超高壓技術(shù)在果蔬汁殺菌中的應(yīng)用

賈蒙，成傳香，王鵬旭，馬亞琴,2*

1(西南大學(xué)，柑桔研究所，重慶，400712) 2(西南大學(xué) 食品科學(xué)學(xué)院，重慶，400712)

隨著全球與飲食有關(guān)的健康問題不斷增加，越來越多的人比以往更加關(guān)注食物的營養(yǎng)價值和保健功能[1]。新鮮果蔬汁飲料由于其營養(yǎng)豐富、益于建康，正成為全球最受歡迎的飲料之一[2]。一般傳統(tǒng)的果汁加工通過熱處理(如：巴氏殺菌和超高溫殺菌)來延長其貨架期，這種處理方式已被證明能夠減少微生物數(shù)量達到安全的水平。然而，這種安全水平通常是以犧牲產(chǎn)品的營養(yǎng)價值為代價來實現(xiàn)的。也就是說，熱殺菌產(chǎn)生了不期望有的風(fēng)味，并造成了氧化降解、色素和維生素(Vc)的損失[3]。盡管優(yōu)化后的熱殺菌過程能夠達到最佳的安全水平以及感官和營養(yǎng)特性[4]，但是負面影響并沒有完全消除。為此，研究人員和食品工業(yè)已經(jīng)為果汁和蔬菜汁開發(fā)了許多非熱技術(shù)，例如超聲波、高壓脈沖電場、超高壓處理以及紫外照射等等，以最大限度地保持果蔬汁原有的感官和營養(yǎng)品質(zhì)。

超高壓處理作為一種新的非熱殺菌技術(shù)，已經(jīng)在食品工業(yè)化生產(chǎn)中得到應(yīng)用。據(jù)統(tǒng)計，2015年超過300套的超高壓設(shè)備在世界范圍內(nèi)大規(guī)模生產(chǎn)，相比2 000年增加了近10倍，這些設(shè)備主要在北美(54%)、歐洲(25%)和亞洲(12%)生產(chǎn)。此外，超高壓食品的全球市場于2015年達到約98億美元，預(yù)計在2025年達到547.7億美元的市場價值[5]。由于超高壓技術(shù)對于高水分含量食品的適用性，使其在果蔬汁和飲料的加工生產(chǎn)中達到了超高壓食品20%的市場份額，其中超高壓技術(shù)用于橙汁、菠蘿汁、蘋果汁以及藍莓汁等果蔬汁加工的工業(yè)化生產(chǎn)方面已經(jīng)逐漸走向成熟。通常情況下，超高壓技術(shù)是在室溫條件下把食品置于100～600 MPa的高壓密封的柔性容器中，利用液體(通常是水)作為壓力傳遞介質(zhì)，使食品的內(nèi)部和表面受到均勻的壓力，以實現(xiàn)食品中的致病微生物和酶滅活，此項技術(shù)獲得美國食品藥物管理局(FDA)的正式批準(zhǔn)，可以進行食品工業(yè)化應(yīng)用[6]。此外，超高壓還可以結(jié)合熱殺菌、超聲波殺菌、高壓脈沖殺菌等殺菌技術(shù)處理產(chǎn)品，以達到提升殺菌效果、減少生物活性成分損失和節(jié)約成本的目的。本文對超高壓加工對果蔬汁理化性質(zhì)及營養(yǎng)品質(zhì)的影響進行了系統(tǒng)的綜述，并簡要介紹了超高壓與其他殺菌技術(shù)聯(lián)用的應(yīng)用實例及其未來的發(fā)展趨勢。

