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利用了超高压引起的形质转换的食品的开发

张 晗 译
天津市华泰森淼生物工程技术有限公司

    1.序言
    当前,有关超高压利用的研究正在突飞猛进地发展着。把超高压引起的复数事象与其他的物理、化学、生物等的处理相结合,能够引起更多新的现象,这在很多试验中都已经得到了验证。与促进酵素反映、促进细胞壁的破坏引起的反映、水渗入到米粒的内部、排除多种谷粒内部的气泡、高压和脉冲放电引起的杀菌等效果相乘,通过复数现象的组合就能够实现一些有实用性的成果。我们期待着这能够作为今后实用化研究的主流,新泻药科大学•应用生命科学部的藤井智幸教授建议给他命名为“High-Pressure Induced Transformation(Hi-Pit)”
    2.利用酵素反映的食品组成的变换
    食品内存在酵素时,超高压处理就会使酵素的作用环境发生变换,而能够增加有用组成。环境的变换相当复杂,细胞壁的破坏可以促进与基质的会合以及水的渗透,而且可以除去阻碍反应的气泡,所以超高压能够使酵素反映活性化。正是这些效果相乘才达到所说的“Hi-Pit”效果。为求得促进酵素反应的各种条件(原材料内在的酵素、处理压力、时间、温度),就必须得到某些再现性基础数据。但是,这些条件并不是一元,通常是动力学的,在反应过程中应该把握正在变化的状态而维持最佳环境,使条件发生改变。这些检索目前还处在研究的黎明期,但是很有发展前途的。以下就介绍几个已经实现的例子
    2.1糙米中所含的γ-氨基丁酸(GABA)的蓄积
    Fig.1是实施高压处理的米粒的走查型电子显微镜的照片。米粒经过300Mpa.100min的处理后,细胞被均一地压缩,细胞壁受损,所含淀粉被押挤出。经过500Mpa以上的高压处理的米粒,细胞壁破碎,淀粉完全被押出。如果是700Mpa以上的话,就会产生糊化,形成糊装薄膜。
    像这样的,通过超高压处理使细胞壁受损,水就能容易地渗入米粒中,所以做饭时就能够得到糊化度较高的米饭。Fig.2表示酵素人工消化实验的结果。经过300Mpa.100min高压处理的“糙米米饭”与未处理的“白米米饭”相比,消化性大大提高。
    一般情况下,糙米拥有健康、营养丰富等特点的同时,也存在咀嚼费时,不适合高龄者和吞咽困难者食用的缺点。 但是,如果是经过超高压处理的糙米,以上的一些困难就能够得到解决,是一种新型特殊的保健食品,可以当作病人食品。而且,浸泡时间以及调理时间也大大缩短了,做出的米饭黏糊度也得到增加,糙米特有的干巴巴的感觉也得以消除。即使是用粳米做出的饭,食感也和糯米做出的米饭的食感很接近。
    另外,浸泡过的糙米的细胞壁由于超高压处理而受损,如果就那样放置的话,米粒中的ゲルタミン酸就会被脱碳酸酵素变换成γ-氨基丁酸(GABA)。Fig.3表示200Mpa.— 400Mpa. 100min的高压处理的糙米在25℃的常压浸泡水中放置之后糙米中所蓄积的GABA含量。对人的血压有调整作用的GABA的摄取量一天平均是10mg左右,GABA在医院也能开处方得到。这种糙米比发芽糙米提供更多的GABA,100g的干糙米中含有18mg,因此在食用这种米的米饭平均一天食用140g就足够了。最近的多样化的食生活中,在不能大量食用米饭的情况下,高浓度的GABA含量的糙米是很有前景的。一般认为,提高GABA含量的一个重要原因是糙米内部的细胞系被超高压处理所破坏,通过细胞壁区分的基质与酵素的会合度大大增加所造成的。

