果蔬汁生产过程主要危害物质控制技术研究进展

王彦蓉，李 强，刘 鹏，段 敏，刘 文

(中国标准化研究院食品与农业标准化研究所，北京 100191)



果蔬汁生产过程主要危害物质控制技术研究进展

王彦蓉，李 强，刘 鹏，段 敏，刘 文

(中国标准化研究院食品与农业标准化研究所，北京 100191)

对果蔬汁生产加工过程中主要危害物质的消减控制技术进行探讨，以减少和控制这些有害物质的危害，为我国果蔬汁饮料生产过程的安全控制提供借鉴。

果蔬汁；危害物质；质量安全控制

饮料是我国食品工业中发展最快最具潜力的行业之一，果蔬汁饮料因为其营养丰富、口味纯正，越来越受到消费者的青睐。2011年以后，果蔬汁饮料的生产和消费量与日俱增，平均年产量120万t[1]。果蔬汁加工过程中存在一些质量安全问题，包括有害化学物残留超标、微生物及其毒素超标、重金属超标等带来的危害。如果产品生产过程中的主要危害物质得不到有效的控制，就会导致产品中潜在危害物质给消费者的身体健康造成伤害。因此，寻求产品生产过程质量安全控制手段以控制各种潜在的危害，已成为果蔬汁饮料生产中越来越重要的内容。本文综述果蔬汁生产过程主要危害物质的消减控制技术的研究进展及其应用情况。

1 农药残留控制技术

农药残留一直以来都是控制食品安全的一个重要环节，在我国加入世界贸易组织后，蔬菜、水果的农药残留成为了制约出口的贸易壁垒。果蔬汁中农药残留主要来自于加工用水果及蔬菜，因此对原料农药残留的控制成为确保果蔬汁农药残留符合要求的关键，对果蔬原料在加工过程中通过合适的方法可以有效降低农药残留含量。

1.1 浸泡清洗法

传统的去除果蔬农药残留的方法是对果蔬进行清洗或浸泡等处理，一般都是利用一些农药的水溶性和热不溶性的原理[2]。浸泡法去除农药残留主要有清水浸泡冲洗、洗涤剂清洗、碱水清洗、热水浸泡清洗等，这些处理方法均可在一定程度上去除果蔬表面残留的某些农药[3]。目前研究较多的是利用超声技术、电生功能水技术辅助清洗果蔬以去除农药残留。岳田利等[4]在超声波功率为609.16W，时间为70.46min，温度为15.45℃的条件下，对苹果中有机氯农药百菌清、三唑酮、异菌脲等进行去除，去除率可达到64.32%，且超声处理对苹果的品质没有显著性影响，处理后苹果各项品质指标均符合国家标准及主要出口国苹果标准的要求。郝建雄等[5]用电生功能水对蔬菜残留农药乙酰甲胺磷浸泡处理60min消除率达到了9O%以上。与传统方法相比，新兴技术对农药残留去除效果较好较稳定，对不同农药处理的通用性强，带来二次污染的几率较小。

1.2 吸附法

吸附分离最早仅用于吸湿、干燥、脱臭、脱色、饮用水净化上，近几年，吸附分离技术引起了果蔬汁加工业的极大关注，研究较多的是活性炭吸附技术[6]。活性炭对农药的吸附受农药浓度、温度、pH值及其他合成或天然有机物竞争吸附等因素的影响[2]。Frendich[7]研究发现，等温线常数>200的农药残留容易被活性炭吸附去除。活性炭和硅藻土对浓缩苹果汁中的甲胺磷农药有较强的吸附作用，吸附效果与活性炭和硅藻土的添加量有明显的关系，活性炭添加量15%、硅藻土添加量6.3%时对浓缩苹果汁中甲胺磷残留农药吸附效果最佳[8]。

1.3 生物降解法

生物降解主要是利用微生物及其产生的酶对农药残留进行降解，是近几年来研究的热点。微生物的降解途径主要有酶促作用和非酶促作用。酶促作用是微生物降解的主要形式，即微生物降解酶对进入体内的化合物进行一系列的生理生化反应，最终将农药完全降解或分解成小分子量的无毒或毒性较小的化合物的过程。非酶促作用是指微生物活动使环境pH发生变化，产生辅因子或化学物质而参与农药的降解转化。通常农药的微生物降解并不是以单一方式进行的，而是在多种不同酶作用下以不同的方式进行[3]。毛春玲[9]以平菇为介质，研究了降解酶处理对甲氰菊酯、高效氯氟氰菊酯和吡唑醚茵酯3种农药残留去除效果，发现降解酶仅对甲氰菊酯降解效果好。微生物适应性强、代谢快，但降解农药残留特异性强，将微生物大规模用于农药降解仍需深入研究。

