崔 燕，林旭东，康孟利，俞静芬，郭儒岳，凌建刚
（宁波市农业科学研究院农产品加工研究所，浙江 宁波 315000）
超高压技术在水产品贮藏与加工中的应用研究进展
崔 燕，林旭东，康孟利，俞静芬，郭儒岳，凌建刚*
（宁波市农业科学研究院农产品加工研究所，浙江 宁波 315000）
超高压技术以其独特的优势，在改善水产品理化、微生物及感官品质方面显示出了巨大潜力。超高压具杀菌、灭酶、抑制腐败物质生成及保持质地等效果，可改善贮藏期间水产品的感官品质、延长货架期。水产品脱壳、凝胶化及快速冷冻/解冻是超高压杀菌技术的延伸，是今后超高压技术在水产品贮藏与加工应用中的主要研究领域及发展方向，如何减轻或利用超高压引起的色变、熟化及脂肪氧化现象是超高压技术在水产品贮藏与加工应用中亟待解决的问题。
超高压；水产品；货架期；脱壳；凝胶化；冷冻/解冻
随着人们生活水平的日益提高，人们对最少加工、健康、无添加、高品质食品的需求量逐年攀升，非热技术成为了食品加工领域的研究热点，其中超高压技术首先得到了美国农业部-食品安全检查服务部的认定。超高压技术，也称高水压技术，是21世纪备受关注的一种新兴食品非热加工技术，其将食品密封于超高压容器中，以流体为传压介质，在100 MPa以上高压作用下，达到灭菌、破坏酶及改善物料结构和特性的目的，可在保证食品安全的同时尽可能降低食品的加工程度。超高压是一个纯物理过程，只作用于非共价键结构，而不改变共价键结构。因此，可通过改变大分子物质的高级结构使大分子变性或改性达到瞬时、高效灭菌，而对香气成分、色素、维生素等小分子物质无显着影响，能最大程度地保持天然色、香、味和营养成分，延长食品的保藏期，极大改善食品的品质和安全性。目前，日本、欧美在超高压食品加工方面处于国际领先地位，已拥有大量的食品超高压处理实验装置和生产设备，高压米饭、果酱、果汁等超高压食品已率先实现了产业化，全球超高压食品产值超过50亿美元，市场前景广阔[1]。
近年来，水产品冷鲜加工成为了超高压技术的另一重要应用领域，国内外关于水产品超高压加工的研究报道逐渐增多。目前，超高压技术在水产品加工领域的应用研究主要集中在虾、蟹、贝及鱼类等水产品，主要用于延长冷藏/冻藏货架期、脱壳、品质改良（凝胶化）及快速冷冻/解冻[2]。然而，超高压技术在水产品加工中的应用仍处于实验室研究阶段，商品化的超高压水产品仍十分稀少。
本文将在介绍超高压技术及工作原理的基础上，从贮藏品质改善、脱壳、凝胶化及快速冷冻/解冻4 个主要方面对超高压技术在水产品加工中的应用研究现状与进展做出综述。
1 超高压技术及其工作原理
超高压技术在食品中的应用已有100多年历史，最早被用于牛奶的杀菌和货架期延长[3]，但由于设备制造困难等问题，直到20世纪90年代日本率先推出超高压果酱后，超高压技术才得到了飞速发展，而国内超高压技术发展相对较晚，相关研究大多始于21世纪。
超高压处理主要以le Chatelier及Pascal原理为理论基础，在超高压处理时化学反应平衡、分子构象改变等都将朝着体积减小的方向进行，且食品物料都将受到均一处理，速度快、无压力梯度[4-5]。与传统热加工相比，超高压技术具有作用均匀、时间短、最少添加等优势，一般只破坏维持生物大分子高级结构的非共价键，而对其共价键、挥发性物质及维生素等影响很小，且其处理效果与物料形状、大小无关，是目前产业化程度最高的非热加工技术。随着超高压技术与设备在食品领域的迅猛发展及超高压技术“最小化加工”的明显优势，超高压在水产品加工中的应用越来越广泛。
2 超高压在水产品贮藏品质改善中的应用
水产品是人类食源的重要组成部分，具有低脂肪、高蛋白、富含各种必需氨基酸和维生素等特征，营养与经济价值颇高。但由于其水分、营养成分丰富，细菌易繁殖而导致其易腐败变质，货架期较短，限制了其进一步的开发与利用。因此，水产品冷鲜货架期的延长是水产品加工中的重要研究内容之一。水产品冷藏/冻藏货架期延长是超高压技术应用于水产品加工中的最初目标，也是目前超高压技术在水产品加工领域的研究热点。
2.1 超高压对水产品中微生物的影响
微生物是影响水产品冷鲜货架期的重要因素，其中革兰氏阴性菌是引起水产品腐败的主要微生物。许多研究表明，革兰氏阴性菌较革兰氏阳性菌来说对压力敏感[6-7]，因此超高压技术是水产品加工中非常具有潜力的加工方式。