1 超高壓介紹

1.1 超高壓簡介

超高壓(ultra-high pressure，UHP)又稱為高壓加工(high pressure processing，HPP)或高靜水壓(high hydrostatic pressure，HHP)，在我國一般將壓力超過100 MPa的壓強稱為超高壓[7]。超高壓食品加工技術(shù)是將特殊包裝的食品放至液體介質(zhì)中，施加100～1 000 MPa的壓力并持續(xù)一定時間后，可使食品中各種致病和引起腐敗的細菌、酵母、霉菌、病毒和孢子滅活，延長了食品的貨架期。因此，超高壓殺菌相對于熱殺菌能更多的保留果蔬汁的營養(yǎng)成分，且具有誘人的色澤和更好口感，并使果汁保藏期可延長至6個月以上[8-10]。

對于超高壓殺菌技術(shù)的研究已有100多年的發(fā)展歷史。早在20世紀(jì)80年代初，就有人將超高壓技術(shù)與生物體聯(lián)系起來；1885年美國報道了超高壓能消除細菌的研究成果[6]；1899年，HITE使用第一臺超高壓食品加工設(shè)備對牛奶進行加壓處理，發(fā)現(xiàn)能延長其保質(zhì)期，隨后在水果和蔬菜上開始使用；1914年BRIDGMAN報道了靜水壓下蛋白質(zhì)變性、凝固的報告；但在此后的大半個世紀(jì)里，超高壓技術(shù)只進行了很少量的基礎(chǔ)工作[11]。直到20世紀(jì)80年代中期，由于超高壓處理作為傳統(tǒng)食品熱加工的替代方法的成功發(fā)展，使得人們恢復(fù)了興趣。1992年，日本通過將第一個超高壓加工的果醬投放市場，由此引發(fā)了超高壓大革命。在接下來的3年里超高壓處理果醬的技術(shù)被公布于市場，隨后有6個公司進行生產(chǎn)并取得了令人矚目的成功。目前，超高壓技術(shù)經(jīng)過近30年的迅速發(fā)展，已經(jīng)取得了重大的突破性進展，并能夠生產(chǎn)出安全、新鮮、營養(yǎng)和創(chuàng)新型食品[5]。

1.2 超高壓的處理機制

超高壓技術(shù)中的壓力同熱力一樣，是一個基本的熱力學(xué)變量。在超高壓處理期間，壓力會產(chǎn)生熱效應(yīng)，進而引起體積和能量的變化，其中壓力主要影響處理產(chǎn)品的體積。因此溫度的影響與壓力的影響不可分離，二者的聯(lián)合效應(yīng)可能是協(xié)同的、拮抗的或加成的，它們會導(dǎo)致相變、化學(xué)反應(yīng)或分子的重新取向。超高壓技術(shù)有3個基本原理：均衡原理(isostatic principle)、勒夏特列原理(Le Chatelier’s principle)、微觀有序性原理(principle of microscopic ordering)和阿列紐斯關(guān)系(Arrhenius relationship)。均衡原理是假定壓力的均勻施加在各個方向均等地作用，那么其影響會在食品中瞬時且均勻的分布；勒夏特列原理是指壓力增強會導(dǎo)致食品體積減小的現(xiàn)象(相變、分子結(jié)構(gòu)的變化、化學(xué)反應(yīng))，并達到一個平衡，如果壓力(廣義變量)改變，平衡就會趨向于減少相應(yīng)強度變量(體積)的變化；微觀有序性原理是在恒定溫度下，隨著壓力的增加，給定物質(zhì)分子有序度也會增加，因此壓力和溫度對分子結(jié)構(gòu)和化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生拮抗作用；阿列紐斯關(guān)系是指與熱處理一樣，超高壓過程中的各種反應(yīng)速率也受到壓力處理過程中熱效應(yīng)的影響，壓力和熱的聯(lián)合效應(yīng)可以是協(xié)同的、加成的或拮抗的[12]。

