超声加工技术对果蔬汁品质影响及其作用机制研究进展

高瑞萍，朱建飞，周文斌，尤琳烽，吴 丽，吴 振

（1.重庆工商大学环境与资源学院，重庆 400067；2.中国科学院新疆生态与地理研究所，新疆 乌鲁木齐 830011；3.重庆市中药研究院，中药健康学重庆市重点实验室，重庆 400065）

热加工作为果蔬汁的传统加工方式，能有效杀灭果蔬汁中的内源酶和致病菌，以保证其贮藏稳定性及安全性。然而，热加工不可避免地造成色泽、热敏营养素（如抗坏血酸）和香气等品质劣变，同时还可能产生浓郁的“煮熟味”。近年来研究发现，非热加工技术不仅能够使果蔬汁具有较好的色泽、稳定性、安全性，还能较好地保持甚至改善其风味及营养价值，因此成为研究热点。超声技术作为一种经济、环保、高效、安全、无毒的非热技术，在食品加工业中具有广阔的应用前景[1-2]。超声波在处理果蔬汁的过程中会产生空穴效应，导致3个声场的产生：空泡振动及瞬间坍塌所形成的冲击力和剪切力导致的声机械作用场、空泡坍塌瞬间产生的高温导致的声热作用场、水被分解为自由基导致的声化学作用场。不同的声场能单独或联合作用于所处理果蔬汁中的结构组分，从而对其品质特性产生影响（图1）[3]。许多研究表明超声技术是一种能部分或完全替代果蔬汁热加工的新型非热技术，不仅能改善果蔬汁的理化特性和功能特性，同时也能延长货架期[4-5]。本文对近年来超声技术在果蔬汁加工中的灭酶、灭菌及对理化和营养特性等方面的作用进行综述，为超声技术在果蔬汁加工中的应用及其未来研究提供全面的理论基础。

1 超声波处理对果蔬汁中内源酶的灭活作用及其机制

果蔬汁中存在许多与品质特性密切相关的内源酶，如与酶促褐变相关的多酚氧化酶（polyphenol oxidase，PPO）和过氧化物酶（peroxidase，POD），与果蔬汁稳定性、黏度相关的果胶甲酯酶（pectin methylesterase，PME）和多聚半乳糖醛酸酶（polygalacturonase，PG），与风味相关的脂肪氧化酶（lipoxygenase，LOX）和抗坏血酸过氧化物酶（ascorbate peroxidase，APx）等[5]。

图1 超声波在果蔬中的作用机理[3]Fig. 1 Action mechanism of ultrasonic treatment on fruits and vegetables[3]

表1 超声波处理对果蔬汁中酶活性的影响Table 1 Effect of ultrasonic treatment on enzyme activities in fruit and vegetable juices

