超高壓技術(shù)在果品加工中的應(yīng)用研究進(jìn)展

胡愛軍，王威，于作昌，王璽章，于敏燕

（1.山東魯海食品有限公司，山東萊陽 265224；2.天津科技大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，天津 300457）

我國果品產(chǎn)量豐富，已成為果品第一生產(chǎn)和消費(fèi)大國，但果品不易保存，容易腐敗變質(zhì)，每年都有大量的果品因腐敗變質(zhì)而被丟棄，造成了很大的經(jīng)濟(jì)損失和資源的浪費(fèi)。因此，為了提高果品的價(jià)值，減少資源的浪費(fèi)，果品被加工成各種產(chǎn)品，如罐頭、果汁、果醬、果酒等。在果品加工過程中，通常需要?dú)⒕匝娱L產(chǎn)品的保質(zhì)期，其中熱殺菌是使用最廣泛的殺菌技術(shù)。但是，采用熱殺菌在對果品進(jìn)行殺菌的過程中，對果品中維生素、酚類、花青素和類胡蘿卜素等活性物質(zhì)以及質(zhì)構(gòu)和風(fēng)味等會產(chǎn)生極大的破壞，從而影響產(chǎn)品的質(zhì)量[1]。另外，為了延長產(chǎn)品保質(zhì)期，添加防腐劑也是常用的方法。隨著人們生活水平的提高，人們對食品的營養(yǎng)和健康需求提出了更高的要求，營養(yǎng)、安全、不添加任何防腐劑的水果制品更易受到消費(fèi)者的追捧。

由于熱加工會顯著降低果品的營養(yǎng)、感官價(jià)值，對果品中風(fēng)味物質(zhì)產(chǎn)生不利影響，超高壓技術(shù)因具有較低的加工溫度以及能最大程度地保留果品的營養(yǎng)成分和生物活性成分等特點(diǎn)，而受到人們的極大關(guān)注[2]。超高壓技術(shù)作為一種非熱加工技術(shù)，不僅可殺滅食品中的病原微生物，而且也能鈍化酶的活性以延長保質(zhì)期[3]，基本不會導(dǎo)致化合物的共價(jià)鍵被破壞，因此食品中風(fēng)味物質(zhì)、維生素、色素等不會發(fā)生顯著變化，有助于保持食品的品質(zhì)、色澤和營養(yǎng)價(jià)值[4]。此外，超高壓技術(shù)還具有以下特點(diǎn)：1）操作簡單便利，處理時(shí)間短；2）技術(shù)節(jié)能，極少產(chǎn)生污染；3）能夠保留食品的色澤、味道、營養(yǎng)物質(zhì)等；4）通過組織變形，能夠獲得新的物性食品。為了更好地開發(fā)和應(yīng)用超高壓技術(shù)，促進(jìn)水果加工業(yè)的發(fā)展，本文對近年來超高壓技術(shù)在果品加工中的國內(nèi)外研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，并指明現(xiàn)存的問題以及未來發(fā)展的方向，以期為超高壓技術(shù)的研究與應(yīng)用奠定理論基礎(chǔ)和技術(shù)支撐。

1 果品加工中超高壓技術(shù)原理

以液體或氣體作為介質(zhì)，將放入果品的密閉容器加壓至一定的壓力（100～1 000 MPa），并使其保壓適當(dāng)?shù)臅r(shí)間，從而殺滅食品中微生物，抑制或鈍化酶的活性以延長其保質(zhì)期，或達(dá)到改善果品品質(zhì)的技術(shù)稱之為“超高壓技術(shù)”（ultra-high pressure，UHP）[5]。該技術(shù)可分為3 類，即超高靜壓技術(shù)、超高壓水射流技術(shù)和動態(tài)超高壓技術(shù)。超高壓處理果品的效果不受高壓設(shè)備的大小、包裝形式、體積大小等因素的影響。這是因?yàn)槌邏禾幚砉分饕裱了箍ㄔ恚闯邏寒a(chǎn)生的壓力能以相同的數(shù)值沿各個(gè)方向傳遞到流體中的所有流體質(zhì)點(diǎn)，使得整個(gè)果品受壓均勻，并且壓力傳遞速度極快，無壓力梯度[6]。超高壓能夠滅菌和改善果品品質(zhì)，這是因?yàn)槌邏耗軌蚱茐墓分蟹枪矁r(jià)鍵（如氧鍵、離子鍵和疏水鍵等）或形成新的非共價(jià)鍵，從而導(dǎo)致果品中的酶失活、蛋白質(zhì)變性、微生物菌體破壞。超高壓加工果品過程中，反應(yīng)平衡朝著減小系統(tǒng)外加作用力影響的方向移動，這表示反應(yīng)朝著體積減小的方向移動，包括化學(xué)反應(yīng)平衡以及分子構(gòu)象的可能變化。

