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隨著中國人均收入和保健知識的提高，越來越多的人渴望擁有超高壓冷榨沙棘濃漿飲料。隨著現代人肉食增加，熱量攝入增多，體重增加，人們對涼性補陰的沙棘的需求也越來越大。特別是超高壓冷榨沙棘濃漿飲料方便快捷，可以隨時隨地食用，取代了傳統的水果食用方式，這對于促進人們經常補充沙棘營養起到了至關重要的作用，因此食用人群的規模也將不斷擴大。

國內龐大的中產階級是超高壓冷榨沙棘濃漿飲料的主要消費群體，而前衛的年輕人一直是新事物的追求者和參與者。此外，餐飲企業、星級飯店、高級會所以及團購市場的需求，將使市場規模達到幾十億元。使用食品超高壓技術加工的冷榨沙棘濃漿飲料，讓人們回歸自然，享受新鮮、營養、方便、安全的食品，滿足了很多人的理想追求和現實需求。因此，食品超高壓技術成為了一種應運而生的綠色加工新技術。

一般來說，引起微生物熱力致死的主要原因有以下幾種：細胞膜結構的變化、酶失活、蛋白質水解或變性、DNA結構損傷等。超高壓殺菌技術，是通過破壞例如氫鍵的弱結合鍵，使蛋白質內部的高級結構被破壞，以造成蛋白質的基本物性變異，從而造成蛋白質的壓力凝固、酶的失活、菌體細胞膜的破裂，以及細菌內部化學組分的外流等，導致多種細胞性損傷。蛋白質內部的離子鍵和疏水鍵，在經過高壓處理后，會因蛋白質體積的縮小而被切斷，從而摧毀蛋白質的立體結構，導致蛋白質變性、酶失活。一般情況下， 600MPa及以上的超高壓導致的蛋白質變性是不可逆的。

酶是具有催化活性的特殊蛋白質，超高壓會造成蛋白質變性，同時也會破壞酶的活性，其中酶的活性部位將受到影響。在催化過程中，酶蛋白分子內的活性部位才是直接參與催化反應的部分，而不是整個分子。

影響微生物滅活的因素很多，除了壓力外，保壓時間、溫度、加壓方式、升壓和卸壓速率、食品組分、溶劑、微生物的種類、生存狀態、初始菌量、介質的pH 值和水分的活度等。

與加熱殺菌類似，隨著壓力的升高，滅活率提高。低于某一壓力時，微生物不能失活，或者發生可逆性失活，經過一段時間，還會恢復活性。超過這一壓力就會發生不可逆失活，這一壓力值也稱作壓力閾值。每一種微生物，在不同的特定條件下，都有一定的壓力閾值。隨著壓力的增大，微生物滅活率提高，直到全部殺滅或大部殺滅。

壓力越高，則處理所需的時間越短。但是對一些芽孢，在某一段壓力范圍施壓，反而促使其生長。由此，超高壓殺菌時并非壓力越高越好，尤其是對于芽孢菌，先通過適當的條件促使其孢子發芽，然后再利用高壓殺菌或配合其他方法協同殺菌,才是殺死孢子的有效途徑之一。

壓力一定的條件下，一般隨著保壓時間的延長，殺菌效果越好。但是存在一個臨界時間。就是說加壓到了一定時間，再延長時間，殺菌效果也不會有太明顯的提高。另外，保壓時間的長短，還取決于施加壓力的大小。壓力越高，所需要的時間就越短。另外還有一個現象，高壓短時間加壓與較低的壓力長時間加壓相比較，后者比前者的非在位效應顯著，即加壓后的一段時間內，菌類繼續失活的速率比前者高。

提高環境的溫度，可以降低微生物失活所需要的壓力。但有時也會出現熱變性和壓力變性相互削弱的拮抗現象。

如果細胞出現了破裂，會導致細胞的膜結構更容易受到損傷。低溫條件下的超高壓處理能夠有效保持沙棘品質，較為有利地避免了沙棘中熱敏性成分的破壞。在低溫(-20℃)下進行超高壓處理,甚至可以完全殺除一些常見的致病菌和耐熱性芽孢菌。所以，-20℃～5℃的溫度下有利于保持沙棘的風味和物理性能。

