随着中国人均收入和保健知识的提高，越来越多的人渴望拥有超高压冷榨沙棘浓浆饮料。随着现代人肉食增加，热量摄入增多，体重增加，人们对凉性补阴的沙棘的需求也越来越大。特别是超高压冷榨沙棘浓浆饮料方便快捷，可以随时随地食用，取代了传统的水果食用方式，这对于促进人们经常补充沙棘营养起到了至关重要的作用，因此食用人群的规模也将不断扩大。

国内庞大的中产阶级是超高压冷榨沙棘浓浆饮料的主要消费群体，而前卫的年轻人一直是新事物的追求者和参与者。此外，餐饮企业、星级饭店、高级会所以及团购市场的需求，将使市场规模达到几十亿元。使用食品超高压技术加工的冷榨沙棘浓浆饮料，让人们回归自然，享受新鲜、营养、方便、安全的食品，满足了很多人的理想追求和现实需求。因此，食品超高压技术成为了一种应运而生的绿色加工新技术。

一般来说，引起微生物热力致死的主要原因有以下几种：细胞膜结构的变化、酶失活、蛋白质水解或变性、DNA结构损伤等。超高压杀菌技术，是通过破坏例如氢键的弱结合键，使蛋白质内部的高级结构被破坏，以造成蛋白质的基本物性变异，从而造成蛋白质的压力凝固、酶的失活、菌体细胞膜的破裂，以及细菌内部化学组分的外流等，导致多种细胞性损伤。蛋白质内部的离子键和疏水键，在经过高压处理后，会因蛋白质体积的缩小而被切断，从而摧毁蛋白质的立体结构，导致蛋白质变性、酶失活。一般情况下， 600MPa及以上的超高压导致的蛋白质变性是不可逆的。

酶是具有催化活性的特殊蛋白质，超高压会造成蛋白质变性，同时也会破坏酶的活性，其中酶的活性部位将受到影响。在催化过程中，酶蛋白分子内的活性部位才是直接参与催化反应的部分，而不是整个分子。

影响微生物灭活的因素很多，除了压力外，保压时间、温度、加压方式、升压和卸压速率、食品组分、溶剂、微生物的种类、生存状态、初始菌量、介质的pH 值和水分的活度等。

与加热杀菌类似，随着压力的升高，灭活率提高。低于某一压力时，微生物不能失活，或者发生可逆性失活，经过一段时间，还会恢复活性。超过这一压力就会发生不可逆失活，这一压力值也称作压力阈值。每一种微生物，在不同的特定条件下，都有一定的压力阈值。随着压力的增大，微生物灭活率提高，直到全部杀灭或大部杀灭。

压力越高，则处理所需的时间越短。但是对一些芽孢，在某一段压力范围施压，反而促使其生长。由此，超高压杀菌时并非压力越高越好，尤其是对于芽孢菌，先通过适当的条件促使其孢子发芽，然后再利用高压杀菌或配合其他方法协同杀菌,才是杀死孢子的有效途径之一。

压力一定的条件下，一般随着保压时间的延长，杀菌效果越好。但是存在一个临界时间。就是说加压到了一定时间，再延长时间，杀菌效果也不会有太明显的提高。另外，保压时间的长短，还取决于施加压力的大小。压力越高，所需要的时间就越短。另外还有一个现象，高压短时间加压与较低的压力长时间加压相比较，后者比前者的非在位效应显著，即加压后的一段时间内，菌类继续失活的速率比前者高。

提高环境的温度，可以降低微生物失活所需要的压力。但有时也会出现热变性和压力变性相互削弱的拮抗现象。

如果细胞出现了破裂，会导致细胞的膜结构更容易受到损伤。低温条件下的超高压处理能够有效保持沙棘品质，较为有利地避免了沙棘中热敏性成分的破坏。在低温(-20℃)下进行超高压处理,甚至可以完全杀除一些常见的致病菌和耐热性芽孢菌。所以，-20℃～5℃的温度下有利于保持沙棘的风味和物理性能。