2 果品加工中超高壓技術(shù)應(yīng)用研究

國內(nèi)外基于超高壓技術(shù)加工果品進(jìn)行了不少研究，表1 總結(jié)了近幾年國內(nèi)外有關(guān)研究情況。這些研究大多集中于超高壓處理后對不同果品微生物、可溶性固形物、酶活性以及感官品質(zhì)等特性的影響，研究結(jié)果有利于揭示超高壓技術(shù)對不同果品特性的影響規(guī)律。

表1 近幾年國內(nèi)外應(yīng)用超高壓加工果品的研究Table 1 Domestic and international studies on the applications of UHP for fruit processing in recent years

3 超高壓處理對果品感官品質(zhì)的影響

隨著消費(fèi)升級，健康、安全、營養(yǎng)的產(chǎn)品是食品產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要趨勢，備受消費(fèi)者的追捧。超高壓殺菌技術(shù)能更好地保持食品原有的營養(yǎng)成分、口感、色澤，并延長貨架期，從而滿足社會對現(xiàn)代食品的需求，較好地避免了傳統(tǒng)熱處理由于溫度過高對食品品質(zhì)的顯著負(fù)面影響。但是，超高壓對果品的處理效果取決于保壓壓力、保壓時(shí)間以及循環(huán)處理次數(shù)等多種因素，探究這些因素的影響規(guī)律，揭示超高壓技術(shù)對果品感官品質(zhì)的影響無疑具有重要意義。

3.1 超高壓處理對果品色澤的影響

食品的色澤是最明顯、最直觀的感官品質(zhì)之一。對食品工業(yè)來說，食品的色澤是一個(gè)非常重要的屬性，因?yàn)樯珴墒桥袛喙菲焚|(zhì)好壞的重要因素，并且決定了消費(fèi)者購買的欲望。超高壓處理會使果品的顏色產(chǎn)生變化，并與超高壓大小有關(guān)。張珍珍等[11]研究發(fā)現(xiàn)，隨著超高壓壓力的升高，芒果果漿總色差（△E，一般認(rèn)為當(dāng)△E≥2 時(shí)，表示色澤顯著變化，當(dāng)△E＜2 時(shí)，表示色澤無明顯變化）不斷增加，當(dāng)壓力大于300 MPa時(shí)，△E≥2。這可能是由于超高壓壓力過大破壞了植物的細(xì)胞和組織結(jié)構(gòu)，從而導(dǎo)致其中的色素釋放，另一個(gè)重要原因是壓力促使了酶促褐變，導(dǎo)致芒果果漿色澤增加。吳思宇等[15]研究發(fā)現(xiàn)，500 MPa 超高壓處理10 min 能顯著增加臍橙醬和蜜橘醬的L*、a*、b*值，但超高壓處理的臍橙醬、蜜橘醬的△E值分別為1.70、1.40，均小于2，而熱處理后臍橙醬、蜜橘醬的顏色發(fā)生顯著變化，黃色程度加深，△E值均大于2。這表明相較熱處理，超高壓處理能更好地保持臍橙醬和蜜橘醬的色澤。李興武等[23]采用超高壓對脆紅李低糖果醬進(jìn)行殺菌后，發(fā)現(xiàn)脆紅李低糖果醬的色澤變化影響不顯著。以上研究表明，超高壓處理會增加果品的色澤，果品色澤的增加程度與超高壓壓力、果品的種類等因素有關(guān)。

3.2 超高壓處理對果品感官評分的影響

很多研究采用感官評分的方式評價(jià)超高壓處理對果品口感、色澤、香味、狀態(tài)等感官品質(zhì)的影響。超高壓處理果品時(shí)，只作用于果品中的非共價(jià)鍵，而不影響共價(jià)鍵，因此能夠很好地保持產(chǎn)品的口感、風(fēng)味、香味等[24]。此外，一些研究發(fā)現(xiàn)超高壓處理能提高果品的感官品質(zhì)。張珍珍等[11]研究發(fā)現(xiàn)，超高壓處理對芒果泥的感官品質(zhì)影響不顯著，較低的壓力（200～500 MPa）處理會略微提升芒果泥的感官品質(zhì)，但是當(dāng)壓力增加到600 MPa 時(shí)，芒果泥的香氣評分值降低，過高的壓力會降低芒果泥的感官品質(zhì)。吳思宇等[15]研究結(jié)果表明，超高壓處理能夠很好保持果醬的感官品質(zhì)。Xu等[20]使用超高壓（550 MPa、5 min、室溫）處理混合果汁后發(fā)現(xiàn)，超高壓處理的混合果汁有很好的色澤、味道和外觀，專業(yè)人員不能區(qū)分未處理和超高壓處理的混合果汁。

