高壓脈沖技術(shù)在果蔬制品生產(chǎn)中的應(yīng)用研究進展

王文韜，商鶴琴，張 欽，賈麗娜

（河北農(nóng)業(yè)大學(xué)理工學(xué)院，河北黃驊 061100）

隨著生活水平的提高，消費意識的逐漸增強，人們不再單純地追求物美價廉的普通果蔬飲料，市場需求的降低致使果蔬產(chǎn)業(yè)發(fā)展速度減慢，果蔬汁飲料發(fā)展進入平穩(wěn)期，現(xiàn)在消費者更青睞于品質(zhì)高、營養(yǎng)價值高的特色新型產(chǎn)品，這也促使特色新產(chǎn)品的開發(fā)成為行業(yè)的發(fā)展新方向。而在發(fā)展過程中，大量的現(xiàn)代科技被應(yīng)用于特色新產(chǎn)品的開發(fā)。自上世紀(jì)20年代，國內(nèi)外不少科研隊伍和食品加工專家對HPEF開展了高壓脈沖電場的研究。HPEF技術(shù)一經(jīng)發(fā)明就受到非熱加工產(chǎn)業(yè)的青睞，在食品加工產(chǎn)業(yè)被譽為“可替代的食品加工方式”，殺菌效果好、能耗低，對食品原有營養(yǎng)物質(zhì)的損失低，處理后的食品各項檢測、感官評定優(yōu)良，對牛奶、果蔬這類熱不穩(wěn)定的高熱敏性食品具有極高的應(yīng)用價值，因此高壓脈沖技術(shù)在國內(nèi)有著巨大的開發(fā)空間。

1 傳統(tǒng)熱處理工藝在果蔬制品生產(chǎn)中的缺點

在傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)果蔬汁多采用熱處理果蔬汁達到滅菌的目的，雖然單純的物理方法可以達到良好的滅菌效果，但是對溫度的把控和處理時間要求比較高，造成步驟比較復(fù)雜不好操作。眾多科學(xué)家探究了傳統(tǒng)工藝對果蔬貯藏效果和后期品質(zhì)的影響，發(fā)現(xiàn)熱處理具有較大的潛在破壞性。夏啟才[1]在利用HPEF技術(shù)處理大米、豆芽、綠豆等果蔬時采用正交試驗，得出最佳工藝參數(shù)，能耗比傳統(tǒng)熱處理工藝節(jié)省60%左右，滅菌效果也大大提高，而且果蔬在整個處理過程中溫度變化范圍極小，營養(yǎng)物質(zhì)含量損失極低。胡盼盼等人[2]通過試驗證實了高溫短時處理和巴氏殺菌處理果汁的效果均優(yōu)于傳統(tǒng)熱殺菌技術(shù)。且高溫短時殺菌相比較巴氏殺菌和傳統(tǒng)熱處理，殺菌效果和保留的營養(yǎng)物質(zhì)含量均是效果最好的，但在后期的貯藏中，果汁的營養(yǎng)物質(zhì)損失較大。與傳統(tǒng)的非熱加工技術(shù)（如脈沖強光殺菌技術(shù)）相比，HPEF技術(shù)中的脈沖電場穿透強度更高，可以深入殺滅細(xì)菌及各種孢子，有效降低了食品安全的風(fēng)險。

2 HPEF技術(shù)在果蔬汁生產(chǎn)中應(yīng)用

趙偉等人[3]有針對性地用射頻連續(xù)處理裝置處理蘋果再迅速冷卻、榨汁，然后將蘋果汁用HPEF技術(shù)處理，處理后的細(xì)胞中的各類酶（如氧化酶、呼吸酶） 的活性僅為原來的20%～30%。大大延長了果蔬汁保鮮期。陳錦權(quán)[4]將濃縮技術(shù)和HPEF技術(shù)結(jié)合，先將果汁冷卻濃縮，再將濃縮液用HPEF技術(shù)處理殺菌，飲用時再以適當(dāng)比例配水，即可還原一杯西瓜汁，而且2種技術(shù)相結(jié)合可達到國家飲品標(biāo)準(zhǔn)。劉珂舟等人[5]將高溫瞬時殺菌技術(shù)與HPEF技術(shù)相結(jié)合極大地提高了滅菌效果。張雯等人[6]經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過高壓脈沖技術(shù)處理后的楊梅各項感官品質(zhì)及口味、保質(zhì)期延長等都有了較大改善。武新慧等人[7]改變HPEF技術(shù)預(yù)處理參數(shù)，樣品果蔬的儲能模量損耗量為處理前的50%～70%，再掃描果蔬組織電鏡圖發(fā)現(xiàn)胞隙增大、細(xì)胞內(nèi)液滲透壓下降、質(zhì)壁結(jié)構(gòu)松散，更容易實現(xiàn)低能耗凍干果蔬工藝。王麗平等人[8]在研究延長生鮮食物利用脈沖電場通過控制各項脈沖參數(shù)可更多地殺死果蔬表面微生物，同時利用細(xì)胞內(nèi)外電位差減緩的細(xì)胞生理代謝。

