超高压技术在果汁加工中的应用研究进展

引用格式

张建峰,刘晓霞,薛永春,等.超高压技术在果汁加工中的应用研究进展[J].农产品加工,2025,(7):97-101.

基金项目

内蒙古自然科学基金项目（2021MS03044）；内蒙古特色果酒系列产学研科技创新平台能力建设项目（BR221046）；内蒙古特色果酒系列产品产学研科技创新平台（NJCXY-19-05）；新工科背景下食品学科产教融合人才培养模式创新研究（ZYZD202303）；2022 年内蒙古农业大学职业技术学院教学改革项目（202208YZDI01）；2022 年内蒙古自治区社科规划项目（2022ZZC066）；基于宏基因组de novo高通量测序对葡萄酒发酵过程中微生物多样性的研究（NJZY23118）。

摘   要

食品超高压（Ultra high pressure，UHP）技术是传统热处理的有效替代方案，能在常温或较低温度下进行，且能保持食品原有色、香、味和营养成分，具有耗能低、对环境无污染、杀菌均匀彻底等优点。对某些食品，可有效杀灭导致果蔬变质的病原菌和微生物，抑制酶活性，减少产品中营养成分的流失，保证产品的感官品质。近年来，在食品加工中被广泛应用，但其在果汁加工中的应用影响机制尚不明确。因此，对超高压技术进行概括，阐述超高压技术在果汁中的应用研究进展，综述超高压技术对果汁微生物、酶、营养成分的影响及目前存在的杀菌难点，为果汁加工提供技术参考，推动我国果汁加工技术革新。

关 键 词

果汁饮料；杀菌；超高压技术；

抗褐变；微生物安全性

正   文

0   引言

超高压（Ultra high pressure，UHP）技术，简称高压处理，是一种非热灭菌技术，以液体为介质，在室温或温和的热条件下，使用100~1 000 MPa的压力实现灭菌和钝化的目标^[1]。食品中的微生物和病原菌得到有效消除，且不破坏产品的感官品质和生物可利用成分，不产生异味，是一种有效的加工工艺，已通过美国农业部食品安全和检验局（USDA- FSIS）的认证，并被人们广泛接受。超高压处理技术属于非热杀菌技术^[2]，是将食品物料在特定的压力作用下和特定温度下处理一定的时间，运用新型加工方法对食品进行杀菌、灭酶和改变生物活性等。20世纪时，关于超高压技术方面的研究持续不断。但是，受限于当时的科技、社会条件，超高压技术并没有在当时发展起来，随着技术理论的完善和配套设备的出现，超高压技术才开始取得真正的进步。现阶段，超高压处理技术相对应的果蔬制品和肉制品已具有一定的商业化规模。

1   概述

1.1   超高压技术简介

超高压技术与传统的热杀菌技术相比，具有独特的优势，目前人们所熟知的杀菌技术有热杀菌技术、紫外线杀菌技术、微波杀菌技术、臭氧杀菌技术和辐照杀菌技术等。针对超高压技术对果汁中微生物的影响进行了简单分析，同时与其他新型技术联合，不断提高果汁品质，做到更好地保留果汁的营养成分。使果汁饮品拥有理想的货架期，对产品进行完善。但超高压技术还存在许多不足，如超高压设备生产成本高、产能低、能耗高、缺乏相关标准与规范、超高压食品加工指标、超高压设备技术难点等^[3]。超高压技术可有效杀灭导致果蔬变质的微生物，抑制酶活性，控制产品中营养成分的最小损失。