3.3 超高壓處理對果品質(zhì)構(gòu)的影響

果品的質(zhì)構(gòu)直接影響著口腔行為、感官愉悅以及消費(fèi)者對其喜愛程度[25]。超高壓技術(shù)能通過改變食品中的生物大分子結(jié)構(gòu)如干擾果品中的細(xì)胞通透性，從而使細(xì)胞內(nèi)的水和代謝物產(chǎn)生運(yùn)動，進(jìn)而導(dǎo)致果品質(zhì)構(gòu)的變化[26]。超高壓處理能影響薄壁細(xì)胞的組織，導(dǎo)致植物細(xì)胞分解，細(xì)胞間隙不再充滿氣體，而出現(xiàn)空腔，因此超高壓處理的果品普遍變軟[27]。Gopal 等[28]研究發(fā)現(xiàn)，在不同超高壓條件（100～400 MPa、5～60 min、室溫）下，對蘋果、梨、橙子、菠蘿、胡蘿卜等不同水果進(jìn)行處理，發(fā)現(xiàn)在超高壓處理的過程中，果品的硬度迅速下降。在保壓期（100、200 MPa，30～60 min）間，處理后的梨、橙、菠蘿、胡蘿卜等水果的硬度進(jìn)一步下降或逐漸恢復(fù)。此外，還發(fā)現(xiàn)不同的水果對壓力的敏感性不同，在100 MPa 時(shí)，梨對壓力的敏感性最強(qiáng)，其次是蘋果、菠蘿和橙子，而在200 MPa 的壓力時(shí)，蘋果比梨更對壓力敏感。吳思宇等[15]研究了超高壓（500 MPa、10 min）處理對臍橙醬和蜜橘醬質(zhì)構(gòu)的變化，發(fā)現(xiàn)超高壓處理可以顯著降低果醬的硬度、黏性、膠著度以及咀嚼度。這是因?yàn)槌邏禾幚頃偈构钒l(fā)生酶促和非酶促反應(yīng)，導(dǎo)致其質(zhì)構(gòu)特性發(fā)生改變[29]。一些研究證實(shí)食品質(zhì)構(gòu)能反映食品感官的特性，較低的硬度和黏性食品，在食用的過程中口感更細(xì)膩絲滑[27]，這表明盡管超高壓處理改變了果品的質(zhì)構(gòu)特性，但是在一定程度上提高了果品的感官品質(zhì)。

4 超高壓處理對果品理化性質(zhì)的影響

4.1 超高壓處理對果品pH 值的影響

pH 值對果品的品質(zhì)、口感等具有重要影響，是評價(jià)果品品質(zhì)和商品價(jià)值的重要指標(biāo)之一。經(jīng)超高壓處理的果品，其pH 值通常不會受到顯著影響。如經(jīng)超高壓處理后，臍橙醬、蜜橘醬pH 值沒有顯著變化[15]。Lou 等[19]發(fā)現(xiàn)，被超高壓（300、600 MPa，2、6 min）處理的山楂漿果汁，在儲藏期間的pH 值無顯著變化。此外，宋永程等[14]采用超高壓對苦筍復(fù)合果蔬汁進(jìn)行處理，發(fā)現(xiàn)復(fù)合果蔬汁的pH 值也未發(fā)生顯著變化。然而，張珍珍等[11]發(fā)現(xiàn)，芒果泥的pH 值隨著超高壓壓力的增加呈現(xiàn)下降的趨勢，當(dāng)壓力超過400 MPa 時(shí)，不同壓力處理后的芒果泥pH 值差異性較為顯著。這是因?yàn)閴毫?dǎo)致芒果泥中水分子的電離，從而增加了其氫離子的濃度，進(jìn)而導(dǎo)致pH 值的變化。這說明超高壓對果品pH 值的影響受到壓力大小的影響，并且與水果制品的種類有關(guān)。

4.2 超高壓處理對果品中可溶性固形物含量的影響

可溶性固形物含量是果品的重要指標(biāo)之一。研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)超高壓處理后，果品制品的可溶性含量無顯著變化。超高壓處理對果品可溶性固形物含量的影響如表2所示。

表2 超高壓處理對果品可溶性固形物含量的影響Table 2 Effect of UHP treatment on the soluble solid content of fruit products

