馬亞琴，賈蒙，張晨

(西南大學 柑桔研究所，國家柑桔工程技術研究中心，重慶，400712)

近年來，隨著果汁產(chǎn)業(yè)的發(fā)展以及消費者健康意識的增強，全球果汁產(chǎn)品開始由澄清型向混濁型轉(zhuǎn)變，以純天然、健康、營養(yǎng)和口味純正為代表的混濁汁正在成為消費主流[1]。與澄清工藝的果汁不同，天然混濁汁是由新鮮的果實經(jīng)過榨汁工藝以后粗濾或不過濾得到的包含各種混濁物質(zhì)的“粒子懸浮液”，它既包含了果肉微粒形成的懸濁液，又含有果膠、蛋白質(zhì)形成的膠體溶液，還有糖、酸等形成的真溶液，甚至還存在脂類物質(zhì)形成的乳濁液，這種呈現(xiàn)出均勻分散且不透明的混濁狀態(tài)帶給消費者一種天然果汁的真實可信的感受，亦是果汁香氣、色澤、風味、營養(yǎng)及感官品質(zhì)的重要來源，詮釋了天然、營養(yǎng)和健康果汁的內(nèi)涵。然而這種混合體系極不穩(wěn)定，其內(nèi)部的混濁態(tài)物質(zhì)包括從直徑納米級的分子到毫米級的果肉顆粒[2-4]。在果汁靜止放置期間，各種內(nèi)、外因素都會影響它們的運動狀態(tài)。隨著靜止時間的增加，它們往往更傾向于向下沉積。懸浮的果肉顆粒(細胞器及細胞碎片等，直徑大于100 μm)因與汁液間存在一定的密度差會很快沉淀；而其他一些稍小的混濁物(肉眼不可見顆粒)在外界條件發(fā)生變化時(酸、熱作用等)，其相互間發(fā)生各種反應，形成復合物，隨著時間的延長復合物逐漸變大，直至汁液無法穩(wěn)定而下沉，造成混濁態(tài)的喪失，表現(xiàn)為果汁上層液體逐漸透明甚至完全呈現(xiàn)無色清液、下層是沉淀的分層狀態(tài)[5]。這種現(xiàn)象在透明包裝的飲料瓶中更加明顯，易引起消費者的錯覺認為是果汁變質(zhì)，進而購買欲望降低，不利于混濁汁的商業(yè)化發(fā)展。因此，能否保持果汁在加工、貯存及銷售過程中的混濁穩(wěn)定狀態(tài)是混濁汁加工技術的關鍵。

一般傳統(tǒng)的果汁加工過程通過添加穩(wěn)定劑(如果膠、黃原膠和阿拉伯膠)、均質(zhì),或者過濾(減少大顆粒)的方式來提升果汁的穩(wěn)定性，但這些方式或以犧牲果汁天然的風味和口感來實現(xiàn)，或穩(wěn)定效果有限，因而難以達到預期效果。近年來，隨著非熱加工技術的快速發(fā)展，基于高靜壓(high hydrostatic pressure，HHP)和脈沖電場(pulsed electric field，PEF)等熱替代技術的商業(yè)化，激發(fā)了人們進一步探求其在促進果汁安全性和保持營養(yǎng)品質(zhì)以外效用的設想，如提升果汁中活性物質(zhì)(類胡蘿卜素和酚類物質(zhì))的利用度，促進人體消化和降低體重等[6-7]。特別是混濁態(tài)作為非濃縮還原(not from concentrate, NFC)果汁重要的感官品質(zhì)指標之一，重新進入研究人員的視線，被用來評估非熱技術在降低粒度、提升濁度或鈍酶方面的效能。其中將高壓技術與傳統(tǒng)機械均質(zhì)結(jié)合的新興技術，即高壓均質(zhì)(high pressure homogenization，HPH)，其連續(xù)處理的特點不僅克服了高靜壓設備分批處理流體食品的缺陷，還迫使加壓的流體流過微小的間隙而被均質(zhì)，使流體在獲得更高的穩(wěn)定性的同時升高自身溫度，有助于均質(zhì)結(jié)合殺菌成為新的可操作單元。因此，將HPH技術應用于果汁加工中，通過控制設備的初始溫度和施加的壓力用于果汁殺菌，并保證其營養(yǎng)品質(zhì)和貯藏期間良好的混濁穩(wěn)定性[8]。