3 HPEF技術(shù)在果蔬中功能物質(zhì)提取方面的應(yīng)用

赫桂丹等人[9]利用HPEF技術(shù)改變原有物質(zhì)的分子運動方向、速率，使分子間原來不穩(wěn)定的化學(xué)鍵和物質(zhì)結(jié)構(gòu)被打散，導(dǎo)致糖苷鍵斷裂，再經(jīng)高速離心10～20 min，可得到品質(zhì)極佳的玉米芯納米纖維素懸浮液。李明月[10]利用多種方法提取葡萄籽中的原花青素，最終確定利用HPEF技術(shù)擊穿細(xì)胞壁及細(xì)胞質(zhì)膜，使原花青素從細(xì)胞中流失，再離心萃取。OleksiiParniakov等人[11]對木瓜皮中附加產(chǎn)物中提取具有營養(yǎng)價值和抗氧化劑的化合物，并且通過脈沖電場（HPEF） 或通過高電壓放電（HVED） 輔助的提取。Elisa Luengo等人[12]回收橙皮對果皮中橙皮多酚的提取。Ilce Gabriela等人[13]利用水果榨汁后的廢棄物，對李子皮和葡萄皮進行研究，通過對比超聲波提取法，發(fā)現(xiàn)HPEF技術(shù)對提取花青素和苯酚的最佳工藝參數(shù)為電流290 L/h，處理室直徑25 mm，電壓25 kV，頻率10 Hz，脈寬6μs，且在提取時間和脈沖數(shù)增加的條件下提取效果更為明顯。研究還發(fā)現(xiàn)，HPEF技術(shù)在對葡萄皮進行處理時，可以更好地提取其中的多酚和芳香物質(zhì)。邱大東[14]利用HPEF技術(shù)預(yù)處理后的濃縮果蔬汁、植物提取物進行發(fā)酵提取，得到粗果蔬酵素，將粗果蔬酵素進行超聲處理，得到果蔬酵素。溫靖等人[15]將干燥鐵皮石斛粉碎后加水，在室溫下用HPEF技術(shù)、磁力攪拌同時處理，在磁力脈沖下將細(xì)胞質(zhì)膜穿孔，加酶輔助細(xì)胞壁脫離，離心萃取得石斛原液。

4 HPEF技術(shù)在果蔬干燥脫水中的應(yīng)用

許多科研工作者將HPEF用于果蔬干燥，通過各種中心組合正交旋轉(zhuǎn)設(shè)計或搭配各種輔助技術(shù)處理果蔬得到不同果蔬干燥處理工藝參數(shù)。劉振宇等人[16]將HPEF應(yīng)用于果蔬的預(yù)處理中，通過調(diào)控HPEF的3個工藝參數(shù)（脈沖頻數(shù)1 420 V/cm，脈沖個數(shù)30個，作用時間100μs）達到最佳效果，節(jié)省干燥時間40%。王鶴等人[17]將枸杞在多組不同脈沖下處理，同時微波介入輔助枸杞干燥。結(jié)論得到水分有效擴散系數(shù)隨脈沖比降低而減小，干燥所需活化能大大降低。

5 HPEF技術(shù)在葡萄酒工藝優(yōu)化中的應(yīng)用

田超等人利用HPEF技術(shù)探究酒類發(fā)酵陳釀過程的影響，結(jié)果表明，HPEF技術(shù)可以加速酒類的發(fā)酵和醇化，通過控制電場脈沖后的酒樣加速醇化反應(yīng)，感官品質(zhì)大大提高。

劉振宇等人在利用脈沖電場處理葡萄酒中有機農(nóng)藥殘留物時，證明HPEF技術(shù)是優(yōu)于傳統(tǒng)熱降解技術(shù)的，但目前對于利用HPEF技術(shù)直接處理果蔬農(nóng)藥殘留仍不成熟。

6 結(jié)語

目前，高壓脈沖技術(shù)在食品領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用，尤其是適用于流體食品的殺菌、預(yù)處理和物質(zhì)提取，雖然在果蔬加工領(lǐng)域中HPEF技術(shù)殺菌效果值得肯定，但相比于傳統(tǒng)熱處理還是很難抑制酶活力，而鈍酶為果蔬加工行業(yè)中必不可少的環(huán)節(jié)，所以很難保證處理后果蔬的保鮮效果，雖已有相應(yīng)的輔助技術(shù)與HPEF技術(shù)搭配，但仍很難達到國家標(biāo)準(zhǔn)或者又因耗能設(shè)備費用等問題被否定，難以投入大批量工業(yè)生產(chǎn)中，想要投入到實際生產(chǎn)中仍需更高的科技技術(shù)與方法，希望在未來有更多的高新技術(shù)被開發(fā)用于造福人類。