由表2 可知，不同的超高壓處理?xiàng)l件，均未顯著改變混合果品中可溶性固形物含量。

5 超高壓處理對果品營養(yǎng)成分的影響

果品中含有維生素、膳食纖維、礦物質(zhì)等營養(yǎng)成分。崔燕等[17]使用超高壓處理水蜜桃果汁后，發(fā)現(xiàn)果汁中的維生素C 含量下降，這可能是由于高壓將外界氧氣壓入果汁中，提高了維生素C 與氧的接觸概率，從而加速了維生素C 的氧化[30]。彭思嘉等[31]發(fā)現(xiàn)，超高壓處理后櫻桃汁維生素C 保留率達(dá)95.9%，而高溫短時(shí)處理櫻桃汁維生素C 僅保留45.3%。劉一璇等[9]也發(fā)現(xiàn)了超高壓處理組中果品維生素C 含量無顯著變化，因此可認(rèn)為超高壓處理能較好保留果品中維生素C 含量。超高壓處理能降低果品中葉酸含量，但與熱處理相比，超高壓處理能較好地保留復(fù)合蘋果泥中的葉酸。此外，超高壓處理也能較好地保留果品中的果膠含量。彭思嘉等[31]研究了超高壓處理對櫻桃汁品質(zhì)的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)超高壓處理對櫻桃汁中的果膠含量無顯著影響。冉露霞等[32]研究發(fā)現(xiàn)，超高壓處理也不會顯著影響百香果汁中的蛋白質(zhì)含量。

6 超高壓處理對果品中生物活性化合物的影響

果品中富含有花青素、黃酮、類胡蘿卜素等多種生物活性化合物，是人體所需的生物活性物質(zhì)重要來源。花青素是一組酚類化合物，具有促進(jìn)健康的特性，并影響果品的感官。熱處理會顯著減少果品中花青素的含量，但是超高壓處理對果品花青素含量的影響不顯著[17]。Feng 等[33]在500 MPa、15 min 的條件下處理草莓、蘋果、檸檬復(fù)合果汁，發(fā)現(xiàn)花青素含量無明顯變化。蒲瑩等[10]研究了不同超高壓壓力（300、400、500 MPa/10 min）處理對黑果枸杞汁花青素的影響，發(fā)現(xiàn)超高壓處理的黑果枸杞汁中的花青素與未處理的相比無顯著差異。還有研究表明，經(jīng)超高壓處理的渾濁草莓汁花青素含量減少，可能是由于超高壓使較高濃度的氧氣進(jìn)入草莓汁，從而促進(jìn)了花青素的降解而引起的[28]。此外，超高壓處理能較好地保留果品中總酚。蒲瑩等[10]發(fā)現(xiàn)，不同超高壓處理后的黑果枸杞汁的總酚含量均未顯著變化。Wu 等[18]發(fā)現(xiàn)超高壓處理未顯著改變菠蘿果汁中的總酚含量。然而，宋永程等[14]發(fā)現(xiàn)，500 MPa 的超高壓處理苦筍復(fù)合果汁飲料5 min，總酚含量顯著降低8%，而熱處理使其降低了19%，這是因?yàn)槌邏褐蛔饔糜谑称贩肿拥姆枪矁r(jià)鍵，而高溫處理則造成了酚類物質(zhì)降解。超高壓處理還能較好保留果品中胡蘿卜素、膳食纖維，例如，馮若怡等[8]發(fā)現(xiàn)，不同超高壓處理?xiàng)l件均未對復(fù)合蘋果泥中的總類胡蘿卜素和β-胡蘿卜素以及膳食纖維產(chǎn)生顯著性影響。

7 超高壓處理對果品中酶活力的影響

超高壓處理會鈍化果品中酶的活性，鈍化效果受很多因素的影響，主要因素包括超高壓壓力、處理時(shí)間、酶的種類以及處理果品的體系等。劉一璇等[9]研究發(fā)現(xiàn)，400～500 MPa 超高壓處理1～10 min 后果泥中多酚氧化酶（polyphenol oxidase，PPO）和過氧化物酶（peroxidase，POD）的殘存量分別為75%～85%和65%～95%，且不同超高壓壓力下的PPO 殘存酶活性無明顯變化；在500 MPa 的壓力下，處理時(shí)間增加到10 min后，過氧化物酶的活性會增加，可能是因?yàn)閴毫Υ偈辜?xì)胞壁上結(jié)合的多酚氧化酶游離出來[34]。馮若怡等[8]研究表明，在400 MPa、2 min 和500 MPa、2 min 的超高壓處理復(fù)合蘋果泥后多酚氧化酶分別降低至64.54%、56.70%，超高壓對復(fù)合蘋果泥的PPO 鈍化效果與超高壓壓力成正比，但果膠甲酯酶的酶活性仍然很高，這表明超高壓處理對果品中酶活性的影響與處理壓力、果品和酶的種類有關(guān)。