    2.2大豆中含有的大豆肽的增强
    大豆中的大豆肽具有恢复疲劳、抗酸化、降低血中胆固醇、抑制血压上升、以及促进能量代射等作用。但是,即使大量食用大豆,而被身体所吸收的大豆肽也只是很少的一部分,因此作为机能性食品,各种它的营养补助食品被广泛开发出来。
    大豆中含有蛋白质分解成肽和氨基酸而利用的酵素,所以与前项的糙米一样,在水中浸泡之后,由于超高压处理大豆内部的细胞壁被破坏。如果能够维持促进酵素反应的各种条件,大豆肽也就会大量地生成。但是,由于大豆所生成的肽以及氨基酸在浸泡水中溶出,所以选择了豆乳作为一种整体都能够有效的利用的食品而。Fig.4表示了分析结果。也就是说,在水中浸泡过的大豆经过超高压处理后,在40-45℃中放置3-6个小时之后,肽含量就会增加,之后再按照一般豆乳的生产方法来磨制、加热而制取。40℃下保持6个小时,肽和氨基酸的总量达到原料大豆的4倍。这种大豆所制成的豆乳与市场上一般的销售品相比,也是在两倍以上。目前,所得大豆中的肽的画分以及机能性尚在研究中。

    2.3アボガド果实中含有的维生素c的蓄积
    访问了美国的Abomex公司的サビナス(墨西哥)工厂之后,认识到在美国消费的25%的アボガド制品(サルサペスート、純粋アボガドペースト,果实)都是经过超高压处理的。以提高保存性为目的,进行15℃、600Mpa、3min的高压处理,水果中的维生素c就能有所增加;温度为10℃,压力分别为50、100、700mpa下在处理5分钟的时间,之后的6个小时的时间中,将继续发生酵素反应,所测结果如Fig.5所示。这个表中所表示的アスコルビン酸的蓄积量是生成量和分解量的差中所蓄积的相对量(百分比)。生成アスコルビン酸的酵素反应在50Mpa下蓄积效果就很充分,因为这是一个比较低的压力领域,所以产业化成本负担比较低,实用性也较高。
    2.4使墨鱼内脏发酵的游离氨基酸液体调料的制造
    不管鱼介类是不是人类共通的资源,但是到目前为止还没有找到一个根本的解决增加的废弃物问题的对策。构成动物细胞的生体膜,作为基本构造是林恩(リン)脂质,与植物细胞相比它在一个较低的压力下就能够被破坏。这里选择墨鱼的内脏作为样品,使内在的大多数酵素活化,制造有益健康的氨基酸调味液。同样的发酵食品,比如说腌制墨鱼和鱼酱油(鱼盐汁、いしる)(日本的一种把沙丁鱼和类鱼用盐腌上埋在地下发酵溶解而成的液体调料),自古以来就被人们所制造,为了防止腐烂必须要加入大量的盐,而且发酵时间也接近一年。而如果使用50℃、60Mpa的压力处理,预计就会把通常所需要的一年的时间缩短到1天的时间(约22小时),用Fig.6表示生成状况。Fig.7表示成分分析结果。
    作为液体调味料,重要的主要成分ゲルタミン酸、在人体内不能合成的アスパラギン酸、蔬菜等植物内所不含的牛磺酸等都会有所增加。结果显示,使用低压力就能从丰富的生物资源中,短时间内有效地、大量地获得维持人体健康所必需的成分。
    通过压力酵素反应得到促进的理由如同前面所说的增加基质和酵素的会合度以外,还有就是压力破坏酵素的立体构造,力价增加而使反应得到促进。使酵素自体的反应性提高的压力大约为50-100Mpa,此情况下酵素发生可逆性变性。相反,为了防止有效成分的分解、维持蓄积量、就必须用400-800Mpa.的压力,这种压力给与酵素不可逆的变性。今后一个重要的研究就是如何通过压力控制大量的生化学反应,而有选择性地增加目的成分。

