非濃縮還原蘋果汁加工技術(shù)研究進(jìn)展

易俊潔,周林燕,蔡圣寶,胡小松

(1.昆明理工大學(xué)食品安全研究院,云南昆明 650500;2.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與營養(yǎng)工程學(xué)院,北京 100083)

我國的蘋果汁產(chǎn)業(yè)發(fā)展始自80年代初期,最主要的蘋果汁加工產(chǎn)品是蘋果濃縮汁。由于我國蘋果資源豐富且勞動(dòng)力成本較低,蘋果濃縮汁產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速,出口量位居世界前列。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),我國蘋果濃縮汁出口量占世界總出口量的近60%,與波蘭和美國同為世界三大蘋果濃縮汁生產(chǎn)大國[1]。蘋果濃縮汁具有易貯藏保存、便于運(yùn)輸?shù)葍?yōu)點(diǎn),但果汁經(jīng)過高溫濃縮后,營養(yǎng)成分和風(fēng)味物質(zhì)損失嚴(yán)重,極易出現(xiàn)非酶褐變、芳香成分逸散、貯藏期后渾濁等品質(zhì)劣變問題[2]。近年來,隨著消費(fèi)者健康意識(shí)的不斷增強(qiáng),“新鮮”、“天然”、“安全”、“短貨架期”的非濃縮還原(NFC,not from concentrate)果汁,作為有別于傳統(tǒng)濃縮還原汁的新型果汁形式,越來越受到消費(fèi)者的青睞,市場(chǎng)占有率也不斷上升。NFC蘋果汁不經(jīng)過高溫濃縮和果汁還原,能夠更好的保持蘋果汁原有的風(fēng)味和口感。前人研究還發(fā)現(xiàn),與蘋果濃縮還原汁相比,NFC蘋果汁不僅含有更多的果肉纖維、更豐富的口感,多酚和果膠類物質(zhì)含量也較高[3-4]。

近年來最少加工和清潔標(biāo)簽概念不斷興起,更天然、更清潔的NFC果汁逐漸成為飲料產(chǎn)業(yè)的重要發(fā)展趨勢(shì),蘋果汁加工產(chǎn)業(yè)也正在從濃縮還原汁向NFC果汁逐步轉(zhuǎn)型。隨著NFC果汁加工技術(shù)的不斷革新和消費(fèi)者需求的多樣性,NFC蘋果汁也被細(xì)分為三大類(如圖1和圖2所示):蘋果澄清汁(clear apple juice or clarified apple juice),該果汁需添加澄清劑或果膠酶,通過酶解預(yù)處理、過濾、澄清等工藝,最終獲得澄清透亮的蘋果清汁;蘋果濁汁(cloudy apple juice or opalescent apple juice),該果汁通常需離心去除大塊果肉,保持果汁具有較高的混濁穩(wěn)定性;果肉蘋果濁汁(pulp-enriched cloudy apple juice),該果汁富含果肉,是未經(jīng)過澄清、過濾的鮮榨果汁[5]。

圖1 不同NFC蘋果汁分散體系的主要組成物質(zhì)

圖2 NFC蘋果汁加工流程簡(jiǎn)述[6-9]

根據(jù)歐洲果汁協(xié)會(huì)(European Fruit Juice Association,AIJN)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì),近年來NFC果汁在歐洲發(fā)達(dá)國家的市場(chǎng)份額穩(wěn)步增長(zhǎng),2016年同比增長(zhǎng)4.4%,2017年增長(zhǎng)了5.4%。在我國,雖然果汁及果汁飲料產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛,2016年我國果汁產(chǎn)量已達(dá)到2404.9萬噸,實(shí)現(xiàn)零售額1009.14億元的突破,但其中NFC果汁市場(chǎng)仍處于初級(jí)階段。我國作為最大的蘋果汁加工及出口國,與時(shí)俱進(jìn)地發(fā)展NFC蘋果汁具有重大的發(fā)展前景和重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文將從蘋果原料的選擇出發(fā),綜述不同NFC蘋果汁加工工藝流程、關(guān)鍵技術(shù)及發(fā)展趨勢(shì),為我國NFC蘋果汁加工的發(fā)展提供技術(shù)支持和理論借鑒。