金枪鱼是最早应用超高压技术的鱼制品[8]，在25℃条件下，经过450 MPa、15 min处理后，鱼肉中的菌落总数减少了2 （lg（CFU/g））。然而，由于微生物芽孢的耐压性，单一超高压处理并不能使水产品达到商业无菌要求。因此，目前超高压技术在水产品中的应用一般与冷藏或冻藏结合，以延长水产品货架期。
超高压能显着减少水产品中的初始微生物数量，并能延长其冷藏货架期。Karim等[7]对鲱鱼的研究表明，7 ℃条件下400 MPa、15 min处理后，鱼肉中初始菌落总数降低2 （lg（CFU/g）），在随后的冷藏（2 ℃）货架期较对照组延长13 d。Erkan等[9]在红鲣超高压研究中发现，300 MPa、5 min处理可使红鲣冷藏（4 ℃）货架期延长3 d。Ojagh等[10]对鲑鱼进行300 MPa、10 min超高压处理后初始菌落总数减少5 （lg（CFU/g）），结合明胶木质素膜鲑鱼7 ℃贮藏货架期延长了13 d。Cheret等[11]在10 ℃条件下，分别用200、300、400、500 MPa处理海鲈鱼5 min，发现各处理压力下海鲈鱼中的初始菌落总数分别减少了0.8、2、3.2、4.5 （lg（CFU/g））；300 MPa以上压力处理，贮藏货架期延长了7 d以上。因此，室温条件下300 MPa及以上压力被认为是可杀死大多数水产品中微生物的条件，其可有效降低水产品中的初始微生物，并延缓贮藏期间微生物生长，延长货架期[2]。然而，4 ℃条件下处理压力低于300 MPa、处理时间小于3 min，对于抑制冷藏期间鱼肉中细菌生长往往是无效的[11-12]。
由于很多腐败菌对高压敏感，超高压处理对抑制水产品中特定微生物也具有很好的效果。Amanatidou等[13]对鲑鱼超高压研究发现，冷藏过程中鲑鱼肉中的嗜冷假单胞菌和腐败假单胞菌对高压处理最为敏感，仅需5 ℃条件下100 MPa处理30 min即失活；肠杆菌、发光杆菌等对压力稍有抗性，但在室温条件下经300 MPa几分钟处理，数量减少亦十分明显。Ojagh等[10]研究得出，300 MPa处理10 min，鲑鱼肉中的希瓦氏菌和发光杆菌生长受到抑制。Kural等[14]研究发现，仅用250～260 MPa压力处理牡蛎即可大大减少牡蛎中的创伤弧菌的数量，保证了生食牡蛎的安全性。另外，Karim等[7]对鲱鱼和鳕鱼的超高压研究表明，10 ℃条件下经过300 MPa、3 min的处理后，鱼肉中微生生物以革兰氏阳性菌如葡萄球菌、微球菌、芽孢杆菌以及梭菌等为主。同时，Murchie等[15]的研究也表明，超高压处理后革兰氏阳性菌如乳酸菌、假单胞菌以及梭菌的数量远高于革兰氏阴性菌，这也说明革兰氏阳性菌对高压的抗性强于革兰氏阴性菌。另有研究报道超高压可杀死水产品中的大肠杆菌、李斯特菌和简单异尖线虫[16-17]。
压力对微生物的致死作用是超高压实现杀菌的主要机理。根据le Chatelier原理，所有细胞组分包括细胞膜、膜蛋白、核糖体、酶以及细胞代谢均会受到高压的影响，从而影响微生物的生物活性[6,18]。超高压能破坏维持生物大分子空间构象的非共价键，导致细胞中重要酶失活、膜蛋白变性、遗传物质亚基分解，并引起细胞膜相转变及膜流动性的改变，造成细胞形态变化甚至破裂[6,18-19]。其中，细胞膜被认为是高压致使微生物死亡的首要靶向目标，高压作用下膜磷脂双分子层发生凝胶化导致细胞膜通透性改变，进而扰乱传输机制引起营养物质、pH值调节物等泄漏，最终导致细胞死亡[20]。
2.2 超高压对水产品中酶活性的影响
内源酶是引起水产品品质劣变的主要原因之一，有效控制内源酶将直接影响水产品的货架期长短。超高压处理可破坏维持酶蛋白三、四级结构的静电、疏水相互作用等非共价键，致使组成酶活性中心基础的三级结构崩塌，导致酶活性中心丧失活性或氨基酸组成改变[21]，从而使与水产品腐败相关的酶受到抑制或失活，延缓水产品在贮藏期的腐败过程。Angsupanich等[22]对超高压下鳕鱼肉中的蛋白水解酶活性研究发现，室温条件下200 MPa处理20 min即可显着降低水解活性最高的中性蛋白酶（最适pH 6.6）的蛋白水解能力，从而有效抑制鳕鱼贮藏期品质的劣变，延长货架期。Zare[23]发现，150～220 MPa处理15 min和30 min对金枪鱼中的蛋白酶活力无显着影响，但可抑制其冷藏过程中蛋白酶活力的增加。Cheret等[24]研究发现，超高压对海鲈鱼中的钙蛋白酶活性具有双重作用，在100 MPa压力条件下，钙蛋白酶被激活，而在300 MPa压力处理后被灭活，推测在较低压力下酶蛋白结构的改变可使酶和底物充分接触，促使酶活性增强，而在较高压力下酶活性中心被破坏，进而使酶活性丧失。因此，可利用超高压对酶作用的双重性，找到各个酶的最低失活压力，通过压力的调节激活有利酶、抑制有害酶来达到延长水产品贮藏货架期的目的。