许多研究表明，一定条件的超声波处理能达到较好的灭酶效果，表1列举了超声波处理对果蔬汁中内源酶的灭活效果。Saeeduddin等[6]研究了热处理和超声波处理温度对梨汁中POD、PPO和PME残留活力的影响，结果表明65 ℃处理10 min后3种酶的活力残留率分别为66%、59%、63%，750 W超声波于25、45 ℃和65 ℃处理10 min后POD的活力残留率分别是94.72%、43.20%、4.30%，PPO的活力残留率分别是89.33%、37.83%、1.91%，PME的活力残留率分别是92.57%、40.22%、3.52%。Cao Xiamin等[7]研究发现，超声波强度为90、180、271、362、452 W/cm2处理常温杨梅汁12 min后，其POD活力残留率分别为58.34%、20.65%、8.43%、1.39%、0.00%；90、180 W/cm2处理10 min后，PPO活力残留率分别为53.23%和12.84%，271、362、452 W/cm2处理8 min后，PPO活力残留率分别为4.22%、0.08%、0.00%。Abid等[8]研究了超声波设备类型、温度、时间对苹果汁中不同类型酶的影响，0.06 W/cm3（频率25 kHz）浴盆式超声波于20、40、60 ℃处理苹果汁30 min，POD活力残留率分别为99.97%、96.15%、70.00%，PPO活力残留率分别为99.10%、90.00%、63.00%，PME活力残留率分别为99.12%、91.10%、62.00%；0.3 W/cm3（探头直径12.7 mm、频率20 kHz）的探头式超声波于20、40、60 ℃处理苹果汁5 min，POD活力残留率分别为99.00%、68.00%、28.00%，PPO活力残留率分别为98.16%、61.00%、21.15%，PME活力残留率分别为98.00%、60.00%、23.70%；处理时间为10 min时POD活力残留率分别为98.12%、57.00%、9.00%，PPO活力残留率分别为97.04%、53.00%、6.15%，PME活力残留率分别为97.00%、52.00%、7.10%。Terefe等[9]研究发现，超声波（探头直径10 mm、频率20 kHz、振幅65 μm）于75 ℃处理番茄汁4 min后，PME和PG的活力残留率分别为0%和28%，并提出PG对超声波处理的抵抗作用大于PME。Zhu Jinyan等[10]研究了超声波-压力-热联合作用对蓝莓汁中PPO活力的影响，结果发现功率560 W、压强350 MPa、温度20 ℃处理5 min和10 min，PPO活力残留率分别降至24.03和4.56%；560 W、350 MPa、40 ℃处理5 min和10 min，PPO活力残留率分别降低至10.91和0.12%。Wang Jingyi等[11]研究超声波联合紫外对芒果汁中PME、POD和PPO活力的影响，结果表明8 W、254 nm的紫外联合20 kHz、600 W超声波处理10 min能使这3种酶全部失活。Wahia等[12]研究超声波-热处理（频率20 kHz、功率300 W、温度47 ℃、时间30 min）后橙汁中的PME活力在24 d贮藏期内的变化，发现4 ℃和25 ℃下贮藏12 d后橙汁中PME活力分别增加了131%和219%，并提出PME对超声波-热处理具有可逆性，但其中的机制尚未明确。由此可见，超声波处理对果蔬汁中内源酶的灭活是一个复杂的过程，其中的规律及其作用机制仍需要进行深入探究。

从超声波空化过程产生的3个作用场的角度可将超声波处理对果蔬汁中内源酶的灭活机制归纳为以下方面：1）超声波的空化效应产生的局部高温和高压促使组成酶的蛋白质中的氢键和范德华力被破坏，从而导致酶失活；2）超声波分解水所产生的自由基能与酶结构中的氨基酸残基互作，从而影响酶的活性[25-26]；3）超声波能破坏酶在细胞中的合成通路，从而抑制与酶形成相关的基因表达[27]。超声波处理使酶部分失活还是全部失活，这主要取决于果蔬品种、酶类型、超声波设备类型（浴盆式、探头式）和参数（功率、频率、温度、振幅、时间等）及联合方式等因素[25]。超声波处理对果蔬汁中酶的灭活规律总结为如下方面：1）不同的酶对超声波的敏感性不同（如敏感性由高到低为：PPO＞PME＞POD＞PG），其敏感度与超声波的强度、时间和温度成正相关；2）超声波处理对酶的灭活效果通常与超声波强度、温度、时间呈正相关性；3）浴盆式超声波处理对酶的灭活效果低于探头式超声波，通常浴盆式超声波需要更长的处理时间才能达到与探头式超声波处理相同的灭酶效果；4）单独的超声波处理达不到理想的灭酶效果，当与热、压力、紫外等方式联合作用能起到协同灭酶的作用[28]。值得注意的是，超声波处理后，果蔬汁中残留的酶在贮藏过程中发生的变化可能与产品的品质密切相关，对其进行研究具有重要的意义。

2 超声波处理对果蔬汁中微生物的影响及其机制

通常，超声波处理对果蔬汁中发酵微生物的促进作用和对有害微生物的杀灭效果均取决于微生物类型、超声波参数（振幅、频率、强度、处理时间、温度）和基质条件等因素[29]。其中对于超声波强度而言，一方面，低强度的超声波处理能提高果蔬汁中微生物的发酵性能[30]；另一方面，高强度超声波处理却能导致微生物失活，从而提高产品的安全性和延长贮藏期。

