超高压技术在果品加工中的应用研究进展

胡爱军，王威，于作昌，王玺章，于敏燕

（1.山东鲁海食品有限公司，山东莱阳 265224；2.天津科技大学食品科学与工程学院，天津 300457）

我国果品产量丰富，已成为果品第一生产和消费大国，但果品不易保存，容易腐败变质，每年都有大量的果品因腐败变质而被丢弃，造成了很大的经济损失和资源的浪费。因此，为了提高果品的价值，减少资源的浪费，果品被加工成各种产品，如罐头、果汁、果酱、果酒等。在果品加工过程中，通常需要杀菌以延长产品的保质期，其中热杀菌是使用最广泛的杀菌技术。但是，采用热杀菌在对果品进行杀菌的过程中，对果品中维生素、酚类、花青素和类胡萝卜素等活性物质以及质构和风味等会产生极大的破坏，从而影响产品的质量[1]。另外，为了延长产品保质期，添加防腐剂也是常用的方法。随着人们生活水平的提高，人们对食品的营养和健康需求提出了更高的要求，营养、安全、不添加任何防腐剂的水果制品更易受到消费者的追捧。

由于热加工会显著降低果品的营养、感官价值，对果品中风味物质产生不利影响，超高压技术因具有较低的加工温度以及能最大程度地保留果品的营养成分和生物活性成分等特点，而受到人们的极大关注[2]。超高压技术作为一种非热加工技术，不仅可杀灭食品中的病原微生物，而且也能钝化酶的活性以延长保质期[3]，基本不会导致化合物的共价键被破坏，因此食品中风味物质、维生素、色素等不会发生显著变化，有助于保持食品的品质、色泽和营养价值[4]。此外，超高压技术还具有以下特点：1）操作简单便利，处理时间短；2）技术节能，极少产生污染；3）能够保留食品的色泽、味道、营养物质等；4）通过组织变形，能够获得新的物性食品。为了更好地开发和应用超高压技术，促进水果加工业的发展，本文对近年来超高压技术在果品加工中的国内外研究进展进行综述，并指明现存的问题以及未来发展的方向，以期为超高压技术的研究与应用奠定理论基础和技术支撑。

1 果品加工中超高压技术原理

以液体或气体作为介质，将放入果品的密闭容器加压至一定的压力（100～1 000 MPa），并使其保压适当的时间，从而杀灭食品中微生物，抑制或钝化酶的活性以延长其保质期，或达到改善果品品质的技术称之为“超高压技术”（ultra-high pressure，UHP）[5]。该技术可分为3 类，即超高静压技术、超高压水射流技术和动态超高压技术。超高压处理果品的效果不受高压设备的大小、包装形式、体积大小等因素的影响。这是因为超高压处理果品主要遵循帕斯卡原理，即超高压产生的压力能以相同的数值沿各个方向传递到流体中的所有流体质点，使得整个果品受压均匀，并且压力传递速度极快，无压力梯度[6]。超高压能够灭菌和改善果品品质，这是因为超高压能够破坏果品中非共价键（如氧键、离子键和疏水键等）或形成新的非共价键，从而导致果品中的酶失活、蛋白质变性、微生物菌体破坏。超高压加工果品过程中，反应平衡朝着减小系统外加作用力影响的方向移动，这表示反应朝着体积减小的方向移动，包括化学反应平衡以及分子构象的可能变化。

2 果品加工中超高压技术应用研究

国内外基于超高压技术加工果品进行了不少研究，表1 总结了近几年国内外有关研究情况。这些研究大多集中于超高压处理后对不同果品微生物、可溶性固形物、酶活性以及感官品质等特性的影响，研究结果有利于揭示超高压技术对不同果品特性的影响规律。

表1 近几年国内外应用超高压加工果品的研究Table 1 Domestic and international studies on the applications of UHP for fruit processing in recent years

3 超高压处理对果品感官品质的影响

随着消费升级，健康、安全、营养的产品是食品产业发展的主要趋势，备受消费者的追捧。超高压杀菌技术能更好地保持食品原有的营养成分、口感、色泽，并延长货架期，从而满足社会对现代食品的需求，较好地避免了传统热处理由于温度过高对食品品质的显著负面影响。但是，超高压对果品的处理效果取决于保压压力、保压时间以及循环处理次数等多种因素，探究这些因素的影响规律，揭示超高压技术对果品感官品质的影响无疑具有重要意义。

