超高壓技術在果品加工中的應用研究進展

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.天津科技大學食品科學與工程學院，天津 300457）

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

由于熱加工會顯著降低果品的營養、感官價值，對果品中風味物質產生不利影響，超高壓技術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成分和生物活性成分等特點，而受到人們的極大關注[2]。超高壓技術作為一種非熱加工技術，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期[3]，基本不會導致化合物的共價鍵被破壞，因此食品中風味物質、維生素、色素等不會發生顯著變化，有助于保持食品的品質、色澤和營養價值[4]。此外，超高壓技術還具有以下特點：1）操作簡單便利，處理時間短；2）技術節能，極少產生污染；3）能夠保留食品的色澤、味道、營養物質等；4）通過組織變形，能夠獲得新的物性食品。為了更好地開發和應用超高壓技術，促進水果加工業的發展，本文對近年來超高壓技術在果品加工中的國內外研究進展進行綜述，并指明現存的問題以及未來發展的方向，以期為超高壓技術的研究與應用奠定理論基礎和技術支撐。

1 果品加工中超高壓技術原理

以液體或氣體作為介質，將放入果品的密閉容器加壓至一定的壓力（100～1 000 MPa），并使其保壓適當的時間，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期，或達到改善果品品質的技術稱之為“超高壓技術”（ultra-high pressure，UHP）[5]。該技術可分為3 類，即超高靜壓技術、超高壓水射流技術和動態超高壓技術。超高壓處理果品的效果不受高壓設備的大小、包裝形式、體積大小等因素的影響。這是因為超高壓處理果品主要遵循帕斯卡原理，即超高壓產生的壓力能以相同的數值沿各個方向傳遞到流體中的所有流體質點，使得整個果品受壓均勻，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，這是因為超高壓能夠破壞果品中非共價鍵（如氧鍵、離子鍵和疏水鍵等）或形成新的非共價鍵，從而導致果品中的酶失活、蛋白質變性、微生物菌體破壞。超高壓加工果品過程中，反應平衡朝著減小系統外加作用力影響的方向移動，這表示反應朝著體積減小的方向移動，包括化學反應平衡以及分子構象的可能變化。

2 果品加工中超高壓技術應用研究

國內外基于超高壓技術加工果品進行了不少研究，表1 總結了近幾年國內外有關研究情況。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等特性的影響，研究結果有利于揭示超高壓技術對不同果品特性的影響規律。

表1 近幾年國內外應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的影響

隨著消費升級，健康、安全、營養的產品是食品產業發展的主要趨勢，備受消費者的追捧。超高壓殺菌技術能更好地保持食品原有的營養成分、口感、色澤，并延長貨架期，從而滿足社會對現代食品的需求，較好地避免了傳統熱處理由于溫度過高對食品品質的顯著負面影響。但是，超高壓對果品的處理效果取決于保壓壓力、保壓時間以及循環處理次數等多種因素，探究這些因素的影響規律，揭示超高壓技術對果品感官品質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、最直觀的感官品質之一。對食品工業來說，食品的色澤是一個非常重要的屬性，因為色澤是判斷果品品質好壞的重要因素，并且決定了消費者購買的欲望。超高壓處理會使果品的顏色產生變化，并與超高壓大小有關。張珍珍等[11]研究發現，隨著超高壓壓力的升高，芒果果漿總色差（△E，一般認為當△E≥2 時，表示色澤顯著變化，當△E＜2 時，表示色澤無明顯變化）不斷增加，當壓力大于300 MPa時，△E≥2。這可能是由于超高壓壓力過大破壞了植物的細胞和組織結構，從而導致其中的色素釋放，另一個重要原因是壓力促使了酶促褐變，導致芒果果漿色澤增加。吳思宇等[15]研究發現，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行殺菌后，發現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。

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超高壓處理對果品口感、色澤、香味、狀態等感官品質的影響。超高壓處理果品時，只作用于果品中的非共價鍵，而不影響共價鍵，因此能夠很好地保持產品的口感、風味、香味等[24]。此外，一些研究發現超高壓處理能提高果品的感官品質。張珍珍等[11]研究發現，超高壓處理對芒果泥的感官品質影響不顯著，較低的壓力（200～500 MPa）處理會略微提升芒果泥的感官品質，但是當壓力增加到600 MPa 時，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。吳思宇等[15]研究結果表明，超高壓處理能夠很好保持果醬的感官品質。Xu等[20]使用超高壓（550 MPa、5 min、室溫）處理混合果汁后發現，超高壓處理的混合果汁有很好的色澤、味道和外觀，專業人員不能區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構的影響

