高压技术在生物科学及相关领域中的应用

邹　回

高压技术在生物科学及相关领域中的应用

邹回

（湖北第二师范学院湖北武汉430000）

生物科学技术随着我国经济的整体发展正在不断进步，生物科学技术中的高压技术也逐渐走向成熟。高压技术是一种在人们的生产生活中经常使用的生物科学技术,发展至今已经不再受限于生物科学领域，而且已经有了在相关领域中应用的经验。文章主要介绍了生物科学中的高压技术及其在相关领域的研究和应用。

高压技术；生物科学；研究应用

高压技术是一种重要的材料成型技术，其可以应用在金属、石墨、陶瓷等物质成型上。高压、冷等静压以及高静压这些只是人们生活中对该技术的通俗称谓，其生物学全称为超高冷等静压技术。工业相关部门应用高压技术持续和发展的时间相对较长，高压技术的工作压力通常是室温100 -800 Mpa，常用于传输压力的介质有水、油等等。除上述之外，在常温下应用高压技术对生物材料进行处理时,常将100 -800 Mpa之间的流体冷等静压力施加于生物材料上，导致其状态发生物理或化学变化从而创造出一种新产品。除此之外超高冷等静压技术还可以与超声波等技术相结合以此消除有害微生物的活性。

1 高压技术在食品加工中的研究与应用

食品工业生产的基本要素就是食品的加工和储存，其也是使食品工业发展受到制约的原因之一。食品加工中一种通用的方法就是高温处理，但这一过程也存在这严重的问题，即高温杀菌的同时食品的特性会发生改变，并且食品中的营养成分会大量流失。因此高压灭菌技术随着现代生物学的发展开始应用于食品工业。

1.1 对食品中酶类的影响

相关研究发现，在食品的工业生产中应用高压技术对酶类的影响有两点:其中之一是食品中的部分酶类会受低压影响而被激活,主要原因是相关酶类在合适的压力下产生了凝聚力。另一点就是过高的压力可以使食品中的酶类活性丢失。实验证明每一种酶的活性都受到了压力大小的影响，酶的活性在低于一定的压力时良好保持，反之在高于一定压力时活性会降低或消失。除此之外受到压力的单位时间也会对其活性有一定影响，而酶的酸碱度和类型等则是其受压范围大小的决定性因素。

1.2 对蛋类品质的影响

我国科学家发现在食品加工中使用高压技术对蛋黄酱的相关动态性质存在影响。蛋黄酱在高压技术处理后口感会变得更细腻，其原因是蛋黄酱中的蛋白质分子受压力作用迅速扩散，蛋白质颗粒在逐渐变小的同时其分子也在不断伸展，最终导致蛋黄酱的分子结构发生了变化。

1.3 高压对肉类品质的影响

肉制品是当今餐桌上必不可少的食物，而高压技术在肉制品中的研究和应用范围也随之更广。相关研究使用高压技术对牛羊肉进行了处理，并在观察其形状、颜色、味道和肉分子结构的变化后得出以下几点结论：在处理肉制品时使用高压技术可以大幅度地减少肉制品的剪应力,这在大大增加肉制品可溶性物质含量的同时还增加了肉类的口感。除此之外，肉制品的颜色也会因高压技术的处理而发生变化,通过对牛肉的实验研究发现其颜色由血红色变为白色只需在600 Mpa的高压下静置20 min就可以实现,当加压到700 Mpa时实验样品就会出现斑点。这时对显微镜下的牛肉结构进行观察发现,由于高压其结构已经发生了重大变化,肌肉节的收缩效率已经变为正常情况下的35 %,这就有效的验证了肉制品的品质是会受到压力影响的。

1.4 对玉米淀粉品质的影响

玉米淀粉的糊化程度也会受到高压处理技术的影响。将玉米淀粉放置在700 Mpa的压力下进行处理，2分钟后可以发现其糊化程度竟超过80 %。同样的压力下保持5分钟后的糊状物含量达到100 %。上述试验表明高压技术对此类食品加工非常有利。除此之外，研究还发现了玉米淀粉被加热或受到压力后，在显微镜下观察其分子结构也同样发生改变，但与高温处理不同的是，高压处理不会改变物质颜色。

