巴浦洛夫說(shuō):“科學(xué)是依賴于方法的進(jìn)步程度推動(dòng)而前進(jìn)的!北涣袨槎皇兰o(jì)十大尖端科技之一的超高壓生物處理技術(shù),是一次工業(yè)革命,它將對(duì)生物工藝學(xué)產(chǎn)生巨大的影響。它提出了大量的新的研究課題,豐富了生物學(xué)理論,蘊(yùn)含著極大的技術(shù)開(kāi)發(fā)潛力,具有廣闊的市場(chǎng)前景。
超高壓生物處理技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛,為生物、醫(yī)藥和食品工程的科學(xué)研究、產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、工藝改革提供新的平臺(tái)。
1.病毒滅活
200~300Mpa超高壓能破壞病毒膜結(jié)構(gòu)內(nèi)部的非共價(jià)鍵結(jié)合。使膜衣殼蛋白亞單位之間解體,空間結(jié)構(gòu)變化,構(gòu)象轉(zhuǎn)換,生物活性改變,從而使病毒顆粒喪失感染性。但超高壓不破壞共價(jià)鍵,因此抗原的單個(gè)亞單位未被破壞,保持了免疫原性不變。用此方法可以獲得沒(méi)有傳染性而免疫原性不變的完整的病毒顆粒。
2.制取疫苗
傳統(tǒng)的制取疫苗方法均采用熱力和化學(xué)處理滅活病毒,這些方法存在很大弊端。例如流感病毒滅活疫苗傳統(tǒng)制備方法為化學(xué)方法。它使用化學(xué)試劑甲醛滅活病毒,易使病毒表面粒子受損,影響疫苗的免疫原性。同時(shí)甲醛具有刺激性和副作用,接種后易引起人體反應(yīng)。超離心機(jī)和層析色譜技術(shù)使病毒純度大大提高,但兒童使用仍有不良反應(yīng)。流感病毒亞單位和表面抗原疫苗接種,雖然不良反應(yīng)有所減少,但其免疫原性不如純化的全病毒粒疫苗。而超高壓250Mpa滅活疫苗的方法,不僅保留流感全病毒完整結(jié)構(gòu)不被破壞,而且病毒完全滅活,同時(shí)抗原的免疫原性不受影響,反而效價(jià)提高。它不殘留化學(xué)物質(zhì)成分,使用安全。超高壓滅病毒具有廣譜性,對(duì)于這種變異快,變種多的流感病毒最為適宜,它工藝簡(jiǎn)便,生產(chǎn)周期短,成本低。
3.處理血漿
目前已有多種方法應(yīng)用于血液制品的病毒滅活處理,如:巴斯德法、S/D法、亞甲蘭光照法等。但現(xiàn)有的這些方法都有一定缺陷。S/D法只對(duì)有脂質(zhì)包膜的病毒有效,而且在給病人輸血前必須將滅活劑徹底清除。過(guò)濾法處理過(guò)程緩慢,價(jià)格昂貴,而且只對(duì)高純度血液制品有效。加熱處理會(huì)使蛋白質(zhì)變性,需加入穩(wěn)定劑。更重要的是目前所采用處理過(guò)程都有降低血液及血液制品中蛋白質(zhì)治療功能的可能性。超高壓滅活血漿中的病毒是一個(gè)物理過(guò)程,無(wú)化學(xué)品加入,也不同于高溫處理,施壓和泄壓都是即時(shí)的,均勻的。它對(duì)致病微生物的殺滅有廣譜效果。沒(méi)有交叉污染。實(shí)驗(yàn)證明,適當(dāng)?shù)某邏簩?duì)血液制品的活性成分無(wú)明顯的損傷,是一種高效的、簡(jiǎn)潔的、可靠的病毒滅活方法,具有很好的應(yīng)用前景。
4.生物提取
在超高壓狀態(tài)下不僅能促進(jìn)化學(xué)反應(yīng),還可以改變一些物質(zhì)的表面狀態(tài)、分子排列以及物理性能。在生物提取過(guò)程中超高壓能加快反應(yīng)速度,縮短提取時(shí)間,提高產(chǎn)品收率。例如:從竹葉中提取黃酮素、從茶葉中提取茶多酚等,超高壓不僅縮短提取時(shí)間,而且得率提高10%。
5.生物制藥
在生物制藥工藝中過(guò)程中,很多生理活性成分對(duì)溫度敏感,如蘆薈、苦瓜、螺旋藻、海參提取物等,一旦溫度超過(guò)60℃,其活性成分即遭到破壞,因此不適于高溫滅菌;采用超高壓低溫滅菌能充分保證活性成分不遭破壞。
6.中藥制取
中藥的傳統(tǒng)工藝是煎制和萃取。但是很多天然藥材對(duì)溫度敏感,高溫下藥性受到影響,采用超高壓處理工藝,能完整地保留原有的成分,提高療效。
7.醫(yī)療器械的滅菌消毒
一般采用高壓蒸氣消毒,預(yù)熱升溫操作時(shí)間長(zhǎng),采用超高壓液體消毒,可即時(shí)操作,時(shí)間短,更加方便。
8.熱敏食品的低溫滅菌