在给定压力的条件下，延长施压的时间，可以提高杀菌的效果。超高压杀菌技术在应用时可分为三种类型：短时高压、长时低压和瞬时超高压。其中，短时高压杀菌需要在大约600MPa的压力下加压处理1至2分钟；长时低压杀菌需要在约400MPa的压力下加压处理10至20分钟；瞬时超高压杀菌需要在600MPa以上的压力下加压处理数秒至1分钟内。但是，当细菌残留率较高时，仅仅延长加压时间并不能很好地杀菌，此时需要使用其他处理方法来提高杀菌效果。

高静压在高酸性环境下效果好，这主要是由于高浓度的氢离子对细菌有破坏作用。每种微生物生长繁殖所适应的pH值都有一定的范围。在压力的作用下，介质的pH值发生变化，会影响微生物的生命活动。高浓度的氢离子会使细菌表面的蛋白质和核酸水解，破坏酶活性。因此酸性环境不利于大多数微生物的正常生长，这也是高压食品是酸性食品的原因之一，如果酱、果汁等。

pH值一直被认为是影响微生物在压力下生长的主要因素之一。常温区加压pH值的影响不明显，低温区加压pH值的影响明显，在低pH值时，两者都有助于杀死微生物。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杀死细菌，因为酸性成分本身具有防腐作用。另一方面，在食物允许的范围内。改变介质pH值，降解微生物生长环境，也会加速微生物的死亡率，缩短超高压杀菌时间，或降低所需压力。

为了杀死耐压性芽孢杆菌孢子，可以使用超高压处理并结合壳聚糖、细菌素、溶菌酶或乳链球菌等抑菌剂进行处理。乳链球菌可有效抑制大多数革兰氏阳性菌。

由于沙棘的成分非常复杂，对高压杀菌的影响也非常复杂。一般来说，产品中盐和糖的含量越高，对细菌的保护作用越强(但在低温下效果不明显),从而表明杀菌速度会出现减缓。对富含蛋白质和油脂的产品进行高压杀菌比较困难，但适当加入脂肪酸酯、糖酯和乙醇，高压杀菌效果会增强。在高压下，沙棘的化学成分对杀菌效果有明显影响。蛋白质、碳水化合物和脂类对微生物有保护作用。这主要是由于脂肪、蛋白质等大分子有机化合物的缓冲和保护作用，丰富的营养加速了微生物的繁殖和自我修复。

大肠杆菌和葡萄球菌分别是革兰氏阴性细菌和革兰氏阳性细菌。阳性菌细胞壁厚，肽聚糖含量高，网络结构紧密，脂质含量低。革兰氏阴性菌细胞壁肽聚糖层比较薄，当受到超高压时，细胞壁更容易受到机械损伤，细胞更容易死亡。孢子是食品保鲜中最关键的环节，是食品完全杀菌的象征，即食品安全的象征，也是食品加工和保鲜中最难解决的问题。相对于芽孢杆菌和梭状芽孢，营养细胞在革兰氏阳性菌中的耐压能力较低。

微生物对超高压的抗性随着其生长阶段的变化而有所不同。它们在对数生长期间对压力更加敏感。因此，在微生物的最佳生长温度范围内进行高压杀菌可以提高杀菌效率。换句话说，针对微生物不同的生长阶段，采用合适的高压杀菌温度，可以更有效地杀灭微生物。

低水活度Aw抑制了超高压杀菌的灭活效果。控制水的活动性可以降低压力水平。因此，控制Aw对超高压杀菌具有重要意义。

水分活度主要是通过渗透压影响细胞的生理特性，从而抑制细菌生长甚至使其死亡。一般来说，水分活度低可保护细胞抵抗压力，但微生物一旦经过高压处理后，对水分活度就更加敏感。压力会使微生物呈现亚致死状态，而低水活性可以阻止亚致死的微生物细胞的复活。以蔗糖、食盐等调节水分活度。食物中的不同成分可能会提供不同的保护或抑制作用，但是Aw(水分活度)的控制对于高压杀菌在固体和半固体食品的保存和加工中具有至关重要的意义。因此，正确地控制食品的水分活度，可以提高高压杀菌的效果，从而更好地保护和加工食品。