经济的蓬勃发展提升了生活水平，人们对食物方面的需求也变得多样化，为满足需求，一项在保留食物风味和原本营养物质的基础上杀灭食品残存微生物的超高压技术应时而生。

1.2   超高压技术在果汁加工中的应用现状

超高压技术对大部分营养素和部分功能活性成分（如多酚、类胡萝卜素和糖类）影响不大，对果汁的含糖量、酸度和pH值等理化指标影响不显著，能更好地保护果蔬汁的营养成分和风味物质^[4]。超高压技术能有效杀灭果汁中的微生物，包括耐热细菌芽孢，同时避免了热处理可能导致的风味物质成分减少^[5]。国内多个省份已经建成了超高压果汁生产线，并成功应用于橙汁、苹果汁、蓝莓汁、西瓜汁和草莓汁^[6]等多种果蔬汁的工业化生产中。超高压技术在果汁加工方面有着更方便、更安全，且可延长保鲜期，被视为食品超高压设备^[7]的引领者，助力果汁加工行业完成生产线的建设与转型。

超高压技术在果汁加工中的应用正逐渐增多，其在保留果汁原有风味和营养价值方面的优势，以及对提升产品安全性的贡献，正受到越来越多的关注和认可。未来，随着技术的进一步发展和成本的降低，超高压技术有望在果汁加工乃至更广泛的食品加工领域中发挥更大的作用。

2   超高压技术对果汁的影响

2.1   超高压技术对果汁中微生物的影响

超高压杀菌技术属于冷杀菌技术^[8]，能够在不显著改变食品感官品质的前提下，有效杀死食品中的微生物。

超高压技术能破坏微生物的细胞膜，使细胞蛋白质变性，引起细胞失活，改变细胞中的pH值，破坏细胞的正常生理代谢，杀死食物中的微生物。微生物的种类、压力程度、过程持续时间和环境等因素都会影响超高压技术的灭菌效果。生物结构越复杂，微生物在超高压处理中就越容易被杀死。在300 MPa以上的压力条件下，超高压技术可达到更好的杀菌效果，超高压技术与温度有一定的协同作用，超高压技术的杀菌效果随着一定范围内温度的升高而更好。潘见等人^[9]研究超高压处理热敏性果汁草莓汁与微生物存活量之间的关系表明，在压力350 MPa，保压时间3 min，温度29 ℃条件下，果汁中所有大肠菌群都被消除了，而霉菌和酵母菌比大肠菌群更耐压。在压力350 MPa 时，延长处理时间至10 min 即可完全消除菌落，果汁中含有多种耐压菌，经500 MPa处理15 min后，菌落总数可减少至30 CFU/mL，满足果汁的商业无菌要求。水果、果酱和果汁中的腐败菌大多是对压力敏感的霉菌、酵母菌和乳酸菌，通过超高压处理很容易消除。超高压处理能够有效地杀灭或抑制果汁中的微生物^[10]，包括细菌、霉菌和酵母菌等。这意味着经过超高压处理的果汁在储存和运输过程中更不易变质，减少了因微生物污染而导致的食品安全风险。

2.1.1   超高压技术对果汁中霉菌的影响

超高压技术能够破坏霉菌的细胞结构，特别是细胞壁和细胞膜，导致细胞膜的通透性发生变化，使得细胞质流失，最终导致霉菌死亡，延长果汁的保质期。超高压技术可与其他杀菌方法（如热处理、超声波处理等）联合使用，以提高杀菌效果。超高压技术对某些特定的霉菌，具有很好的杀菌效果，使霉菌的数量随着压强的增加而下降^[11]。

2.1.2   超高压技术对果汁中酵母菌的影响

超高压技术能够有效地杀灭果汁中的酵母菌。在一定的压力和时间条件下，可显著降低果汁中的酵母菌数量，甚至达到商业无菌的标准。酵母菌相较于其他微生物，如细菌和霉菌，对超高压更为敏感。超高压技术结合适当的温度条件可提高对酵母菌的杀菌效果。在一定的温度范围内，随着温度的升高，超高压技术对酵母菌的灭活效果会加强。冯若怡等人^[12]通过不同的超高压处理条件，处理复合苹果泥后发现，超高压处理确实能够有效杀灭其中的酵母菌。高压处理后的果汁在贮藏期间能够保持较低的酵母菌含量，有助于延长果汁的保质期。