除压力、保压时间、加压方式及酶种类，有部分学者发现超高压的钝酶效果与其基质亦存在着一定的联系。Qiu Chunjiang等[25]在超高压处理鲢鱼研究中发现，肌原纤维蛋白的存在对肌原纤维结合型丝氨酸蛋白酶具有一定的保护作用，在200～500 MPa压力处理下鲢鱼肉基质中的肌原纤维结合型丝氨酸蛋白酶活力均高于酶粗提液。另有大量研究发现，相对于牛肉中的蛋白水解酶，水产品中的蛋白水解酶对超高压更为敏感，证实超高压是控制水产品贮藏过程中腐败变质的一个有效工具[26]。但在贮藏过程中，酶的再次激活现象意味着超高压只可以延缓水产品的酶降解过程，要达到完全钝酶需结合其他手段[26]。
2.3 超高压对水产品理化特性的影响
超高压对水产品除了杀菌、钝酶作用外，还能延缓水产品贮藏品质劣变。水产品的腐败主要由其内源酶、微生物及不饱和脂肪酸自氧化所引起，该过程中产生的一系列化学、物理变化决定着水产品的可接受度。
2.3.1 超高压对水产品鲜度化学指标的影响
2.3.2 超高压对水产品中蛋白质的影响
蛋白质是水产品中重要的营养成分，主要包括肌原纤维蛋白（40%～60%）、肌浆蛋白（30%）和胶原蛋白。超高压可破坏蛋白质结构中的非共价键，而对共价键和氢键影响不大，因此主要由非共价键维持的蛋白质高级结构对超高压非常敏感，在50～200 MPa较小压力条件即可被破坏，从而引发蛋白质变性，影响品质[2,31]。黄万有[32]在凡纳滨对虾超高压加工研究中发现，虾肉中的肌浆蛋白含量在100 MPa压力处理后有所增加，在300、500 MPa压力处理后含量急剧下降；肌原纤维蛋白含量则在100、300、500 MPa压力处理后均出现明显下降趋势，并随着压力的增加、时间的延长降低程度上升；压力处理后肌浆蛋白电泳条带出现变浅、变细、消失，说明有些蛋白发生变性，溶解度下降，新条带的出现则可能由大分子蛋白降解或小分子蛋白聚集所致，肌原纤维蛋白在电泳图谱上也出现了类似的现象。但Qiu Chunjiang等[25]研究报道，鲢鱼肉肌球蛋白重链电泳条带随压力增加呈现变深、变粗趋势，推测由不同来源肌球蛋白压力耐受性存在差异引起。另有研究发现，肌原纤维蛋白对压力较肌浆蛋白敏感，200 MPa处理后罗非鱼肉中的肌原纤维蛋白溶解性明显下降，而肌浆蛋白在300 MPa处理后其溶解性仍无明显变化[33]。该发现亦在凡纳滨对虾中得到了证实[32]。因此，在水产品如鱼、虾的超高压加工过程中，其肌肉中的肌原纤维蛋白是超高压的靶向蛋白，其中肌动蛋白丝是对超高压最为敏感的超微结构[2]。在压力的作用下，肌原纤维蛋白发生变性，肌纤维间隙变小、致密紧致，肉质变硬、变弹。与传统热加工相比，超高压加工引起的蛋白变性程度远低于热加工，原有营养品质保持较好，因此在高品质水产制品开发领域具有很好的应用前景。
2.3.3 超高压对水产品中脂质的影响
水产品如鱼肉中富含不饱和脂肪酸，极易被氧化而发生变质。另外，潜在促氧化因子金属离子等的存在，使脂质氧化成为了水产品贮藏过程中重要的品质劣变因素，它将导致贮藏期水产品尤其是多脂水产品的氧化酸败、色泽劣变及品质下降，严重影响水产品的贮藏特性。因此，近几年来超高压对水产品中脂肪水解和脂肪氧化的影响引起了许多研究人员的关注。
游离脂肪酸的生成与富集会引起水产品肌肉质构劣变、脂肪氧化加速、异味产生等不良现象。Sequeira-Munoz等[34]对鲤鱼肉片的超高压处理研究发现，超高压处理可加速游离脂肪酸生成，140～200 MPa、15～30 min处理后鲤鱼肉中的游离脂肪酸含量明显上升，这可能是由于超高压作用导致肌原纤维蛋白与游离脂肪酸之间静电力、范德华力、疏水力等相互作用的改变而引起了游离脂肪酸的释放。但Aubourg等[35]在大西洋鲭鱼超高压研究中得出了相反的结论，鲭鱼在150～450 MPa、0～5 min处理后游离脂肪酸的生成得到了明显的抑制。另有研究指出，较低压力不会引起水产品中脂肪水解，只有超过一定压力范围才会加速脂肪水解。在室温条件下，250 MPa处理10 min后鲥鱼中的游离脂肪酸含量与未处理组无差异，而在350 MPa压力条件下脂肪水解明显，游离脂肪酸含量显着高于对照组，但在后续的冷藏过程中，超高压处理显着抑制了鲥鱼中脂肪的水解，游离脂肪酸含量始终低于未处理组水平，货架期从10 d延长至25 d以上[36]。此外，超高压在鲭鱼、斑节对虾贮藏保鲜中亦显示出了抑制游离脂肪酸生成、降低脂肪水解、延缓品质劣变的作用[37-38]。但有少量文献报道，超高压会促进水产品贮藏过程中游离脂肪酸生成[39]。这可能是由于处理条件、品种不同等因素造成，超高压对水产品脂肪水解的影响尚待进一步研究。
