功能性食品加工中的关键技术分析

李硕 蔡智军 田晓玲

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2015.36.154

摘 要：随着营养学理念的不断革新，食品的功能性开发在食品加工过程中的重要性日益彰显。在制作功能性食品的过程中，应对食品原材料的营养成分做出科学分析，在现有的工艺技术基础上，采用高效合理的工艺手段对食品进行再加工，确保最大限度地保留食材中的有益成分，使得加工后的食品具有相应的保健功能。该文对加工功能性食品的几大关键技术进行集中讨论，主要对其技术原理及应用情况展开分析，具体分析了膜分离技术的原理及应用，超临界流体萃取技术的原理及应用，超高压加工技术的原理及应用，其他加工技术的应用及前景展望四个方面，以供同行交流学习。

关键词：功能性食品 食品加工 关键技术

中图分类号：TS218 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）12（c）-0154-02

功能性食品是指经过一定的工艺手段进行加工，使得加工后的食品具有调节人体生理功能、有益于机体组织健康的功效，对于慢性疾病具有一定程度上的辅助缓解作用。虽然功能性食品相较于传统食品的营养价值有明显提高，但功能性食品本身不能替代药物的治疗作用。为了高纯度提取食物中诸如活性多糖、活性多肽、活性菌类、自由基清除剂等对人体健康有益的物质，最大限度地保障功能性食品的食品安全与保健功效。在制作功能性食品的过程中，应对食品原材料的营养成分做出科学分析，在现有的工艺技术基础上，采用高效合理的工艺手段对食品进行再加工，确保最大限度地保留食材中的有益成分，使得加工后的食品具有相应的保健功能。

1 膜分离技术的原理及应用

膜分离技术主要应用于对双组份或多组分的溶液进行进一步的分离、提纯与浓缩过程之中。膜分离技术利用生物膜具有选择透过性的原理，依据提取物质分子量及相关理化特性的不同，人工合成或选取天然的高分子薄膜，利用化学位差及其他外界能量，完成对目标物质的提纯分离工作。制备或选取最合适的高分子膜作为主要工艺材料，是实行膜分离技术的基本前提。因此，对高分子膜的理化稳定性与分离稳定性研究实验必不可少。

高分子膜的理化稳定性测试主要包括对膜的张力范围、机械强度、耐热程度、有效pH范围以及是否与提取环境产生理化反应等方面的测试与评价；分离稳定性则主要围绕膜的截留效率、渗透通量以及通量衰减系数三个方面展开实验研究。在实际的膜分离技术过程中，分子膜的分离效率与渗流通量具有负相关关系，因此在实际的膜选取过程中，应协调好二者的关系，在保证分离质量的基础上尽可能提高分离效率。依据过滤膜的孔径大小与外界能量的不同，将膜分离技术分为微滤、超滤、渗析、电渗析及反渗透等工艺，其中在功能性食品加工中应用较广的工艺手段是超滤膜分离技术。超滤膜工艺是依靠0.1～0.5 MPa的静压驱动，将溶液中的小分子成分从高压原料侧透过分子膜筛滤到低压滤出侧的加工过程。超滤膜多为非对称膜或复合膜结构，能量损耗低、操作难度小。膜分离技术在功能性饮用水软化除菌、浓缩提纯发酵型功能食品所需生物酶、提取过滤植物性浸提液中的多糖多肽、超滤截留大豆分离蛋白等加工环节中，发挥着不可替代的重要作用。

2 超临界流体萃取技术的原理及应用

超临界状态是指流体高于临界点而又接近临界点时，流体处于一种介于气态与液态间，以单相形式存在的特殊状态。由于超临界流体兼顾气相与液相流体特点，即具有与液态流体相近的密度与介电常数的同时，还保有气态流体高扩散系数与延展能力的特性，是绝佳的萃取分离溶剂。据相关实验数据显示，超临界流体的溶解能力可达非临界状态下流体溶解能力的104倍，因此，超临界流体萃取技术对于提取热敏性强或易氧化物质的适用性很强。

