殺菌方式對柑橘汁品質(zhì)影響的研究進展

李楠楠，賈 蒙，馬亞琴，2

（1.西南大學 柑橘研究所，重慶 400712；2.國家柑橘工程技術(shù)研究中心，重慶 400712）

柑橘汁是目前最受歡迎的果汁飲料，其中橙汁的產(chǎn)量和需求量最大。2017—2018年全球橙汁產(chǎn)品需求量達到160×104t，其中巴西作為橙汁的最大生產(chǎn)國，其橙汁出口量占到全球的3/4以上[1]。盡管我國的橙汁人均消費比例不足美國的1%，但近年來的橙汁進口量也迅速增加，橙汁進口量從1998年的0.52 t增加到了2016年的5.58×104t，增長了近10倍[2]。隨著消費市場不斷拓展和對健康理念的追求，新鮮、營養(yǎng)、健康、安全的橙汁日益受到消費者的青睞。

殺菌作為控制柑橘汁品質(zhì)最為關(guān)鍵的步驟，其通過殺滅微生物、鈍化抗壞血酸氧化酶、果膠分解酶，以有效延長柑橘汁的貨架期，非熱加工技術(shù)因能最大限度地保持柑橘汁新鮮、風味、色澤等特性引起了加工企業(yè)和研究人員的關(guān)注。目前，傳統(tǒng)的熱殺菌方式在柑橘汁實際生產(chǎn)中應(yīng)用最為廣泛，但高溫引起柑橘汁中抗壞血酸、類胡蘿卜素等營養(yǎng)物質(zhì)的損失而降低其品質(zhì)。為了保證柑橘汁貨架期的同時，又能最大限度地保持其品質(zhì)，掀起了果汁加工行業(yè)及其研究領(lǐng)域發(fā)展“最少加工”的熱潮，進而推動了非熱殺菌技術(shù)的研究和發(fā)展[3-4]。

基于消費者對柑橘汁色、香、味的更高要求，隨之在加工技術(shù)領(lǐng)域引發(fā)的變革。綜述了熱殺菌和非熱殺菌2種殺菌方式對以柑橘汁為主的果蔬汁品質(zhì)的影響，并簡要介紹了其他非熱殺菌的研究現(xiàn)狀及未來的發(fā)展趨勢。

1 熱殺菌

1.1 熱殺菌的特點

熱殺菌是一種熱處理食品的過程，是將食品加熱使其上升到某一高溫并持續(xù)一段時間，殺滅食品中的有害微生物，從而達到延長食品貨架期的目的[5]。熱殺菌按處理食品的溫度高低分為低溫殺菌（≤100℃）、高溫殺菌（＞100℃）、超高溫殺菌（＞130℃），其中pH值≤4.5的酸性食品和熱敏性成分較多的食品可采用低溫殺菌，pH值＞4.5的食品采用超高溫殺菌或高溫殺菌。熱殺菌按殺菌效果的高低有巴氏殺菌（≤100℃）和商業(yè)殺菌（＞100℃）2種殺菌方式，其中巴氏滅菌法能在相對合適的溫度下保持食品中營養(yǎng)物質(zhì)，又達到殺死微生物的效果，因此成為目前應(yīng)用范圍最廣的殺菌方法。一般橙汁的pH值低于4.5，且其所含的維C及其風味物質(zhì)屬于熱敏性物質(zhì)，目前國內(nèi)外多采用巴氏殺菌（≤100℃）來對其滅菌[4]。