超高壓殺菌主要是利用壓力改變原子之間的距離，從而引起食品中物理性質(zhì)(熔點、溶解度、密度和黏度)、化學(xué)平衡(弱酸解離、酸堿平衡和電離)、內(nèi)部反應(yīng)速率的變化。它可以使微生物的細胞形態(tài)發(fā)生改變，并破壞細胞壁以及生物高分子物質(zhì)立體結(jié)構(gòu)的非共價鍵，抑制酶的活性和DNA等遺傳物質(zhì)的復(fù)制等，從而達到殺滅細菌等微生物的作用。而蛋白質(zhì)的主要結(jié)構(gòu)是由共價鍵構(gòu)成，因而不受壓力(高達1 500 MPa)的影響，但由于壓力會使共價鍵的鍵和距離被壓縮，因此蛋白質(zhì)將發(fā)生凝固[10,12]。

1.3 超高壓系統(tǒng)

第1臺食品超高壓系統(tǒng)是在19世紀(jì)末HITE從賓夕法尼亞州國家運輸公司訂購時設(shè)計的，但直到20世紀(jì)80年代，設(shè)備才開始進行商業(yè)化生產(chǎn)。典型的超高壓系統(tǒng)如圖1所示，包括壓力容器、壓力發(fā)生裝置、溫度控制裝置(可選)和材料處理系統(tǒng)。壓力容器是低合金鋼制成的鍛造整體圓筒。典型的整體式壓力容器的壁厚取決于容器的最大工作壓力、容器直徑以及容器設(shè)計完成所能經(jīng)受的循環(huán)次數(shù)；壓力發(fā)生裝置有直接加壓系統(tǒng)(活塞)或者間接加壓系統(tǒng)(泵)兩種，其中直接加壓系統(tǒng)可以實現(xiàn)快速壓縮，適用于在小型實驗室中應(yīng)用，間接加壓系統(tǒng)采用泵產(chǎn)生的高壓強將壓力流體從儲罐壓縮到壓力容器中，適合食品工業(yè)中大規(guī)模加工應(yīng)用；溫度控制裝置包括加熱或冷卻控制單元；材料處理系統(tǒng)包括壓力傳遞流體和包裝材料等。壓力傳遞流體一般是水，但果蔬汁是液體食品，因此自身可作為壓力介質(zhì)，被壓縮后傳送到儲罐或直接傳送到填充管線；包裝材料通常應(yīng)選擇能調(diào)整到15%體積下降并恢復(fù)到原來的尺寸和形狀的彈性，因此聚合物或共聚物被認為是最適合超高壓產(chǎn)品的包裝材料,如PE、PP、EVOH或復(fù)合材料PE/PA/EVOH/PE、PP/EVOH/PP、PA/PE等[5, 10, 13]。

圖1 超高壓系統(tǒng)的主要組成[14]Fig.1 Basic components of UHP

隨著超高壓設(shè)備技術(shù)的逐步成熟，美國、西班牙、英國、日本和中國的各生產(chǎn)商已經(jīng)具備開發(fā)生產(chǎn)超高壓設(shè)備的能力。目前全球主要的超高壓設(shè)備生產(chǎn)商有Avure(美國)、Hiperbaric(西班牙)和Multivac(德國)等；中國主要的設(shè)備生產(chǎn)商有包頭科發(fā)高壓科技有限責(zé)任公司和山西海普瑞科技有限公司等；其中Hiperbaric作為全球最大的設(shè)備供應(yīng)商，市場份額超過了50%。超高壓設(shè)備分為水平和垂直兩種類型，商業(yè)應(yīng)用中使用的大多數(shù)設(shè)備都是水平型，如德國Multivac公司的臥式超高壓系統(tǒng)(圖2)，它的優(yōu)點是便于在生產(chǎn)線上裝卸集裝箱[6]。工業(yè)超高壓主要有分批、連續(xù)和半連續(xù)3種操作系統(tǒng)，這3種超高壓系統(tǒng)都適用于果蔬汁的殺菌。其中，分批處理系統(tǒng)的優(yōu)點是可以同時處理液體和固體產(chǎn)品，在這種情況下，產(chǎn)品通常先進行預(yù)包裝，如山西海普瑞生產(chǎn)出分批操作系統(tǒng)的超高壓設(shè)備(圖3)，可分批次的對瓶裝果汁進行殺菌，通常在600 MPa、4 ℃、5 min的工作條件下，其處理量可達到8 t/h。連續(xù)和半連續(xù)系統(tǒng)僅適用于液體或可泵送產(chǎn)品，我國在“十一五”期間已成功研發(fā)出最大容量500 L，最大處理壓力700 MPa的連續(xù)式超高壓設(shè)備[5,10]。