综合考虑超临界流体的制备成本、安全性能以及是否具有腐蚀毒害性等指标，目前应用于食品加工中最为常用的萃取剂为超临界二氧化碳流体。超临界二氧化碳萃取剂具有安全无残留、无毒无“三废”、能量损耗低、提纯效率高等技术优势，因此在功能性食品的加工过程中发挥着重要作用。需要注明的是，当萃取生物碱、类胡箩卜素、氨基酸或绝大多数无机盐时，需选取其他有效溶剂完成萃取工作。在食品加工过程中，超临界CO2对于提高富含植物油脂的种子的收油率、保证提取油脂安全无残留杂质、深度分离大豆中磷脂类别等效果显著；同时，超临界CO2对于生物体内有效生物活性物质的萃取效果也十分明显。为了保证在萃取过程中，生物活性物质不受损害，需要保持萃取所处理化环境温和可控。许多有效的生物活性成分保持活性的要求较为严苛，例如，在提取鱼油中DHA和EPA等不饱和脂肪酸过程中，不饱和脂肪酸的极易氧化以及遇热分解特性加大了这些活性物质的提取难度。超临界CO2流体萃取技术可以有效控制提取环境，保证提取物的生物活性不被破坏。超临界CO2萃取技术是在功能性食品加工过程中（如：提取月见草油中γ-亚麻酸、虾壳中虾黄素等活性成分，去除银杏叶中银杏酚等有害物质）的关键技术手段，其使用大大提高了加工效率与提取精度。

3 超高压加工技术的原理及应用

现在应用较为普遍的除菌技术主要包括热力除菌、高频电场除菌、电磁场除菌、微波除菌以及辐射除菌技术，利用电场与微波除菌技术的理论基础都是将其他形式能转化为热能，使得细菌及生物酶在高温条件下丧失生物活性。然而值得我们注意的是，高温条件在较好实现杀菌除酶效果的同时，也会对其他对人体有益的生物活性物质造成损害；辐射技术虽然不会产生大量热能，在辐射作用下，发生分子结构破坏的不仅包括细菌等有害微生物，被加工食品分子结构也极易在辐射下发生裂解产生变化，影响加工食品的功能性与安全性。超高压除菌技术是利用纯物理手段对加工食品进行除菌灭酶处理。在超高压加工过程中，食品的温度变化很小，通过对加工食品施以400～600 MPa的高压，破坏高分子中氢键、离子键等不稳定化学键而保留共价键，较好地保持功能因子（如食品中的小分子果酸、氨基酸、天然色素及多肽等）的生物活性。国内外的相关研究成果表明，维生素A、维生素B1、B2、维生素C以及果蔬中的色素、叶酸等小分子结构不会因压力变化遭到破坏；同时，相较于热力除菌而言，超高压除菌技术对不饱和脂肪酸以及小分子多肽的分子结构影响较小，能够极大程度上降低这些有益成分功能丧失风险。因此，对含有大量维生素、不饱和脂肪酸、功能性多肽及低聚糖等营养成分的功能性食品采取超高压除菌手段，可以极大程度上保证这些营养成分不会轻易流失。超高压技术目前应用于除菌领域较多，但是超高压技术的应用前景十分广泛。利用超高压技术对功能性大分子的分子结构进行定向改造或是生产新型产品是未来技术发展的必然趋势。

4 其他加工技术的应用及前景展望

在功能性食品加工过程中，根据食品种类、功能因子成分、加工食品形式等差异，所采取的加工技术也不尽相同，在加工粉末状食品中还会应用到微破碎及超微破碎技术。依据加工粉末成分的不同还可以采用干法破碎工艺或湿法破碎工艺，其中前者应用较广的为气流粉碎技术与高频振动粉碎技术，后者则主要利用均质机与胶体磨。湿法破碎工艺建立于干法破碎工艺基础之上，超微破碎工艺可以准确计量微量营养素添加剂量，是重要的功能性食品加工手段；生物技术以基因工程为核心，通过发酵工程、酶工程以及细胞工程原理对功能性食品在分子水平上进行改造。将现代生物技术与传统食品加工工艺有机结合，充分利用生物资源的多样性优势，最终实现食品功能的定向性改造工作是生物工程的一大应用趋势。在现有的科学技术条件下，生物工程中的一些技术已经成功应用于实际的功能性食品加工之中。例如：通过发酵工程手段代替传统的化学合成，能够有效改善化学合成效率低下、合成周期过长等弊端，利用有益菌株的快速繁殖能力获取功能性食品的主要功能成分，对于扩大功能食品生产规模、提高功能成分最终产量影响巨大。生物技术领域的进一步研究与开发对于功能性食品加工具有推动性意义，实现生物工程技术真正应用于实际生产之中仍需要技术工作者与行业人才的不懈探索与努力，同时也需要漫长的安全性观察与评定过程。

参考文献

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