2.1 超声波处理对果蔬汁中发酵微生物的促进作用及其机制

近年来，许多研究表明低频超声波处理可以缩短发酵时间、提高产品得率、获得高品质和安全的发酵产品[31]。Shokri等[32]通过低强度超声波（0.53 W/L和1.2 W/L）处理乳酸乳球菌（Lactococcus lactissubsp.Lactis）菌液3～5 min，结果发现细胞膜的渗透性增加了3.0%～22.8%、活菌数增加了6.12%～21.82%、菌的增长速率增加了7.09%～23.22%，并且其产乳酸的能力显著提高。目前关于超声波辅助发酵主要集中在酒类、奶制品、肉制品发酵等方面[33]，而关于超声波辅助果蔬汁发酵的研究报道较少。王红梅等[34]研究超声波处理（强度58.3 W/L、时间2 min）对植物乳杆菌发酵苹果汁和草莓汁的过程中微生物生长和酚类物质代谢的影响，结果发现苹果汁发酵32 h后菌落数比对照组高0.15（lg（CFU/mL）），草莓汁发酵40 h后菌落数比对照组高0.39（lg（CFU/mL）），且发现超声提高了苹果汁发酵后期和草莓汁发酵前期的抗氧化能力。

超声波促进微生物发酵的机制包括如下4个方面：1）导致菌的细胞膜形成可逆的孔，从而促进营养素转运至细胞和废弃物排出细胞[32]；2）增强细胞膜的渗透性从而促进酶的释放[35]，改变酶的构象从而暴露更多的活性位点，促进酶和底物结合[36]；3）对细胞基因表达和代谢通路产生影响从而对细胞代谢活动产生显著作用[37]；4）声物理和声化学作用可能对食物基质进行改性，提高菌对基质的利用率，从而使得发酵过程加速[38]。

基于超声波促进微生物发酵机制的总结，可推测出超声波处理促进微生物发酵果蔬汁的效果取决于微生物的类型、接种量、超声波参数（功率、温度、时间、频率等）、基质特性（pH值、糖含量、黏度、粒径大小等）、处理方式等因素。未来应着重探究超声波处理影响果蔬汁发酵微生物的作用机制及提高微生物发酵性能的方式及条件。超声波处理促进果蔬汁发酵特性可以从如下方面进行深入探究：1）通过低强度超声波处理发酵菌液，使微生物产生应激反应从而大幅提高活菌数，从而提高微生物发酵以及产代谢产物的能力；2）通过对未接种的果蔬汁体系进行高强度的超声波处理以破坏细胞壁结构，导致体系的粒径减小、黏度增大，稳定性和流变学等特性发生改变，并使细胞内物质（如糖、酸、果胶、多酚、类胡萝卜素等）得以释放，从而实现提高微生物发酵性能及产品营养价值的目的；3）对接种微生物的果蔬汁体系在发酵的不同阶段辅以一定强度的超声波处理，实现提高微生物的发酵能力及定向获取代谢产物的目的。