在经过超高压处理后，有时微生物能够自动修复和再生。其原因可能是残留的微生物仍保留活性，或者一部分微生物，在压力下损伤，但还没有彻底死灭，一旦条件适合，就会修复恢复活性。这是由于内部脂肪等成分的缓冲和保护作用，丰富的营养加速了微生物的繁殖和自我修复。因此，为了抑制微生物高压处理后的修复和再生，一般超高压加工的食品最好在 5℃以下低温保存。

单纯地使用超高压并不能完全确保食品的安全性。为了更有效地杀灭微生物，我们需要采取其他的辅助措施，例如配合围栏技术。针对微生物的不同特点，我们还可以采用多种方法，例如匹配温度、改变压力模式、使用添加剂、以及微波、超声波等技术。这些方法可以使超高压技术更加有效地用于食品处理，从而保障食品的安全性。

在超高压杀菌处理中，由于不同微生物的耐压特性各异，而仅仅依靠延长保压时间往往对微生物的致死率影响不大。因此尝试用间歇、多次、重复加压的方式，发现杀菌效果比较明显。这种方式被称作脉冲加压，或交变加压。一般认为第一次加压导致大量微生物失活，一部分微生物受到损伤，第二次加压会使一部分已经损伤的微生物再度受到压力的作用而致死，如此反复多次加压能给予微生物多次剧烈的冲击，从而提高杀菌的效率。此外，针对各种不同类型的低酸食品还试验总结出经过两次脉冲超高压处理达到无菌状态的工艺参数选择方案。

脉冲加压可以增强超高压杀菌的效果，其机理在于，脉冲加压会对被处理的微生物细胞壁、细胞膜、代谢酶和核酸造成损伤积累。由于脉冲加压的快速加压和减压降低了这些物质对环境条件的反应，从而减弱了微生物的适应性，增加了对微生物薄弱部位的破坏。这些因素共同作用，提高了脉冲加压技术的杀菌效果，使其更加适用于食品工业中的微生物控制。

正如前面所说，温度是影响超高压杀菌的重要因素。积极采取温度控制手段配合超高压提高杀菌效果是最可行的方法，已成为高压食品加工研究的重要方向。温度和压力会引起蛋白质变性，但其机理不同。当施加不同的温度和压力时，不同微生物的杀菌效果是不同的。这是一个非常复杂的问题，需要通过实验和体验杀菌参数来探索。此外，加热和加压的顺序也会影响杀菌效果。这里对温度范围做以下定义：低于0℃为低温，0-60℃为中温，高于60℃为高温。

细菌细胞对20～35℃条件下的超高压不敏感。当温度高于35℃时,细胞膜脂质相变增强了细菌对压力的敏感性。在脉冲压力结合温和加热的条件下，细菌芽孢死亡的主要原因有：

(1)超高压的释放会引起芽孢菌细胞壁与水的绝热膨胀；

(2)超高压(20～70℃)下温度升高会增大孢子细胞壁内外的压差，加速水向细胞壁和细胞膜的渗透，导致水的粘度和表面张力降低等物理变化，从而增强孢子的破坏能力。

换一种说法，低温超高压处理被证明能够有效杀灭微生物。这个效果有两种可能的解释：第一种观点认为，超高压下低温的冰晶沉淀能够加重细胞破裂程度，从而降低微生物在低温下的耐压能力；第二种观点认为，蛋白质在低温下更容易受到超高压的影响，这导致细菌细胞膜结构在低温超高压下更容易被破坏，从而杀死微生物。总的来说，培养基的状态也会影响细菌死亡率。