超高压在鳕鱼、红鲣、鲤鱼等多数水产品中显现出了加速脂肪氧化效应[9,22,34]，但对脂肪氧化的作用随压力、时间、水产品种类及肌肉类型的不同而有所不同。Angsupanich等[22]研究发现，室温条件下400 MPa处理20 min，鳕鱼中的脂肪氧化无明显变化。而鲤鱼、大比目鱼中的脂肪对压力非常敏感，在4 ℃、100 MPa条件下分别处理30、15 min后脂肪氧化程度显着提高[34,40]。铡刀鱼则在150 MPa条件下处理后，冷藏期间脂肪氧化显着上升[41]。但Chouhan等[36]在鲥鱼超高压研究中发现，超高压处理在一定程度上促进了鲥鱼的脂肪氧化，但可显着抑制鲥鱼在冷藏期间脂肪氧化程度，抑制效果与压力呈负相关，且明显优于传统热加工。另外，300 MPa超高压可显着延缓高脂肪含量鲑鱼在贮藏期的脂肪氧化，这可能是超高压处理提高了鲑鱼中抗氧化剂虾青素的利用率，从而保护脂肪不被氧化、延缓品质劣变进程[42]。超高压对脂肪氧化相关酶的作用亦影响水产品脂肪氧化过程，目前超高压对贮藏期间脂肪氧化相关酶的影响研究尚很缺乏。
2.3.4 超高压对水产品汁液流失的影响
常用的建筑物纠倾技术有：浸水法、辐射井法、锚杆静压桩法、顶升法、应力解除法、桩身卸荷法、降水法、静力压桩法等[4-5]。结合工程实际情况本工程采用旋喷桩和注浆达到地基加固和顶升纠倾。
水分是影响水产品质地、感官和货架期的一大因素，测定超高压处理后水产品中汁液流失率的变化可间接反映其口感及其相关品质的变化。Zare[23]用150～220 MPa压力分别处理金枪鱼15 min和30 min，鱼肉的汁液流失率呈现上升趋势，在高于200 MPa条件下汁液流失率显着高于未处理组，这可能是由于水滞留主要位点肌球蛋白变性所致。但超高压处理可抑制金枪鱼在贮藏过程中汁液流失的上升，在4 ℃条件下贮藏22 d后，对照组汁液流失率上升13%，而超高压处理组仅上升了9%～12%。有研究在鳕鱼超高压加工得到了相似的结果，在冷藏22 d后，200、400 MPa及未处理组的汁液流失分别提高了10%、6%和15%[43]。超高压水产品在贮藏期间水分含量的保留与超高压引起的蛋白结构变化相关，这将影响水产品中蛋白的水合作用[44]。然而，水产品中蛋白质结构的变化随超高压处理条件、蛋白质结构及水产品肌肉特性不同而有所不同，水分在高压水产品贮藏期间得的保留机制尚不明确。
2.3.5 超高压对水产品感官品质的影响
与传统热加工相比，由于超高压加工温度低、不破坏共价键，在水产品感官品质保持方面具有很大的优势，甚至可改善水产品的感官品质。
色泽是消费者判定水产品可接受度的重要感官评价指标之一。大量研究显示，超高压处理使水产品呈现熟化现象，色泽变白、透明度消失或肌肉特征颜色变浅。Yagiz等[42]应用超高压加工新鲜鲑鱼发现，随着压力的升高鲑鱼肉透明度降低，出现类似蒸煮现象；冷藏6 d后，300 MPa条件下处理鲑鱼肉，其L*值增加了32%，a*值降低了13%。大比目鱼在压力100～200 MPa、处理时间15～30 min条件下，红鲣在220～300 MPa、处理时间5～10 min条件下，海鲈鱼在100～500 MPa、处理时间5 min条件下L*值随着压力的增加或处理时间的延长而增加，但白度或熟化程度各不相同[11]。Zare[23]发现超高压会引起金枪鱼肉红色变浅，这可能是超高压处理加速了虾青素、肌红蛋白氧化，肌原纤维变性等原因引起。
超高压加工可改善或延缓水产品的质构变化。甘晓玲[45]在南美白对虾虾仁超高压研究中发现，超高压处理会使虾仁硬度增加，并随压力上升而增加，但与保压时间相关性不大。在铡刀鱼、竹荚鱼和鳕鱼中也发现了类似现象，与未处理组相比，铡刀鱼在300 MPa、15 min条件下，虹鳟鱼在100 MPa、30 min条件下，鳕鱼在400 MPa、20 min条件下处理后硬度明显增加[22,41]。这主要是压力引起蛋白变性、相互间作用加强、网络中新的氢键生成等提高了水产品肌肉组织的硬度。另外，超高压处理可提高或维持水产品在贮藏过程中的硬度，这与超高压引起的初始硬度增加、蛋白水解酶抑制、自由水流失、细胞外间隙变小及肌动球蛋白凝胶化密切相关[2,11]。