1 蘋果原料的選擇

蘋果作為我國大宗果品,主要集中栽培于渤海灣(包括山東、河北、遼寧、北京、天津)、西北黃土高原(包括陜西、甘肅、山西、寧夏、青海)、黃河故道(括河南、江蘇、安徽)和西南冷涼高地等地區(qū),其中陜西、山東、山西、河南、河北、遼寧、甘肅等地為主要產(chǎn)區(qū)[10]。我國蘋果品種繁多,約有400多種,其中商用品種有幾十種,表1列出了我國主要的蘋果品種。目前,富士(Fuji)蘋果仍然是我國的主要蘋果品種,占蘋果總產(chǎn)量的70%以上,除此之外,嘎啦(Gala)和秦冠(Qinguan)也占有相當(dāng)?shù)谋戎?。在歐美蘋果市場(chǎng),除了富士和嘎啦之外,元帥(Red Delicious)、金冠(Golden Delicious)、喬納金(Jonagold)、粉紅女士(Pink Lady)、澳洲青蘋果(Granny Smith)和布瑞拜(Braeburn)也具有較高的市場(chǎng)占有率。

表1 我國主要蘋果品種及特性[10]

在蘋果汁原料品種的選擇上,要充分考慮出汁率和糖酸比,通常認(rèn)為蘋果汁糖酸比在10∶1～15∶1較為合適[11]。富士和粉紅女士蘋果具有優(yōu)良的甜味特性,是蘋果汁加工的主要原料之一[11-13]。而酸度較高的澳洲青蘋果也常作為調(diào)配品種,可以增強(qiáng)酸味,改善口感,使果汁達(dá)到糖酸平衡[13]。蘋果酚類物質(zhì)的含量高低也會(huì)直接影響蘋果汁的最終品質(zhì)(如顏色和穩(wěn)定性),而蘋果原料的品種和成熟度是其酚類物質(zhì)含量的重要影響因素之一。蘋果中黃烷-3-醇是最主要的酚類物質(zhì),占71%～90%,其中包括單體形式的兒茶素以及低聚或多聚物形式的原花青素[14]。原花青素不僅是蘋果汁苦澀口感的來源,還可能與蛋白質(zhì)和多糖結(jié)合,形成絮狀物,導(dǎo)致沉淀。除了黃烷醇,羥基肉桂酸也占有相當(dāng)比重(4%～18%)。羥基肉桂酸和兒茶素及原花青素是導(dǎo)致蘋果汁發(fā)生酶促褐變的主要酚類物質(zhì)[15]。Wu等[16]對(duì)我國山東的八大蘋果品種(元帥、金冠、國光、紅富士、秦冠、喬納金、澳洲青蘋果和王林)進(jìn)行功能性組成特性分析,發(fā)現(xiàn)不同蘋果品種酚類物質(zhì)組成和含量均不同,其中國光、金冠、秦冠等品種的總酚含量最高,秦冠和國光的兒茶素含量尤其高,可能相對(duì)其他品種更易發(fā)生褐變。成熟度也會(huì)顯著影響到蘋果原料中酚類物質(zhì)的含量,而且蘋果不同部位酚類物質(zhì)含量變化具有差異。Alonso-Salces等[15]發(fā)現(xiàn)蘋果皮和果肉中的總酚和原花青素含量均隨著成熟度升高而升高,而果肉中的黃烷醇和羥基肉桂酸在成熟蘋果中含量均較低。

蘋果原料中的淀粉含量也會(huì)影響蘋果汁的品質(zhì)。研究發(fā)現(xiàn)過高的淀粉含量會(huì)使蘋果汁原有的淡黃色,在榨汁過程中變成灰白色,進(jìn)而導(dǎo)致絮狀物生成[17]。Stevenson等[18]研究發(fā)現(xiàn)蘋果中的淀粉在成熟早期聚集,隨著不斷成熟,淀粉含量降低,逐漸降解成雙糖或單糖,而這些小分子糖類物質(zhì)是最終蘋果甜味的主要來源。另外,不同品種的蘋果中淀粉含量及淀粉降解速度也不同。例如,澳洲青蘋果和喬納金在成熟早期淀粉含量很高,但隨著不斷成熟,含量顯著降低。另外,有研究發(fā)現(xiàn)在成熟過程中蘋果細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)也會(huì)不斷分解,使得果汁中的懸浮顆粒更分散、更細(xì)小,降低顆粒的密度,提高顆粒的水合性,從而增強(qiáng)蘋果汁的顆粒穩(wěn)定性[17]。因此,在選擇NFC蘋果汁加工原料時(shí),應(yīng)盡量挑選高成熟度、未腐爛的果實(shí)。為了生產(chǎn)出高品質(zhì)的NFC蘋果汁,在榨汁前需進(jìn)行嚴(yán)格的揀選和清洗,去除腐爛果、雜物、泥土等[19]。目前,超聲清洗技術(shù)作為重要的蘋果原料清洗預(yù)處理工藝之一,廣泛應(yīng)用于最少加工的NFC蘋果汁(如超高壓NFC蘋果汁),以達(dá)到降低初始菌數(shù)和污染的作用[6]?？傊?只有優(yōu)質(zhì)、清潔的蘋果原料,才能生產(chǎn)出高品質(zhì)的NFC蘋果汁。