    3利用对谷粒内部液体渗透效果的变应原提取率的提高
    目前,作为食品过敏的原因,一般是指定在蛋类、牛奶、小麦、荞麦、花生等五大类食品。另外,因为小麦以及大米等谷物中存在共通抗原,所以不管是作为主食还是其他类食品都不能食用的患者有所增加。如果除去这些以大米和小麦作为原料的食品,米饭类、面包类、面食类等绝大多数主食,基本上是不能生活的。也就是说,低过敏原大米的开发,不仅是为大米过敏者而且也为小麦过敏患者提供了安全的谷物类原料食品。


    3.1低过敏原大米的开发
    Fig.8表示利用超高压处理所得到的低过敏原大米(A—カット米)的抗原抗体反应结果[6]。左边的照片表示的是有关A—カット米的变应原蛋白质的SDS聚乙烯丙烯酰胺凝胶電気泳動像。主要的过敏原蛋白质蛋白球画分的分子量14、15.5,以及存在于16kda中。在A的抽出物中可以看到在60KDa附近的薄带,其他的带也极度低减化。右表表示了在使用了患者血清的抗原抗体反应中,慢慢稀释未处理大米、测定抑制率,并以此为标准曲线,与没有稀释的低过敏原大米相比较而得到的结果。

    3.2低过敏原小麦的开发
    Fig.9表示从此小麦中提取变应原的结果。市场上销售的小麦粉,虽然标志是低过敏原产品,但是绝大数变应原都没有减少。另外,没有使用超高压处理的溶剂提取法以及酵素法,都不能使变应原降低到1/50以下。但是,通过300Mpa、10min的超高压处理,小麦粒的细胞壁被破坏,提取率得到提高,使变应原降低到了1/10000以下。


    4利用超高压处理的微生物的控制
    在高压研究开始时,大家都把注意力集中在杀菌上,而在控制微生物上却很少研究。但是,随着高压处理在各种微生物的耐压性以及在食品制造过程中的好坏作用的清晰化,认识到有必要通过压力来对微生物进行控制。
    4.1利用了微生物的耐压性的发酵腌菜的开发
    对发酵食材施以超高压处理,利用乳酸菌和酵母的耐压性的不同,而能够得到经过长时间味道也不会降低的腌菜类。此处以在世界市场上占有率最大的朝鲜泡菜为例。通常的发酵腌菜是在乳酸发酵的同时而也会进行酵母发酵的。在清酒制造业中把这称为并行复发酵,曲菌糖化了淀粉,酵母代射糖,因此在制造酒精中被利用。腌制咸菜时,酵母和乳酸菌的交互作用,产生了很多主要成份以及有用成分。但是,随着酵母的增加,产生了酒精,代射酒精的醋酸菌也增加了,因此酸味大大增加,和产生的气体一起降低了腌菜味道。而对朝鲜泡菜施加300Mpa、5min的高压处理,就能够除去耐压性弱的酵母,抑制了醋酸菌所引起的酸味的增加。
    Fig.9表示处理前后乳酸菌和酵母的消长变化。普通的情况下,泡菜保持鲜美味道的时间是3—4天,之后酸味便增强。但是,在施以300Mpa的高压处理后,压力处理对酵母和乳酸菌的分离起到一定的作用,即使酵母被消灭了,但作为有用菌的乳酸菌仍然保存下来,能够防止杂菌的繁殖,在较长的时间内还能维持原有的味道。
    目前很多市场上销售的腌菜为了提高它的保存性,而给原材料增加调味料,很多加热杀菌的腌菜都是没有经过发酵过程而制成的,即是所谓的“添加调料的腌菜”而不是“发酵的腌菜”。利用超高压处理控制微生物生长,在保持腌菜原有味道的同时,也能够延长保鲜期限。
    4.2利用了乳酸菌和酵母的复发酵作用的ョーグルト的制品化
    最近,使用了コーカサス地区的ケフイア的ケフイアョーグルト成为研究的话题。一般认为ケフイアョーグルト存在长寿的成分,但是与前面所说的一样,酵母发酵而产生了碳酸气体导致容器膨胀,所以一般能够流通的销售品都没有被生产出来。而在发酵结束之后再施以超高压处理的话,留下生理活性成分和药理活性成分的同时,也生产了防止气体膨胀的ケフイアョーグルト。