2.1.3   超高压技术对果汁中细菌的影响

超高压技术能够有效地杀灭果汁中的细菌^[13]，包括病原菌和腐败菌。通过施加高压力，可破坏细菌的细胞结构，导致其失活。超高压处理后的果汁在贮藏期间能够保持较低的细菌含量，有助于延长果汁的保质期。

大肠杆菌作为常见的一种细菌，通常用于评估食品的卫生状况和潜在安全问题。超高压技术对果汁中大肠杆菌的影响显著，能够有效地降低果汁中的大肠杆菌含量^[14]，从而提高果汁的安全性。由于大肠杆菌是革兰氏阴性菌，其对超高压的耐受性相对较低。超高压技术对嗜酸耐热菌也具有显著的杀菌效果，能够有效杀灭嗜酸耐热菌，提高果汁的安全性。虽然超高压技术对细菌有良好的杀菌效果，但某些特定的细菌血清型或条件可能需要更高的压力或处理时间。

2.2   超高压技术对果汁中酶的影响

超高压技术能够在常温或较低温度下通过改变酶的生物大分子结构来达到灭酶的效果，这有助于延长食品的保质期而不会破坏其营养成分。超高压技术对高分子量组分具有显著的影响。生物分子的空间结构是复杂的。通过使用电子显微镜等设备观察经过高压处理的生物分子，可发现超高压技术对生物分子产生严重影响的原因是超高压技术不仅使蛋白质三级结构失活，且改变酶的活性，导致酶变性甚至失活^[15]。然而，压力处理并不总是对酶有抑制作用。一些酶实际上可在低压条件下提高其活性，如梨多酚氧化酶（PPO）可在低压条件下（300 MPa）显著提高酶的活性。多酚氧化酶是引起酶促褐变的主要原因^[16]。超高压技术是将食品在特定的压力处理特定的时间，使物料达到与传统巴氏灭菌相似或更好的杀菌性能，使内源酶钝化的非热灭菌技术^[17]，可最大程度地保持食品风味和抗坏血酸含量，且褐变度小。

根据超高压处理前后酚类物质含量的差异，初步探讨了超高压处理对果实褐变的影响机理。超高压处理可使导致果汁颜色变化的酶失活或抑制其活性，从而抑制酶促褐变，保护果汁颜色^[18]。

2.2.1   超高压技术对果汁中果胶酶的影响

超高压技术作为一种非热加工技术，可对果胶酶的活性产生影响，对果胶酶活性适度控制，使其活性降低，以防止果汁在加工和贮藏过程中的过度褐变。超高压技术可与其他技术结合使用，以提高果胶酶的钝化效果或改善果汁的品质。高婧昕等人^[19]研究发现，超高压处理后导致蔬菜汁的黏度降低，可能因为超高压处理的蔬菜汁中的果胶酶，在贮藏过程中分解果胶大分子而造成。超高压处理后的果汁在贮藏期间，果胶酶活性的降低有助于维持果汁的品质。

2.2.2   超高压技术对果汁中蛋白酶的影响

超高压处理可改变果汁中蛋白酶的活性。研究表明，适当的超高压处理可提高某些蛋白酶的活性，而过高的压力可能导致酶失活。超高压技术通过影响蛋白质的分子间和分子内作用力，如二硫键和疏水键，导致蛋白质结构的改变，从而可能增加酶的可接触性和催化效率。通过调整超高压处理的条件，可提高果汁中的蛋白酶活性，进而可能改善果汁的品质和稳定性。超高压处理可增强果汁中蛋白酶对模拟胃肠液的耐受性，使果汁在消化过程中的功能性保持良好^[20]。

2.3   超高压技术对果汁营养素的影响

果汁中的营养素主要包括维生素、膳食纤维、矿物质和其他多种生物活性物质。这些营养素在果汁中的含量会直接影响到果汁的营养价值和饮用风味。除了上述几种主要营养素外，果汁中还含有许多具有生物活性的化合物，如多酚、黄酮类化合物等。这些物质对人体健康有益。然而，这些生物活性物质在超高压处理过程中的稳定性因物质而异。超高压技术对果汁中营养素含量的影响还受到处理条件（如压力大小、处理时间、温度等）和果汁类型（如柑橘类、热带水果类等）的共同影响。因此，在实际应用中，需要根据具体的果汁类型和处理目标来优化超高压处理条件，以最大限度地保留果汁中的营养素。