基于近年來HPH技術在果汁加工領域的研究成果，本文通過對HPH技術進行簡介，在此基礎上探討了其在提升果汁混濁穩(wěn)定性、降低微生物數(shù)量和酶活性以及保持果汁營養(yǎng)品質(zhì)等方面的效果，以期為HPH技術在果汁的工業(yè)化應用提供理論依據(jù)。

1 HPH技術簡介

1.1 HPH簡介

HPH又稱動態(tài)高壓(dynamic high pressure，DHP)，其研究最早可追朔到19世紀末由GAULIN發(fā)明的針對牛乳的均質(zhì)設備，目的是為了充分混合和分解牛乳，使用的壓力最高為50 MPa，現(xiàn)在稱其為標準均質(zhì)化(standard homogenization，SH)。隨著壓力技術的進步和均質(zhì)閥耐壓性能的提升，HPH技術的應用范圍擴展到其他產(chǎn)品和應用領域；直到上個世紀90年代，HPH開始被作為一種破壞細胞和提取成分的有效方法來使用[8]。1994年，LANCIOTTI等首次報道了HPH對食品中致病菌和腐敗微生物的抑制作用，并認為壓力和均質(zhì)產(chǎn)生的空化、剪切、湍流及其所導致的升溫現(xiàn)象等是HPH滅活微生物的可能機制[9]。目前HPH技術的壓力可達450 MPa，其中超過200 MPa的壓力水平又被稱為超高壓均質(zhì)(ultra high pressure homogenization，UHPH)[10]。HPH技術適用于處理流體食品，其機制是液體在高壓力作用下流過可調(diào)節(jié)的狹窄縫隙(≤2 μm)后，壓力下降到大氣壓，閥兩端形成的壓力差使流速急劇增加，產(chǎn)生均質(zhì)效應和熱效應，進而影響產(chǎn)品的物化特性[6]。HPH的另一優(yōu)勢是均質(zhì)和殺菌的過程可在同一單元操作進行，并且通過優(yōu)化壓力和溫度，使經(jīng)強大剪切力后的液體物料因沖擊設備內(nèi)壁而產(chǎn)生強大撞擊力，且因壓力突降與突升而產(chǎn)生的空穴爆炸力等綜合作用可實現(xiàn)殺菌或鈍酶效果[8]。此外，顆粒比較粗大的懸浮液被加工成顆粒非常細微穩(wěn)定的乳濁液，從而使得液體體系更加穩(wěn)定[6]。因此，HPH處理應用于果汁加工可以使其中的微生物和酶失活，同時保持其在貯藏及貨架期內(nèi)良好的混濁穩(wěn)定性[11-13]。

1.2 HPH工作原理

在HPH處理過程中，當液體物料通過均質(zhì)閥間隙進入低壓區(qū)域時,流體的動能以熱能的形式被吸收、重新分配或損失，因此液體物料的溫度升高并非是由外部熱量輸入實現(xiàn)的，而是完全來自壓力對流體所做的推動功的轉(zhuǎn)化。此外，均質(zhì)的流體會經(jīng)歷巨大的剪切、空化和湍流效應[15](圖1)。其中剪切效應的產(chǎn)生是因為均質(zhì)閥中的微小間隙會擾亂流體的運動，使流體內(nèi)部以及流體與閥座之間產(chǎn)生剪切作用，包括平面剪切應力和拉伸流動應力，兩種應力的共同作用導致在層流狀態(tài)下的液滴發(fā)生破裂；湍流是指流體在通過均質(zhì)閥時，其通道突然減少至1/100～1/1 000，從而使流體產(chǎn)生了較大的速度梯度，進而隨時間和不規(guī)則空間產(chǎn)生不可預測的隨機運動，增加了流體體系內(nèi)動量、熱量和質(zhì)量傳遞速率，是推動物料發(fā)生混合、乳化和均質(zhì)化的要素。此外，湍流以渦流和熱的形式耗散動能，進而為粒子破裂和溫度升高提供足夠的能量。而空化是當流動液體的壓力突然降低時，在液體中形成空化氣泡并瞬間塌陷產(chǎn)生劇烈作用力的另一種流體力學現(xiàn)象，其強度隨均質(zhì)壓力增加而增加，且頻率與液體中的壓力變化成正比，其瞬間爆破產(chǎn)生局部高溫和高壓，導致細胞破裂[14]。基于這些效應可用來對果汁混濁物進行混合、乳化以及減小粒徑，并達到殺菌的目的[8]。