圖2 水平型超高壓生產(chǎn)設(shè)備(德國Multivac)[6]Fig.2 A horizontal UHP production systems(Multivac, German)

圖3 分批式處理的超高壓設(shè)備及其產(chǎn)品Fig.3 Equipment using batch UHP of foods and it’s products

2 超高壓技術(shù)對果蔬汁品質(zhì)的影響

超高壓處理果蔬汁的效果與許多因素相關(guān)，包括壓強、溫度、處理時間、施壓方式、微生物種類、果蔬汁的組成成分以及pH、水分活度等[15]。其中壓強、溫度、處理時間是主要的控制參數(shù)。實驗表明，壓力與溫度相結(jié)合的殺菌效果比單純靠壓力殺菌的效果要好得多[16]。由于超高壓殺菌是一項非常復(fù)雜的工藝，因此在利用超高壓處理食品時應(yīng)綜合考慮微生物特性、果蔬汁特性和處理工藝參數(shù)之間的相互影響，優(yōu)化出一種處理參數(shù)的最佳組合，從而得到更好的處理效果。

2.1 超高壓處理對果蔬汁理化性質(zhì)的影響

果蔬汁的理化指標(biāo)主要有：pH、可滴定酸(TA)、可溶性固形物(TSS)、色澤等，是衡量果蔬汁基本品質(zhì)的重要因素。研究發(fā)現(xiàn)，與未處理的果蔬汁相比，超高壓處理對菠蘿汁[17]、楊桃汁[18]、柚子汁[19]、葡萄汁[20]的pH、可滴定酸和可溶性固形物的含量影響不顯著，表明超高壓對果蔬汁處理的理化性質(zhì)影響不大。

2.2 超高壓處理對果蔬汁感官品質(zhì)的影響

風(fēng)味和色澤是果蔬汁主要的感官品質(zhì)。其中，色澤是消費者評價果蔬汁產(chǎn)品品質(zhì)最直觀的指標(biāo)之一，其優(yōu)劣會影響消費者對產(chǎn)品的可接受性；果蔬汁貯藏期間的色澤變化也是評價其貯藏時間的參考指標(biāo)[21]。而食品的風(fēng)味成分則決定了消費者的再次購買欲望。盡管傳統(tǒng)熱處理能有效延長產(chǎn)品的貨架期，但會引起顏色的變化以及風(fēng)味物質(zhì)的損失[22]。

HUANG等[18]將楊桃汁經(jīng)超高壓處理后發(fā)現(xiàn)，相對于熱處理后的果汁顏色明顯變暗，超高壓處理前后其顏色基本沒有顯著變化。然而，AADIL等[19]使用不同壓強的超高壓條件處理柚子汁，與對照組相比，超高壓處理的a*、b*和L*值均有所下降，且壓強越大，影響越顯著，但沒有熱處理對柚子汁的顏色影響大。同樣地，王孝榮[23]在室溫條件(18～22 ℃)下使用超高壓(400 MPa，15 min)和熱處理(90 ℃，30 s) 處理鮮榨橙汁，與未處理組相比，發(fā)現(xiàn)2種處理方式對a*和b*值均有顯著影響，但超高壓處理后對L*影響不及熱殺菌大。這可能是因為集中壓力所導(dǎo)致的溫度升高，進而引起色值的下降。但這種顏色變化是難以用肉眼觀察到的，因此相對于熱處理，超高壓更大程度地保留橙汁的色澤。

