數(shù)，設(shè)置裝卸料倉間隔時間。在重復(fù)循環(huán)滅菌加工過程中，同步周期性開啟排氣閥、回充閥，促使回液充氣段內(nèi)料倉傳壓介質(zhì)回流。回流壓力表歸零后，關(guān)閉回充閥，開啟回泵閥、充液閥、充液泵，抽出料倉內(nèi)傳壓介質(zhì)。傳壓介質(zhì)被抽空后，關(guān)閉回泵閥，開啟加液閥，排出料倉內(nèi)空氣。排空料倉后，關(guān)閉充液泵、排氣閥、充液閥、加液閥，將充氣閥開啟，實現(xiàn)循環(huán)滅菌。

4 結(jié)語

綜上所述，基于超高壓滅菌技術(shù)的農(nóng)產(chǎn)品加工過程受參數(shù)、設(shè)備等諸多因素影響。為保障農(nóng)產(chǎn)品超高壓滅菌加工質(zhì)量，應(yīng)專注每一個操作環(huán)節(jié)，從源頭阻斷質(zhì)量偏差。同時根據(jù)農(nóng)產(chǎn)品類型，合理設(shè)計超高壓滅菌技術(shù)參數(shù)，確保超高壓滅菌技術(shù)在果品加工、水產(chǎn)品加工、畜產(chǎn)品加工等方面發(fā)揮應(yīng)有作用。