圖1 HPH可能的作用機制Fig.1 Possible mechanism of HPH

1.3 HPH設備

在HPH處理中，通過控制流體的初始(進料)溫度、壓力和均質(zhì)閥設計等參數(shù)，可使流體食品均質(zhì)化，并且協(xié)同控制升溫時間(1～20 s)獲得溫度變化，可實現(xiàn)產(chǎn)品商業(yè)無菌[16]。但食品工業(yè)中使用的常規(guī)均質(zhì)機通常在20～60 MPa的壓力下運行[10]，即標準均質(zhì)化(SH)，其參數(shù)并不能使食品中主要的病原體和腐敗微生物失活。盡管國外HPH技術快速發(fā)展,使均質(zhì)閥可承受高達350～450 MPa的壓力，但也只能應用于實驗室和中試規(guī)模[15]。因此嚴格意義上講，目前市場上還沒有商業(yè)化的HPH產(chǎn)品。

在HPH設備中，均質(zhì)閥的設計及其幾何形狀是核心，其設計應使流體流經(jīng)閥桿和閥座之間的狹窄間隙，從而加快流體速度。流體在到達閥壁或沖擊環(huán)之前需先設定一段預定的行進距離，然后使通道突變偏轉(zhuǎn)一定角度而將其壓入均質(zhì)閥。高壓均質(zhì)閥的種類較多，主要分為反向噴射閥、徑向擴散閥和軸向流束節(jié)流閥。反向噴射閥根據(jù)處理室的形狀分別有微通道閥、Z室型噴射閥、Y室型噴射閥、多槽Y室型噴射閥和帶冷卻系統(tǒng)的微通道閥等(圖2-a～e)，是基于兩股湍流碰撞的原理設計的，即流體被2個微通道分開，在壓力作用下，被加速了約10倍后被迫在稱作交互室的小空間內(nèi)撞擊[8]，最后將流體引導至比微通道直徑大9倍的出口來釋放壓力。徑向擴散閥是由徑向閥面和活動閥座組成，均質(zhì)壓力通過調(diào)節(jié)縫隙寬度和流量來控制[17]，流體先進入具有徑向輪廓的管口，然后進入由2個連續(xù)的同軸環(huán)形腔組成的沖擊腔，再沿徑向的通道擴散出來(圖2-f)，這種設計的優(yōu)勢是僅通過增加流量即可使壓力水平高達150 MPa；另一種是通過堆疊盤形閥構(gòu)件形成的徑向擴散閥(圖2-g)，流體從位于堆疊構(gòu)件在端部的間隙進入閥，然后流經(jīng)在每個閥構(gòu)件表面之間形成的環(huán)形槽，最后在另一端部的狹窄間隙被逼出，這種設計的優(yōu)點是通過增加閥件來適應工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)。軸向流束節(jié)流閥的原理是將加壓流體沿軸向進入均質(zhì)閥，到達直徑減小3倍的進料管，從而增加流體速度，在經(jīng)過距離小于2 mm的管道后與閥針和閥座相撞，然后從閥針和環(huán)形閥座之間形成的寬度小于10 μm且長度小于2.5 mm的微小間隙排出，這種閥的壓力僅由移動閥針來調(diào)節(jié)其與閥座間的縫隙寬度控制，適用于實驗室和中試規(guī)模的處理量(圖2-h)[8,15]。

a～e：反向噴射閥；f～g：徑向擴散閥；h：軸向流束節(jié)流閥圖2 高壓均質(zhì)閥示意圖[8]Fig.2 Schematic diagram of high pressure homogenization valve

2 HPH處理對果汁穩(wěn)定性的影響

天然混濁汁是由分散在黏性溶液(清液)中的不溶相(顆粒)組成，其中大顆粒和果肉碎片傾向于通過重力沉降[5]。通常，果汁的混濁穩(wěn)定性由Stokes方程控制如公式(1)所示：

(1)