在感官品質(zhì)上，超高壓也可以更好地滿足消費者對果蔬汁質(zhì)量的期望。CHANG等[20]選取20名感官評價員，并采用ten-point系統(tǒng)分析了超高壓和熱處理(90 ℃/min)后的白葡萄汁的酸度、香氣、甜度、苦味以及總體接受度，發(fā)現(xiàn)超高壓處理的果汁的酸度、香氣和甜度評分也隨著處理壓力的增加而略有下降，但是這些評分優(yōu)于熱處理處理的樣品。同樣地，NAYAK等[24]對超高壓和熱處理對蘋果汁進行感官評定，與對照組相比，發(fā)現(xiàn)2種處理果汁在味道、香氣、以及可接受方面均有所下降，但在貯藏期間超高壓處理的蘋果汁的感官評分略有下降，與熱處理相比表現(xiàn)出一定的優(yōu)勢。

2.3 超高壓處理對果蔬汁中揮發(fā)性成分的影響

果蔬中揮發(fā)性成分物質(zhì)是果蔬產(chǎn)品風(fēng)味的主要組成部分，它是在果蔬成熟或后熟期間形成的次級代謝產(chǎn)物。而芳香物質(zhì)如烯烴類、醛類、醇酮類和酯類等是決定果蔬汁品質(zhì)的關(guān)鍵因素，超高壓處理可以避免這些熱敏性成份的損失，同時由于鈍化了酶的活性，能使一些潛在的香氣成分被釋放出來，進而改善果蔬汁的品質(zhì)[25]。

蔣和體等[26]對超高壓處理后的橙汁風(fēng)味物質(zhì)進行GC-MS分析，發(fā)現(xiàn)醛類比未處理組增加3倍以上，其他物質(zhì)無明顯變化，但熱處理后風(fēng)味物質(zhì)成份減少了45%；王海翔等[27]發(fā)現(xiàn)超高壓處理臍橙后的檸檬烯含量顯著下降，而且壓力、溫度和處理時間的增加可導(dǎo)致檸檬烯的下降。LIU等[28]比較了超高壓(HPP)和高溫短時(HTST)處理黃瓜汁中主要芳香烴的變化，結(jié)果表明，2種方法均能顯著提高香氣含量，但超高壓處理的香氣含量高于熱處理。YI等[29]對比超高壓和熱處理對蘋果汁中揮發(fā)性成分的影響，發(fā)現(xiàn)熱處理的果汁中檢測到更多的醛、醇和有機硫化合物。超高壓處理后這些化合物的濃度增加可能與美拉德反應(yīng)和氧化反應(yīng)(例如類胡蘿卜素和不飽和脂肪酸的降解)有關(guān)[18]?？傊鄬τ跓釟⒕鸬拿览路磻?yīng)和氧化反應(yīng)，超高壓可以更好的保留果蔬汁中的風(fēng)味物質(zhì)，且由于超高壓能抑制微生物的生長，因此在低溫貯藏期間果蔬汁的香氣成分保持穩(wěn)定。

2.4 超高壓對生物活性成分的影響

果蔬汁因含有豐富的生物活性成分而受到消費者歡迎，如抗壞血酸、酚類、黃酮以及類胡蘿卜素等等。它們大都屬于熱敏性物質(zhì)，經(jīng)傳統(tǒng)熱處理后容易降解，導(dǎo)致果蔬汁的營養(yǎng)價值降低。超高壓作為一種非熱加工技術(shù)，在適當(dāng)?shù)奶幚項l件下，能最大限度的保留其原有的生物活性成分，甚至還能提高其含量。