3.2.3 高温协同杀菌

超过60℃,热杀菌的效果开始显现，此时配合超高压会获得更好的效果。

-20℃的杀菌效果优于20℃的杀菌效果。将被试菌在-20℃下预处理24h后加压处理，也得到了类似的结论。冷预处理有助于杀死大肠杆菌。当细菌悬浮液的水相出现冰结晶时，精细运行受机械损伤，又受压力作用，杀菌效果自然增强。因此，在不同条件下寻求温度和压力的最佳组合具有重要意义。

通过在超高压处理前对脂肪芽孢杆菌孢子进行45℃热处理20分钟，可以提高超高压杀菌的效果。这两种方法的联合效果比单一方法更好，预热结合超高压杀菌的效果比后续热处理和超高压杀菌的效果更强。这种效果与孢子的特性密切相关，因为孢子可以保持较长的休眠状态，而在适宜的条件下(如热刺激)也可以在几分钟内破壁萌发成为营养体细胞。45℃是嗜热脂肪芽孢杆菌适宜的生长温度，预热处理可以促进部分孢子在处理过程中的萌发。然而，营养体细胞对环境的敏感程度要高于孢子体[17],特别是在磷酸缓冲液中，更容易受到损伤和死亡。在相同条件下，营养体细胞的死亡率高于纯超高压杀菌的死亡率。

利用天然抗菌物质或添加抑菌成分是高压杀菌研究的一个重要方向。一些物质如氯化钠、多聚赖氨酸、蛋白酶、酸、溶菌酶、乙醇、甘油脂肪酸脂、脂肪酸糖脂、壳聚糖、乳链球菌肽素、山梨酸钾等，因其抑菌作用改变了细菌的正常生长环境，与高压杀菌过程产生协同杀菌效果。这种协同作用可以有效地杀灭一些耐高压的营养细胞和芽孢。

尼生素是一种正性小分子肽，它含有34个氨基酸残基，分子量约为3500,是一种天然防腐剂。尼生素的安全性高且可被多个国家的食品药品监管机构认可。尼生素的杀菌机理是通过与革兰氏阳性菌的细胞壁膜结合，形成微孔通道，导致小分子渗漏，使细胞失去质子转运能力，从而杀死细菌。相比之下，革兰氏阴性菌缺乏尼生素的结合位点，因此无法被抑制。尽管革兰氏阳性菌通常具有抗压性较强，但超高压与尼生素联合处理可协同杀灭此类微生物。

尼生素与超高压联合杀菌研究表明，高压处理能够提高微生物对尼生素的敏感性。这是由于高压处理破坏了微生物的细胞膜，加速了尼生素的渗透作用。

尼生素和超高压杀菌的联合效应主要基于细胞膜的特性。较硬的细胞膜越容易被超高压破坏，同时也更容易被尼生素插入并稳定。这种稳定作用会降低磷脂的流动性，提高细胞膜对高压的敏感性，从而增强杀菌效果。由于革兰氏阳性菌没有外膜，因此尼生素可以直接插入细胞质膜，而革兰氏阴性菌的尼生素必须穿过外膜才能到达质膜，导致其对尼生素和超高压联合作用的反应相对较弱。

通过实验发现，溶菌酶能够有效地协同杀菌。在培养基中添加2000IU浓度的溶菌酶，并在300MPa条件下进行杀菌处理15分钟后，可以将嗜热脂肪芽孢杆菌的残留量降低5个数量级。

超高压处理与多种抑菌剂的联合使用能够提高杀菌效果，同时减少防腐剂的使用量，为食品高压杀菌提供了更好的工艺条件。尽管这种方法可能与高压杀菌无添加剂的目标不相符，但对于一些难以处理的微生物来说，仍是一个可行的选择。

超高压杀菌在食品中的使用受到多种因素的影响，包括食品的成分、pH值、水活度等特性。因此，在实践中应用超高压技术时，需要进行详细的研究，然后为某种特定的食品设计合理的超高压杀菌方案，以确保其安全和保鲜效果。