1.2 熱殺菌的研究現(xiàn)狀

人類對熱殺菌的認識和應(yīng)用改變了自身的飲食習慣和消費方式，熱殺菌技術(shù)中最具代表性的技術(shù)是巴氏殺菌，殺菌強度高，幾乎可以殺死食品中全部的病原菌，巴氏殺菌技術(shù)在橙汁殺菌中被廣泛應(yīng)用。Igual M等人[6]對貯藏期間西柚汁中類黃酮變化進行研究，發(fā)現(xiàn)在-18℃冷凍條件下貯藏2個月鮮榨西柚汁的總類黃酮損失率為25%，而常規(guī)巴氏熱處理（80℃，11 s）和微波熱處理（900 W，80℃，30 s）總類黃酮損失率分別19.21%和12%。Chen Y，Noci F等人[7-8]認為熱殺菌是從食品外部到內(nèi)部的一個熱傳遞過程，并把巴氏殺菌分為高溫短時殺菌（HTST，≥72℃，15 s）和低溫長時殺菌（LTLT，63℃，≥30 min），相對于LTLT，HTST殺菌更能抑制細菌的生長，但當溫度升高到94℃時，導致了蘋果汁更多的酚類物質(zhì)降解（48%）。Vikram V B等人[9]采用50，60，75，90℃對橙汁進行熱處理，發(fā)現(xiàn)溫度越高，維C降解率越大，且與同等條件下的歐姆、紅外照射和微波（100，105，110，125℃）熱處理對比溫度上升較慢，需要5 min才能使溫度升高到90℃，這主要是因為傳統(tǒng)熱處理的熱傳遞是從食品外部開始，而電磁加熱的熱反應(yīng)最初發(fā)生在橙汁內(nèi)部。U?an F等人[10]研究了巴氏殺菌（90℃，15 s）的濁檸檬汁與天然渾濁檸檬汁的生物活性成分和品質(zhì)參數(shù)，發(fā)現(xiàn)殺菌后的檸檬汁總酚含量增加，類胡蘿卜素下降，但差異不顯著，因此巴氏殺菌汁也可作為保護人體健康的良好生物活性來源。Stinco C M等人[11]研究了工業(yè)鮮榨橙汁（FISO）、工業(yè)巴氏殺菌橙汁（PISO）和手榨汁（HSO）等不同榨汁方式對橙汁顏色、粒徑和類胡蘿卜素的影響，發(fā)現(xiàn)PISO的類胡蘿卜素比例低于PISO，高于HSO。而Claudie Dhuiquemayer等人[12]參照巴氏殺菌的條件發(fā)現(xiàn)橙汁中維A、多酚和維C的含量并沒有減少，但引起了類胡蘿卜素的降解產(chǎn)物，如呋喃類化合物和順式異構(gòu)體，推測貯藏條件和非熱因素是橙汁微量元素損失的原因。Bai J等人[13]對比新鮮商品汁（FCJ）、巴氏殺菌新鮮商品汁（PFCJ）與巴氏殺菌加工汁（PPJ）和手榨汁（HSJ）離心處理后，發(fā)現(xiàn)黃酮含量高的果汁會加快渾濁態(tài)消失，而巴氏殺菌可以抑制渾濁態(tài)消失，但新鮮商品汁FCJ和PFCJ因含更多皮油反而提升渾濁態(tài)穩(wěn)定性；巴氏殺菌對FCJ和PFCJ上清液中檸檬苦素和生物堿含量無影響，但會導致哈姆林果汁沉淀中檸檬苦素、諾米林和未知生物堿含量的減少。Leizerson S等人[14]研究了歐姆處理加熱（在90，120，150℃的溫度條件下分別處理1.13，0.85，0.68 s）與巴氏殺菌（90℃，50 s）處理對橙汁品質(zhì)的影響，發(fā)現(xiàn)歐姆加熱處理使果膠酯酶活性降低98%，維C含量降低15%，但巴氏殺菌橙汁中5種代表性風味化合物較歐姆加熱顯著降低，且感官評價試驗表明新鮮橙汁和歐姆橙汁沒有差異，因此后者可有效地用于替代巴氏殺菌。因此，巴氏殺菌處理橙汁導致其營養(yǎng)物質(zhì)顯著降解，品質(zhì)快速劣變。