式中：V,顆粒沉淀速率，m/s；d,顆粒直徑,m；ρ2,顆粒密度,kg/m3;ρ1,介質(zhì)密度,kg/m3；η,體系動態(tài)黏度,kg/(m·s)；g,重力加速度,m/s2。在方程中，粒徑、流變特性(黏度)和體系密度被認為是影響沉降速率的主要因素，即減小粒徑和增加黏度可以降低沉淀速度，從而提高果汁體系的混濁穩(wěn)定性。使用HPH處理可使果汁中的大顆粒首先被粉碎，其他的細胞團和單個細胞也被破壞，從而可以減小粒徑，并改善其流變學性質(zhì)和懸浮穩(wěn)定性。

2.1 粒徑

HPH技術應用于果汁加工中最直觀的優(yōu)勢在于降低產(chǎn)品粒徑，同時提高其黏度和濁度。在研究中通過使用激光粒度儀觀測果汁粒度分布以及果汁的體積平均粒徑(D[4，3])和表面積平均粒徑(D[3，2])，多數(shù)研究表明,D[4，3]和 D[3，2]值會隨著均質(zhì)壓力升高和均質(zhì)次數(shù)的增加而顯著降低[11,18]，相比之下，經(jīng)巴氏殺菌后的果汁平均體積直徑則略有增加。在果汁中，大顆粒對D[4，3]值的貢獻大，而小顆粒對D[3，2]值貢獻更大[19]。較高的D[4，3]值表示顆粒較重，在存儲過程中可能會更快地沉降，而較高的D[3，2]值表明粒子之間相互作用的可能性更高更易聚集，因此鮮榨和巴氏殺菌果汁中顆粒在貯藏過程中會更快地發(fā)生沉降[20]。在使用激光粒度儀觀測果汁粒度分布圖中，巴氏殺菌柑橘汁顯示出雙峰粒度分布，而HPH處理過的果汁呈現(xiàn)出單峰分布，且粒徑更小，分布范圍更窄，在HPH處理的蘋果-獼猴桃混合汁中也得到了一致的結(jié)論[21]，這說明HPH可增大果汁中直徑小于2 μm的顆粒比例，使顆粒在樣品中分布更均勻，而在鮮榨橙汁和巴氏殺菌的果汁中可能會出現(xiàn)由多個細胞組成細胞團簇，導致粒徑不均勻分布[2,7]。通常，使用20～60 MPa的壓力條件(SH)即可有效減少果汁粒徑，也有研究者測試了更高的壓力，但粒徑變化并不明顯。在番茄汁的HPH研究中，KUBO[4]發(fā)現(xiàn)75～100 MPa的均質(zhì)壓力引起的粒徑變化不及0～75 MPa明顯。表明均質(zhì)壓力對懸浮顆粒破壞的影響似乎遵循漸近行為，即在較高壓力下，均質(zhì)壓力的增加會引起粒徑分布的較小變化[22]。此外，均質(zhì)次數(shù)的增加(1～3次)也會降低果汁的粒徑，這在柑橘汁、蘋果汁以及復配果汁的研究中已被證實，但其仍沒有升高壓力(增加40～50 MPa)帶來的變化明顯[3,20,23]，表明均質(zhì)次數(shù)的增加也遵循漸近行為。

2.2 流變學性質(zhì)

隨著均質(zhì)壓力的升高，均質(zhì)果汁的表觀黏度和動態(tài)屈服應力值逐漸升高。這是因為高壓均質(zhì)處理導致果汁的細胞分裂和破碎不僅增加了懸浮顆粒的表面積，而且還將細胞壁成分(例如果膠和蛋白質(zhì))釋放到果汁的清液中。它可能通過范德華力、靜電力和水合力增強顆粒間的相互作用。但由于HPH下果汁的流變學性質(zhì)也存在漸進行為，因此過高的壓力對果汁黏度的改善效果不大。在蘋果汁中，其流變學性質(zhì)的變化主要發(fā)生在0～20 MPa的均質(zhì)壓力。也有研究表明，HPH處理會降低橙汁、胡蘿卜汁、芒果汁和蘋果汁的黏度[20-21]，且其降低程度隨著均質(zhì)壓力和均質(zhì)次數(shù)的增加而增加，主要是因為HPH破壞了懸浮顆粒，導致較小粒徑顆粒的比例增加，而較小的顆粒流動阻力小，從而表現(xiàn)出較低的黏度。此外，小顆粒可以占據(jù)大的顆粒之間的空間，產(chǎn)生潤滑效果，減少顆粒之間的摩擦[24]。PATRIGNANI等[25]使用更高的均質(zhì)壓力(200 MPa)均質(zhì)獼猴桃汁2～3次，卻發(fā)現(xiàn)其黏度有所升高，但在5 ℃貯藏過程中，所有樣品的黏度均顯著降低。獼猴桃蘋果復合汁的研究也得到了一致的結(jié)論[21]，可能是因為獼猴桃汁的高黏度特性，使其不遵循假塑性流體剪切變稀效應，但HPH引起果汁的黏度增加改善了其在貯藏期間的濁度穩(wěn)定性。

