超高压

电机工程学术语

超高压：一般认为压强超过100Mpa就是超高压，在超高压条件下，生物体高分子立体结构中的氢键结合、疏水结合、离子结合等非共有结合发生变化，使蛋白质变性，淀粉糊化，酶失活，细胞膜破裂，菌体内成分泄漏，生命活动停止，微生物菌体破坏而死亡。

基本介绍

蛋白质的氨基酸的羧氨结合、维生素、香气成分等低分子化合物是共有结合，在超高压下不会破坏、得以完整地保留。

根据这个原理，一般情况下200-300Mpa病毒灭活；300-400 Mpa霉菌、酵母菌灭活；300-600 Mpa细菌、致病菌灭活；800-1000 Mpa芽孢灭活；低压下酶活性增强，超过400 Mpa酶失活；400 Mpa以上蛋白质三、四级结构破坏，发生不可逆变性；400-600 Mpa淀粉氢键断裂，并糊化。如图《大分子结构示意图》所示。

工作原理

超高压生物处理的对象必须是富含水份的，并借助流体介质如水、油等进行压力传递。如图《微生物超高压处理前》所示，据帕斯卡定律，静止的理想的液体，它的压力传递具有以下三个基本性质：

·液压力总是垂直于任何受作用的表面。

·液体中各点的压力在所有的方向上都相等。

·在密闭的容器中，加在静液体的一部分上的压力，以相等的强度传给流体的所有其它部分。

将被处理物料放入封闭的容器中施加液体压力，则它在各个方向都承受相同的工作压力，所以称为等静压。

形成原因

根据帕斯卡定律，流体作用在平面上的力P等于液体压强p与承压有效工作面积F的乘积，即P=pF。当组成如图的系统时，则有

p2=p1*D2/d2

即小腔的工作压力p2，将大腔p1的压力放大了D2/d2倍。当P1为30Mpa，D为300cm2，d为60cm2，则p2可以产生750Mpa的超高压。

超高压条件下水的性质

一般情况下，水被看作为不可压缩的。但是，超高压条件下水的性质发生了变化，水分子距离缩小，密度增大，体积被压缩，温度升高，粘度增加，PH值降低。

超高压的作用瞬时地、均匀地贯穿食品的所有部分，而不依赖它的尺寸、形状和食品成分。也不取决于包装的尺寸、形状和成分。超高压处理时，压缩的能量将提高介质或食品的温度，每100MPA大约升高3℃，这取决于食品的成分。例如食品中含有大量脂肪的奶油、干酪等，温度升的更高些。如果没有加热损失或保压时没有从压力容器外壁得到热量，释压时食品将恢复到原有的温度。如图《微生物超高压处理后》所示

在强制压力的作用下，食品的体积减小，释压时发生相等的膨胀。因此，用于超高压处理食品的包装必须是柔性的，能适应压缩时体积的变化，并且能恢复原状，同时要求密封完好无损。

低温处理

与高温处理相比，超高压低温处理节省能源效果非常明显。从理论上分析，100L水加热到90℃需要热量293*105J，100L水加压到400 Mpa耗能仅为18.84*105J。两者都可以灭菌，但后者能源消耗仅为前者的1/15。实际运行时扣除各种因素的影响，至少节能80%以上。如图《国内生产的超高压设备》所示。

应用

超高压杀菌技术简称UHP，又称超高压技术，高静压技术，或高压食品加工技术，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。

超高压杀菌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。细菌结构不同微生物对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研究引起了广泛关注。最近，美国NCFST成功开发了PATS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细菌的三种形态。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。

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