2 破碎與壓榨技術(shù)

NFC蘋果汁的生產(chǎn)需先破碎后榨汁,以提高出汁率。目前常用的蘋果破碎方法有機(jī)械破碎、熱力破碎、冷凍破碎、超聲波破碎、酶法破碎等[20]。對(duì)于生產(chǎn)NFC蘋果清汁來說,酶法破碎是目前應(yīng)用最廣泛的破碎技術(shù),該技術(shù)通過向果漿加入酶制劑,以加速細(xì)胞結(jié)構(gòu)破碎、促進(jìn)果膠溶解、增強(qiáng)果汁流動(dòng)性、提高出汁率、縮短榨汁時(shí)間和降低果渣的產(chǎn)生[21-23]。果膠酶是最常用的商業(yè)酶制劑,包含多聚半乳糖醛酸酶、果膠酸裂解酶、果膠甲酯酶等[3,21]。除此之外,Ribeiro等[22]采用果膠酶、纖維素酶和半纖維素酶的復(fù)合酶制劑,發(fā)現(xiàn)同樣可以提高果汁出汁率。根據(jù)酶制劑的種類和蘋果原料特性的不同,酶制劑加入方式和劑量也不同。通常將果漿加熱至20～50 ℃,持續(xù)1～2 h,再根據(jù)劑量要求,加入適量的酶制劑,并通過攪拌提高酶制劑反應(yīng)效率[6,8]。Van等[24]發(fā)現(xiàn)通過酶法破碎處理的蘋果汁,出汁率從45%顯著提升至80%。另外,也有研究報(bào)道,酶法破碎還可以促進(jìn)多酚物質(zhì)的溶出,使得蘋果汁中的多酚含量顯著上升[25-26]。

壓榨技術(shù)及設(shè)備的不斷革新也能顯著提高蘋果汁的出汁率。常用的壓榨技術(shù)有壓榨法(如帶式壓榨、螺旋壓榨法等)和離心法(如傾析式離心法等)。根據(jù)壓榨溫度的不同,又可分為冷榨和熱榨[25]。在蘋果破碎和壓榨過程,細(xì)胞結(jié)構(gòu)被破壞,其中的內(nèi)源酶(如多酚氧化酶)與底物(如酚類物質(zhì))接觸,發(fā)生一系列的酶促反應(yīng),可能導(dǎo)致果汁發(fā)生褐變。因此,蘋果破碎壓榨過程中需添加一定量的防褐變抑制劑,如抗壞血酸或異抗壞血酸等(250～1000 mg/L),能有效抑制多酚類物質(zhì)被氧化、減緩酶促褐變的發(fā)生[17,21,27]。另外,通過隔絕空氣或運(yùn)用惰性氣體也可以有效的減緩蘋果汁的酶促反應(yīng)。目前常用方法包括真空脫氣法(通過降低頂空壓力來除去溶解氧)、惰性氣體噴射法(用惰性氣體置換溶解氧)和膜脫氣法(膜氣體分離技術(shù))等[27]。例如,De等[28]報(bào)道了一種新型的螺旋-過濾壓榨技術(shù),可以在低氧的條件下工作。該技術(shù)與帶式壓榨技術(shù)相比,能顯著提高出汁率,獲得濁度更高、顏色更穩(wěn)定的蘋果混濁汁。

3 澄清與過濾技術(shù)