2.4.1 抗壞血酸

抗壞血酸又稱維生素(VC)，是膠原蛋白和某些激素生物合成的必需營養(yǎng)素和人體重要的微量營養(yǎng)素。適量Vc攝入不僅可以降低癌癥和心血管疾病的發(fā)病率，還可預(yù)防心臟、慢性炎癥和神經(jīng)衰退性疾病[30]。但VC極不穩(wěn)定，比如光照、溫度、壓力以及酸性條件等都會對其產(chǎn)生較大的影響。向晨茜等[31]采用500 MPa的超高壓處理橙汁15 min后，Vc含量小幅度下降，損失了7.29%。MOUSSA-AYOUB等[32]比較超高壓和熱處理后仙人掌汁中抗壞血酸含量的變化，結(jié)果發(fā)現(xiàn)熱處理后導(dǎo)致抗壞血酸損失率高達22%，超高壓處理對抗壞血酸含量無顯著性影響。BARBA等[33]將不同壓強的超高壓處理的藍莓汁與對照組相比，結(jié)果表明，隨著壓強的升高，抗壞血酸含量顯著降低，在400和600 MPa的加壓條件下仍保存了樣品中VC的92%，這可能是因為在400和600 MPa的加工過程中壓力誘導(dǎo)的酶被激活所致。然而，AADIL[19]發(fā)現(xiàn),超高壓和熱處理后的柚子汁中VC含量分別從25.58 mg/100mL減少到19.32 mg/100mL和17.28 mg/100mL，這與ABID[34]的發(fā)現(xiàn)一致，可能是溫度和處理時間導(dǎo)致了VC的損失。但超高壓處理后的果蔬汁中VC含量仍然要高于熱處理。

2.4.2 酚類物質(zhì)

酚類化合物是一類天然抗氧化劑，廣泛分布于植物界，尤其是水果和蔬菜中，其主要保持水果、蔬菜及其產(chǎn)品的感官特性，特別是顏色和味道特性。酚類化合物已經(jīng)被報道具有預(yù)防疾病的功能，如癌癥、心血管疾病和神經(jīng)衰退性疾病等[35]。

大多數(shù)已發(fā)表的數(shù)據(jù)表明，超高壓處理比熱殺菌更能有效地保存水果和蔬菜產(chǎn)品中的總酚含量。APICHARTSRANGKOON等[36]發(fā)現(xiàn)，超高壓處理(400 MPa，<30 ℃，20 min)與巴氏殺菌(90 ℃，3 min) 或高溫短時殺菌(121 ℃，4 min)相比，能夠顯著地保留青蒿汁中的總酚含量和抗氧化能力。BARBA[32]使用200、400、600 MPa分別處理藍莓汁5、9、14 min，發(fā)現(xiàn)處理后的總酚含量增加13%～27%，總酚含量的增加可能與某些抗氧化成分在高壓處理后的可萃取性增加有關(guān)。同樣地，HUANG[18]使用超高壓處理楊桃汁，發(fā)現(xiàn)其總酚略有升高，增加了約2.4%。然而，JE等[37]使用450 MPa和5 min的壓力條件處理番茄醬，其酚類物質(zhì)有不同程度的損失，其中阿魏酸和對香豆酸損失超過了43%；綠原酸和咖啡酸損失超過了60%；異綠原酸與芥子酸則分別損失了73%和79%，這是因為番茄品種是影響多酚含量的關(guān)鍵因素。王孝榮等[23]發(fā)現(xiàn)超高壓處理后的鮮榨橙汁的總酚損失率為1.77%。ZHANG等[38]發(fā)現(xiàn)超高壓處理對胡蘿卜汁中總酚含量無顯著影響；貯藏20 d后，超高壓處理胡蘿卜汁的總酚含量減少了35.8%，這可能是由于酚類化合物的氧化降解和酚類化合物與蛋白質(zhì)的聚合所致。

2.4.3 花色苷

花色苷是一種具有抗氧化功能的水溶性色素，它與果蔬及其加工產(chǎn)品的顏色有關(guān)。研究表明，花色苷具有保障人體健康和預(yù)防癌癥的功能，近年來已廣泛用作抗腫瘤的臨床藥物[39]。

BARBA等[33]使用不同壓力的超高壓處理藍莓汁后，發(fā)現(xiàn)總花色苷和單體花色苷含量比新鮮果汁要高，其中在400 MPa/15 min時達到最大值(增加16%)。同樣地，AADIL等[19]使用超高壓(250 MPa，60 ℃，3 min)處理柚子汁后發(fā)現(xiàn)其花色苷的含量增加了36%。柚子汁中花青素的降解也可能是由于抗壞血酸氧化產(chǎn)物如過氧化氫引起的。此外，草莓和黑莓漿果經(jīng)超高壓和熱處理后，花色苷含量也有類似的增加趨勢[39]。