超高压对水产品的气味亦有一定影响，其可有效延缓水产品贮藏过程中腐败气味的产生，这是因为压力可有效杀死水产品中腐败微生物，并抑制其生长。
3 超高压在水产品脱壳中的应用
超高压水产品脱壳技术伴随着超高压水产品杀菌技术发展而来，目前主要应用于牡蛎、大龙虾等虾贝类的脱壳。
3.1 超高压在贝类脱壳中的应用
贝类是虑食性动物，在其生长过程中很容易受到周围水体中微生物和病毒的污染，另外加上贝类生食/简单热加工的食用习惯，使得贝类食源性致病菌引发的食品安全问题频发。脱壳是贝类加工的首要工序，直接影响着贝肉的出品率及后续的加工品质。传统上贝类主要采用刀片手工脱壳，该法需大量熟练技工，脱壳效率低且贝肉得率及品质欠佳，虽然现在也可机械脱壳，但会造成大量贝肉浪费且易引起二次污染。高温蒸煮是贝类传统脱壳的另一手段，虽可有效脱壳并杀死有害微生物，但对贝类的品质、营养、风味等破坏严重，影响其口感和外观。除此以外，还有很多贝类脱壳的方法，但均不能实现鲜活贝肉的产业化生产。
超高压技术在贝类脱壳中的应用是其杀菌技术的延伸，超高压加工可破坏蛋白质三级结构中的非共价键产生凝胶过渡，使肌肉蛋白和黏连蛋白发生变性，肌肉纤维和壳体黏联组织松懈，实现在不借助任何工具情况下使贝类闭合肌完全脱离外壳[46]。同时，在超高压脱壳过程中可有效杀灭微生物并最大限度保持其生鲜品质、延长货架期，这正好迎合了目前消费者对安全、口感新鲜、无添加、货架期长食品的需求。王敏[47]研究表明，超高压300 MPa处理2 min，贻贝的闭合肌脱壳率达到100%，贝肉完整，内壁无残留，得率和感官品质兼优于传统的手工脱壳；超高压处理有利于改善贻贝肉的质构，400 MPa处理5 min条件下贻贝肉的硬度、内聚性、弹性和咀嚼性均显着增加；超高压处理可有效延长贻贝肉的冷藏保质期，500 MPa保压5 min可将贝肉保质期由不超过5 d延长至15 d，这与超高压杀菌作用密切相关。Yi Junjie等[48]在海湾扇贝超高压脱壳研究中发现，高压处理有利于海湾扇贝的脱壳，200 MPa处理3 min或350 MPa不保压条件下闭合肌脱壳率达100%，扇贝肉得率分别提高24%和25%，完整率明显提高，口感改善，并可有效减少菌落总数，冻藏150 d后贝肉品质基本未发生变化，感官品质优于未处理组，但超高压处理后贝肉出现了一定的熟化现象。易俊洁等[49]应用超高压加工皱纹盘鲍发现，200 MPa保压1 min或300 MPa不保压条件下脱壳时间较手工脱壳分别节省69%和72%，得肉率分别提高18%和16%，完整性显着提高，菌落总数降低至270～350 CFU/g，水分含量显着增加。牡蛎则可在250 MPa处理2 min或300 MPa不保压条件下实现完全脱壳，超高压处理后牡蛎中的副溶血性弧菌和创伤弧菌显着减少[50-51]，对甲肝病毒亦有较好的致死效果[52]。另外，超高压处理后牡蛎肉体积变大、完整多汁，外观较未处理牡蛎更好，保存时间更长且更易被消费者接受。目前，超高压技术已成功应用于牡蛎等贝类脱壳中，其中超高压脱壳处理的生鲜牡蛎产品已在美国实现商业化。
3.2 超高压在虾类脱壳中的应用
虾类的脱壳是其产后加工处理的重要环节。目前，虾类主要采用手工脱壳，存在效率低、虾尾易断、完整性低、产虾仁率低及易受外伤治疗用氯霉素污染等问题，严重影响虾仁的品质。速冻后解冻是目前普遍使用的虾脱壳预处理方法，但该法能耗高、耗时长，且影响虾仁品质。急需寻求一种即能有效脱壳，又能最好维持虾仁新鲜品质的机械化预处理方式。
近年来，随着超高压技术的不断发展，国内外学者对虾类超高压脱壳领域作了大量研究，超高压技术被逐渐推广应用于虾类的脱壳，使其成为了一种潜在的辅助脱壳工具。贾莹等[53]研究表明，350～400 MPa保压时间8 min条件下处理后虾姑的脱壳效果最优，与传统手工去壳相比，脱壳时间缩短55%、得肉率提高26.28%，虾仁的硬度、弹性、咀嚼性均高于未处理及冷冻组，持水率升高，脱壳后的虾仁鲜嫩饱满。陈少华等[54]在南美白对虾超高压脱壳研究中发现，与手工脱壳相比，200 MPa、3 min处理可缩短脱壳时间60.4%，提高得肉率6.2%，并可增加虾仁持水性，降低汁液流失，改善其加工特性。丁国微[55]认为超高压处理可有效避免传统手工脱壳过程中虾体的断裂，提高虾仁完整性及品质。杨徽[56]发现200～300 MPa处理南美白对虾3～5 min，脱壳效率较速冻脱壳提高1/3，虾仁完整率提高5%～10%，虾仁得率提高2%，推测与虾壳、虾仁收缩率不同及壳肉之间黏连组织蛋白变性相关，具体的超高压脱机理仍需进一步深入研究；另外发现超高压预处理没有明显改变虾仁的内部品质，且虾仁品质优于速冻解冻预处理虾仁。目前，大龙虾是实现超高压脱壳技术产业化发展的主要虾类，已在加拿大市场广泛出售。