熱殺菌也引起橙汁發(fā)生非酶褐變現(xiàn)象和橙汁中酶活的變化。Lu Q等人[15]在100℃溫度下分別熱處理橙汁1，5，10，15，30，60，120，240，360，480，600 min，發(fā)現(xiàn)橙汁中類胡蘿卜素在熱處理100 min后降解緩慢，模擬體系中類胡蘿卜素會持續(xù)降解；黃酮類物質(zhì)中香蜂草苷在熱處理中無明顯改變，其余的物質(zhì)降解明顯，損失率為12.83%～48.50%；抗壞血酸損失率約為68.09%，導致橙汁褐變嚴重。Wibowo S等人[16]利用巴氏殺菌處理橙汁并在不同溫度（20，28，35，42℃）條件下貯藏32周，發(fā)現(xiàn)在較高的溫度延長貯藏時間橙汁褐變明顯，這可能與類胡蘿卜素的降解和異構(gòu)化有關(guān)，此外抗壞血酸的降解也有助于非酶褐變發(fā)生。Hirsch A R等人[17]在不同溫度（42，52，62，72，82，92℃）下對新鮮橙汁進行熱處理，發(fā)現(xiàn)處理溫度≥42℃時，除了Ortanique橙汁外其他橙汁的過氧化物酶（POD）活性低于新鮮橙汁的4.3%；溫度≤62℃時，果膠甲酯酶（PE）的熱耐受性是最高的，但在72℃下PE失活達到84%～90%。

此外，熱殺菌也影響橙汁感官品質(zhì)、風味物質(zhì)等。Lee H S等人[18]研究了瓦倫西亞橙汁熱巴氏殺菌（90℃，30 s）過程中類胡蘿卜素色素含量和果汁色澤的變化，發(fā)現(xiàn)熱殺菌后總胡蘿卜素色素含量損失顯著，對類胡蘿卜素色素含量的熱效應(yīng)特別是對紫黃質(zhì)（46.4%）和蒽黃素（24.8%）的熱效應(yīng)有明顯的影響，黃化素成為巴氏殺菌瓦倫西亞橙汁中主要的類胡蘿卜素，其次是玉米黃質(zhì)；柑橘汁巴氏殺菌后有明顯的顏色變化，使果汁色澤變淺，變得更加飽和。韓燕等人[19]對7個甜橙品種橙汁分別經(jīng)煮沸殺菌（96℃，1 min）、微波殺菌（900 W，30 s）、高溫殺菌（110℃，30 s）處理后的色澤變化進行研究，結(jié)果表明對橙汁色澤影響從大到小依次是煮沸殺菌、高溫殺菌、微波殺菌。橙汁中類胡蘿卜素和維C對色澤影響較大，因此通過改變二者含量也是抑制褐變的途徑之一。王珺等人[20]發(fā)現(xiàn)熱殺菌（100℃，5 min）處理酶解球果萜烯類和酮類含量分別增加12.13%和9.44%，醛類、醇類和酯類分別下降42.32%，13.54%和62.35%，新檢出α-水芹烯、α-蓽澄茄油烯、乙酸辛酯、D-香芹酮等風味物質(zhì)。蔣和體等人[21]綜合比較研究了熱殺菌（90℃，1 min）對橙汁品質(zhì)如色澤、營養(yǎng)物質(zhì)、香氣的影響，發(fā)現(xiàn)熱處理后的橙汁色澤、褐變指數(shù)變化呈現(xiàn)顯著性差異；維C損失率近4.85%，類胡蘿卜損失23.47%～28.62%，游離態(tài)氨基酸增加21.4%，醛類物質(zhì)無明顯變化；熱殺菌與鮮橙汁比較其他風味物質(zhì)減少45%。亦有研究表明不同的熱殺菌條件影響橙汁貨架期，Bull M K等人[22]研究橙汁微生物貨架期發(fā)現(xiàn)，巴氏殺菌（65℃，1 min）的橙汁貯藏在4℃時貨架期為4周；當溫度升高至10℃時，貨架期僅為14 d。