3.1 超高压处理对果品色泽的影响

食品的色泽是最明显、最直观的感官品质之一。对食品工业来说，食品的色泽是一个非常重要的属性，因为色泽是判断果品品质好坏的重要因素，并且决定了消费者购买的欲望。超高压处理会使果品的颜色产生变化，并与超高压大小有关。张珍珍等[11]研究发现，随着超高压压力的升高，芒果果浆总色差（△E，一般认为当△E≥2 时，表示色泽显著变化，当△E＜2 时，表示色泽无明显变化）不断增加，当压力大于300 MPa时，△E≥2。这可能是由于超高压压力过大破坏了植物的细胞和组织结构，从而导致其中的色素释放，另一个重要原因是压力促使了酶促褐变，导致芒果果浆色泽增加。吴思宇等[15]研究发现，500 MPa 超高压处理10 min 能显著增加脐橙酱和蜜橘酱的L*、a*、b*值，但超高压处理的脐橙酱、蜜橘酱的△E值分别为1.70、1.40，均小于2，而热处理后脐橙酱、蜜橘酱的颜色发生显著变化，黄色程度加深，△E值均大于2。这表明相较热处理，超高压处理能更好地保持脐橙酱和蜜橘酱的色泽。李兴武等[23]采用超高压对脆红李低糖果酱进行杀菌后，发现脆红李低糖果酱的色泽变化影响不显著。以上研究表明，超高压处理会增加果品的色泽，果品色泽的增加程度与超高压压力、果品的种类等因素有关。

3.2 超高压处理对果品感官评分的影响

很多研究采用感官评分的方式评价超高压处理对果品口感、色泽、香味、状态等感官品质的影响。超高压处理果品时，只作用于果品中的非共价键，而不影响共价键，因此能够很好地保持产品的口感、风味、香味等[24]。此外，一些研究发现超高压处理能提高果品的感官品质。张珍珍等[11]研究发现，超高压处理对芒果泥的感官品质影响不显著，较低的压力（200～500 MPa）处理会略微提升芒果泥的感官品质，但是当压力增加到600 MPa 时，芒果泥的香气评分值降低，过高的压力会降低芒果泥的感官品质。吴思宇等[15]研究结果表明，超高压处理能够很好保持果酱的感官品质。Xu等[20]使用超高压（550 MPa、5 min、室温）处理混合果汁后发现，超高压处理的混合果汁有很好的色泽、味道和外观，专业人员不能区分未处理和超高压处理的混合果汁。

3.3 超高压处理对果品质构的影响

果品的质构直接影响着口腔行为、感官愉悦以及消费者对其喜爱程度[25]。超高压技术能通过改变食品中的生物大分子结构如干扰果品中的细胞通透性，从而使细胞内的水和代谢物产生运动，进而导致果品质构的变化[26]。超高压处理能影响薄壁细胞的组织，导致植物细胞分解，细胞间隙不再充满气体，而出现空腔，因此超高压处理的果品普遍变软[27]。Gopal 等[28]研究发现，在不同超高压条件（100～400 MPa、5～60 min、室温）下，对苹果、梨、橙子、菠萝、胡萝卜等不同水果进行处理，发现在超高压处理的过程中，果品的硬度迅速下降。在保压期（100、200 MPa，30～60 min）间，处理后的梨、橙、菠萝、胡萝卜等水果的硬度进一步下降或逐渐恢复。此外，还发现不同的水果对压力的敏感性不同，在100 MPa 时，梨对压力的敏感性最强，其次是苹果、菠萝和橙子，而在200 MPa 的压力时，苹果比梨更对压力敏感。吴思宇等[15]研究了超高压（500 MPa、10 min）处理对脐橙酱和蜜橘酱质构的变化，发现超高压处理可以显著降低果酱的硬度、黏性、胶着度以及咀嚼度。这是因为超高压处理会促使果品发生酶促和非酶促反应，导致其质构特性发生改变[29]。一些研究证实食品质构能反映食品感官的特性，较低的硬度和黏性食品，在食用的过程中口感更细腻丝滑[27]，这表明尽管超高压处理改变了果品的质构特性，但是在一定程度上提高了果品的感官品质。