超高压技术作为一种物理加工方法，其主要作用是通过极高的压力破坏微生物的细胞结构，从而达到杀菌和延长保质期的目的。然而，这种高压环境也可能对果汁中的营养素产生影响^[21]。与传统的热处理相比，超高压技术可在较低的温度下实现杀菌保鲜效果，同时也能更好地保持食物的色、香、味和营养含量，因为其主要作用于非共价键，对维生素、色素和风味物质等低分子化合物的共价键影响较小。超高压技术在某些条件下能够更好地保留果汁中的营养素^[22]，也可能对某些营养素产生负面影响。未来研究可进一步探讨超高压处理与其他加工技术（如热处理、酶处理等）的组合应用，在保留果汁营养素的同时提高其安全性和口感。虽然，超高压技术能够较好地保留果汁中的维生素、矿物质和膳食纤维等营养成分，但在某些条件下，果汁自身组织状态的不同也可能导致部分营养素的损失。这主要取决于超高压技术的压力大小、处理时间和温度等处理条件。过高的压力或过长的处理时间有可能导致敏感营养素的降解或氧化损失。因此，在实际应用中需要综合考虑处理条件和果汁类型来优化处理过程^[23]，最大限度地保留果汁的营养成分。超高压技术还可能改变果汁中营养素之间的相互作用和生物利用度，超高压技术可能会促进某些营养素（如矿物质和维生素）之间的络合反应，形成更易于人体吸收的化合物。同时，由于超高压处理能够改善果汁的结构和稳定性，这也可能影响到营养素在肠道中的释放和吸收过程。超高压技术对果汁品质、口感和营养价值是相互关联、相互影响。果汁品质的提升可能带来口感的改善和营养价值的保持，果汁口感的改善也可能提高消费者对果汁的接受度和摄入量，在评估超高压处理对果汁加工的综合影响时，需要全面考虑这些因素的相互作用和平衡。

2.3.1   超高压技术对果汁中维生素的影响

超高压技术对果汁中维生素的影响相对较小，且能够在一定程度上保留维生素的含量。维C（抗坏血酸）是一种热敏性物质，容易在传统的热处理过程中被破坏。超高压技术可在不显著提高温度的情况下进行加工，从而有效保留果汁中维C的含量。超高压处理对维生素的稳定性具有积极作用，此技术不涉及高温，可减少维生素因热处理而发生的降解。超高压技术不仅可保留维生素，还能保持果汁中其他营养成分的稳定性，如酚类化合物等，这些成分与维C共同作用，为果汁提供健康益处。有研究表明，即使在超高压处理后，维C的含量也只有小幅度的下降，在压力500 MPa的超高压处理15 min后，维C含量只损失了7.29%。与传统的热杀菌方法相比，超高压技术在保留维C方面具有明显的优势，超高压处理时的压力强度、处理时间和温度等因素都会对维生素的保留情况产生影响。适当的处理条件可最大程度保留维生素^[24]。综上所述，超高压技术是一种有效的果汁杀菌和保质方法，能够在保证食品安全的同时，使果汁中的维生素和其他营养成分无显著变化^[25]。

2.3.2   超高压技术对果汁中矿物质的影响

矿物质在果汁中通常以离子形式存在，受超高压处理的影响较小。然而，在极高的压力下，某些矿物质元素可能会与果汁中的有机酸或其他成分形成络合物，从而影响其生物利用度。此外，超高压处理能改变受压介质的pH值^[26]，进而影响矿物质的溶解度和稳定性。超高压处理能够在不显著改变果汁中矿物质含量的情况下，达到杀菌和延长保质期的效果。具体来说，超高压技术处理果汁时，由于不涉及高温，不会像热处理那样导致矿物质的流失或变化。此外，由于超高压处理能够保持果汁的原有结构和组成，果汁中的矿物质，如钾、钙和镁等，都能得到很好的保留。因此，超高压技术是一种能够在保证食品安全的同时，最大限度地保留果汁中矿物质及其他营养成分的有效方法。