澄清和過濾是NFC蘋果清汁加工過程中重要的工藝環(huán)節(jié),即通過機(jī)械或化學(xué)方法除去果汁中存在的渾濁物以及可能引起渾濁的物質(zhì)。蘋果汁(漿)富含果膠,且極易形成大分子果膠-蛋白質(zhì)、多酚-蛋白質(zhì)復(fù)合物,導(dǎo)致渾濁甚至沉淀產(chǎn)生[29]。雖然機(jī)械處理(如過濾、離心)能夠除去果汁中的果肉顆?；蚱渌麘腋∥?但這些大分子復(fù)合物的形成,仍可能導(dǎo)致果汁的二次渾濁。因此,需要先采用酶制劑或澄清劑進(jìn)行預(yù)處理,再通過離心或過濾進(jìn)一步對(duì)果汁進(jìn)行澄清[30]。

果膠酶作為NFC蘋果清汁澄清過程中重要的酶制劑,可以有效的水解蛋白質(zhì)顆粒周圍的果膠涂層,從而使顆粒聚集然后沉淀[6]。該酶制劑的添加,通常使用兩種方法:熱添加法,將酶加入到54 ℃的蘋果汁中,混合并保溫1～2 h;冷添加法,將酶在室溫(約20 ℃)下加入蘋果汁中并保持6～8 h[6]。目前,一種新的納米生物催化技術(shù)也開始應(yīng)用于蘋果汁的澄清處理,該技術(shù)將酶制劑固定在磁性納米顆粒上。研究發(fā)現(xiàn)該方法可以顯著增強(qiáng)酶制劑的穩(wěn)定性、縮短循環(huán)時(shí)間、改善催化效果和提高出汁率[31-32]。Seenuvasan等[32]將果膠酶固定在二氧化硅涂覆的磁性納米顆粒上處理蘋果汁,澄清效果顯著。Sojitra等[31]則將復(fù)合酶制劑(果膠酶,纖維素酶和淀粉酶)同時(shí)固定在氨基功能化的磁性納米顆粒上,經(jīng)過150 min處理后,蘋果汁的濁度可降低到澄清前的41%。

除了酶法處理,傳統(tǒng)的澄清劑,如膨潤(rùn)土、明膠、酪蛋白、硅溶膠、聚乙烯吡咯烷酮等均被用于蘋果汁的澄清處理[33]。近年來,新型的天然澄清劑越來越受到關(guān)注,例如殼聚糖,主要來自真菌發(fā)酵或提取于蝦殼,已被用于蘋果汁澄清[34-35]。殼聚糖作為天然陽離子澄清劑,具有良好絮凝能力,能與蘋果汁中帶負(fù)電荷的膠體物質(zhì)發(fā)生靜電作用,形成凝集,使果汁得到澄清[36]。另一方面,殼聚糖作為一種多聚糖,可以通過氫鍵和范德華力與多酚、富含脯氨酸蛋白質(zhì)等渾濁形成物質(zhì)的相互作用,避免蘋果汁出現(xiàn)后渾濁[37]。田其英[38]優(yōu)化了殼聚糖澄清蘋果汁的工藝條件,結(jié)果表明在溫度50 ℃時(shí)、殼聚糖添加量為0.32 g/L、澄清60 min的條件下,所得蘋果汁透光率達(dá)到97%以上。Rocha等[37]發(fā)現(xiàn),殼聚糖的添加劑量減低160倍后,仍能達(dá)到與高濃度膨潤(rùn)土相似的澄清效果。殼聚糖作為生物體產(chǎn)物,具有天然、安全、無毒、無害等特點(diǎn),已被美國食品藥物管理局(FDA)批準(zhǔn)為食品添加劑[36]。

通常酶法或澄清劑處理后,蘋果汁將從沉降槽中被泵出,進(jìn)一步過濾分離。傳統(tǒng)分離方法有壓力葉、旋轉(zhuǎn)真空、框架、帶式過濾裝置等[6]。近年來,膜分離技術(shù)在蘋果汁澄清過濾方面也得到廣泛應(yīng)用,特別是微濾、超濾等技術(shù)。通過超濾澄清法,不僅能起到減菌和去除過量酶制劑的作用,還能避免澄清劑的使用,降低操作成本,更好的保留蘋果汁的芳香成分,提高產(chǎn)品品質(zhì)[39-40]。

4 混濁穩(wěn)定技術(shù)

