超高压灭菌技术在果蔬饮料中的应用

超高压灭菌技术在果蔬饮料中的应用2011808079 何娜摘要：超高压技术是一种非热杀菌技术。

本文综述了近年超高压技术应用与果汁生产的研究结果，包括超高压灭菌原理以及对果蔬汁饮料色泽，营养物质及饮料稳定性流变性的影响。

并且探讨了超高压灭菌技术的应用前景。

关键词：超高压灭菌；果蔬汁；品质Application of ultra- high- pressure to fruit and vegetable JuicesprocessingHENAAbstract:Ultra-high pressure processing(UHP) is a kind of new non-thermal technology. The findings of researches on the application of ultra- high- pressure (UHP) to fruit and vegetable juices processing in recent years are reviewed, including the qualities of color, nutrition and rheological properties, and discussed the trend for the development of this area.Key words:ultra-high pressure, fruit and vegetable juices, quality超高压技术（ultra high pressure，HUP）是世界食品加工业的一项高新技术。

超高压能膊淮食品高分子的氢键、离子键、盐键，对共价键影响很小。

一般指在100MPa以上的压力在常温或较低温度下对食品物料进行处理，达到灭菌、改变酶活等。

为了复合现代食品“天然、营养、卫生、安全”对的发展方向，为了避免果蔬饮料生产工艺中对营养成分的破坏，近年来，人们希望食品加工过程中能保持原有的新鲜度，因此推动了超高压技术的不断发展。

1超高压灭菌原理食品超高压杀菌[1]，是讲食品物料密封于弹性材料或置于无菌压力系统中，在100MPa~1000MPa压力下作用一段时间后，使之达到无菌要求。

高压导致微生物的形态结构，生物化学反应、基因机制及细胞壁膜发生多方面的变化，从而影响微生物原有的生理活动机能。

1.1破坏细胞膜通透性超高压处理可破坏细胞膜结构，导致细胞膜通透性发生变化，进而使得细胞质流失，导致微生物死亡[2-3]。

超高压处理(345MPa、5min、5℃)可以改变肠膜明串珠菌(L.mesenteroides)细胞壁结构以及细胞膜的通透性，从而降低细胞膜两侧的电位梯度，导致细菌无法合成ATP，进而激活细胞内的自溶酶使细胞壁发生降解[4]。

Gaenzle等[5]利用荧光染色技术对超高压引起的大肠杆菌膜破裂现像进行了研究，发现可逆的细胞膜破损发生的速度较快，与压力大小关系密切，而不可逆的膜损伤则与处理时间长短有关。

1.2 破坏细胞膜结合蛋白Ritz 等[6]研究了鼠伤寒沙门氏菌(S.typhimurium)细胞膜在超高压作用下的性状变化。

电泳图谱显示未经超高压处理的外层细胞膜蛋白含有3 种主要蛋白和12种次要蛋白，但经过超高压处理的外层细胞膜蛋白只能观察到2 种次要蛋白。

据此笔者认为超高压对膜蛋白有破坏作用，而且提出研究不同条件下(pH 值、aw) 细胞膜蛋白对压力的稳定性有助于进一步推广超高压灭菌技术。

2超高压技术应用果蔬汁加工的研究超高压灭菌技术最适合果汁饮料、浓缩果汁和果酱的那个液态或者半固态食品的灭菌。

超高压处理的新鲜果汁，其颜色、风味、营养成分和未经超高压处理的新鲜果汁几乎无任何差别。

2.1果蔬汁应用超高压灭菌的研究引起酸性果汁饮料腐败变质的菌主要是酵母菌、霉菌和部分腐败细菌,而耐热性强的芽孢菌在此酸性条件下无法生长繁殖, 因此采用超高压杀菌最为合适, 在400MPa 下加压10min, pH 在4以下的果汁即可到达商业无菌状态, 在室温下放置几个月甚至一年半无任何微生物引起的腐败变质现象[7]。

刘长姣（2006）等在五味子饮料加工中采用压力为400MPa，保压时间为5min 灭菌，研究结果表明[8]，经超高压灭菌的饮料复合GB2759-81规定。

一般酸性饮料中,引起饮料腐败变质的主要菌是酵母菌、霉菌等腐败细菌。

根据FDA的报告,这些细菌在300～400 MPa的压力下处理10 min左右即可被杀死。

寄生虫、病毒在低压处理即可失活。

酸性饮料中芽孢菌不会生长繁殖,即对于五味子饮料(pH=3.15)来说不存在芽孢菌灭活问题[8],所以在300～400MPa的压力条件下足可以使五味子饮料中的致腐败菌与有害菌灭活。

赵玉生（2006）等在猕猴桃汁的超高也灭菌效果中探讨了热敏性纯猕猴桃汁在超高压处理过程中, 存在的菌落总数和大肠菌群数随压强大小和加压时间变化的关系。

试验结果表明[9], 在常温下猕猴桃汁中的大肠菌群对压强的敏感性高于菌落总数。

压强400MPa保压15min时, 大肠菌群可全部杀灭, 而菌落总数也可降至35cfu/mL, 符合国家食品卫生标准的要求。

小川浩史（2003）等将柑桔类果汁( pH2.5～3.7) 经100～600MPa、5～10min 加压灭菌, 研究结果表明: 细菌、酵母菌和霉菌总数均随压力增大而减少, 酵母菌、霉菌和无芽孢细菌可以被完全杀死, 但仍有棒杆菌、枯草杆菌等能形成耐热性强的芽孢而有残留; 但如果加压至600MPa 再结合适当的低温加热( 47～57℃) , 则可以完全灭菌[10]。