2.2 超声波处理对果蔬汁中有害微生物的杀灭作用及其机制

一定条件的超声波处理能有效杀灭果蔬汁中的有害微生物，达到美国食品和药品管理局（Food and Drug Administration，FDA）对果蔬汁中微生物减少5个对数值的要求，保证了果蔬汁的安全性。研究发现，超声波处理能控制果蔬汁中的致腐微生物，如橙汁和石榴汁中的酿酒酵母[39]、苹果汁中是酿酒酵母和嗜酸耐热菌（Alicyclobacillus acidoterrestris）[29]，也能控制果蔬汁中的致病微生物，如橙汁中的大肠杆菌O157:H7、沙门氏菌、单核细胞增生李斯特菌（以下简称单增李斯特菌）[40]，蓝莓汁和仙人掌汁中的大肠杆菌等[10,41]，具体如表2所示。Tremarin等[42]研究浴盆式超声波处理（35 kHz、480 W）对苹果汁中嗜酸耐热菌的影响，发现单独的超声波处理对微生物没有显著性影响；超声波85 ℃处理90 min、90 ℃处理60 min和95 ℃处理20 min，使得苹果汁中嗜酸耐热菌数分别减少4.8、4.7（lg（CFU/mL））和5.5（lg（CFU/mL））；这表明当超声波与热联合作用时能大幅提高其对微生物的灭活作用[43]。Li Jiao等[44]研究探头式超声波处理（JY92-IIDN、探头直径10 mm、20 kHz）对杨梅汁中枯草芽孢杆菌的影响，结果表明热处理（63 ℃）、400 W-55 ℃、400 W-63 ℃、200 W-63 ℃条件下使枯草芽孢杆菌减少5（lg（CFU/mL））所需的时间分别为36.91、23.06、9.59 min和14.18 min。Evelyn等[45]在研究超声波处理对橙汁中的嗜酸耐热菌（Alicyclobacillus acidoterrestris）芽孢的作用效果时发现，要想达到相同的失活率，超声波和热联合作用所需的温度比单独的热处理至少低8 ℃。Bevilacqua等[46]研究表明超声波处理（104 W、4 s脉冲、4 min）使得接种于纯水和菠萝汁中的异常维克汉姆酵母分别减少3.35、1.65（lg（CFU/mL）），同时发现超声波联合苯甲酸钠和柑橘萃取物使得异常维克汉姆酵母减少3.96（lg（CFU/mL））。这说明果汁体系对微生物起到保护作用，微生物在纯水中对超声波处理的抵抗作用小于在果汁中。Samani等[47]研究表明微波联合超声波处理对橙汁中酿酒酵母失活具有协同作用，且微波功率、超声波功率、处理时间、橙汁温度是主要的影响因素。Tremarin等[48]研究表明超声波单独作用对苹果汁中嗜酸耐热菌芽孢没有显著影响，当与紫外联合作用时芽孢的失活速率显著提高。Khandpur等[49]研究超声波、超声波联合紫外、超声波联合橘皮精油对橙汁、甜莱姆汁、胡萝卜汁和菠菜汁中微生物的影响，结果表明超声波联合紫外和超声波联合橘皮精油具有比单独超声波处理更好的灭菌效果；橙汁和甜莱姆汁（pH＜4）中的菌落总数显著低于胡萝卜汁和菠菜汁（pH＞5），这表明微生物在低pH值条件下对超声波的抵抗作用较小。Pérez-Grijalva等[50]研究发现，黑莓汁经453 W微波处理60 s后再通过超声波（探头直径13 mm、频率20 kHz、功率300 W、温度20 ℃）处理10 min，其酵母、霉菌、嗜温需氧菌完全失活。

超声波灭菌的机制如图2所示，包括如下方面：1）通过声化学作用和声致发光作用产生活性氧（reactive oxygen species，ROS）；（2）超声波的空化作用产生的强大的微射流及空泡坍塌产生的局部高温和高压，使细胞壁变薄、形成孔隙、细胞膜破裂，最终使细胞结构被破坏、细胞内物质被释放[59-60]；3）超声波促进抑菌剂和产生的ROS进入细胞内使得抑菌作用最大化[28]；4）进入细胞内的ROS导致蛋白质变性、酶失活、DNA损失；通过自由基增加氧化应激、衰减能量代谢、抑制磷酸己糖通路导致与代谢相关酶活性降低[61]。

超声波处理对果蔬汁中微生物的影响取决于超声波强度、频率、温度、时间、微生物类型、pH值及基质条件等因素[29]。超声波处理对微生物的灭活作用规律可归纳为如下方面：1）超声波处理对微生物的作用与超声波强度、温度和时间呈正相关，且温度越高所需的时间越短；2）超声波处理对微生物的作用与果蔬汁的pH值和果肉含量呈负相关；3）单独的超声波处理对微生物的杀灭效果有限，通常与其他技术如热、抑菌剂、紫外、微波、压力等联合使用能达到较好的灭菌效果。尽管如此，在有害微生物灭活领域，虽然超声波处理可抑制有害微生物或其产毒能力，但微生物对超声波的耐受能力及其机制应进一步深入探究。

表2 超声波处理对果蔬汁中致腐和致病微生物的影响Table 2 Effect of ultrasonic treatment on spoilage and pathogenic microorganisms in fruit and vegetable juices

图2 超声波的灭菌机理[62]Fig. 2 Mechanism of microbial inactivation by ultrasound[62]

3 超声波处理对果蔬汁理化特性的影响及其机制

果蔬汁体系是由颗粒悬浮在上清液中组成的两相悬浮体系，具有复杂的结构；其中颗粒相包含细胞簇、单个细胞、细胞碎片和细胞壁物质等，上清相包含糖、有机酸、果胶等[63-64]。颗粒相中颗粒的特性如浓度、颗粒分布、形状、形变能力、颗粒间互作等会对悬浮体系的理化性质如稳定性、流变特性产生影响[64]，例如粒径减小会导致屈服应力和黏弹特性增加[65]。上清相中可溶性果胶的含量及其特性对悬浮体系的稳定性、流变学等特性起主要作用[66-67]。所以，加工过程对果蔬汁颗粒相和上清相的影响决定了其理化特性。