2.4.4 黃酮類物質(zhì)

黃酮類化合物是一種天然色素，廣泛存在于水果中，它對人體具有許多重要的生理生化作用和食用藥用價值，如抗氧化、抗炎、抗癌、抗衰老等生物活性功能。AADIL等[19]使用超高壓處理的柚子汁中總黃酮含量增加了17%～37%。HUANG等[18]將楊桃汁進行超高壓處理后，其總黃酮含量與對照組有輕微的提升。而NAYAK等[24]發(fā)現(xiàn)超高壓處理后對蘋果汁中總黃酮含量沒有顯著影響，且在貯藏15 d后，超高壓相對于熱處理和未處理組能保持更多的總黃酮含量。而貯藏過程中總黃酮含量減少可能是由于多酚氧化酶(PPO)和過氧化物酶(POD)的殘留活性引起的。

2.4.5 類胡蘿卜素

類胡蘿卜素如胡蘿卜素(未飽和碳氫化合物)和葉黃素(含氧衍生物)廣泛存在于水果和蔬菜中。一般來說，蔬菜中的主要類胡蘿卜素是葉黃素、β-胡蘿卜素、紫黃質(zhì)和新黃質(zhì)，而在水果中，葉黃素通常占很大比例。類胡蘿卜素的作用主要表現(xiàn)在抗氧化活性、抑制脂質(zhì)過氧化、提高低密度脂蛋白(LDL)的抗氧化能力等方面。β-胡蘿卜素還可以預(yù)防心血管疾病、肺癌和其他胃腸道癌癥的發(fā)生[40]。

AADIL等[19]使用不同條件的超高壓處理柚子汁后，發(fā)現(xiàn)類胡蘿卜素均有提升，其中250 MPa/60 ℃/3 min 的條件下類胡蘿卜素含量提升了136%。然而，蔣和體等[26]使用超高壓和熱殺菌處理橙汁后，發(fā)現(xiàn)2種殺菌方式對類胡蘿卜素的降解作用大，損失率高達 23.47%～28.62%。LENKA等[41]發(fā)現(xiàn)超高壓處理的草莓汁中β-類胡蘿卜素含量為(122.02±4.28) μg/mL，低于高溫短時處理的β-類胡蘿卜素含量(156.28±2.13) μg/mL。

2.5 超高壓對果蔬汁中酶活性的影響

多酚氧化酶(PPO)和過氧化物酶(POD)等酶對果蔬汁的色澤和風(fēng)味品質(zhì)有很大影響，SKREDE等[42]發(fā)現(xiàn)果蔬加工過程中花青素降解是由于多酚氧化酶和過氧化物酶產(chǎn)生的酚醌的間接氧化造成的。夏遠景等[43]使用超高壓處理橙汁后發(fā)現(xiàn)200 MPa以內(nèi)隨著壓力的升高，過氧化物酶活性升高，而超過200 MPa后，隨著壓力的升高，過氧化物酶活性降低，到了500 MPa后其活性降至原來的74.1%。類似地，YI等[29]研究發(fā)現(xiàn)超高壓處理后的蘋果汁中多酚氧化酶和過氧化物酶殘留超過了50%，而熱處理后2種酶的殘留在檢測限以下，這在CHANG等[20]的研究中也有類似結(jié)果。說明超高壓在鈍酶方面沒有熱處理效果明顯。