在給定壓力的條件下，延長施壓的時間，可以提高殺菌的效果。超高壓殺菌技術在應用時可分為三種類型：短時高壓、長時低壓和瞬時超高壓。其中，短時高壓殺菌需要在大約600MPa的壓力下加壓處理1至2分鐘；長時低壓殺菌需要在約400MPa的壓力下加壓處理10至20分鐘；瞬時超高壓殺菌需要在600MPa以上的壓力下加壓處理數秒至1分鐘內。但是，當細菌殘留率較高時，僅僅延長加壓時間并不能很好地殺菌，此時需要使用其他處理方法來提高殺菌效果。

高靜壓在高酸性環境下效果好，這主要是由于高濃度的氫離子對細菌有破壞作用。每種微生物生長繁殖所適應的pH值都有一定的范圍。在壓力的作用下，介質的pH值發生變化，會影響微生物的生命活動。高濃度的氫離子會使細菌表面的蛋白質和核酸水解，破壞酶活性。因此酸性環境不利于大多數微生物的正常生長，這也是高壓食品是酸性食品的原因之一，如果醬、果汁等。

pH值一直被認為是影響微生物在壓力下生長的主要因素之一。常溫區加壓pH值的影響不明顯，低溫區加壓pH值的影響明顯，在低pH值時，兩者都有助于殺死微生物。pH值低有利于微生物失活，因此酸性食物比甜味食物更容易殺死細菌，因為酸性成分本身具有防腐作用。另一方面，在食物允許的范圍內。改變介質pH值，降解微生物生長環境，也會加速微生物的死亡率，縮短超高壓殺菌時間，或降低所需壓力。

為了殺死耐壓性芽孢桿菌孢子，可以使用超高壓處理并結合殼聚糖、細菌素、溶菌酶或乳鏈球菌等抑菌劑進行處理。乳鏈球菌可有效抑制大多數革蘭氏陽性菌。

由于沙棘的成分非常復雜，對高壓殺菌的影響也非常復雜。一般來說，產品中鹽和糖的含量越高，對細菌的保護作用越強(但在低溫下效果不明顯),從而表明殺菌速度會出現減緩。對富含蛋白質和油脂的產品進行高壓殺菌比較困難，但適當加入脂肪酸酯、糖酯和乙醇，高壓殺菌效果會增強。在高壓下，沙棘的化學成分對殺菌效果有明顯影響。蛋白質、碳水化合物和脂類對微生物有保護作用。這主要是由于脂肪、蛋白質等大分子有機化合物的緩沖和保護作用，豐富的營養加速了微生物的繁殖和自我修復。

大腸桿菌和葡萄球菌分別是革蘭氏陰性細菌和革蘭氏陽性細菌。陽性菌細胞壁厚，肽聚糖含量高，網絡結構緊密，脂質含量低。革蘭氏陰性菌細胞壁肽聚糖層比較薄，當受到超高壓時，細胞壁更容易受到機械損傷，細胞更容易死亡。孢子是食品保鮮中最關鍵的環節，是食品完全殺菌的象征，即食品安全的象征，也是食品加工和保鮮中最難解決的問題。相對于芽孢桿菌和梭狀芽孢，營養細胞在革蘭氏陽性菌中的耐壓能力較低。

微生物對超高壓的抗性隨著其生長階段的變化而有所不同。它們在對數生長期間對壓力更加敏感。因此，在微生物的最佳生長溫度范圍內進行高壓殺菌可以提高殺菌效率。換句話說，針對微生物不同的生長階段，采用合適的高壓殺菌溫度，可以更有效地殺滅微生物。

低水活度Aw抑制了超高壓殺菌的滅活效果。控制水的活動性可以降低壓力水平。因此，控制Aw對超高壓殺菌具有重要意義。

水分活度主要是通過滲透壓影響細胞的生理特性，從而抑制細菌生長甚至使其死亡。一般來說，水分活度低可保護細胞抵抗壓力，但微生物一旦經過高壓處理后，對水分活度就更加敏感。壓力會使微生物呈現亞致死狀態，而低水活性可以阻止亞致死的微生物細胞的復活。以蔗糖、食鹽等調節水分活度。食物中的不同成分可能會提供不同的保護或抑制作用，但是Aw(水分活度)的控制對于高壓殺菌在固體和半固體食品的保存和加工中具有至關重要的意義。因此，正確地控制食品的水分活度，可以提高高壓殺菌的效果，從而更好地保護和加工食品。