2 微生物控制技术

微生物危害在果蔬汁产品中广泛存在，要保持食品的品质，保证食品的安全卫生，就必须对食品包装及其内容物进行杀菌，主要包括各种物理的、化学的杀菌技术。

2.1 物理杀菌技术

根据处理温度的不同，物理杀菌技术分为热杀菌和非热杀菌。传统的热力杀菌技术对一些产品特别是热敏性产品的色、香、味、功能性以及营养成分等具有破坏作用，经过热加工的新鲜产品失去了其原有的新鲜度，甚至还产生异味，影响产品质量。目前研究较多地集中在微波杀菌、电阻加热杀菌或是几种杀菌技术协同作用。非热杀菌技术包括超高压杀菌技术、辐射杀菌技术、膜分离技术、脉冲强光技术等[10，11]，可以最大限度地保留食品原有的风味和营养，因此也是当前研究的热点。

2.1.1 电阻加热杀菌 电阻加热又称通电加热、欧姆加热等，作为一种新型的食品加工手段，在食品加工领域中受到越来越多的关注。其加热原理是利用50Hz或60Hz的低频交流电提供电流，当电流通过食品时，会在食品内部迅速将电能转化成热能，引起食品温度升高，从而达到快速加热的目的[12]。

耿敬章[11]利用电阻加热对苹果汁中的嗜酸耐热菌进行杀灭，研究表明，电导率是影响杀菌效率的主要因素，同时杀菌率还受到温度、电压、pH值等的影响。电阻加热对苹果汁中的酸土脂环芽抱杆菌有很好的杀灭效果，并且可能会造成嗜酸耐热菌细胞膜的“电穿孔”效应。应用电阻加热杀菌对果蔬汁品质影响很小，除具有一般的热效应外，还具有非热效应，与常规的巴式杀菌相比较，可以大幅度降低杀菌温度，更有利于保持果蔬汁中的营养成分，极具开发前景。

2.1.2 超高压杀菌 超高压杀菌的基本原理是利用压力对微生物的致死作用，主要通过破坏细胞膜、抑制酶的活性和影响DNA遗传物质等来实现[10，12-14]。超高压杀菌的效果主要受到杀菌压力、温度、食品基质、杀菌时间等因素的影响。利用超高压处理对新鲜树莓汁进行杀菌，压力越高，杀菌效果越好，且保压时间的延长有助于微生物的杀灭，不同的微生物耐压性不同也导致杀菌效果不同[15]。林怡等人[16]通过超高压处理有效地杀灭了杨梅汁中的微生物并且抑制了储藏期微生物的生长，在500MPa、5min处理条件下能够保证杨梅汁中的菌落总数达到果蔬汁饮料卫生标准，且在4℃和25℃储藏期均没有出现增长现象。为了增强超高压杀菌的效果，国内外还开展了温度、抗菌物质、二氧化碳等与超高压技术协同作用杀灭微生物。赵光远等[17]研究了热协同超高压处理对浑浊苹果汁中微生物的影响，在50℃协同320 MPa保压10 min的条件下，可以全部杀灭或钝化混浊苹果汁中的微生物，并且在整个储藏期内微生物数目比较稳定。

2.1.3 脉冲电场杀菌 脉冲电场技术是将待灭菌液态物料采用泵等方式流经设有高强脉冲电场的处理器，微生物在极短时间内受强电场力的作用后，细胞结构破坏，菌体死亡[10]。脉冲电场技术最早在美国兴起，主要是用于牛奶的杀菌，随后国外研究人员对培养液中的微生物以及果汁、牛奶、蛋清液等液态食品使用脉冲电场技术杀菌进行了大量研究，并取得了良好的效果。国外对脉冲电场的研究已向商品化实验过渡，我国对脉冲电场的研究起步较晚，但在高压脉冲电场的非热杀菌方面也做了较多研究。在果蔬汁的高压脉冲电场杀菌方面，研究人员对橙汁、桃汁、浓缩枇杷汁、荔枝汁、胡萝卜汁等的脉冲电场杀菌开展了大量研究，研究主要集中在脉冲电场的杀菌条件、杀菌效果、杀菌机理、对产品品质的影响等方面[18-22]。