研究表明超声波处理能有效降低番茄汁[56]、猕猴桃汁[68]、芒果汁[63]、桃汁[69]、苹果汁[16]等果蔬汁的粒径，从而改善果蔬汁的稳定性及流变特性。表3列举了超声波处理对果蔬汁理化特性的影响结果。Illera等[16]研究超声波处理（探头直径13 mm、频率20 kHz、振幅79 μm、体积功率1.44 W/L、67 ℃、15 min）对苹果浊汁粒径的影响，苹果汁的D[3,2]和D[4,3]分别从2.24、70.00 μm降低至0.138μm和0.217 μm。Rojas等[69]研究超声波处理（0～15 min）对桃汁的理化特性和稳定性的影响，结果发现超声波处理3 min后，D[3,2]显著降低，D[4,3]没有显著性变化；当处理时间延长至6 min的过程中，D[3,2]和D[4,3]呈现增加趋势，6～10 min保持稳定；10～15 min，D[3,2]和D[4,3]降低。该研究将D[3,2]和D[4,3]增加的原因归结为细胞吸水和渗透性改变所致；流变结果发现超声波处理时间为0、3、6、10 min和15 min时屈服应力分别为0.512、1.473、1.060、1.606 Pa和1.795 Pa，稠度系数和流动指数没有显著性变化。

超声技术在食品工业中用于多糖萃取及定向修饰以提高其理化及功能特性方面具有较大的应用前景[80]。关于不同方式对果蔬果胶提取的影响研究较多，而关于超声波处理对果蔬汁在加工过程中果胶结构、理化性质及对品质特性影响的研究报道较少。Wang Jin等[68]研究超声波（频率20 kHz、功率400 W、冰浴、时间0～16 min）辅助加工猕猴桃汁，结果发现超声波处理4～16 min使得粒径减小23.00%～36.24%；猕猴桃汁的稳定性在处理8 min时最高，随后呈降低趋势；超声波处理12 min时果胶的萃取率达到最大值（36.7%），随后保持稳定；猕猴桃汁的黏度、屈服应力、储能模量（G’）和损耗模量（G”）随超声波处理时间延长呈增加趋势。Huang Bohui等[63]研究超声波处理对芒果汁的理化特性的影响，结果发现超声波处理使得D[3,2]从37.59 μm降低至30.68 μm，而D[4,3]没有显著性变化，这表明超声波主要对芒果汁中的大颗粒产生影响；当超声波处理时间为5～15 min，芒果汁的表观黏度、G’和G”呈增加趋势，而20～40 min过程中均呈下降趋势；通过测定上清液果胶含量和分子质量发现，黏度和流变学特性出现转折的原因是由于超声导致上清相中果胶降解。Gao Ruiping等[52]研究超声波辅助加工鲜榨番茄汁，结果发现当处理时间从5 min延长至20 min的过程中，番茄汁的粒径逐渐减小，稳定性和黏度都逐渐增大；当处理时间继续延长至30 min过程中粒径没有显著性变化，而黏度降低，稳定性没有显著性变化；通过对上清相中果胶结构的解析，发现当超声波处理时间延长至15 min的过程中，番茄汁上清相中果胶的结构没有显著性变化，而时间延长至20 min后果胶分子质量降低，且降解主要发生在主链。由于果胶的降解导致番茄汁的黏度显著降低，而主链降解后得到的富含支链的果胶产生较强抵抗剪切变稀的能力使得番茄汁的稳定性得以保持。该研究提出超声波处理对番茄汁两相体系的影响具有时空特性，番茄汁中能被超声波破坏的最大颗粒直径为160 μm，当该颗粒被完全破坏后，超声波对颗粒相不再起作用，而对上清相中果胶产生降解作用。

从上述结果可得出，超声波处理对果蔬汁理化性质的影响是一个复杂的过程，其本质是由加工过程中上清相和颗粒相的变化决定。从超声波处理对颗粒相的作用来看，可将作用机制归纳为如下方面：1）超声波的空化作用产生的微射流、局部的高温和高压会导致果蔬细胞