目前微波、高频电场和电磁场等食品杀菌技术具有明显的热效应，即加工过程中温度的升高和变化明显。使用热杀菌会对功能性食品的活性成分造成损害，导致其功能效果降低或产生令人不快的气味成分，有的甚至降解为无功能成分。在辐照过程中，温度变化不大，但经常发生辐射裂解反应，产生复杂的新化学成分，甚至产生辐照异味。超高压处理可以避免上述处理工艺的缺陷。既能杀灭目标微生物，又能保证食品的功能成分不被破坏。是沙棘功能性食品的理想加工方法。超高压加工技术属于非热加工，整个加工过程中温度变化较小。一般在绝热条件下，600MPa压力处理的温度仅提高5-10℃。温度变化引起的热效应很小，发生化学反应的可能性很小。超高压可破坏聚合物的氢键、离子键和盐键，对共价键影响不大，尤其对食品中的小分子色素、维生素、氨基酸、多肽、果酸、果糖、香气和抗诱变活性成分影响不大。对功能食品进行超高压处理，能更好地保持功能因子的活性和产品的原汁原味，符合现代功能食品“天然营养、健康安全”的发展方向。在功能性食品的加工、开发和应用方面具有很大的潜力和价值，并对其安全性进行了评价。

经研究发现，超高压处理对沙棘中的维生素C、A、B1、B2、E和叶酸的含量影响不大。以沙棘浓浆饮料为例，超高压处理可使维生素C保留率达到95%,是热加工的1.7倍。另外，经过600MPa的超高压处理后，新鲜沙棘汁中的维生素C含量得到了保留，同时在实验压力下，B6、B1、B2、烟酸和果糖、葡萄糖、蔗糖等成分的含量也没有显著差异。

用600MPa超高压处理沙棘籽油和果油，存放在5°C条件下。结果表明，未处理的样品中游离脂肪酸含量增加，而经过超高压处理的两个样品中游离脂肪酸含量没有变化。这是因为超高压处理能够使脂氧合酶失活。在无氧和常温条件下，超高压处理可以使脂氧合酶完全失活，而不引起不饱和脂肪酸的变化。因此，超高压处理可以用于含有高不饱和脂肪酸的食品，实现酶杀菌而不破坏不饱和脂肪酸。

研究表明，超高压处理对沙棘浓缩浆饮料中的大分子蛋白质和淀粉有一定的改性作用。超高压处理后，蛋白质的空间结构发生变化，活性下降，等电点溶解性和酸碱缓冲性质发生变化，淀粉溶液的粘度和空间结构发生变化。由1,4,1,6糖苷键水解的低级别聚合糖、多肽和3-9单糖的结构受高压影响较小。其原因是多肽和多糖的结构一般呈线性。含有功能性活性肽和低聚糖的饮料产品应进行消毒和防腐处理。通常在这些产品灌装后采用热杀菌和防腐剂添加等技术措施。这种热杀菌处理必然会导致美拉德反应，从而导致产品褐变，氨基酸多肽、低聚糖等功能成分的损失同时添加防腐剂的方法和功能食品的概念沙棘浓缩纸浆饮料后续处理的两个关键技术不仅是对酶进行杀菌，而且要保持有效成分的不变性。超高压处理食品杀菌酶技术已经非常成熟，完全可以满足这两方面的技术要求。由某些N血清型乳链球菌产生的小肽是一种高效、安全的生物防腐剂。添加乳链球菌配合超高压处理对功能性食品进行杀菌保鲜是合理的。乳链球菌在应用中应注意两个技术问题，二是防止食品加工和储存过程中的降解和失活。热辐照会在一定程度上破坏乳链球菌的结构。超高压处理会破坏大分子蛋白酶，但不会破坏小分子多肽。