對(duì)于NFC蘋果濁汁來說,體系的混濁穩(wěn)定性是重要的質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)。如圖1所示,蘋果濁汁的液體體系主要組成成分包括糖、有機(jī)酸、礦物質(zhì)等,而體系中的云狀顆粒則由果肉顆粒、蛋白質(zhì)、脂類、酚類、果膠等物質(zhì)組成[41]。根據(jù)Beveridg[17]對(duì)70多種蘋果汁成分分析,蘋果濁汁的懸浮顆粒中的果膠含量并不高,僅占總量約2%,蛋白質(zhì)和脂類物質(zhì)是主要組成成分,合計(jì)占總量的70%,其次是原花青素等酚類物質(zhì),占總量的5%左右(表2)。蘋果濁汁的云狀顆粒穩(wěn)定性通常遵循斯托克斯沉速公式(公式1)。由該沉降公式可知,蘋果汁的混濁穩(wěn)定性與顆粒大小、粘度、果汁溶液和顆粒的密度差等因素密切相關(guān),其中顆粒粒徑、密度差與沉降速度成正比,而果汁粘度與其成反比?？梢?云狀顆粒的粒度和果汁粘度是影響混濁穩(wěn)定性的重要因素。

表2 蘋果濁汁中顆粒物質(zhì)的主要組成成分

式(1)

式中：V是沉降速度(m/s);d是粒徑(m);ρ2和ρ1分別是顆粒密度和溶劑密度(kg/m3);η是果汁動(dòng)態(tài)粘度(kg/m·s);g是重力加速度(m/s2)。

蘋果濁汁中的顆粒體系一般認(rèn)為是以帶正電的蛋白質(zhì)為核心,果膠分子吸附其上[42]。基于經(jīng)典的DLVO理論(Derjaguin-Landau-Verwey-Overbeek),膠體粒子的穩(wěn)定性將取決于有吸引力的范德華力和排斥靜電力、水合力之間的平衡[43]。NFC蘋果濁汁中的大懸浮顆粒在重力作用下沉積,而懸浮于體系當(dāng)中的云狀細(xì)小顆粒(顆粒范圍為1 nm～10 μm)因具有膠體性質(zhì),可以穩(wěn)定懸浮于果汁體系中[42,44]。因此,通過大孔過濾或低速離心處理,除去果肉及不穩(wěn)定大顆粒,僅保留細(xì)小的云狀顆粒,能獲得混濁穩(wěn)定的NFC蘋果濁汁。

對(duì)于富含果肉的NFC蘋果濁汁,由于含有大量的大粒徑顆粒,體系呈現(xiàn)“非膠體”或非布朗分散狀態(tài),導(dǎo)致果汁的布朗運(yùn)動(dòng)和顆粒間相互作用力可忽略不計(jì)。因而非流體動(dòng)力學(xué)參數(shù),如顆粒形狀、顆粒大小和分布、顆?？勺冃涡院鸵后w極性等,都將嚴(yán)重影響果汁的混濁穩(wěn)定性[42]。高壓均質(zhì)技術(shù)是加工NFC果肉蘋果濁汁重要的加工工序,通常處理壓力為20～60 MPa,可以改變果汁中顆粒的形狀、分散性、體積分?jǐn)?shù)、顆粒最大聚集率、黏性等特性[45]。在高壓均質(zhì)處理過程中產(chǎn)生的壓力梯度、剪切力、空穴作用可以使蘋果汁中的懸浮顆粒粒徑減小、增加懸浮顆粒的表面積、以及顆粒之間的相互作用。同時(shí),高壓均質(zhì)技術(shù)還能進(jìn)一步破碎細(xì)胞結(jié)構(gòu),釋放細(xì)胞壁成分(如果膠、蛋白質(zhì)等),使得顆粒之間、顆粒與果汁之間的相互作用增強(qiáng),引起黏度的變化[46]。

除此之外,添加穩(wěn)定劑也是提高果汁混濁穩(wěn)定,避免分層沉淀的重要手段。常見的穩(wěn)定劑包括果膠、海藻酸鈉、羧甲基纖維素、阿拉伯膠、瓜爾膠、黃蓍膠、黃原膠、膠凝糖及它們的混合物[41]。Ibrahim等[47]發(fā)現(xiàn)羧甲基纖維素、黃原膠和果膠能顯著提高蘋果濁汁的穩(wěn)定性。近年來,隨著歐洲國家“食品清潔標(biāo)簽(Food clean label,FCL)”理念的興起,天然果蔬原料取代傳統(tǒng)的穩(wěn)定劑在NFC蘋果濁汁加工當(dāng)中也得到使用。Yi等[48]將金獼猴桃作為天然配料添加于果肉蘋果濁汁中,不僅可以減緩蘋果濁汁的褐變發(fā)生,更能顯著的提高果汁的混濁穩(wěn)定,在42 d的低溫貯藏過程中,添加獼猴桃漿的NFC果肉蘋果濁汁未出現(xiàn)可見的分層沉淀。