破坏，使得颗粒粒径减小，能更好地分散到上清液中；2）颗粒变小使得颗粒间产生更大的接触面积，形成了更强的颗粒间相互作用；3）较小的颗粒能更好地嵌入到果胶网络中，从而增强了体系的稳定性[81]。从超声波处理对上清相的作用来看，可将作用机制归纳为如下方面（图3）：1）超声波通过空化作用能使细胞中的果胶释放到上清液中，使上清液的黏度增大；2）一定的超声波处理会导致上清相中的果胶发生不同程度的降解，使得果胶的功能特性（如凝胶特性、稳定性等）发生改变，从而影响果蔬汁的黏度及流变学特性。

表3 超声波处理对果蔬汁理化及营养特性的影响Table 3 Effect of ultrasonic treatment on physicochemical and nutritional properties of fruit and vegetable juices

图3 超声波对果胶的萃取和降解作用示意图[80]Fig. 3 Schematic illustration of ultrasound-assisted extraction and degradation of pectin[80]

超声波处理对果蔬汁理化特性影响的复杂性通常受到果蔬品种、超声波强度、温度、时间、超声波处理前的果蔬汁粒径大小、果胶特性等因素影响。超声波处理对果蔬汁理化特性的影响规律可归纳为如下方面：1）果蔬汁的悬浮颗粒越大，超声波对其破坏作用越大；2）超声波对颗粒的破坏效果与超声强度、时间、温度呈正相关；3）当果蔬汁中一定大小的颗粒被完全破坏后，超声波对颗粒不再起破坏作用；4）超声波能破坏细胞结构，促使细胞壁中的果胶释放到上清液中，可以增加上清液的黏度及更好地提高两相三维网络结构的强度；5）超声波通过空化作用产生的剪切作用、热作用和自由基会对果胶结构造成影响，包括发生于主链或侧链的降解作用、酯化度增大或减小等。超声波处理对两相关键结构组分的影响可能同时发生，也可能存在阶段性，对其进行探究有利于更好地解释果蔬汁理化性质在超声波处理过程中的复杂变化。因此，应进一步基于果蔬汁的两相体系在加工中的变化规律及分子机制来深入探究超声波处理对果蔬汁品质特性的影响。

4 超声波处理对果蔬汁营养特性的影响及其机制

果蔬中含有丰富的营养物质如抗坏血酸、多酚、类胡萝卜素、花青素等，加工条件对这些营养物质具有较大的影响。超声波处理对果蔬汁营养物质的影响存在两面性：一方面，超声波在传播过程中由空泡坍塌产生剧烈的剪切力及局部的高温和高压，使得细胞内部结构受到破坏；当细胞壁被破坏后，细胞内含物释放并分散到上清液中，从而提高这些物质的萃取率（图4）；另一方面，超声波处理过程产生的自由基会导致活性组分发生降解。表3列举了超声波处理对果蔬汁营养特性的影响。值得注意的是，超声波的作用并不能直接导致细胞内物质含量增加，而是提高了这些物质的萃取率[82]。但也有报道发现超声波的空化作用会使植物细胞产生应激反应，从而增加物质的合成[70,83]。

图4 超声波在果蔬汁加工中可能的辅助萃取机制[82,84]Fig. 4 Possible mechanism of ultrasound-assisted extraction during fruit and vegetable processing[82,84]

