高压二氧化碳设备研制及应用

高压二氧化碳（HPCD）技术利用二氧化碳的酸化效应、爆炸效应与剪切效应以及厌氧环境，结合温和温度，达到杀死果蔬汁中的微生物和钝化内源酶的效果，避免了高温杀菌对果蔬汁品质的破坏，从而保持果蔬汁的品质与安全。同时，项目利用该技术首次实现了花色苷的高效提取。该技术节约能源、安全无毒，符合低碳经济发展目标，是一项新兴的食品非热加工技术。

课题组自2002年开始本项目研究，得到了国家“十一五”科技支撑计划、教育部新世纪优秀人才支持计划、国家自然科学基金、北京市自然科学基金、教育部博士点基金等项目或课题的资助。先后开展了以下研究：

1. HPCD设备研制：率先在国内成功研制出间歇式和连续式HPCD设备，工作压力达到50 Mpa。特别是改进和创新了反应器、增压系统和物料输送系统。

2. HPCD杀菌与钝酶研究：HPCD对微生物的杀菌效果超过5个对数。对杀菌动力学采用Xiong和Gompetz等模型进行了分析，首次发现HPCD对大肠杆菌和沙门氏菌的杀菌过程为S形曲线。从细胞水平和分子水平研究了HPCD技术对微生物细胞外部形态、内部结构和细胞膜透性以及对胞内蛋白质和DNA的影响。基于蛋白组学方法分析了微生物逆境响应过程中蛋白质的差异表达，提出了HPCD杀菌的可能机制。首次发现HPCD诱导了酵母与霉菌形成VBNC状态。

3. HPCD钝酶作用：HPCD具有很好的钝酶作用。采用一级、两段式和部分转化等动力学模型分析了酶钝化过程。首次发现HPCD诱导了酶蛋白聚合，导致酶二级和三级结构的变化，阐明HPCD钝酶机制。

4. 果蔬汁HPCD杀菌技术：开发了果蔬汁HPCD杀菌技术，系统评价了其对果蔬汁的品质影响。揭示HPCD诱导果蔬汁粒度分布变化受酸化和均质双效应调控的机制。HPCD不改变果蔬汁的流变学性质，但能抑制果蔬汁的褐变。

5. 紫甘蓝花色苷HPCD提取技术：开发了紫甘蓝花色苷HPCD提取技术。与传统酸法提取相比，提取时间缩短一半、提取效率提高一倍。并在保证色素提取液品质的同时有效脱除紫甘蓝中硫代葡萄糖苷形成的异味。

这些研究成果已通过教育部组织的专家鉴定，认为“该成果总体上达到国际先进水平，在HPCD钝酶机制方面的研究处于国际领先，对提高我国非热加工技术研究水平与应用具有重要作用”。

高压二氧化碳（high pressure carbon dioxide, HPCD）技术利用二氧化碳的酸化效应、爆炸效应与剪切效应以及厌氧环境，结合温和温度达到杀死果蔬汁中的微生物和钝化内源酶，避免了高温杀菌对果蔬汁品质的破坏，从而保持果蔬汁的品质与安全；同时，项目利用该技术首次实现了花色苷的高效提取。该技术节约能源、安全无毒，符合低碳经济发展目标，是一项新兴的食品非热加工技术。课题组自2002年开始本项目研究，得到了国家“十一五”科技支撑计划、教育部新世纪优秀人才支持计划、国家自然科学基金、北京市自然科学基金、教育部博士点基金等项目或课题的资助，先后开展了HPCD设备研制、HPCD杀菌与钝酶研究以及在果蔬汁杀菌与紫甘蓝花色苷提取中的应用研究。主要发明包括五个方面：（1）率先在国内成功研制出间歇式和连续式HPCD设备，工作压力达到50 Mpa，特别是改进和创新了反应器、增压系统和物料输送系统；（2）HPCD对微生物的杀菌效果超过5个对数，对杀菌动力学采用Xiong和Gompetz等模型进行了分析，首次发现HPCD对大肠杆菌和沙门氏菌的杀菌过程为S形曲线；从细胞水平和分子水平研究了HPCD技术对微生物细胞外部形态、内部结构和细胞膜透性以及对胞内蛋白质和DNA的影响，基于蛋白组学方法分析了微生物逆境响应过程中蛋白质的差异表达，提出了HPCD杀菌的可能机制；首次发现HPCD诱导了酵母与霉菌形成VBNC状态。（3）HPCD具有很好的钝酶作用，采用一级、两段式和部分转化等动力学模型分析了酶钝化过程；首次发现HPCD诱导了酶蛋白聚合，导致酶二级和三级结构的变化，阐明HPCD钝酶机制。（4）开发了果蔬汁HPCD杀菌技术，系统评价了其对果蔬汁的品质影响，揭示HPCD诱导果蔬汁粒度分布变化受酸化和均质双效应调控的机制；HPCD不改变果蔬汁的流变学性质，但能抑制果蔬汁的褐变。（5）开发了紫甘蓝花色苷HPCD提取技术，与传统酸法提取相比，提取时间缩短一半、提取效率提高一倍，并在保证色素提取液品质的同时有效脱除紫甘蓝中硫代葡萄糖苷形成的异味。这些研究成果已通过教育部组织的专家鉴定，认为“该成果总体上达到国际先进水平，在HPCD钝酶机制方面的研究处于国际领先，对提高我国非热加工技术研究水平与应用具有重要作用”。