5 殺菌與包裝技術(shù)

目前在NFC蘋果汁加工領(lǐng)域,熱殺菌技術(shù)仍是應(yīng)用最為廣泛的殺菌技術(shù),該技術(shù)通過升高溫度,達(dá)到殺菌、鈍酶的效果,可有效的延長(zhǎng)產(chǎn)品的貨架期。隨著殺菌技術(shù)不斷革新與優(yōu)化,提高殺菌溫度、縮短殺菌時(shí)間成為新型熱殺菌技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì),其中高溫短時(shí)殺菌技術(shù)(High-temperature short-time,HTST)結(jié)合熱灌裝以及超高溫瞬時(shí)殺菌技術(shù)(Ultra high temperature,UHT)結(jié)合無菌灌裝是目前最受歡迎的兩種熱殺菌技術(shù)。對(duì)于NFC蘋果汁來說,HTST的殺菌條件為77～88 ℃、25～30 s,而UHT蘋果汁的常用加工條件為138 ℃,2 s以上,通過這樣的殺菌條件,果汁可常溫儲(chǔ)存8個(gè)月以上[49]。根據(jù)技術(shù)和設(shè)備的不同,熱殺菌又可分為連續(xù)式或分批式,果汁可先進(jìn)行灌裝再殺菌或先殺菌再熱灌裝。在連續(xù)式殺菌過程中,果汁將通過熱交換器,經(jīng)過預(yù)熱、加熱、恒溫和冷卻等步驟,以達(dá)到殺菌的效果[50]。

盡管熱殺菌技術(shù)能有效的殺滅果汁中的致病菌、腐敗菌和產(chǎn)毒菌,鈍化內(nèi)源酶,延長(zhǎng)產(chǎn)品貨架期,但高溫會(huì)對(duì)顏色、風(fēng)味、營養(yǎng)、質(zhì)構(gòu)以及功能等品質(zhì)可能會(huì)造成不良的影響。隨著社會(huì)的進(jìn)步、生活水平的提高和人們對(duì)營養(yǎng)健康的關(guān)注,消費(fèi)者對(duì)果汁的新鮮口感和品質(zhì)要求也在不斷提高,從而誕生了非熱加工技術(shù)(Non-thermal processing technology)。目前,大量的非熱加工技術(shù)開始應(yīng)用于果汁加工,其中超高壓技術(shù)是最受關(guān)注且商業(yè)化程度較高的非熱殺菌技術(shù)之一[51]。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),目前全球已有超過60家公司使用超高壓技術(shù)加工食品,設(shè)備高達(dá)300余臺(tái),主要分布于美洲(56%)、歐洲(24%)、亞洲(14%)和澳洲(6%),超高壓加工食品中果汁飲料制品占總量的約30%,所占比例最高[52]。