8 超高壓處理對果品中微生物的影響

超高壓能夠破壞微生物的蛋白質(zhì)、多糖、脂質(zhì)、核酸等生物大分子的非共價(jià)鍵，使微生物細(xì)胞形態(tài)發(fā)生改變，抑制酶的活性和DNA 等遺傳物質(zhì)的復(fù)制等，從而使微生物細(xì)胞內(nèi)生理功能紊亂、喪失，達(dá)到殺滅微生物的目的。超高壓對果品的殺菌效果受保壓時(shí)間、超高壓壓力以及微生物種類、pH 值、溫度等因素的影響。李興武等[23]研究了在30 ℃條件下，不同超高壓壓力下（450、550、650 MPa）保壓10 min，對脆紅李低糖果醬中微生物的影響。研究發(fā)現(xiàn)，在30 ℃、550 MPa 的超高壓壓力下保壓10 min，脆紅李低糖果醬中的微生物（菌落總數(shù)、霉菌數(shù)、大腸菌群），在儲存期間（15 d）達(dá)到了國家標(biāo)準(zhǔn)要求。馮若怡等[8]通過不同的超高壓處理?xiàng)l件，對復(fù)合蘋果泥進(jìn)行超高壓處理后，發(fā)現(xiàn)超高壓處理能有效殺滅復(fù)合蘋果泥中的微生物（霉菌、酵母菌）。唐美玲等[7]研究了不同低高壓組合（100 MPa/400 MPa、200 MPa/400 MPa、200 MPa/500 MPa、300 MPa/500 MPa、300 MPa/600 MPa）、保壓時(shí)間（2、6、10、14、18 min）以及低高壓時(shí)間比（5∶1、2∶1、1∶1、1∶2、1∶5）和協(xié)同溫度（25～45 ℃）對復(fù)合飲料中微生物的影響。研究發(fā)現(xiàn)，隨著壓力的升高以及處理時(shí)間延長，復(fù)合飲料中的菌落總數(shù)呈現(xiàn)下降的趨勢，低高壓壓力組合以及時(shí)間比等因素會對殺菌效果產(chǎn)生影響。因此，在利用超高壓對果品殺菌時(shí)，應(yīng)綜合考慮微生物特性、果品特性和處理工藝參數(shù)之間的相互影響，優(yōu)化出最佳組合處理參數(shù)，從而得到更好的殺菌效果[35]。

9 存在的問題及發(fā)展方向

超高壓技術(shù)不僅能夠殺滅果品中的微生物、鈍化果品中的酶活性，而且對果品中的理化指標(biāo)、感官品質(zhì)以及營養(yǎng)物質(zhì)成分影響較小，能夠最大程度保持果品的原始風(fēng)味。超高壓技術(shù)的使用和開發(fā)存在的主要問題是超高壓設(shè)備投資和運(yùn)行成本較高和產(chǎn)能較低，間歇式超高壓處理方式使加工效率大大降低；超高壓技術(shù)效果受保壓時(shí)間、壓力、循環(huán)次數(shù)以及果品中酶、熱、氧氣等多種因素影響，對超高壓技術(shù)的精準(zhǔn)調(diào)控產(chǎn)生負(fù)面影響；超高壓對一些果品品質(zhì)及其微生物和酶的影響規(guī)律及機(jī)理尚不清晰。因此，在果品加工領(lǐng)域，超高壓技術(shù)研究和發(fā)展方向如下：1）超高壓對果品品質(zhì)、營養(yǎng)成分、微生物和酶的影響規(guī)律與機(jī)理，以及不同微生物對超高壓的耐受性及機(jī)理研究；2）超高壓加工過程中果品組分的互作機(jī)制研究；3）超高壓組合技術(shù)研究與應(yīng)用，如超高壓與超聲波、二氧化碳、氮?dú)?、紫外線等組合技術(shù)的研究與應(yīng)用；4）智能化、自動化和信息化技術(shù)在超高壓技術(shù)裝備上研究與應(yīng)用以及大規(guī)模工業(yè)化超高壓裝備開發(fā)。通過對超高壓技術(shù)及設(shè)備的深入研究，促進(jìn)超高壓技術(shù)、水果加工業(yè)及相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。