4.1 超声波处理对抗坏血酸的影响及其机制

抗坏血酸是果蔬中重要的营养素，由于其对加工条件敏感，通常将抗坏血酸含量降低50%时作为货架期结束的品质指标[8,85]。Gao Ruiping等[52]研究表明，预先脱气的鲜榨番茄汁经10 ℃超声波处理10 min后，抗坏血酸含量增加了20.20%，并且在随后的超声波处理过程中，抗坏血酸没有发生降解。Aguilar等[82]研究表明，当果汁预先脱气后，即使超声波处理温度达到55 ℃也没有引起抗坏血酸降解，并建议在加工前对果蔬汁进行脱气处理，以减少果蔬汁中抗坏血酸在超声过程中的损失。do Amaral Souza等[86]研究超声波处理温度对卡姆梅果汁的影响，结果发现超声波处理温度为40 ℃时，抗坏血酸含量显著高于对照样品，而当超声波处理温度从40 ℃增至60 ℃的过程中，抗坏血酸含量逐渐降低。Martínez-Flores等[70]报道胡萝卜汁经频率24 kHz、振幅120 μm、功率2 181.68 mW/mL、温度58 ℃的超声波处理10 min后抗坏血酸得以100%保留，并且在4 ℃冷藏20 d后，抗坏血酸没有发生降解。Abid等[8]研究浴盆式和探头式超声波处理对苹果汁中抗坏血酸的影响，0.06 W/cm3浴盆式超声波于20 ℃处理30 min后，抗坏血酸含量提高1.71%，当超声波处理温度提高至40 ℃和60 ℃时，抗坏血酸含量分别降低了5.78%和11.38%；0.3 W/cm3的探头式超声波于20 ℃处理5 min后，抗坏血酸含量提高15.18%，而40、60 ℃处理5 min后，抗坏血酸含量分别降低了3.98%和5.69%。结果表明，探头式超声波处理对活性物质的萃取作用及降解作用都大于浴盆式超声波，但其降解与温度有关。Jabbar等[23]研究超声波处理（型号VC750、探头直径13 mm、频率20 kHz、强度48 W/cm2）对胡萝卜汁品质特性的影响，结果表明20 ℃超声波处理10 min使得抗坏血酸含量显著提高，当超声波处理温度升高至40～60 ℃后抗坏血酸发生了降解；但经超声波处理的样品中抗坏血酸的含量显著高于热处理（80 ℃、1 min）。

文献中关于超声波处理对果蔬汁抗坏血酸的影响存在不同的结果，这可能与作用机制和条件有关[82]。1）超声波的空化效应产生了强烈的微射流、局部高温和高压，导致细胞结构发生破坏[69]，从而使抗坏血酸从细胞中释放出来，提高了其萃取率；2）超声波空化作用产生的自由基导致抗坏血酸发生降解[87]，但自由基的产生受溶解氧、超声波功率和温度等因素制约，溶解氧含量与产生的自由基量呈负相关[88]；3）氧化降解，尤其是在鲜榨果蔬汁的加工中混入的氧气通常会导致抗坏血酸发生降解，并且超声波处理温度越高，其降解的程度越大[6,8,23]。

与热处理相比，超声波处理能有效地保留果蔬汁中的抗坏血酸。但超声波处理对抗坏血酸的影响取决于超声波的功率、时间、温度、溶解氧等因素[82]。超声波处理对果蔬汁中抗坏血酸的影响规律可归纳为如下方面：1）超声波处理温度较低时对抗坏血酸的作用以萃取为主，体现在抗坏血酸含量增大；2）当温度高于40 ℃后发生显著的降解，导致抗坏血酸含量降低；3）降低果蔬汁体系中的溶解氧水平可以有效减少抗坏血酸的降解。在一定情况下，在超声波处理过程中，抗坏血酸被降解会消耗产生的自由基，这能起到对其他活性物质如多酚类、类胡萝卜素、花青素等的保护作用[83]。