果品的質構直接影響著口腔行為、感官愉悅以及消費者對其喜愛程度[25]。超高壓技術能通過改變食品中的生物大分子結構如干擾果品中的細胞通透性，從而使細胞內的水和代謝物產生運動，進而導致果品質構的變化[26]。超高壓處理能影響薄壁細胞的組織，導致植物細胞分解，細胞間隙不再充滿氣體，而出現空腔，因此超高壓處理的果品普遍變軟[27]。Gopal 等[28]研究發現，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行處理，發現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一步下降或逐漸恢復。此外，還發現不同的水果對壓力的敏感性不同，在100 MPa 時，梨對壓力的敏感性最強，其次是蘋果、菠蘿和橙子，而在200 MPa 的壓力時，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構的變化，發現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。這是因為超高壓處理會促使果品發生酶促和非酶促反應，導致其質構特性發生改變[29]。一些研究證實食品質構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膩絲滑[27]，這表明盡管超高壓處理改變了果品的質構特性，但是在一定程度上提高了果品的感官品質。

4 超高壓處理對果品理化性質的影響

4.1 超高壓處理對果品pH 值的影響

pH 值對果品的品質、口感等具有重要影響，是評價果品品質和商品價值的重要指標之一。經超高壓處理的果品，其pH 值通常不會受到顯著影響。如經超高壓處理后，臍橙醬、蜜橘醬pH 值沒有顯著變化[15]。Lou 等[19]發現，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合果蔬汁進行處理，發現復合果蔬汁的pH 值也未發生顯著變化。然而，張珍珍等[11]發現，芒果泥的pH 值隨著超高壓壓力的增加呈現下降的趨勢，當壓力超過400 MPa 時，不同壓力處理后的芒果泥pH 值差異性較為顯著。這是因為壓力會導致芒果泥中水分子的電離，從而增加了其氫離子的濃度，進而導致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。

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之一。研究發現，經超高壓處理后，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，不同的超高壓處理條件，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成分的影響

果品中含有維生素、膳食纖維、礦物質等營養成分。崔燕等[17]使用超高壓處理水蜜桃果汁后，發現果汁中的維生素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]發現，超高壓處理后櫻桃汁維生素C 保留率達95.9%，而高溫短時處理櫻桃汁維生素C 僅保留45.3%。劉一璇等[9]也發現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的影響，結果發現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]研究發現，超高壓處理也不會顯著影響百香果汁中的蛋白質含量。

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重要來源。花青素是一組酚類化合物，具有促進健康的特性，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、檸檬復合果汁，發現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，發現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入草莓汁，從而促進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]發現，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]發現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]發現，500 MPa 的超高壓處理苦筍復合果汁飲料5 min，總酚含量顯著降低8%，而熱處理使其降低了19%，這是因為超高壓只作用于食品分子的非共價鍵，而高溫處理則造成了酚類物質降解。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]發現，不同超高壓處理條件均未對復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、處理時間、酶的種類以及處理果品的體系等。劉一璇等[9]研究發現，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，處理時間增加到10 min后，過氧化物酶的活性會增加，可能是因為壓力促使細胞壁上結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 的超高壓處理復合蘋果泥后多酚氧化酶分別降低至64.54%、56.70%，超高壓對復合蘋果泥的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。

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、多糖、脂質、核酸等生物大分子的非共價鍵，使微生物細胞形態發生改變，抑制酶的活性和DNA 等遺傳物質的復制等，從而使微生物細胞內生理功能紊亂、喪失，達到殺滅微生物的目的。超高壓對果品的殺菌效果受保壓時間、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。研究發現，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、霉菌數、大腸菌群），在儲存期間（15 d）達到了國家標準要求。馮若怡等[8]通過不同的超高壓處理條件，對復合蘋果泥進行超高壓處理后，發現超高壓處理能有效殺滅復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）、保壓時間（2、6、10、14、18 min）以及低高壓時間比（5∶1、2∶1、1∶1、1∶2、1∶5）和協同溫度（25～45 ℃）對復合飲料中微生物的影響。研究發現，隨著壓力的升高以及處理時間延長，復合飲料中的菌落總數呈現下降的趨勢，低高壓壓力組合以及時間比等因素會對殺菌效果產生影響。因此，在利用超高壓對果品殺菌時，應綜合考慮微生物特性、果品特性和處理工藝參數之間的相互影響，優化出最佳組合處理參數，從而得到更好的殺菌效果[35]。

9 存在的問題及發展方向

超高壓技術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、感官品質以及營養物質成分影響較小，能夠最大程度保持果品的原始風味。超高壓技術的使用和開發存在的主要問題是超高壓設備投資和運行成本較高和產能較低，間歇式超高壓處理方式使加工效率大大降低；超高壓技術效果受保壓時間、壓力、循環次數以及果品中酶、熱、氧氣等多種因素影響，對超高壓技術的精準調控產生負面影響；超高壓對一些果品品質及其微生物和酶的影響規律及機理尚不清晰。因此，在果品加工領域，超高壓技術研究和發展方向如下：1）超高壓對果品品質、營養成分、微生物和酶的影響規律與機理，以及不同微生物對超高壓的耐受性及機理研究；2）超高壓加工過程中果品組分的互作機制研究；3）超高壓組合技術研究與應用，如超高壓與超聲波、二氧化碳、氮氣、紫外線等組合技術的研究與應用；4）智能化、自動化和信息化技術在超高壓技術裝備上研究與應用以及大規模工業化超高壓裝備開發。通過對超高壓技術及設備的深入研究，促進超高壓技術、水果加工業及相關產業的發展。