超高壓殺菌技術(shù)是一個(gè)物理過程,加工過程中,整個(gè)食品受力均一,壓力傳遞速度快,不存在壓力梯度,而熱殺菌為了達(dá)到樣品中心預(yù)定的溫度,可能出現(xiàn)加熱點(diǎn)或表面過熱的現(xiàn)象。超高壓技術(shù)基本效應(yīng)是通過壓縮樣品的體積(即減少物質(zhì)分子間/原子間的距離),從而使得物質(zhì)的電子結(jié)構(gòu)和晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。該技術(shù)只作用于生物大分子中的氫鍵、離子鍵和疏水鍵等非共價(jià)鍵,不破壞共價(jià)鍵。因此,對(duì)維生素、色素和風(fēng)味物質(zhì)等小分子化合物的影響不顯著,從而使食品較好地保持了原有的營養(yǎng)、色澤和風(fēng)味[53]。超高壓加工需先對(duì)果汁進(jìn)行包裝再處理,為保證食品和包裝的完整性,包裝材料應(yīng)有足夠的韌性耐受力。金屬罐和玻璃瓶由于他們具有不可逆性變形和易破碎性,不適用于超高壓加工,而紙基包裝材料由于它們的變形性也不能用于超高壓食品的預(yù)包裝。相對(duì)而言,軟塑料具有彈性,能夠恢復(fù)原狀,良好的熱封性更有利于防止后污染的發(fā)生,該材料目前被廣泛應(yīng)用于超高壓果汁加工。曹霞敏[54]對(duì)比了聚對(duì)苯二甲酸乙二酯(PET)、乙烯-乙烯醇共聚物(EVOH)和尼龍聚乙烯(NP)三種軟塑料包裝材料在超高壓加工過程中的特性變化,根據(jù)衛(wèi)生指標(biāo)及對(duì)果汁品質(zhì)保留效果的分析,發(fā)現(xiàn)PET瓶是最適于超高壓果汁加工的包裝材料。果汁在灌裝之后,將進(jìn)行超高壓處理,主要加工過程如圖3所示,包括加載樣品→加壓→保壓→泄壓→卸載樣品等加工環(huán)節(jié)[52]。超高壓處理的NFC蘋果汁,商業(yè)常用的殺菌條件為室溫600 MPa,保壓2～9 min[55]。超高壓技術(shù)致力于常溫或稍高于常溫下處理食品,不存在升溫、保溫與冷卻環(huán)節(jié)。與傳統(tǒng)熱殺菌技術(shù)相比,顯著降低能耗,屬于低碳經(jīng)濟(jì)技術(shù)。超高壓每噸產(chǎn)品電量與水量消耗分別只有傳統(tǒng)熱殺菌的15%和50%左右,是一項(xiàng)“綠色”的加工技術(shù),對(duì)環(huán)境污染較小。超高壓殺菌技術(shù)已被美國農(nóng)業(yè)部食品安全與監(jiān)察局(USDA-FSIS)認(rèn)證并被消費(fèi)者接受,可廣泛應(yīng)用于果汁加工領(lǐng)域[52]。超高壓技術(shù)作為一種新型的食品加工技術(shù)具有一定的優(yōu)越性,但任何一項(xiàng)技術(shù)都具有局限性。比如,超高壓技術(shù)在常溫處理下對(duì)芽孢的殺滅效果不顯著,使得超高壓果汁多需要冷鏈運(yùn)輸與低溫銷售,以保證其食品安全性,同時(shí)該產(chǎn)品的貨架期也比傳統(tǒng)熱殺菌果汁短。另外,超高壓加工無法完全鈍化果汁中內(nèi)源酶(如PME、PPO、POD酶等),甚至可能出現(xiàn)激活的現(xiàn)象,這些殘余的內(nèi)源酶可能使蘋果汁在貯藏過程中出現(xiàn)褐變、分層等感官品質(zhì)劣變,并伴隨著風(fēng)味物質(zhì)的變化[48]。

圖3 超高壓技術(shù)生產(chǎn)線俯視圖[52]

6 展望

隨著人們對(duì)高品質(zhì)果汁需求的不斷增大,最少加工的NFC蘋果汁必將成為市場(chǎng)發(fā)展的主要趨勢(shì)。目前,NFC蘋果汁在我國仍處于初級(jí)發(fā)展階段,產(chǎn)品市場(chǎng)占有率低、產(chǎn)品品質(zhì)層次不齊、品質(zhì)控制關(guān)鍵技術(shù)有待提高,因此科學(xué)技術(shù)人員應(yīng)該隨著消費(fèi)者的需求,尋求適合NFC蘋果汁加工的更優(yōu)生產(chǎn)工藝和新型關(guān)鍵技術(shù)。例如NFC蘋果汁極易出現(xiàn)的快速褐變和分層沉淀問題。在褐變控制方面,目前國內(nèi)外主要通過在加工過程中添加維生素C等抗氧化劑、減少氧氣接觸以及原料熱燙等手段控制酶促及非酶褐變。而混濁穩(wěn)定性方面,主要通過高壓均質(zhì)、添加穩(wěn)定劑、改變粒子的電負(fù)性等手段加以改善。這些方法雖然在一定程度上可以緩解NFC蘋果汁的感官品質(zhì)變化,但在最少加工和食品清潔標(biāo)簽理念的大趨勢(shì)下,如何基于現(xiàn)有的技術(shù)手段,通過更天然的配料添加、更簡(jiǎn)單的配料組成、更輕微的加工方式去解決NFC蘋果汁的褐變、沉淀問題,得到更高品質(zhì)、更穩(wěn)定、更天然的果汁,是當(dāng)前NFC蘋果汁加工產(chǎn)業(yè)重要的研究任務(wù)。