在經過超高壓處理后，有時微生物能夠自動修復和再生。其原因可能是殘留的微生物仍保留活性，或者一部分微生物，在壓力下損傷，但還沒有徹底死滅，一旦條件適合，就會修復恢復活性。這是由于內部脂肪等成分的緩沖和保護作用，豐富的營養加速了微生物的繁殖和自我修復。因此，為了抑制微生物高壓處理后的修復和再生，一般超高壓加工的食品最好在 5℃以下低溫保存。

單純地使用超高壓并不能完全確保食品的安全性。為了更有效地殺滅微生物，我們需要采取其他的輔助措施，例如配合圍欄技術。針對微生物的不同特點，我們還可以采用多種方法，例如匹配溫度、改變壓力模式、使用添加劑、以及微波、超聲波等技術。這些方法可以使超高壓技術更加有效地用于食品處理，從而保障食品的安全性。

在超高壓殺菌處理中，由于不同微生物的耐壓特性各異，而僅僅依靠延長保壓時間往往對微生物的致死率影響不大。因此嘗試用間歇、多次、重復加壓的方式，發現殺菌效果比較明顯。這種方式被稱作脈沖加壓，或交變加壓。一般認為第一次加壓導致大量微生物失活，一部分微生物受到損傷，第二次加壓會使一部分已經損傷的微生物再度受到壓力的作用而致死，如此反復多次加壓能給予微生物多次劇烈的沖擊，從而提高殺菌的效率。此外，針對各種不同類型的低酸食品還試驗總結出經過兩次脈沖超高壓處理達到無菌狀態的工藝參數選擇方案。

脈沖加壓可以增強超高壓殺菌的效果，其機理在于，脈沖加壓會對被處理的微生物細胞壁、細胞膜、代謝酶和核酸造成損傷積累。由于脈沖加壓的快速加壓和減壓降低了這些物質對環境條件的反應，從而減弱了微生物的適應性，增加了對微生物薄弱部位的破壞。這些因素共同作用，提高了脈沖加壓技術的殺菌效果，使其更加適用于食品工業中的微生物控制。

正如前面所說，溫度是影響超高壓殺菌的重要因素。積極采取溫度控制手段配合超高壓提高殺菌效果是最可行的方法，已成為高壓食品加工研究的重要方向。溫度和壓力會引起蛋白質變性，但其機理不同。當施加不同的溫度和壓力時，不同微生物的殺菌效果是不同的。這是一個非常復雜的問題，需要通過實驗和體驗殺菌參數來探索。此外，加熱和加壓的順序也會影響殺菌效果。這里對溫度范圍做以下定義：低于0℃為低溫，0-60℃為中溫，高于60℃為高溫。

細菌細胞對20～35℃條件下的超高壓不敏感。當溫度高于35℃時,細胞膜脂質相變增強了細菌對壓力的敏感性。在脈沖壓力結合溫和加熱的條件下，細菌芽孢死亡的主要原因有：

(1)超高壓的釋放會引起芽孢菌細胞壁與水的絕熱膨脹；

(2)超高壓(20～70℃)下溫度升高會增大孢子細胞壁內外的壓差，加速水向細胞壁和細胞膜的滲透，導致水的粘度和表面張力降低等物理變化，從而增強孢子的破壞能力。

換一種說法，低溫超高壓處理被證明能夠有效殺滅微生物。這個效果有兩種可能的解釋：第一種觀點認為，超高壓下低溫的冰晶沉淀能夠加重細胞破裂程度，從而降低微生物在低溫下的耐壓能力；第二種觀點認為，蛋白質在低溫下更容易受到超高壓的影響，這導致細菌細胞膜結構在低溫超高壓下更容易被破壞，從而殺死微生物。總的來說，培養基的狀態也會影響細菌死亡率。