    5.利用超高压处理对微生物杀菌
    能够维持食品质量的非加热杀菌是当今食品产业的梦想。在很多研究中也已经证明,高压处理能够除去营养型微生物。但是,对于形成スポア的芽孢细菌,还没得到一个决定性的杀菌手段。在这里,以具有很强耐压性和耐热性的B.subtilis的芽孢为对象,介绍一下通过组合利用脉冲电场处理(PEF: Pulsed Electric Field)和高压处理(HHP:High Hydrostatic Pressure)而引起的不活化的相关新预测。
    5.1桔子汁的杀菌
    Fig.11表示的是结合脉冲电场处理和超高压处理的桔子汁(ph3.8)的杀菌效果。样品桔子汁的浓度调制成平均1g市场果汁中含有6×106个B.subtilis NBRC3007孢子。

    一般的情况下,脉冲电场处理都是用在生细胞的プラスミドDNA的导入上,很难成为单独的杀菌方法。而单独的700Mpa的高压处理也很难完全使B.subtilis的芽孢不活化。而如果在超高压处理之后再实施电场处理的话,超高压处理的杀菌效果就会反而被消除,以相当的比率(4 order)使之活性化(再生)。
    但是,如果把脉冲处理作为前处理,再立即实施超高压处理的话,就能够使之完全的不活化。认为这是由于通过脉冲处理使芽孢的表面受损,而接着的超高压处理从孔道芽孢内部都能够传送静水压的原因。
    5.2洋梨汁的杀菌
    Fig.12表示组合利用脉冲电场处理和高压处理的洋梨汁(ph4.0)的杀菌实例。培育在ル•レクチェ中繁殖的B.subtilis,调制成浓度为平均1g果汁含有6×106个孢子。结果与前面桔子汁的例子一样,脉冲电场处理作为前处理,之后再通过超高压处理实现无菌化。这样制成的果汁的糖度(11.0)较高,只用超高压处理是不能实现完全杀菌的,只有和脉冲电场处理结合才能实现非加热的完全杀菌。

    6.总结
    追溯到林力丸氏提倡利用超高压引用的15年前,当时很多研究者都很期待超高压处理在杀菌上的应用,而得到了各种加压条件下的大量数据。这个时期是超高压研究的黎明期,一般把它称为是第一期。
    之后,利用压力作为物的状态的变换因子,通过与温度的并用而改变蛋白质和淀粉的物性,开始研制新食品。把这个时期称作第二期。
    近年来,开始研究把高压力带来的种种效果和其他的物理、生物、生化学的效果相组合,产生新的现象,从而把一种物质转换成另外的一种新物质。开发出新的机能性食品,合成原来农产品中所没有的营养等成为可能。组合超高压处理和脉冲电场处理以实现完全杀菌,满足高龄化社会需要的、不添加任何调料的,易于消化食用的新机能性食品的开发也在不断地发展着。从而迎来了Hi-Pit(高压转换)的第三期——利用高压世纪的到来。
    换句话说,林力丸氏提倡的“状态变换因子的压力”,与热组合在酵素发挥作用的控制上,作为“变换食品组成的因子”再一次受到了好评。这也可以说成是“在医药品上的变换因子”,由此,确信有益于人类的新食品能被开发出来,从而构筑21世纪食文化的中心。


    谢词
    这里介绍的的内容引用了一部分经济产业省所管辖的、平成14年度“地区新生研究共同体事业”,以及农林水产省平成16年度“プランド•ニッポン”中的研究成果,并且总结了新泻县长冈市所推进的“HP未来产业创造研究会的研究成果”而得到的。对于这项研究,对给与帮助的各位以及推进实际研究的越后制果综合研究所的各位研究成员深表谢意。

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