4 超高压处理对果品理化性质的影响

4.1 超高压处理对果品pH 值的影响

pH 值对果品的品质、口感等具有重要影响，是评价果品品质和商品价值的重要指标之一。经超高压处理的果品，其pH 值通常不会受到显著影响。如经超高压处理后，脐橙酱、蜜橘酱pH 值没有显著变化[15]。Lou 等[19]发现，被超高压（300、600 MPa，2、6 min）处理的山楂浆果汁，在储藏期间的pH 值无显著变化。此外，宋永程等[14]采用超高压对苦笋复合果蔬汁进行处理，发现复合果蔬汁的pH 值也未发生显著变化。然而，张珍珍等[11]发现，芒果泥的pH 值随着超高压压力的增加呈现下降的趋势，当压力超过400 MPa 时，不同压力处理后的芒果泥pH 值差异性较为显著。这是因为压力会导致芒果泥中水分子的电离，从而增加了其氢离子的浓度，进而导致pH 值的变化。这说明超高压对果品pH 值的影响受到压力大小的影响，并且与水果制品的种类有关。

4.2 超高压处理对果品中可溶性固形物含量的影响

可溶性固形物含量是果品的重要指标之一。研究发现，经超高压处理后，果品制品的可溶性含量无显著变化。超高压处理对果品可溶性固形物含量的影响如表2所示。

表2 超高压处理对果品可溶性固形物含量的影响Table 2 Effect of UHP treatment on the soluble solid content of fruit products

由表2 可知，不同的超高压处理条件，均未显著改变混合果品中可溶性固形物含量。

5 超高压处理对果品营养成分的影响

果品中含有维生素、膳食纤维、矿物质等营养成分。崔燕等[17]使用超高压处理水蜜桃果汁后，发现果汁中的维生素C 含量下降，这可能是由于高压将外界氧气压入果汁中，提高了维生素C 与氧的接触概率，从而加速了维生素C 的氧化[30]。彭思嘉等[31]发现，超高压处理后樱桃汁维生素C 保留率达95.9%，而高温短时处理樱桃汁维生素C 仅保留45.3%。刘一璇等[9]也发现了超高压处理组中果品维生素C 含量无显著变化，因此可认为超高压处理能较好保留果品中维生素C 含量。超高压处理能降低果品中叶酸含量，但与热处理相比，超高压处理能较好地保留复合苹果泥中的叶酸。此外，超高压处理也能较好地保留果品中的果胶含量。彭思嘉等[31]研究了超高压处理对樱桃汁品质的影响，结果发现超高压处理对樱桃汁中的果胶含量无显著影响。冉露霞等[32]研究发现，超高压处理也不会显著影响百香果汁中的蛋白质含量。

6 超高压处理对果品中生物活性化合物的影响

果品中富含有花青素、黄酮、类胡萝卜素等多种生物活性化合物，是人体所需的生物活性物质重要来源。花青素是一组酚类化合物，具有促进健康的特性，并影响果品的感官。热处理会显著减少果品中花青素的含量，但是超高压处理对果品花青素含量的影响不显著[17]。Feng 等[33]在500 MPa、15 min 的条件下处理草莓、苹果、柠檬复合果汁，发现花青素含量无明显变化。蒲莹等[10]研究了不同超高压压力（300、400、500 MPa/10 min）处理对黑果枸杞汁花青素的影响，发现超高压处理的黑果枸杞汁中的花青素与未处理的相比无显著差异。还有研究表明，经超高压处理的浑浊草莓汁花青素含量减少，可能是由于超高压使较高浓度的氧气进入草莓汁，从而促进了花青素的降解而引起的[28]。此外，超高压处理能较好地保留果品中总酚。蒲莹等[10]发现，不同超高压处理后的黑果枸杞汁的总酚含量均未显著变化。Wu 等[18]发现超高压处理未显著改变菠萝果汁中的总酚含量。然而，宋永程等[14]发现，500 MPa 的超高压处理苦笋复合果汁饮料5 min，总酚含量显著降低8%，而热处理使其降低了19%，这是因为超高压只作用于食品分子的非共价键，而高温处理则造成了酚类物质降解。超高压处理还能较好保留果品中胡萝卜素、膳食纤维，例如，冯若怡等[8]发现，不同超高压处理条件均未对复合苹果泥中的总类胡萝卜素和β-胡萝卜素以及膳食纤维产生显著性影响。