2.3 ζ-電位

ζ-電位是衡量果汁混濁顆粒表面帶電性質(zhì)的量度，可用于評估分散液體系中懸浮顆粒的靜電穩(wěn)定性。當ζ-電位的絕對值較高時，粒子(帶電顆粒)相互排斥以實現(xiàn)穩(wěn)定的分散狀態(tài)；反之，粒子則缺乏足夠的靜電斥力而引起粒子聚集，造成果汁體系處于不穩(wěn)定狀態(tài)[26]。ZHU等[3]使用HPH(10～50 MPa, 均質(zhì)1～2次)處理蘋果汁，研究發(fā)現(xiàn)混濁蘋果汁中懸浮顆粒的表面攜帶負電荷，且ζ-電位隨均質(zhì)壓力的增加而表現(xiàn)出先增大后減小的趨勢；在20 MPa壓力下均質(zhì)1次的樣品具有最高絕對值，表明其具有最好的穩(wěn)定性。然而0～150 MPa的均質(zhì)壓力并未使蘋果汁的靜電穩(wěn)定性發(fā)生顯著變化[27]，這與HPH處理胡蘿卜汁和芒果汁的研究結(jié)論一致[22,28]。

2.4 濁度

濁度的不穩(wěn)定性通常在自然沉淀的第二階段發(fā)生，主要表現(xiàn)為混濁物的結(jié)合形成沉淀，使果汁上部澄清[11-13]。UHPH(100～300 MPa，10～20 ℃的進料溫度)處理橙汁的濁度比未加工的果汁高約5倍，但在所有的UHPH果汁中，最高的壓力和進料溫度下處理的果汁濁度最低，而100 MPa均質(zhì)壓力處理橙汁濁度較高[2]。同樣地，ZHU等[3]使用1～50 MPa的均質(zhì)壓分別均質(zhì)蘋果汁1～2次，發(fā)現(xiàn)所有的條件均增加了果汁的濁度值和濁度穩(wěn)定性，但隨著壓力的增加，其濁度值沒有顯著提升，而濁度穩(wěn)定性則輕微下降，在HPH的芒果汁研究中也得到了相似的結(jié)論[28]。濁度的增加歸因于HPH使酶反應底物的尺寸減小或?qū)ζ浣Y(jié)構(gòu)的修飾，使其與酶反應的可能性降低[29]。此外，均質(zhì)同樣破壞了果汁細胞的完整性，將細胞破碎成碎片，導致果蔬汁的平均粒徑降低，顆粒分布變窄，相對于巴氏殺菌橙汁具有更高的穩(wěn)定性和濁度值[11]。

3 HPH處理對果汁中微生物的影響

微生物的存在會使果汁產(chǎn)生不良的味道、氣味以及更高的濁度，甚至發(fā)生安全隱患。因此，美國聯(lián)邦果汁危害分析關鍵控制點(hazard analysis critical control point, HACCP)規(guī)定，果汁加工商必須進行處理使相關微生物減少99.999%或<5 lg CFU/mL[30]。研究表明，腐敗微生物和食源性病原微生物滅活效率的升高取決于HPH的壓力水平、均質(zhì)循環(huán)次數(shù)和進(出)料溫度，且與食物基質(zhì)(例如黏度、pH和脂肪含量等)以及微生物類型有關[6]。