4 超高压在鱼糜凝胶化中的应用
水产品超高压改性研究主要集中在蛋白质凝胶化领域。大量研究表明，超高压诱导形成的鱼糜凝胶性能优于传统热加工，质地更透明、光滑，风味、色泽保持良好。超高压处理过程中，水产品中蛋白间的疏水相互作用的破坏使蛋白解聚、溶解性增加，巯基间间距变小而形成二硫键，另在压力释放期间氢键与疏水相互作用形成，且与热凝胶不同，肌球蛋白链头-头相互作用，形成较紧实、少定向纤维结构的鱼糜凝胶[2,57]。
超高压诱导凝胶化得到的鱼糜凝胶品质与环境、蛋白体系、超高压条件及联合处理方式等密切相关。Ma Xingsheng等[58]比较了超高压处理和热处理红三鱼糜的凝胶特性及持水特性，结果表明400 MPa、10 min处理后，红三鱼糜的破断力、断裂位移、断裂功及持水率均显着高于热处理组，并形成了致密、均一的微孔状3D网络结构，凝胶特性明显改善。Luo Xiaoling等[59]在马鲛鱼糜超高压凝胶化研究中发现，40 ℃条件下经300～400 MPa高压处理30 min后再进行传统热处理，可显着提高马鲛鱼糜凝胶特性，硬度和咀嚼度较传统热处理提高了两倍以上，而失水率有所下降。周爱梅等[60]研究了压力对六齿金线鱼鱼糜凝胶性能的影响，研究表明鱼糜凝胶强度随着压力的增加而逐渐加强，600 MPa处理30 min时鱼糜的凝胶强度达到最大值429.775 g·cm，为热处理凝胶的1.23 倍，所得鱼糜凝胶的弹性、内聚性明显高于热处理样品，表明高压处理可使样品体积缩小、结构紧凑，有利于内部键的架构，使内部键强度更大，从而形成比热处理更致密的凝胶结构，宏观上表现为内聚性更高、弹性更好。分析原因推测，超高压对内源性水解蛋白酶活性的抑制作用可能是超高压改善其凝胶特性的主要原因之一。仪淑敏等[61]也发现金线鱼鱼糜的凝胶强度在超高压处理后显着提高，这可能是高压促使蛋白质分子暴露更多—SH基团，促进了二硫键的交联或交换，使蛋白质的网状结构更加致密，另外高压迫使蛋白空间结构重新缔结，形成具有均匀网络结构的蛋白凝胶体，鱼糜凝胶性能得到改善。梁燕等[62]在草鱼鱼糜超高压凝胶化研究中发现，超高压处理能很好地改善草鱼鱼糜的凝胶特性，在400 MPa压力以上时，其质构指标如凝胶强度、弹性、内聚性、回复性均显着高于热处理样品，且形成的凝胶质地致密均匀，白度和亮度值高，而硬度比热处理样品低，凝胶机理研究结果表明超高压处理草鱼鱼糜凝胶性能的改善可能与内源性组织蛋白酶活性受抑制相关，这一发现与周爱梅等[60]研究结果一致。另有研究报道，稳定剂如卡拉胶、结冷胶等的添加可提高超高压加工鱼糜的凝胶特性[63]。近几年来，为适应人们对营养全面健康的食品消费需求，江南大学超高压加工团队对添加膳食纤维、大豆分离蛋白等的复合鱼糜超高压加工工艺进行了大量研究，结果表明在300～500 MPa压力范围内超高压可显着增强复合鱼糜的凝胶特性[64-65]，为高附加值、营养均衡、多样化鱼糜的进一步开发提供了可靠依据。
5 超高压在水产品冷冻与解冻中的应用
冷藏是现代水产及水产制品加工原料的重要保存方式，其中冷冻、解冻是其产后加工处理的重要环节，在很大程度上影响着冷冻水产品最终的食用品质及价值。超高压技术在1990年前后被日本林力丸教授等引入食品冷冻过程，目前国内外相关研究仍处于起步阶段，且具有精确温控系统的超高压设备匮乏。有研究发现，水的相转变温度随着压力增加而逐渐下降，在210 MPa条件下降低至-21 ℃，随后又随着压力增加而有所上升，因此可通过温度及压力的改变实现水产品的快速冷冻或解冻[66]。
5.1 超高压在水产品快速冷冻中的应用
冷冻是水产品保存的常用手段，冰晶的大小及形成位置直接影响冷冻水产品的品质。在传统冷冻过程中，冰晶形成由表面逐渐向中心移动，冷空气传导速率缓慢，冰晶大而不均匀，致使细胞破裂，严重影响产品的品质与风味。近年来，超高压能创造超冷度的特点，使其成为了实现水产品高品质快速冷冻的潜在工具。