7 超高压处理对果品中酶活力的影响

超高压处理会钝化果品中酶的活性，钝化效果受很多因素的影响，主要因素包括超高压压力、处理时间、酶的种类以及处理果品的体系等。刘一璇等[9]研究发现，400～500 MPa 超高压处理1～10 min 后果泥中多酚氧化酶（polyphenol oxidase，PPO）和过氧化物酶（peroxidase，POD）的残存量分别为75%～85%和65%～95%，且不同超高压压力下的PPO 残存酶活性无明显变化；在500 MPa 的压力下，处理时间增加到10 min后，过氧化物酶的活性会增加，可能是因为压力促使细胞壁上结合的多酚氧化酶游离出来[34]。冯若怡等[8]研究表明，在400 MPa、2 min 和500 MPa、2 min 的超高压处理复合苹果泥后多酚氧化酶分别降低至64.54%、56.70%，超高压对复合苹果泥的PPO 钝化效果与超高压压力成正比，但果胶甲酯酶的酶活性仍然很高，这表明超高压处理对果品中酶活性的影响与处理压力、果品和酶的种类有关。

8 超高压处理对果品中微生物的影响

超高压能够破坏微生物的蛋白质、多糖、脂质、核酸等生物大分子的非共价键，使微生物细胞形态发生改变，抑制酶的活性和DNA 等遗传物质的复制等，从而使微生物细胞内生理功能紊乱、丧失，达到杀灭微生物的目的。超高压对果品的杀菌效果受保压时间、超高压压力以及微生物种类、pH 值、温度等因素的影响。李兴武等[23]研究了在30 ℃条件下，不同超高压压力下（450、550、650 MPa）保压10 min，对脆红李低糖果酱中微生物的影响。研究发现，在30 ℃、550 MPa 的超高压压力下保压10 min，脆红李低糖果酱中的微生物（菌落总数、霉菌数、大肠菌群），在储存期间（15 d）达到了国家标准要求。冯若怡等[8]通过不同的超高压处理条件，对复合苹果泥进行超高压处理后，发现超高压处理能有效杀灭复合苹果泥中的微生物（霉菌、酵母菌）。唐美玲等[7]研究了不同低高压组合（100 MPa/400 MPa、200 MPa/400 MPa、200 MPa/500 MPa、300 MPa/500 MPa、300 MPa/600 MPa）、保压时间（2、6、10、14、18 min）以及低高压时间比（5∶1、2∶1、1∶1、1∶2、1∶5）和协同温度（25～45 ℃）对复合饮料中微生物的影响。研究发现，随着压力的升高以及处理时间延长，复合饮料中的菌落总数呈现下降的趋势，低高压压力组合以及时间比等因素会对杀菌效果产生影响。因此，在利用超高压对果品杀菌时，应综合考虑微生物特性、果品特性和处理工艺参数之间的相互影响，优化出最佳组合处理参数，从而得到更好的杀菌效果[35]。

9 存在的问题及发展方向

超高压技术不仅能够杀灭果品中的微生物、钝化果品中的酶活性，而且对果品中的理化指标、感官品质以及营养物质成分影响较小，能够最大程度保持果品的原始风味。超高压技术的使用和开发存在的主要问题是超高压设备投资和运行成本较高和产能较低，间歇式超高压处理方式使加工效率大大降低；超高压技术效果受保压时间、压力、循环次数以及果品中酶、热、氧气等多种因素影响，对超高压技术的精准调控产生负面影响；超高压对一些果品品质及其微生物和酶的影响规律及机理尚不清晰。因此，在果品加工领域，超高压技术研究和发展方向如下：1）超高压对果品品质、营养成分、微生物和酶的影响规律与机理，以及不同微生物对超高压的耐受性及机理研究；2）超高压加工过程中果品组分的互作机制研究；3）超高压组合技术研究与应用，如超高压与超声波、二氧化碳、氮气、紫外线等组合技术的研究与应用；4）智能化、自动化和信息化技术在超高压技术装备上研究与应用以及大规模工业化超高压装备开发。通过对超高压技术及设备的深入研究，促进超高压技术、水果加工业及相关产业的发展。