4.2 超声波处理对多酚、类胡萝卜素的影响及其机制

许多研究表明超声波处理能提高番茄汁[52]、草莓汁[22,89]、苹果汁[90]、仙人掌汁[18]、蓝莓汁[10]、胡萝卜-葡萄汁[76]等果蔬汁中多酚和类胡萝卜素等营养物质的含量。Abid等[90]研究超声波处理（2 W/cm2、20 ℃）对鲜榨苹果汁中活性物质的影响，结果发现处理时间为30 min和60 min时苹果汁中的总类胡萝卜素含量分别增加了12.30%和27.05%；超声波处理30 min使绿原酸、咖啡酸、儿茶素、表儿茶素和根皮苷含量分别增加41.12%、18.83%、19.67%、145.00%、76.06%；当时间延长至60 min，绿原酸、儿茶素和表儿茶素的含量有所降低。Wang Jin等[89]研究超声波处理对草莓汁活性物质的影响，结果发现对照样品中总酚质量浓度为57.60 mg/100 mL（以没食子酸当量计，下同）；处理12 min后总酚质量浓度增至95.76 mg/100 mL；当时间延长至16 min时总酚质量浓度降至68.18 mg/100 mL。通过对多酚单体的分析发现阿魏酸在整个超声波处理过程中没有显著变化，而处理12 min使得儿茶素、没食子酸、鞣花酸含量分别增加185.70%、150.00%、40.73%；当时间延长至16 min过程中没食子酸含量没有显著变化，而儿茶素和鞣花酸含量分别减少了41.31%和53.58%。这表明超声波处理会导致多酚物质发生降解，且对多酚类物质的影响具有单体特异性。Gao Ruiping等[52]研究表明超声波处理时间为30 min时鲜榨番茄汁中总酚含量增加24.71%，而对番茄汁中的类胡萝卜素的影响具有时间依赖性和单体特异性。总类胡萝卜素、总番茄红素、总β-胡萝卜素和总叶黄素在超声波处理时间延长至10 min的过程中持续增大，随后时间延长至30 min的过程中逐渐降低；全反式β-胡萝卜素和5-顺式番茄红素含量在超声波处理5 min时达到最大值，随后时间延长至30 min过程中都保持稳定；9,13-双-顺式-和9’-顺式-番茄红素含量在整个超声波处理过程中保持恒定；而5’-顺式-番茄红素含量在超声波处理时间为5 min时降低，时间延长至20 min的过程中保持不变，当时间延长至30 min时又升至对照样品水平。Campoli等[91]研究超声波处理对番木瓜汁中番茄红素的影响，结果发现15 W/cm2超声波于25 ℃处理9 min后番茄红素含量降低了46.26%，而其生物利用率提高了90%以上。

超声波处理对果蔬汁中多酚、类胡萝卜素的影响是一个复杂的过程，主要取决于超声波强度、温度、时间、单体类型等因素。超声波处理对果蔬汁中多酚、类胡萝卜素的影响机制包括如下方面：1）超声波通过空化作用导致细胞壁结构破坏，从而使得多酚、类胡萝卜素的提取率增大；2）超声波处理过程产生的温度、压力、自由基也会导致多酚、类胡萝卜素发生不同程度的降解，且该降解作用具有单体特异性；3）一定条件的超声波处理会导致类胡萝卜素发生异构化，从而影响其生物活性。

综上所述，超声波处理对果蔬汁中活性物质的影响存在较大差异，这取决于果蔬汁类型、品种、超声波强度、温度、时间、多酚和类胡萝卜素的构型等复杂因素。一般而言，低温短时间有利于活性物质的萃取及保留，当温度升高和时间延长后会导致抗坏血酸、多酚、类胡萝卜素发生降解或异构化。文献中关于超声波处理导致活性物质发生氧化及异构化的机制及其生物活性的研究较少，因此有必要进一步探究其对果蔬汁中活性物质影响的规律及其作用机制。

5 结 语

超声技术具有灭活果蔬汁中的内源酶和有害微生物，改善果蔬汁的发酵性能、稳定性、流变学特性、感官特性及提高营养价值等优点，这充分表明超声技术在果蔬汁加工中具有较好的应用前景。虽然超声技术在果蔬汁加工中取得了许多成果，但仍然存在一些瓶颈问题需要突破。1）超声波处理对果蔬汁口感、风味或香气的影响及改善/保持能力需要深入研究；2）由于超声波处理的效果受到果蔬汁类型、复杂体系、超声功率、振幅、时间、温度等因素的影响，从而使文献报道的结果各异甚至出现互相矛盾的结论，因此超声波处理对不同果蔬汁品质特性影响的规律、具体机制及相关性还需要进一步深入探究，以便在具体加工过程中合理设置条件、减少负面效应；3）研究报道中对于超声波处理的强度表达形式包括功率（W）、体积功率（W/L或kJ/cm3）、面积功率（W/cm2）等，使得对结果的比较及不同设备间的参数参考较为困难，因此需要对超声波处理参数的表示进行规范化；4）超声波处理对果蔬汁的消化吸收特性及生物利用率的影响有待进一步研究；5）酶及微生物失活需要较高的超声波强度和温度，但该条件下可能造成活性物质的损失，因此未来应着重研究超声波与其他物理或化学方式联用的协同机制，以使果蔬汁的整体品质特性提升；6）超声技术在工业层面的应用需要优化参数、降低能耗，研究它对食品批量生产的影响，更要考虑大规模超声波处理对人体的安全性及对果蔬汁的负面效应，后续应侧重于工业规模的实施。