3.2.3 高溫協同殺菌

超過60℃,熱殺菌的效果開始顯現，此時配合超高壓會獲得更好的效果。

-20℃的殺菌效果優于20℃的殺菌效果。將被試菌在-20℃下預處理24h后加壓處理，也得到了類似的結論。冷預處理有助于殺死大腸桿菌。當細菌懸浮液的水相出現冰結晶時，精細運行受機械損傷，又受壓力作用，殺菌效果自然增強。因此，在不同條件下尋求溫度和壓力的最佳組合具有重要意義。

通過在超高壓處理前對脂肪芽孢桿菌孢子進行45℃熱處理20分鐘，可以提高超高壓殺菌的效果。這兩種方法的聯合效果比單一方法更好，預熱結合超高壓殺菌的效果比后續熱處理和超高壓殺菌的效果更強。這種效果與孢子的特性密切相關，因為孢子可以保持較長的休眠狀態，而在適宜的條件下(如熱刺激)也可以在幾分鐘內破壁萌發成為營養體細胞。45℃是嗜熱脂肪芽孢桿菌適宜的生長溫度，預熱處理可以促進部分孢子在處理過程中的萌發。然而，營養體細胞對環境的敏感程度要高于孢子體[17],特別是在磷酸緩沖液中，更容易受到損傷和死亡。在相同條件下，營養體細胞的死亡率高于純超高壓殺菌的死亡率。

利用天然抗菌物質或添加抑菌成分是高壓殺菌研究的一個重要方向。一些物質如氯化鈉、多聚賴氨酸、蛋白酶、酸、溶菌酶、乙醇、甘油脂肪酸脂、脂肪酸糖脂、殼聚糖、乳鏈球菌肽素、山梨酸鉀等，因其抑菌作用改變了細菌的正常生長環境，與高壓殺菌過程產生協同殺菌效果。這種協同作用可以有效地殺滅一些耐高壓的營養細胞和芽孢。

尼生素是一種正性小分子肽，它含有34個氨基酸殘基，分子量約為3500,是一種天然防腐劑。尼生素的安全性高且可被多個國家的食品藥品監管機構認可。尼生素的殺菌機理是通過與革蘭氏陽性菌的細胞壁膜結合，形成微孔通道，導致小分子滲漏，使細胞失去質子轉運能力，從而殺死細菌。相比之下，革蘭氏陰性菌缺乏尼生素的結合位點，因此無法被抑制。盡管革蘭氏陽性菌通常具有抗壓性較強，但超高壓與尼生素聯合處理可協同殺滅此類微生物。

尼生素與超高壓聯合殺菌研究表明，高壓處理能夠提高微生物對尼生素的敏感性。這是由于高壓處理破壞了微生物的細胞膜，加速了尼生素的滲透作用。

尼生素和超高壓殺菌的聯合效應主要基于細胞膜的特性。較硬的細胞膜越容易被超高壓破壞，同時也更容易被尼生素插入并穩定。這種穩定作用會降低磷脂的流動性，提高細胞膜對高壓的敏感性，從而增強殺菌效果。由于革蘭氏陽性菌沒有外膜，因此尼生素可以直接插入細胞質膜，而革蘭氏陰性菌的尼生素必須穿過外膜才能到達質膜，導致其對尼生素和超高壓聯合作用的反應相對較弱。

通過實驗發現，溶菌酶能夠有效地協同殺菌。在培養基中添加2000IU濃度的溶菌酶，并在300MPa條件下進行殺菌處理15分鐘后，可以將嗜熱脂肪芽孢桿菌的殘留量降低5個數量級。

超高壓處理與多種抑菌劑的聯合使用能夠提高殺菌效果，同時減少防腐劑的使用量，為食品高壓殺菌提供了更好的工藝條件。盡管這種方法可能與高壓殺菌無添加劑的目標不相符，但對于一些難以處理的微生物來說，仍是一個可行的選擇。

超高壓殺菌在食品中的使用受到多種因素的影響，包括食品的成分、pH值、水活度等特性。因此，在實踐中應用超高壓技術時，需要進行詳細的研究，然后為某種特定的食品設計合理的超高壓殺菌方案，以確保其安全和保鮮效果。