保留食品中功能性色素成分的稳定性和生物效力是衡量产品加工质量和营养功能的重要指标。在沙棘制品加工过程中，一些功能性色素容易被光氧照射和加热降解，从而导致其稳定性和功能降低，超高压处理可以避免这一问题。超高压沙棘制品的加工可以在不降低色素含量的情况下，更大程度地保留食品的功能性色素成分，产生更多的异构体，从而改变色素的功能和理化性质。超高压处理沙棘制品中β-胡萝卜素和黄酮类化合物的保留率高于热加工沙棘制品，色度值优于热加工沙棘。这表明在沙棘β-胡萝卜素和黄酮类化合物含量一定的前提下，超高压处理可以提高沙棘β-胡萝卜素和黄酮类化合物的吸收和生物利用率。

研究超高压处理对沙棘抗突变活性的影响。结果表明，超高压处理可以最大限度地保留冷榨沙棘汁中的类胡萝卜素、类黄酮、多糖、不饱和脂肪酸和维生素，同时保持其原有风味，是最有可能实现工业化生产的功能性沙棘汁产品。在600MPa、-15度的条件下，冷榨沙棘汁的抗突变活性有所降低，可能是由于压力和温度的共同作用导致其活性成分如类胡萝卜素和类黄酮的结构变化或降解。

使用超高压处理可以压缩微生物的细胞膜，导致细胞膜的破坏和微生物内部成分的结构破坏，使微生物酶失去活性。超高压不会破坏共价键，但可以破坏离子键、疏水键和氢键，从而导致大分子在食品中的延伸。当压力解除时，这些大分子会重新折叠，从而改变分子结构和食品质量。超高压可以使食品大分子发生变性，但不会影响色素、维生素、香气等小分子成分。超高压处理的功能食品必须符合中国食品卫生相关法律和标准的卫生指标，2002年1月，FDA规定冷榨果汁的生产必须采用HACCP质量控制方法，并要求至少有温和加工的抑菌技术，以确保可能污染果汁的目标细菌可以减少5个对数循环，保证产品安全需要超高压处理与其他灭菌或保存方法结合使用，如真空包装以降低水分和pH值，添加防腐剂和低温储存，以及估计产品的安全性和保质期。超高压处理是一种利用压力来杀菌的物理方法，因此不存在任何污染和残留问题。目前，日本、美国等国家没有提出超高压加工食品的安全问题。超高压加工是一种非热加工技术。它具有杀菌和灭酶的作用，但其机理与热加工完全不同。超高压技术在海棘功能性食品加工生产中的应用才刚刚起步，其基础研究有待加强。可以预见，超高压技术在利用超高压反应器改造食品功能因子结构和生产新型功能食品方面具有很高的研究价值和商业化潜力。

与传统的加热处理和化学处理相比，超高压处理是一种更为健康、高效、环保的食品处理方法。超高压处理可以在短时间内对沙棘进行均匀、瞬时、高效的杀菌，不会改变沙棘的颜色、香气、味道等物理特性，也不会产生异味。超高压处理后的沙棘仍保持原有的新鲜风味和营养成分，与加热处理不同的是，蛋白质的变性和淀粉的糊化状态也不同，从而获得了沙棘汁新的物理性质。相比于化学处理，超高压处理不需要添加任何化学物质，避免了化学试剂残留在食品中对人体的负面影响，保证了食用安全。超高压处理的杀菌条件易控制，外界环境影响小，而且是一次性杀菌，对细菌的作用更为明显，而化学试剂的频繁使用会使细菌产生耐药性，削弱杀菌效果。超高压处理可以更好地保持沙棘的天然风味，甚至改善沙棘高分子材料的构象。

加强对超高压技术的研究，开发出具有保健功能的沙棘产品，并提取纯化超高压沙棘的有效成分，将其应用于医学领域。同时，利用超高压杀菌的特点，建立超高压杀菌模型，对灭菌参数进行优化。

中国目前在超高压沙棘加工技术方面还处于初级阶段。为了推动超高压沙棘产业快速产业化，政府需投入大量资金发展超高技术的研究，加强合作，以加速超高压沙棘产业的发展。