綜上可知，熱殺菌會明顯降低橙汁營養(yǎng)物質(zhì)、感官品質(zhì)、風味物質(zhì)和貨架期，引起橙汁品質(zhì)劣變。但熱殺菌效果好，目前仍是一種最為經(jīng)濟有效的殺菌方式。

2 非熱殺菌技術(shù)

2.1 非熱殺菌技術(shù)的特點

熱殺菌是用于果汁中微生物滅活最常用的手段，但高溫處理導致橙汁中營養(yǎng)物質(zhì)下降，口感風味劣變。近年來，非熱力殺菌技術(shù)的發(fā)展有效地彌補了熱殺菌的不足，通過常溫或低溫條件對果汁進行殺菌，不僅能夠達到商業(yè)無菌的效果，而且還能最大限度地保留食品原有的功能性營養(yǎng)成分。非熱殺菌已經(jīng)被證明是一種高效、安全的殺菌手法。同時，非熱殺菌可以避免熱殺菌所造成的果汁的蒸煮味，可以更好地保留果汁的色、香、味等風味品質(zhì)。但由于非熱殺菌的成本較高，且殺菌效果不及熱殺菌好，因此，目前還沒有成功地應(yīng)用于商業(yè)化殺菌橙汁。當前，研究最為廣泛的非熱殺菌方法有超高壓殺菌、高壓脈沖電場殺菌、超聲波殺菌等。

2.2 超高壓殺菌（UHP）

超高壓殺菌技術(shù)是將特殊包裝的食品放到液體介質(zhì)中，施加100～1 000 MPa的壓力并持續(xù)一定時間后，使食品達到商業(yè)無菌的目的。研究表明，果汁在400～600 MPa的超高壓下，幾乎所有的細菌、霉菌和酵母菌都能被殺死。因此，超高壓殺菌相對于熱殺菌能使果蔬汁的營養(yǎng)成分更多地保留，且具有誘人的色澤和更佳的口感，可延長果汁保藏期至6個月以上[23-25]。

已有研究[21]表明，在400 MPa保壓處理15 min橙汁，橙汁色澤、褐變指數(shù)變化不明顯；維C損失率約3.35%，類胡蘿卜損失23.47%～28.62%，游離態(tài)氨基酸增加16.8%；醛類增加3倍以上，對香氣成分保留較高。利用超高壓處理晚期伊予柑、柚子果汁的研究發(fā)現(xiàn)，450 MPa下處理10 min后菌落總數(shù)呈指數(shù)下降，可達到商業(yè)無菌的效果，但超高壓處理濃縮果汁殺菌效果差[26]。王珺等人[20]對酶解球果進行超高壓殺菌（400 MPa，10 min）后榨出的橙汁與未殺菌的對比，發(fā)現(xiàn)超高壓處理后萜烯類和酯類含量分別下降9.03%和65.87%，醛類、醇類和酮類分別增加5.70%，5.57%和109.22%，新檢出2,4-癸二烯醛、香葉醇、1-癸醇、諾卡酮等風味物質(zhì)，橙汁風味更為濃郁。采用超高壓技術(shù)能最大限度地保持橙汁原有的品質(zhì)，殺菌效果理想，但設(shè)備昂貴、殺菌成本較高。