压力转移冻结（pressure shift freeing，PSF）是目前超高压冷冻技术中研究较多的模式。在该过程中，水产品先在200 MPa条件下冷却至稍高于该压力条件下水冰点的温度（一般为-18 ℃)，当温度达到-18 ℃后瞬间释放压力，此时水产品的相转变温度迅速上升，从而急剧增大水产品温度与相转变温度直接温度差，立即生成大量均一、细小冰晶，减少细胞组织破坏而造成的品质劣变，实现真正速冻[66]。Tironi等[67]在海鲈鱼超高压速冻研究中发现，与传统鼓风冷冻相比，PSF可生成更小、更规则的冰晶均布于鱼肉组织中，并可较大程度保持细胞完整性，且不会造成肌肉纤维的收缩或变形。Su Guangming等[68]比较了PSF和鼓风冷冻对鲜虾组织中冰晶形成情况，结果发现PSF处理后，鲜虾相转变时间明显小于鼓风冷冻，200 MPa条件下仅需1.1 min（鼓风冷冻148 min），并形成规则细小均匀分布的冰晶，冷冻效果显着优于鼓风法。Alizadeh等[69]在鲑鱼研究中得出，PSF可增加鱼肉韧性，并减少其在解冻过程中的汁液流失，这与超高压对鱼肉中肌原纤维蛋白的作用密切相关。但PSF处理会引起水产品中蛋白变性、颜色变化及白度和不透明度的增加，因此为将PSF优点最大化，负面效应降低措施及加工工艺优化研究尚待深入。
5.2 超高压在水产品快速解冻中的应用
压力辅助解冻（pressure-assisted thawing，PAT）广义上是PSF的逆过程，其通过增加热源与冷冻品相转变温度之间的温度差，从而增加热源传递、缩短解冻时间、实现快速解冻[66]。如上面所述，水的相转变温度在常压至210 MPa压力范围内随着压力的升高而逐渐降低，因此在高压（如200 MPa）下解冻温度带会被拉大，从而有效缩短解冻时间。Schubring等[70]研究结果表明，13 ℃、200 MPa条件下牙鳕、鳕鱼、鲑鱼及黑线鳕的解冻时间较15 ℃水解冻时间缩短将近50%，汁液流失率降低，硬度增加。Alizadeh等[69]研究发现，20 ℃、200 MPa条件下鲑鱼解冻时间仅需11 min左右，明显低于4 ℃空气解冻（100 min）和20 ℃水解冻（20 min），且鱼肉韧性明显增加，汁液流失率较水解冻显着降低。另外，PAT过程中，冰晶瞬间液化，对鱼肉细胞组织伤害较小，鱼肉的细胞结构保持良好。王国栋[71]对比研究了超高压、空气及水解冻方式对-20℃虾的解冻效果，研究结果表明，与传统的空气解冻和水解冻方法相比，PAT能够显着缩短解冻时间，100、150、200 MPa压力条件下解冻时间较水解冻方法缩短约34.3%、42.9%和51.4%，汁液损失分别为2.68%、1.18%和0.18%，远低于传统解冻方法，此外PAT可更好地保持产品的质地，有效避免虾解冻后变软现象。但与PSF过程一样，PAT亦会造成水产品的蛋白变性、白度和不透明度增加等负面效应，影响水产品的商业价值。因此为降低压力给生鲜水产品带来的负面效应，PAT应在≤150 MPa较低压力下进行。
6 展 望
超高压技术可有效杀死水产品中有害微生物并使内源酶失活，在无添加剂条件下最大程度保持其天然色、香、味和营养成分，符合消费者对健康、安全、口感新鲜水产品的需求，更符合当前绿色食品的要求，市场前景广阔。我国是一个渔业大国，水产产量巨大，超高压应用于水产品加工将是一个重要研究方向，为新产品的开发提供了新思路。
近几年，我国在水产品超高压加工研究及产品开发方面取得了较大发展，但仍处于基础研究阶段，尚未实现超高压水产品的产业化及商品化，远落后于世界先进水平。在今后的研究中，除了关于超高压杀菌、脱壳、凝胶化等工艺及产业化应用研究外，还应重点开展相关机理、超高压负面效应降低/利用、超高压杀菌动力学模型建立及超高压对包装材料影响等研究，并结合生物膜、酶处理等辅助手段拓宽超高压技术应用范围，开发高附加值新产品，引导消费者观念转变。另外，国内超高压设备及技术过度依赖进口，且通用型设备居多，针对水产品脱壳、解冻等产业化所需并具自主知识产权的专用型超高压设备亟待研制。
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Advances in Application of Ultra High Pressure for Preservation and Processing of Aquatic Products