目前微波、高頻電場和電磁場等食品殺菌技術具有明顯的熱效應，即加工過程中溫度的升高和變化明顯。使用熱殺菌會對功能性食品的活性成分造成損害，導致其功能效果降低或產生令人不快的氣味成分，有的甚至降解為無功能成分。在輻照過程中，溫度變化不大，但經常發生輻射裂解反應，產生復雜的新化學成分，甚至產生輻照異味。超高壓處理可以避免上述處理工藝的缺陷。既能殺滅目標微生物，又能保證食品的功能成分不被破壞。是沙棘功能性食品的理想加工方法。超高壓加工技術屬于非熱加工，整個加工過程中溫度變化較小。一般在絕熱條件下，600MPa壓力處理的溫度僅提高5-10℃。溫度變化引起的熱效應很小，發生化學反應的可能性很小。超高壓可破壞聚合物的氫鍵、離子鍵和鹽鍵，對共價鍵影響不大，尤其對食品中的小分子色素、維生素、氨基酸、多肽、果酸、果糖、香氣和抗誘變活性成分影響不大。對功能食品進行超高壓處理，能更好地保持功能因子的活性和產品的原汁原味，符合現代功能食品“天然營養、健康安全”的發展方向。在功能性食品的加工、開發和應用方面具有很大的潛力和價值，并對其安全性進行了評價。

經研究發現，超高壓處理對沙棘中的維生素C、A、B1、B2、E和葉酸的含量影響不大。以沙棘濃漿飲料為例，超高壓處理可使維生素C保留率達到95%,是熱加工的1.7倍。另外，經過600MPa的超高壓處理后，新鮮沙棘汁中的維生素C含量得到了保留，同時在實驗壓力下，B6、B1、B2、煙酸和果糖、葡萄糖、蔗糖等成分的含量也沒有顯著差異。

用600MPa超高壓處理沙棘籽油和果油，存放在5°C條件下。結果表明，未處理的樣品中游離脂肪酸含量增加，而經過超高壓處理的兩個樣品中游離脂肪酸含量沒有變化。這是因為超高壓處理能夠使脂氧合酶失活。在無氧和常溫條件下，超高壓處理可以使脂氧合酶完全失活，而不引起不飽和脂肪酸的變化。因此，超高壓處理可以用于含有高不飽和脂肪酸的食品，實現酶殺菌而不破壞不飽和脂肪酸。

研究表明，超高壓處理對沙棘濃縮漿飲料中的大分子蛋白質和淀粉有一定的改性作用。超高壓處理后，蛋白質的空間結構發生變化，活性下降，等電點溶解性和酸堿緩沖性質發生變化，淀粉溶液的粘度和空間結構發生變化。由1,4,1,6糖苷鍵水解的低級別聚合糖、多肽和3-9單糖的結構受高壓影響較小。其原因是多肽和多糖的結構一般呈線性。含有功能性活性肽和低聚糖的飲料產品應進行消毒和防腐處理。通常在這些產品灌裝后采用熱殺菌和防腐劑添加等技術措施。這種熱殺菌處理必然會導致美拉德反應，從而導致產品褐變，氨基酸多肽、低聚糖等功能成分的損失同時添加防腐劑的方法和功能食品的概念沙棘濃縮紙漿飲料后續處理的兩個關鍵技術不僅是對酶進行殺菌，而且要保持有效成分的不變性。超高壓處理食品殺菌酶技術已經非常成熟，完全可以滿足這兩方面的技術要求。由某些N血清型乳鏈球菌產生的小肽是一種高效、安全的生物防腐劑。添加乳鏈球菌配合超高壓處理對功能性食品進行殺菌保鮮是合理的。乳鏈球菌在應用中應注意兩個技術問題，二是防止食品加工和儲存過程中的降解和失活。熱輻照會在一定程度上破壞乳鏈球菌的結構。超高壓處理會破壞大分子蛋白酶，但不會破壞小分子多肽。