2.3 超聲波殺菌

超聲波在食品工業(yè)中的應(yīng)用一直是研究的主流趨勢，已在食品分析（診斷超聲）和食品加工（功率超聲）領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。功率超聲已被公認為是替代或補充傳統(tǒng)熱處理在食品工業(yè)中的一種有前途的加工技術(shù)。當高功率超聲在液體中傳播時，由于壓力的變化而產(chǎn)生空化氣泡。這些微氣泡在傳播聲波的后續(xù)壓縮循環(huán)中劇烈地坍塌，導致局部高溫達到5 000 K，壓力高達50 000 KPa，高剪切效應(yīng)[27]。超聲波處理的機制主要是物理效應(yīng)（空化、機械效應(yīng)）或化學效應(yīng)（自由基如·OH，H+的聲化學反應(yīng)），已有的報道證明了超聲處理能使致病性和腐敗性微生物（大腸桿菌、李斯特菌）、酶（果膠甲基化酶、多酚氧化酶）失活。Valdramidis V P等人[28]確定了超聲振幅和溫度等外在參數(shù)對橙汁抗壞血酸（AA）和非酶褐變（NEB）質(zhì)量指數(shù)動力學的聯(lián)合效應(yīng)，發(fā)現(xiàn)不同超聲振幅的溫度對NEB和AA降解速率具有協(xié)同效應(yīng)；振幅對NEB速率具有拮抗效應(yīng)，因此超聲波對橙汁中的NEB比AA降解有更劇烈的效應(yīng)。GóMezlóPez V M等人[29]使用超聲波（20 kHz，500 W）對菌群失活的加鈣橙汁進行處理，發(fā)現(xiàn)超聲能有效延長貨架期，貯藏期間的抗壞血酸明顯下降，亮度增加，黃、綠值增加，但與未處理果汁相比，色澤、香氣和風味沒有顯著性差異。Valero M等人[30]用超聲（500 kHz，240 W，15 min）處理橙汁，發(fā)現(xiàn)其對橙汁中檸檬苦素和色澤幾乎沒有影響，但5℃和12℃分別貯藏14 d后發(fā)現(xiàn)有微生物的生長。因此，超聲波能較好地保持橙汁的品質(zhì)，但殺菌效果不及熱殺菌，未來可考慮將超聲波與其他非熱殺菌相結(jié)合，以延長橙汁的貨架期。

2.4 高壓脈沖電場殺菌（PEF）

PEF殺菌是一種基于高電場強度（5～55 kV/cm）的脈沖在毫秒范圍內(nèi)輸送到食品中的技術(shù)，可用于提供安全、穩(wěn)定的產(chǎn)品，如具有新鮮特性和高營養(yǎng)價值的果汁。PEF是一種連續(xù)處理技術(shù)，可用于對大腸桿菌和酵母等營養(yǎng)細胞的滅活。然而，由于缺乏對E.coli O157∶H7等致病微生物的報道，且PET對細菌芽孢的滅活作用不明顯，因此PEF可以作為果汁貯藏保鮮的有效手段[7]。

Cserhalmi Z等人[31]對不同類型的柑橘汁（柚子汁、檸檬汁、橙汁、橘子汁）進行PEF殺菌處理后發(fā)現(xiàn)，除了檸檬酸外其他酸的含量差異小于1%，維C損失量小于6%；糖度、黏度、導電率、非酶褐變和羥甲基糠醛沒有差異，色澤稍有差異，但對揮發(fā)性物質(zhì)影響較大。Rah T等人[32]用高壓（600 MPa，1 min，17℃）與高壓脈沖電場（23 kV/cm，2μs）處理橙汁，發(fā)現(xiàn)其有助于橙汁保鮮，等效于溫和的巴氏殺菌（72℃，20 s），橙汁品質(zhì)、風味俱佳。Plaza L等人[33]用HP（400 Pa，1 min，40℃）和PEF（35 kV/cm，750 ms）處理橙汁，并與低溫巴氏殺菌比較（LPT，70℃，30 s），發(fā)現(xiàn)PEF和LPT保持相似的類胡蘿卜素和黃烷酮水平，而HP的水平要比前兩者高；4℃冷藏期間三者也與上述結(jié)果相似。Agcam E等人[34]發(fā)現(xiàn)經(jīng)PEF處理的橙汁貯藏一段時間（4℃，180 d）后比巴氏殺菌橙汁（HP1：90℃，10 s；HP2：90℃，20 s）有更高的總酚含量，且類胡蘿卜素和酚酸含量更穩(wěn)定。Hartyáni P等[35]發(fā)現(xiàn)，用高壓脈沖（PEF，28 kV/cm，50μs）和高靜壓（HHP，600 MPa，10 min）分別處理柑橘汁后，除了總色差以外，其他的理化性質(zhì)，如pH值、維C、檸檬酸等沒有明顯差異，而HHP處理后的橙汁的香氣成分要比PEF處理后的要少。進一步的研究發(fā)現(xiàn)[36]高壓脈沖電場強度為17 kV/cm時處理1 034μs橙汁的維C含量達到最高（583.91 mg/L），且4℃貯藏180 d后沒有檢出羥甲基糠醛（HMF）。方婷等人[37]研究了PEF（12.5 kV/cm，17μs）和熱殺菌（90℃，15 s）處理對鮮橙汁品質(zhì)的影響，發(fā)現(xiàn)高壓脈沖可有效滅活微生物，但滅菌效果不及熱殺菌；同時PEF在維C保存和感官評價均優(yōu)于熱殺菌。PEF技術(shù)能實現(xiàn)液體食品殺菌的連續(xù)化操作，非常合適于橙汁殺菌，未來主要解決PEF工業(yè)化的問題。