2.2 化学杀菌技术

2.2.1 防腐剂杀菌 果蔬汁饮料的化学杀菌中最常见且使用最广泛的是添加化学防腐剂。目前研究主要集中在化学防腐剂的复合杀菌，因为单一防腐剂不能有效抑制可能出现的各种微生物，而复合防腐剂在防腐性能上可能发生协同增效的现象，从而扩大抑菌范围，增强防腐效果。冯治平等[23]将山梨酸钾和脱氢醋酸钠组成复合防腐剂对雪梨果汁作保藏试验，研究发现与单一防腐剂相比，复合防腐剂能更有效抑制雪梨汁中微生物的生长和降低雪梨汁在保藏中糖分的损耗。

2.2.2 臭氧杀菌 臭氧具有很强的氧化能力，是一种新型、高效、广谱的杀菌剂。臭氧在相对较低的浓度和较短的时间内几乎对所有微生物均有杀灭作用，而且可以迅速分解为氧气。目前臭氧技术在引用水处理领域应用广泛，矿泉水、纯净水、瓶装水等生产企业基本都装备了臭氧设备。利用臭氧技术对果蔬汁进行杀菌研究还较少，陈颖[24]利用臭氧水清洗苹果以杀灭其表面的耐酸耐热菌，结果表明，水中通臭氧的时间(即臭氧投加量)是影响杀菌效果的最主要因素，当水的pH值为4、温度30℃、通臭氧10min后接触杀菌90s时能将苹果表面的耐酸耐热菌全部杀灭。

2.2.3 电生功能水杀菌 电生功能水(electrolyzed function water)最早发源于日本，是通过在水中添加少量含氯电解质，经电场处理，使水的pH值、氧化还原电位、有效氯含量等指标发生改变而产生的具有特殊功能的电解水[25]。由于电生功能水具有广谱杀菌性、效率高、经济、安全、环保等诸多优点，近几年，在抑制或杀灭微生物活性方面受到人们的普遍关注。抑制或杀灭微生物主要是利用酸性电解水，强酸性的电解水对于果蔬制品的防腐保鲜效果显著。Graca等[26]用有效氯含量100mg/L和50mg/L的酸性电解水清洗苹果片，使大肠杆菌总量分别减少了2.47、2.09 logCFU/g。李克娟等[27]以皇冠梨为材料，通过酸性电生功能水对梨块进行浸泡，可将鲜榨梨汁中细菌总数降低1.5个对数值左右，且对梨汁的风味无明显影响。武龙等[28]将当天采摘的葡萄用不同酸性的电解水处理，对处理后果实的微生物总数、霉菌总数以及腐烂率、脱粒率进行了对比研究，发现不同指标酸性电解水处理均可使果实表面微生物数量显著降低，果实的总损失率也明显降低。

3 生物毒素控制技术

果蔬汁产品的安全性不仅受到微生物本身的影响，其在侵染果蔬过程中所产生的毒素对人体也有严重的危害。果蔬汁中检测的到含量较高的生物毒素主要包括棒曲霉素、赭曲毒素、交链孢霉素等真菌毒素[29，30]。尤其在腐烂的果蔬中含有较多的真菌及其所产生的毒素，以腐烂的果蔬为原料生产果蔬汁，是造成果蔬汁中生物毒素含量较高的主要原因。为降低果蔬汁中的生物毒素含量，人们采用了多种控制方法，食品工业中控制生物毒素的方法主要采用物理法和化学法，如原料拣选、加热加压处理、活性炭处理、澄清处理、γ-射线、发酵、微生物降解等。

3.1 吸附法

大量研究表明，用活性炭对果蔬汁进行吸附澄清处理可有效降低生物毒素含量，主要取决于活性炭用量、处理时间、处理温度等[31，32]。张昕等[31]研究发现，用活性炭吸附去除棒曲霉素的最佳条件是加入3g/L活性炭在60℃下处理5min，这种处理方法可以去除苹果汁中69%的棒曲霉素，但是处理效果还与生物毒素的初始浓度有关。除活性炭外，一些多孔的化学物质对生物毒素也有很好的吸附效果。树脂吸附也是目前研究较多的一种减少生物毒素的方法，研究证实，在合适的条件下，树脂吸附去除生物毒素吸附率可达到90%以上[33]。树脂吸附效果较好，可以再生，对果蔬汁的品质影响较小，是目前果蔬汁生产厂家最常用的一种吸附剂[34]。