很多水果、蔬菜制品,如橙汁、蘋果汁、西瓜汁、獼猴桃汁、黃瓜汁等高溫滅菌后不僅口味變化,原有香氣喪失,而且維生素C等營(yíng)養(yǎng)素被破壞,用超高壓低溫滅菌能保持鮮果的原有香氣,風(fēng)味和營(yíng)養(yǎng)成分。維生素C能保留98%以上。采用這個(gè)新的技術(shù),可將果汁產(chǎn)品提升到新的檔次。此外,采用超高壓低溫滅菌無(wú)須蒸氣加熱和再冷卻工藝,節(jié)能、節(jié)水至少80%以上。
9.不易流動(dòng)和易焦糊食品滅菌
草莓醬、蘋果醬、番茄醬、芥末醬等不易流動(dòng)食品,溫度傳遞慢而且不均勻,加熱時(shí)間長(zhǎng),不僅口味發(fā)生變化,而且營(yíng)養(yǎng)成分流失。采用超高壓滅菌,色香味和營(yíng)養(yǎng)成分充分保留,為消費(fèi)者所喜愛(ài)。
10.豆、乳制品處理
豆、乳制品富含蛋白質(zhì),經(jīng)超高壓加工后不僅能滅菌,而且能使蛋白質(zhì)顆粒變細(xì)、分子鏈變短,易于人體吸收。特別是對(duì)牛初乳,在60℃以上高溫條件下其免疫因子和生長(zhǎng)因子均遭破壞,因此采用超高壓低溫處理牛初乳,是開(kāi)發(fā)液態(tài)鮮牛初乳產(chǎn)品的最好方法。天然發(fā)酵乳是營(yíng)養(yǎng)保健型的乳制品,為保持生理活性,不能高溫滅菌,其保質(zhì)期只有幾天時(shí)間,同時(shí)其后酵難以控制,隨時(shí)間的延長(zhǎng),口味變化較大。經(jīng)超高壓處理后,后酵得以控制,保質(zhì)期可延長(zhǎng)到20~30天。
11.魚(yú)肉制品的處理
通常是采取高溫的方法,烹制加工魚(yú)肉,在高溫條件下使蛋白質(zhì)變性。超高壓處理也同樣能使蛋白質(zhì)變性,供人食用,但其口味截然不同。美國(guó)投入市場(chǎng)的“生”鮮火腿、“生”鮮牛排,日本投入市場(chǎng)的“生”鮮魚(yú)糕均受到歡迎。對(duì)于生食的魚(yú)、蝦、肉制品和燒、烤、涮的魚(yú)肉制品,預(yù)先進(jìn)行超高壓處理,不僅可保持原有的生鮮風(fēng)味,而且殺滅了蟲(chóng)卵和細(xì)菌,食用更加安全。另外在超高壓作用下,魚(yú)肉的組織纖維發(fā)生變化,在不同條件下有的口感變得柔韌,有的變得鮮嫩。
12.酒的處理
白酒、黃酒、葡萄酒等都需要儲(chǔ)存一段時(shí)間使酒液變得醇香柔和,這往往需要幾年的時(shí)間。應(yīng)用超高壓催陳技術(shù),可大大縮短儲(chǔ)存時(shí)間,在超高壓作用下,水和酒精加速形成締和體系,同時(shí)也促進(jìn)一系列氧化、還原、酯化和縮合等化學(xué)反應(yīng),減少了暴辣、沖鼻和刺激性,使口味變得柔和、醇香。例如黃酒在超高壓條件下保持20分鐘,香氣增加15-20%,相當(dāng)于窖儲(chǔ)16個(gè)月以上的效果。
用超高壓對(duì)生鮮啤酒滅菌處理,比高溫滅菌簡(jiǎn)單,快捷,工藝性好,節(jié)省能源,并且能保持生啤的香氣和口感。
13.罐頭食品處理
用超高壓處理的水果、蔬菜罐頭不再是熟透味充分保持原有鮮果蔬的口味和營(yíng)養(yǎng)。
14.冷凍食品
將高水份食品加壓200MPa后,冷凍到-20℃,然后迅速降壓,瞬間產(chǎn)生大量極細(xì)微的冰結(jié)晶,分布于冷凍食品中,避免了組織變性破壞。特別是對(duì)于水果蔬菜,用超高壓方法速凍更有意義。這種高壓速凍的方法同樣可用于某些生物制品的冷藏。
15.糧食的處理
大米在超高壓作用下淀粉糊化,大大縮短蒸煮時(shí)間,可生產(chǎn)速熟米。普通米需煮20分鐘,速熟米只需5分鐘即可。陳大米細(xì)胞壁和膜比新米堅(jiān)硬,抑制了淀粉粒子的膨潤(rùn)和糊化,超高壓處理后硬壁膜被破壞,煮制時(shí)其硬度下降,粘度上升,平衡值提高到新米范圍,改善了光澤,有新米口味和香氣。
17.蛋白質(zhì)變性處理
蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)中,二級(jí)結(jié)構(gòu)是由肽鏈和肽鏈間的氫鏈來(lái)維持的,超高壓有利于氫鍵的形成。超高壓對(duì)一級(jí)結(jié)構(gòu)無(wú)影響,有利于二級(jí)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定,但會(huì)破壞三、四級(jí)結(jié)構(gòu),迫使蛋白質(zhì)原始結(jié)構(gòu)伸展,從而導(dǎo)致蛋白質(zhì)變性,使其更有利于消化。在常溫條件下,400MPa蛋白質(zhì)即可變性,變色后其色澤、風(fēng)味、透明度、硬度、彈性均有良好特性,因此可用超高壓變性處理的方法,生產(chǎn)出諸多新型食品。