CUI Yan, LIN Xudong, KANG Mengli, YU Jingfen, GUO Ruyue, LING Jiangang*
(Institute of Agricultural Products Processing, Ningbo Academy of Agricultural Sciences, Ningbo 315000, China)
The application of ultra high pressure (UHP) for preservation and processing of aquatic products has shown a great potential for improving the physicochemical, microbial and sensory quality of aquatic products. UHP can inactivate microorganisms and autolytic enzymes, inhibit the formation of putrefactive compounds, maintain the texture of aquatic products and thus results in higher sensory quality and an extended shelf life when compared to untreated aquatic products. UHP sterilization has been extended to pressure-induced shucking, pressure-induced gelation and quick freezing/thawing, which represent potential new directions for future research and development of UHP for preservation and processing of aquatic products. How to alleviate/utilize the pressure-induced discoloration, cooked appearance and lipid oxidation is an urgent problem to be solved for the application of UHP for preserving and processing aquatic products.
ultra high pressure; aquatic products; shelf life; shucking; gelling; freezing/thawing
10.7506/spkx1002-6630-201621049
TS254.4
A
1002-6630（2016）21-0291-09
崔燕, 林旭东, 康孟利, 等. 超高压技术在水产品贮藏与加工中的应用研究进展[J]. 食品科学, 2016, 37(21): 291-299.
DOI:10.7506/spkx1002-6630-201621049. http://www.spkx.net.cn
CUI Yan, LIN Xudong, KANG Mengli, et al. Advances in application of ultra high pressure for preservation and processing of aquatic products[J]. Food Science, 2016, 37(21): 291-299. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-201621049. http://www.spkx.net.cn
2016-02-03
宁波市农业科技重大专项（2015C110002）；宁波市农业科学研究院创新团队项目（2015NKYT001）
崔燕（1987—），女，助理研究员，博士，研究方向为农产品非热加工及综合利用。E-mail：cuiyan1605@126.com
*通信作者：凌建刚（1973—），男，研究员，硕士，研究方向为农产品保鲜与加工。E-mail：nbnjg@163.com