CAMPOS等[31]將橘子汁經(jīng)100～300 MPa均質(zhì)處理，發(fā)現(xiàn)隨著壓力的升高，釀酒酵母和植物乳桿菌致死率明顯升高；且在壓力250 MPa以上時菌落總數(shù)至少降低了7.1個數(shù)量級。關云靜等[32]使用40～190 MPa的均質(zhì)壓力處理芒果汁后，發(fā)現(xiàn)大腸桿菌數(shù)量降低了0.46～5.16 lg CFU/mL。此外，不同微生物滅活程度與微生物特性和果汁基質(zhì)有關。降低了橙汁經(jīng)200和300 MPa的UHPH處理后，中嗜溫需氧菌數(shù)量顯著降低，最高減少4.38 lg CFU/mL；嗜冷需氧菌為4.43 lg CFU/mL；乳酸菌為4.69 lg CFU/mL，其余微生物降低至檢測限以下[13]，而使用200 MPa的壓力對獼猴桃汁均質(zhì)2～3次即可使其中的酵母菌降低至檢測限以下[25]。PATRIGNANI等[33]使用100和200 MPa的壓力均質(zhì)蘋果汁1～3次，發(fā)現(xiàn)壓力和均質(zhì)次數(shù)的增加對蘋果汁中單核細胞增生李斯特菌、金黃色葡萄球菌、大腸桿菌和釀酒酵母的致死率增加，其中金黃色葡萄球菌和單核細胞增生李斯特菌對HPH處理具有較高的抗性，說明相對于革蘭氏陽性菌，革蘭氏陰性菌對參數(shù)升高更加敏感。VELZQUEZ-ESTRADA等[11]研究了200～400 MPa UHPH處理對橙汁中腸道沙門氏菌(SamonellaentericaserovarSenftenberg775 W)和單核細胞增生李斯特菌的影響，結(jié)果表明腸道沙門氏菌比單核細胞增生李斯特菌更加敏感，在400 MPa時，腸道沙門氏菌幾乎完全滅活，而同樣條件處理的葡萄汁中觀察到了單核細胞增生李斯特菌的完全失活，可能是果汁中存在具有抗單核細胞增生李斯特菌作用的天然化合物。BELLOCH等[12]也觀察到了橙汁中植物乳桿菌對HPH的敏感性，果汁在150 MPa和進料溫度20 ℃(出料溫度為57 ℃)的條件下,均質(zhì)2 s可使植物乳桿菌減少5個對數(shù)周期，而同樣的壓力下必須延長保持時間(20 s)才能使李斯特菌減少5 lg CFU/mL。同樣地，使用8 000 psi(約55 MPa)的壓力和45 ℃的進料溫度可使桃汁中的大腸桿菌減少5.03 lg CFU/mL[34],因此，UHPH與進料溫度結(jié)合起來才能獲得與熱滅菌(72 ℃，15 s)相當?shù)奶幚硇Ч鸞35]。

4 HPH處理對果汁中酶活性的影響

果汁中酶的種類繁多，對果汁品質(zhì)影響也各不相同。在柑橘汁中，高活性的果膠甲基酯酶(pectin methylesterase, PME)會降低果膠酯化度，從而使果膠吸附金屬離子(Ca2+和K+)生成沉淀；而蘋果汁中PME活性和果膠含量較低，因此對其穩(wěn)定性影響較小。多酚氧化酶(polyphenol oxidase，PPO)和過氧化物酶(peroxidase，POD)則與果汁在貯藏過程中褐變的發(fā)生有關，因此酶的鈍化程度也是評價殺菌效果的重要指標。HPH對不同種酶的作用效果不同，可能與其自身結(jié)構(gòu)或存在的體系差異有關。VELZQUEZ-ESTRADA等[13]比較了UHPH處理和傳統(tǒng)殺菌對橙汁PME活性的影響, 發(fā)現(xiàn)壓力的增加(100～300 MPa)促使PME活性降低，在100 MPa，10 ℃均質(zhì)條件下保留了90%的PME活性；當壓力上升至300 MPa,PME失活率則超過了96%，與90 ℃的巴氏滅菌效果無顯著差異；在200 MPa處理后，PME殘留活性雖然高，但在儲存過程中汁液渾濁保持穩(wěn)定。PME失活不僅與壓力水平有關，還依賴于溫度的升高。LACROIX等[36]在對瓦倫西亞橙汁的研究中發(fā)現(xiàn)，在HPH的壓力(170 MPa)和均質(zhì)作用而不進行外部加熱的條件下，僅能使橙汁PME活性降低20%，而相同條件的HPH處理與溫度(50 ℃，10 min)聯(lián)合使用則使PME失活率顯著升高，與同等溫度下熱處理效果非常相似。同樣地，SENTANDREU等[7]通過使用150 MPa和31 ℃(出口溫度68 ℃)進行15 s的處理使PME酶活性降低了60%，相當于65 ℃，15 s的熱失活水平；當進料溫度提升至68 ℃，可使含25%和50%果肉的橙汁中PME失活率分別達到了90%和75%，表明PME活性隨果肉含量降低和均質(zhì)溫度升高而降低[18]。而蘋果汁中PME酶的耐壓性要低于PPO和POD，YI等[21]使用20～60 MPa的均質(zhì)壓力處理蘋果汁后觀察到POD活性有所升高，可能是因為HPH引起的PPO及其底物的分解反應影響了酶促反應。如新鮮蘋果汁中PPO及其底物(例如酚類化合物)分別位于細胞(簇)的質(zhì)體和液泡中，而HPH處理使得PPO及其底物被釋放，從而增加了PPO活性，且使蘋果汁發(fā)生了明顯的褐變現(xiàn)象。因此單獨的HPH處理對酶活性影響有限，需與其他方法結(jié)合使用，如溫度、添加酶抑制劑等來降低酶活。