3.2 微波处理

微波处理对果蔬汁中的主要营养成分无明显破坏作用，且对产品的色、香、味等影响较小。尹丽萍等[35]将苹果汁在60℃微波中火处理60s，棒曲霉素的去除率达到84.62%，含量降低到50μg/L以下，达到国家标准要求。张小平等[36]对乙酸缓冲液中的棒曲霉素进行微波处理，结果表明，微波处理对棒曲霉素的去除率随微波功率和处理时间的增加而增大，在较优处理条件(中火处理90s)下，100～1 000μg/L的棒曲霉素可以100%去除。用微波处理果蔬汁还有多重功效，微波处理时能提供大量的热量，在短时间内使样品温度达到较高水平，利于进行高温灭菌和高温浓缩。

3.3 臭氧降解

臭氧对真菌毒素有一定的氧化降解作用。李艳玲等[37]用臭氧对苹果汁中的棒曲霉素进行降解效果研究，发现用臭氧处理15min，50g/L的棒曲霉素降解效率最佳。在该条件下，臭氧对苹果汁的pH、维生素C含量、可溶性固形物和色值均没有明显的影响。

4 重金属控制技术

自从1950年日本由于食品遭到汞污染和锡污染引起水俣病，重金属通过食物链造成食源性危害引起人们极大的关注。果蔬汁中对人体有害的重金属离子主要是铜、铅、砷、汞等，这些重金属离子主要来源于植物所生长的土壤、灌溉用水、施用的肥料、喷洒的农药、环境污染及加工污染。目前去除重金属离子的方法主要是吸附法，包括活性炭吸附、壳聚糖吸附、螯合纤维吸附、膨润土吸附、树脂吸附等，主要是利用吸附材料与重金属离子之间的相互作用力，使重金属离子截留于吸附材料，从而达到去除的作用。近几年来，在利用树脂吸附去除果蔬汁中的重金属离子进展很快，已开发出相关的树脂吸附技术及装备，但吸附树脂一般都采用固定床，利用效率低，滤速增高时，压力降增高很快，且吸附速率、洗脱速率慢。改性纤维作为一种具有良好吸附性能的材料，近年来成为研究的热点[38-40]。

耿建暖等[41]用偕胺肟螯合纤维对果汁中的铜、铅离子进行去除，具有较好效果，去除率可达到80%以上。吴志敏[42]研究制备了巯基改性脱脂棉(TAC)，用于吸附含铅的葡萄糖溶液饮料并取得了很好的效果。田洪磊[40]用疏基甜菜纤维对苹果汁中重金属进行吸附研究，发现在pH4.0、吸附温度为40℃时，对Cu2+、Pb2+、Cd2+、As2+各离子的去除率基本上达到最大值，铜离子的最大去除率可达87.3%，镉离子的最大去除率可达到83.4%、铅离子的最大去除率可达到93.7%、砷离子的最大去除率可达到33.8%。

5 结论

综上所述，果蔬汁生产过程主要危害物质的消减控制技术的研究进展及其应用情况如附表所示。

附表 果蔬汁生产过程主要危害物质消减 控制技术及其应用情况

针对目前的研究现状，我国应着力在以下几方面进行突破，才能满足行业发展，突破发达国家的技术壁垒，在国际贸易中占据一席之地：

(1)建立果蔬汁生产加工中主要危害物质的全过程控制技术体系，从源头做起，在生产的不同工艺环节嵌入关键控制技术，实现全程监测、预警及控制。(2)建立各种主要危害物质的现场快速检测方法及监测技术，为生产现场实时控制提供基础数据。(3)进一步研究开发果蔬汁中主要危害物质的消减去除方法，并加快研究成果的有效转化，促进食品的工业化健康快速发展。◇

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(责任编辑 李婷婷)

Research Advancement of Reduction and Control Technology of Harmful Substances During Fruit and Vegetable Production Process

WANG Yan-rong，LI Qiang，LIU Peng，DUAN Min，LIU Wen

(Institute of Food and Agriculture Standardization，The China National Institute of Standardization，Beijing 100191，China)

The paper mainly studied the reduction and control technology of the main harmful substances during the fruit and vegetable production process，which would provide reference for the safety control of fruit and vegetable juice production process.

fruit and vegetable juice；harmful substance；quality and safety control

“十二五”国家科技支撑计划课题“食品加工过程质量安全在线监测与控制技术研究示范”(项目编号：2012BAD29B04)。

王彦蓉(1987— )，女，硕士，工程师，研究方向：食品标准化、食品质量控制管理等。

刘文(1963— )，女，博士，研究员，研究方向：食品标准化、食品质量控制管理、农业综合标准化等。