保留食品中功能性色素成分的穩定性和生物效力是衡量產品加工質量和營養功能的重要指標。在沙棘制品加工過程中，一些功能性色素容易被光氧照射和加熱降解，從而導致其穩定性和功能降低，超高壓處理可以避免這一問題。超高壓沙棘制品的加工可以在不降低色素含量的情況下，更大程度地保留食品的功能性色素成分，產生更多的異構體，從而改變色素的功能和理化性質。超高壓處理沙棘制品中β-胡蘿卜素和黃酮類化合物的保留率高于熱加工沙棘制品，色度值優于熱加工沙棘。這表明在沙棘β-胡蘿卜素和黃酮類化合物含量一定的前提下，超高壓處理可以提高沙棘β-胡蘿卜素和黃酮類化合物的吸收和生物利用率。

研究超高壓處理對沙棘抗突變活性的影響。結果表明，超高壓處理可以最大限度地保留冷榨沙棘汁中的類胡蘿卜素、類黃酮、多糖、不飽和脂肪酸和維生素，同時保持其原有風味，是最有可能實現工業化生產的功能性沙棘汁產品。在600MPa、-15度的條件下，冷榨沙棘汁的抗突變活性有所降低，可能是由于壓力和溫度的共同作用導致其活性成分如類胡蘿卜素和類黃酮的結構變化或降解。

使用超高壓處理可以壓縮微生物的細胞膜，導致細胞膜的破壞和微生物內部成分的結構破壞，使微生物酶失去活性。超高壓不會破壞共價鍵，但可以破壞離子鍵、疏水鍵和氫鍵，從而導致大分子在食品中的延伸。當壓力解除時，這些大分子會重新折疊，從而改變分子結構和食品質量。超高壓可以使食品大分子發生變性，但不會影響色素、維生素、香氣等小分子成分。超高壓處理的功能食品必須符合中國食品衛生相關法律和標準的衛生指標，2002年1月，FDA規定冷榨果汁的生產必須采用HACCP質量控制方法，并要求至少有溫和加工的抑菌技術，以確保可能污染果汁的目標細菌可以減少5個對數循環，保證產品安全需要超高壓處理與其他滅菌或保存方法結合使用，如真空包裝以降低水分和pH值，添加防腐劑和低溫儲存，以及估計產品的安全性和保質期。超高壓處理是一種利用壓力來殺菌的物理方法，因此不存在任何污染和殘留問題。目前，日本、美國等國家沒有提出超高壓加工食品的安全問題。超高壓加工是一種非熱加工技術。它具有殺菌和滅酶的作用，但其機理與熱加工完全不同。超高壓技術在海棘功能性食品加工生產中的應用才剛剛起步，其基礎研究有待加強。可以預見，超高壓技術在利用超高壓反應器改造食品功能因子結構和生產新型功能食品方面具有很高的研究價值和商業化潛力。

與傳統的加熱處理和化學處理相比，超高壓處理是一種更為健康、高效、環保的食品處理方法。超高壓處理可以在短時間內對沙棘進行均勻、瞬時、高效的殺菌，不會改變沙棘的顏色、香氣、味道等物理特性，也不會產生異味。超高壓處理后的沙棘仍保持原有的新鮮風味和營養成分，與加熱處理不同的是，蛋白質的變性和淀粉的糊化狀態也不同，從而獲得了沙棘汁新的物理性質。相比于化學處理，超高壓處理不需要添加任何化學物質，避免了化學試劑殘留在食品中對人體的負面影響，保證了食用安全。超高壓處理的殺菌條件易控制，外界環境影響小，而且是一次性殺菌，對細菌的作用更為明顯，而化學試劑的頻繁使用會使細菌產生耐藥性，削弱殺菌效果。超高壓處理可以更好地保持沙棘的天然風味，甚至改善沙棘高分子材料的構象。

加強對超高壓技術的研究，開發出具有保健功能的沙棘產品，并提取純化超高壓沙棘的有效成分，將其應用于醫學領域。同時，利用超高壓殺菌的特點，建立超高壓殺菌模型，對滅菌參數進行優化。

中國目前在超高壓沙棘加工技術方面還處于初級階段。為了推動超高壓沙棘產業快速產業化，政府需投入大量資金發展超高技術的研究，加強合作，以加速超高壓沙棘產業的發展。