5 HPH處理對果汁營養(yǎng)品質(zhì)的影響

5.1 理化性質(zhì)

HPH對果汁的pH值、可溶性固形物、可溶性糖以及有機酸含量無顯著影響，但會導致可滴定酸含量降低，引起果汁色澤的變化，HPH處理后，橙汁和蘋果汁L*值和b*值更高，a*值無顯著變化。L*值與果汁的濁度呈正相關，與D[4，3]和D[3，2]值呈負相關，由于UHPH處理減小了果汁粒徑，從而使其亮度升高[2,7,21]。但也有研究表明均質(zhì)壓力及處理次數(shù)對果汁色澤影響不顯著[2,20,37]。

5.2 活性成分

果汁中的營養(yǎng)成分包括維生素C(Vc)、果膠、多酚物質(zhì)、類胡蘿卜素、蛋白質(zhì)等，對補充營養(yǎng)物質(zhì)、增進人體健康方面具有較大的益處。其在果汁中主要以懸浮物和混濁物形式存在，在貯藏期間會部分地或完全地參與沉淀的形成。澄清楊梅汁[38]和橙汁[5]中,多糖、多酚、花色苷、蛋白質(zhì)以及金屬離子(Ca2+、K+)是沉淀物質(zhì)的主要組成部分；荔枝汁[39]、桑椹汁[40]以及蘋果汁[41]中的多酚與蛋白質(zhì)(主要是脯氨酸)結(jié)合形成的復合物也是導致果汁沉淀的重要因素。傳統(tǒng)制汁的澄清工藝雖然去除了大顆粒的懸浮物質(zhì)及部分混濁物質(zhì)，且有效避免了快速分層現(xiàn)象，但對于澄清汁的后混濁現(xiàn)象和沉淀的發(fā)生仍不可避免。因為清液中以游離形式存在的物質(zhì)(如游離酚、可溶性果膠以及可溶性蛋白)仍然會相互結(jié)合形成混濁，因此HPH工藝不僅降低混濁汁顆粒粒徑，其非熱特性又可有效保留果汁中的保證營養(yǎng)成分。