2.3.3   超高压技术对果汁中膳食纤维的影响

膳食纤维主要功能是促进肠道蠕动和帮助消化，超高压处理对膳食纤维的影响主要取决于其来源和类型。超高压处理对可溶性的膳食纤维的保留效果较好，而对不溶性膳食纤维的破坏作用较为明显。这可能是因为高压环境有助于破坏不溶性膳食纤维的细胞壁结构，使其更容易被消化酶分解。这可能是因为高压环境有助于破坏不溶性膳食纤维的细胞壁结构，使其更容易被消化酶分解。冯若怡等人^[27]发现，不同的超高压处理条件对复合苹果泥中总类胡萝卜素和膳食纤维的影响并不显著。然而，这些生物活性物质在超高压处理过程中的稳定性因物质而异。

2.4   超高压技术对果汁品质和口感、风味的影响

超高压技术影响食品原理如下：食品在压力下承受的各种压力是一致的，不会损害产品的外观。对超高压技术来说对蛋白质的影响显著，小分子成分的共价键破坏较少，不会影响果汁的风味和营养成分。从品质角度来看，超高压处理显著提高了果汁的安全性和稳定性，这意味着经过超高压处理的果汁在贮藏和运输过程中不易变质，减少了因微生物污染而导致的食品安全风险。超高压处理对果汁品质的影响是多方面的。对果汁色泽的影响如下：在果汁加工过程中容易发生酶促褐变，超高压处理可使导致果汁颜色变化的酶失活或抑制其活性，从而抑制酶促褐变，保护果汁的颜色，使消费者感官体验得到良好的提升^[28]。同时，超高压处理还能促使果汁中的大分子物质（如蛋白质和果胶等）发生变性或凝聚，提高了果汁的澄清度和稳定性，使得果汁在储存过程中不易出现沉淀或分层现象。

这可能是由于高压和热处理导致果胶降解增加^[29]，增加了果汁的黏度，并减少了离心过程中悬浮颗粒的沉淀，从而降低了浊度。与传统热处理相比，超高压处理可显著提高果汁的品质并延长其保质期。就口感而言，超高压处理能够在一定程度上改善果汁的口感。由于超高压能够改变果汁中的物质结构和相互作用，使得果汁的口感更加细腻、顺滑。超高压处理可打破果汁中的细胞壁，释放出更多的风味物质和香气成分，使得果汁的味道更加浓郁。同时，由于超高压处理过程中没有加热环节，因此能够避免果汁因加热而产生的焦煳味和营养成分的损失，保持了果汁原有风味和口感。也有研究表明，超高压处理对果汁中的总酚含量影响较大，李靖等人^[30]研究发现，刺梨汁经超高压处理后总酚含量显著高于未处理组，总酚含量的增加可能与高压处理后某些抗氧化成分的可萃取性增加有关，这表明超高压处理对总酚含量的影响取决于不同的食品体系和加工条件。超高压处理对果汁的品质、口感和营养价值产生了显著的影响。通过优化处理条件和技术参数，提高果汁的安全性、稳定性和口感的同时保持其营养价值。然而，不同果汁类型和处理条件可能对处理效果产生不同的影响。因此，需要根据具体情况进行调整，以达到最好的处理效果。未来研究可以进一步探讨超高压处理与其他加工技术的结合应用，以及新型保护剂的开发，进而提高果汁的整体品质和风味。

3   结语

对超高压技术在果汁加工中的应用进行了综述。与传统的热处理技术相比，超高压技术可显著提高果汁品质并延长其保质期。在未来的超高压处理研究中，仍需不断拓展并与其他新型技术相结合，不断提高果汁品质，更好地保留果汁的营养成分，最大限度地保证果汁的营养品质。

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