2.5 其他非熱殺菌：紫外照射、膜過濾、輻照

紫外輻射是食品工業(yè)中表面微生物滅活的有效方法，紫外線波長以265～266 nm處的殺菌能力最強，會破壞微生物DNA并抑制細胞增殖，Noci F等人[8]報道，經(jīng)紫外輻射后的蘋果汁的總酚含量降低28%，遠低于熱處理后的48%。但由于紫外線的穿透能力差，因此與清水相比，紫外輻射只能在果汁表面穿透很短的深度。

膜過濾包括超濾（UF）和微量過濾（MF）2個部分，膜過濾的效果取決于膜的類型、孔徑、跨膜壓力、膜面積和果汁特征等因素。它們可以把大分子物質(zhì)，如蛋白質(zhì)、酯類、微生物阻隔在外面；而使小分子物質(zhì)，如維他命、膠體、糖和水通過微孔，從而減少細菌的數(shù)量，因此膜過濾被稱為“冷殺菌”，相對于熱殺菌膜過濾可以更好地保存香味成分[7]。

輻照是一種安全高效的殺菌方式，它是運用Co γ射線照射食品，從而引起食品中微生物發(fā)生理化反應(yīng)，破壞或抑制其生長，以達到殺菌消毒的效果。鄒立強等人[38]采用不同的輻照劑量對臍橙汁殺菌，發(fā)現(xiàn)臍橙汁pH值和可溶性固形物含量基本沒有變化，總酸和總糖含量略有降低，但高輻照劑量造成維C損失嚴重，經(jīng)10 kGy處理后損失達到61.2%。因此輻照處理比其他處理方式相比更不利于維C的保留，可考慮將輻照與其他處理相結(jié)合的方式以達到更好的殺菌效果。

3 結(jié)語

熱殺菌是一種傳統(tǒng)柑橘汁殺菌方式，但會引起柑橘汁中營養(yǎng)物質(zhì)，如類胡蘿卜素、酚類物質(zhì)、維C等的降解和其他理化組分的改變。而非熱殺菌技術(shù)，如高壓脈沖電場殺菌、超聲波殺菌、超高壓殺菌和膜過濾都是非常有前景的果汁保存技術(shù)，但是與熱殺菌相比，其較低的殺菌效果和較高的成本將阻礙非熱殺菌的工業(yè)化發(fā)展。未來需要在精簡非熱殺菌設(shè)備和提高殺菌效率方面開展深入的研究，降低殺菌成本，或考慮聯(lián)合不同殺菌方式，通過優(yōu)化加工工藝和技術(shù)參數(shù)以達到理想的殺菌效果。