2 高压技术在制药中的研究与应用

高压技术有效应用随着生物科技的发展也已扩展到制药和药理学领域。近年来国内科学家率先将高压技术应用于中药活性成分的提取中，高压萃取技术也成为了一种在室温条件下从中成类药物原料中提取活性成分的新技术。高压萃取技术可提取的药物活性成分包括生物碱、芳香油、黄酮素等，还可以用于其他有机溶剂中的小分子成分提取。该技术与传统的回流技术相比可以减少大量的提取时间,在减少物质资源消耗的同时还能有效提高提取率。除此之外，高压萃取是在室温下进行的，这可以避免药物成分结构因温度发生变化。同时在进行药物高压萃取时通常会选择一个封闭的环境，因此该项技术的应用更符合当代的绿色环保理念。在中成类药物的提取中应用高压技术发挥了有效且实用的价值，在其他药理学方面的应用还有待进一步研究发现。

3 高压技术在基础科学中的研究

3.1 高压对生物大分子的影响

很大一部分酶在人类体内是以蛋白质大分子的形态存在的，其在人体内起到催化作用，从而使身体发生不同的反应，同样其他动物和植物体内的酶类也促进或抑制着生物反应的发生。但有国外科学家研究发现酶类和其他微生物细胞组织在压力下会趋于稳定。

3.2 高压对核酸的影响

高压对脂类核酸以及多糖的影响主要体现在结构上。蛋白质随温度和压力的变化会出现打开、分离以及凝聚三个步骤，但大多数试验主要关注点还是停留在蛋白质的打开阶段，后两个步骤也是现实存在的且其有可能改变当前的一些物理或化学变化理论。同时蛋白质分子间的相互作用研究也是极其重要的,其中一些蛋白质分子在严格的条件限制下会引发纤维化，而这一变化是否和蛋白质所出的压力以及其稳定性相关还有待研究。

3.3 高压对胞内过程的影响

胞内过程的一个显著特征是反应的多样性。这些多样性的反应主要有蛋白质与核酸、蛋白质与蛋白质之间以及蛋白质自身的氧化还原等。当前已有相关试验详细描述了复杂的大分子之间以及摩尔质量较小的分子之间发生反应的区别性。高分子复合物对压力敏感性表明，细胞也可能对压力很敏感，以下实验可以证明上述假设。科研工作者在观察病毒时发现压力发生了微小的变化降低了病毒的生物活性，因此病毒细胞膜组成中的分子水平适应机制作用说明了以上现象。同时水在大分子稳定性中的作用也被发现。例如细菌孢子在压力下很难失去活性脱落，并且其在100 Mpa的压力以下可以生长和发芽。另一个例子是缓行类动物在特定状态下会收缩到不能移动的状态，这种状态下它们承受的压力和温度范围可以扩大到600 Mpa以及-200～150 ℃之间，这种状态与细菌孢子的状态非常相像。

3.4 高压对细胞的新陈代谢和基因表达的影响

了解压力对分子相互作用的影响，可以帮助我们更好地理解压力对细胞系统的影响。有关研究数据表明，许多蛋白质和核酸之间的相互作用结果是以前没有预料到的，但这同时也表明细胞生物学需要新的理论来更好地使人们理解代谢系统。除此之外，如何解释流体静力学高压下不同微生物的敏感差异性也是当前生物技术领域研究的重点对象。该问题的成功探究可以使我们更好地理解代谢基因的表达，以及其他更复杂的知识，例如蛋白质的分离和凝聚。

4 小结

综上所述，对高压技术的综合实验与研究，可以发现在食品加工中应用的高压技术已经非常先进，且发展前景十分广阔。高压技术在食品工业以外的医疗领域也有所建树，科研人员可以利用高压技术提取药物的活性成分。除此之外，我国大量的试验研究也证实了高压技术在病毒灭活、细胞组织研究等不同领域的重要影响,可以说高压技术对社会发展和人类生活有着不可估量的作用。

[1]韩格,秦泽宇,张欢,等.超高压技术对低盐肉制品降盐机制及品质改良的研究进展[J].食品科学,2019,40(13).

[2]游春苹,鄢明辉,邢倩倩,等.生物技术在乳品中的研究和应用进展[J].生物产业技术,2019(4):55-62.

[3]张漱玉.生物技术在绿色化学研究中的应用分析[J].智富时代,2019(1):222.

TS201

C

2095-1205(2019)09-59-02

10.3969/j.issn.2095-1205.2019.09.32