类似上述的大量研究表明，超高压对果汁中的微生物起到灭活作用，在不同的压力及保压时间下达到灭菌效果，可延长果蔬汁饮料的货架期2.2超高压灭菌对果蔬汁饮料品质的影响由于超高压技术只作用于非共价键,能够保证共价键完好无损,因而能在较低温度下杀灭食品中的微生物,并较好保持食品物料原有的营养成分和色泽、口感等品质。

2.2.1超高压对果蔬汁色泽的影响果蔬汁的色泽直接影响消费者对商品的印象,是评价果蔬汁品质的重要指标之一。

研究发现,相对于传统的热杀菌,超高压处理能够较好的保持果蔬汁的色泽,对番茄汁等甚至有改善色泽的作用。

红黄比率(a/b值)在商业贸易中较多用于评价番茄汁的色泽,a/b值越高表示色泽越红。

Hsu等人[11]研究了热和超高压处理对番茄汁品质的影响,发现相对于热处理,超高压处理番茄汁的a/b值明显较高,且在500MPa时达到最大;在对高压处理番茄汁冷藏期间的品质评价中也得到同样的结论[12],且发现500MPa处理番茄汁的a/b值能较长时间维持不变300~400Mpa处理时a/b值也上升,但不能长期维持;Poretta等人[13]在对超高压处理番茄汁品质的研究中使用了用响应面法,研究了压力、pH对色泽的影响,但认为a/b值的变化与压力大小无关;Kreb-bers等人[14]用(b×L)/a来评价番茄汁色泽,与Por-etta同样得出超高压处理能改善番茄汁的色泽的结论,并认为其原因是超高压的聚合和均质作用。

国内赵光远等人研究了热协同超高压处理对鲜榨桃汁[15]、梨汁[16]和苹果汁[17]色泽的影响,结果表明除40℃外,果汁L值随协同处理温度的升高而增大,亮度升高,且热协同的最佳温度为60℃;除400MPa外,果汁L值随压力的升高而增大,亮度升高,最佳处理压力为800MPa,而单独采用超高压处理难以改善这几种果汁的颜色。

2.2.2超高压对果蔬汁营养成分的影响张文佳[18]等（2008）综述了超高压对果蔬汁品质的影响，包括对Vc的影响：Vc为果蔬汁中的代表性营养物质,传统热力加工方法温度可达85~90℃,Vc易被破坏而大量流失,超高压处理可较好的保持果蔬汁中的Vc。

对功能色素的影响：类胡萝卜素类包括胡萝卜素和叶黄素,是天然色素功能性成分中的一大类,广泛存在于胡萝卜、番茄等果蔬中。

较多的研究发现,超高压会使果蔬汁中类胡萝卜素含量升高,其原因可能为超高压能够作用于细胞的膜脂[19],并且能够影响生物大分子如蛋白质和糖类聚合物的结构[20],从而影响大多紧连在细胞生物大分子,特别是蛋白质和膜质上的类胡萝卜素。

对多酚类物质的影响，多酚类物质是果蔬的重要组成成分,并对果蔬的色泽及口感有重要作用。

果蔬汁中的多酚物质主要是酚酸和类黄酮化合物。

赵光远等[17]研究发现,40℃协同500 MPa处理后,苹果汁中酚类物质的含量与处理前相比没有显著差异(P >0·05),50℃和60℃协同500 MPa处理后,除了聚原花色素外其他酚类显著增高,认为主要是由于PPO活力在50℃后有下降趋势,而聚原花青素在温度升高时有非酶氧化聚合的趋势,故其含量不增加。

对仅超高压处理鲜榨苹果汁中多酚含量进行分析[21],结果表明200 MPa处理后,果汁中酚类物质含量和处理前没有显著差异(P>0.05);400 MPa处理后,酚类物质相比处理前的有所减少,差异显著(P <0.05);600 MPa处理后,各种酚类略有减少,但没有显著差异;压力为800MPa时,各种酚类物质的含量增加但不显著(P >0.05)。

黄丽等人[22]的研究结果表明,压力在100~ 500MPa,荔枝汁中还原糖含量变化趋势不明显,蛋白质、氨基酸含量则随着压力的上升呈现下降趋势。

蛋白质含量下降最显著,可能是由于高压使蛋白三级结构受到破坏,导致其凝固;其次为氨基酸,其原因可能为发生了斯特勒克降解(Strecker degradation),该反应是美拉德反应中级阶段的途径之一,在二羰基化合物的存在下,氨基酸发生脱羧、脱氨作用,成为少一个碳的醛,氨基转移到二羰基化合物上。

2.2.3 超高压对果蔬汁稳定性和流变性的影响在果汁饮料中,既有果肉微粒形成的悬浮物,又有果胶、蛋白质等形成的真溶液,甚至还有脂类物质形成的乳浊液、悬浮物,放置时间过长会产生絮凝、混浊等。

因此果汁的稳定性是商品果汁的重要品质。

另外,流变性也是果蔬汁重要的品质特征,在果汁的加工工艺参数选择、质量控制、设备设计、感官性质等方面具有重要作用。

Krrebbers等人[6]研究发现,番茄汁的粘度随处理压力增大而增大,这被解释为超高压处理降低了番茄汁中果胶甲基酯酶(PME)的活性; Hsu等人[3]发现,100~ 200MPa处理番茄汁的粘度低于未处理样品,300 MPa处理与未处理样品相同,400~500 MPa下粘度增加约20%,并认为其原因可能为多聚半乳糖醛酸酶(PG)失活及高压对果胶的聚集作用等。

3展望在食品工业中推广这项新技术的最大障碍是超高压容器的价格问题，以及连续化生产问题；在室温下高压很难杀死耐热性芽孢菌，但加热和加压并用有可能杀死这些菌。