2.6 超高壓對果蔬汁中微生物的影響

在果蔬汁的加工過程中，微生物的滅活對于提高其安全性和延長貨架期至關(guān)重要，因為果蔬是支持微生物生長和活動的豐富營養(yǎng)源。美國聯(lián)邦果汁危險性分析關(guān)鍵控制點(HACCP)規(guī)定，果汁加工者必須進行處理以將相關(guān)微生物減少99.999%或5 lg CFU/mL[44]。果蔬汁中通常含有酵母菌、霉菌、大腸桿菌以及沙門氏菌等等，各種微生物在超高壓處理下表現(xiàn)不同，并具有不同的耐壓特性。其中酵母和霉菌是對超高壓處理最敏感的微生物，但是一些子囊孢子(例如，絲衣霉和踝節(jié)菌屬)對高壓具有抗性，可以通過結(jié)合超高壓與輕度熱處理來滅活[3]。大腸桿菌O157∶H7的死亡率直接受到溫度升高的影響，因為較高溫度(40 ℃)和強度較低的超高壓處理(200和400 MPa)使菌落減少了5個對數(shù)周期[45]。表1列出了超高壓處理對果蔬汁中主要微生物數(shù)量的影響，結(jié)果表明，超高壓能將微生物數(shù)量減少到安全水平之下，符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

表1 超高壓處理對果蔬汁中微生物的影響研究匯總Table 1 Summary of studies on the effects of UHP treatment on microorganisms in fruit and vegetable juices

注：“-”表示未報道，“未檢出”表示菌落數(shù)量低于檢測限(<1 CFU/mL)。

3 超高壓技術(shù)的發(fā)展趨勢

現(xiàn)存的各種非熱殺菌技術(shù)單獨對果蔬汁殺菌都會存在著一定的缺陷，比如超高壓處理在鈍酶方面沒有熱處理效果好，導(dǎo)致了在一些果汁中多酚氧化酶和過氧化物酶殘存甚至超過了50%。另外，超高壓處理會產(chǎn)生一些亞致死微生物，這些微生物在貯藏期間會重新繁殖生長，趙鳳等[46]把超高壓處理的枸杞汁在4 ℃條件下貯藏至28 d時其微生物總數(shù)達到了117 CFU/mL，超過了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。因此未來可考慮將超高壓與其他處理技術(shù)相結(jié)合，增強對果蔬汁中微生物的致死效應(yīng)，以提高其品質(zhì)，滿足消費者的需求。ZHAO等[48]在室溫下對超濾(UF)后的庫爾勒梨汁進行超高壓(HPP，500 MPa/10 min)和高溫短時處理(HTST，110 ℃/8.6 s)，最后發(fā)現(xiàn)相對于UF-HTST，UF-HPP能更好地保留抗壞血酸和總酚，顯示出較好的抗氧化性，同時顏色變化少，且細菌數(shù)量在檢出限以下，能在4 ℃下貯存56 d，因此UF-HPP能有效地用于庫爾勒梨汁的生產(chǎn)。GOMES等[49]采用超聲(600/1 200 W，5 min)和超高壓(450 MPa，5 min)聯(lián)合處理益生蔓越汁，發(fā)現(xiàn)能很好地保留添加的果糖-寡糖成份，其他的特性如pH、顏色、可溶性固形物、有機酸、生物活性成分和抗氧化能力幾乎不發(fā)生變化，因此這種加工技術(shù)能夠適應(yīng)于益生蔓越汁的加工。

4 總結(jié)

超高壓殺菌是一種有前景的果蔬汁處理技術(shù)，它能延長果蔬汁的貨架期，并有效滅活果蔬汁中有害微生物，保持其風(fēng)味和營養(yǎng)價值，增加產(chǎn)品的價值定位，使其成為維持食品質(zhì)量的優(yōu)良選擇。但超高壓在殺菌鈍酶方面還存在著一定缺陷，因此可考慮將超高壓與其他處理方式相結(jié)合，以降低耗能，并提高殺菌效果。此外，超高壓技術(shù)較高的殺菌成本，間歇處理的缺陷[50]，以及貯藏運輸過程中所要求的低溫環(huán)境，使得它在果蔬汁產(chǎn)品加工的工業(yè)化應(yīng)用中還存在種種局限，在未來需要重點解決這些局限性問題。