在HPH處理中，果汁的Vc含量會略有下降，150 MPa和31 ℃(出料溫度68 ℃)保持15 s的HPH條件使柑桔汁中Vc含量降低了約3.92%，但仍然要優(yōu)于所有熱處理(5.22%～7.83%)[7]。此外，壓力水平以及出料溫度的升高會影響Vc含量，均質(zhì)壓力從40 MPa上升至120 MPa時，草莓汁中Vc含量從0.51 mg/mL降低至0.36 mg/mL[42]；隨著壓力和出料溫度的升高，橙汁Vc損失了約1.72%～10.70%，但進料溫度(≤22 ℃)對Vc含量沒有顯著影響[43-44]，這與高壓均質(zhì)的芒果汁的研究結(jié)果一致[28]。同樣地，果汁中類胡蘿卜素的含量也會受到壓力和出料溫度的影響(與進料溫度無關)，SENTANDREU等[7]使用HPH(150 MPa)處理柑橘汁后發(fā)現(xiàn)總類胡蘿卜素水平下降了40%，高于不同條件的熱殺菌(13%～30%)。也有研究者發(fā)現(xiàn)HPH處理對橙汁總類胡蘿卜素含量的影響并不顯著，且其含量降低主要是因為原維生素A的損失(α-胡蘿卜素和β-胡蘿卜素)。原維生素A的損失率與均質(zhì)壓力呈正相關，在100和200 MPa下分別減少了8%和20%，而在300 MPa的處理則使其含量減少了30%[43]。然而劉嘉寧等[45]使用60 MPa的壓力對胡蘿卜汁均質(zhì)3次，發(fā)現(xiàn)總類胡蘿卜素含量增加了15.19%，且主要是α-胡蘿卜素和β-胡蘿卜素含量增加(27.29%和6.13%)，這是因為HPH破壞了細胞壁，促進了類胡蘿卜素釋放到胡蘿卜汁中，且釋放的類胡蘿卜素具有更好的生物利用度[46]。HPH處理橙汁后黃烷酮(主要是橙皮苷)含量增加，在200～300 MPa上達到了最高值；而總酚含量和抗氧化能力值與鮮榨橙汁相比沒有顯著差異，巴氏殺菌后其含量則顯著降低[11,43]。然而，SENTANDREU等[7]的研究表明HPH處理不會使柑橘汁中類黃酮含量發(fā)生明顯變化，且沒有巴氏殺菌的生物利用度高。相反地，帥希祥等[42]使用40～120 MPa的均質(zhì)壓力處理草莓汁后，發(fā)現(xiàn)總酚含量降低了5.56%～16.67%，花色苷含量降低了 2.94%～20.59%；同樣，高壓均質(zhì)(160 MPa)處理的桑椹汁總酚、總黃酮和總花色苷含量分別降低了39.91%、27.35%和 24.41%，可能是因為超高壓激活了果汁中多酚氧化酶和葡萄糖苷酶活性，從而使部分多酚和花色苷被氧化而導致含量降低[47]。高壓均質(zhì)處理對不同果汁的營養(yǎng)成分的影響存在較大差異，需要綜合各種因素來深入分析其形成原因和機理，并針對不同的果汁進行單獨的參數(shù)優(yōu)化。

5.3 揮發(fā)性成分

果汁的揮發(fā)性物質(zhì)是果汁風味物質(zhì)的重要組成部分，其成分和含量影響果汁產(chǎn)品的品質(zhì)和消費者的購買欲望。在傳統(tǒng)的熱殺菌過程中，過高的溫度不僅使果汁的香氣成分損失，還會產(chǎn)生異味，而HPH則能很好地避免這一現(xiàn)象的發(fā)生。CERDN-CALERO等[48]使用150 MPa的均質(zhì)壓力處理橙汁后發(fā)現(xiàn)其揮發(fā)性成分組成與原始鮮榨果汁相似，且在冷藏條件保存15 d也沒有發(fā)生顯著變化。同樣地，YI等[21]使用20～60 MPa的均質(zhì)壓力處理蘋果汁后觀察到香氣成分沒有明顯的變化趨勢，表明高壓均質(zhì)有利于保持果汁中的香氣成分。

6 HPH在果汁領域的新趨勢

已有研究表明，單獨使用高壓均質(zhì)會存在一些缺陷，最主要的問題是其在果汁的殺菌和鈍酶方面沒有熱殺菌的效果好，從而引發(fā)食品的安全隱患；此外，果汁殺菌所需的較高的壓力參數(shù)增加了設備成本(如均質(zhì)閥)，且會造成更高的電能消耗，同時降低設備壽命，不符合食品加工中“清潔標簽”的發(fā)展理念。因此不論是早期高壓均質(zhì)作為果汁加工中輔助的穩(wěn)定化工藝，還是近年來作為殺菌工藝，關于高壓均質(zhì)柵欄技術的使用一直是果汁加工領域的研究熱點。易俊潔[49]將HPH(20 MPa，進料溫度4 ℃)預處理的蘋果獼猴桃復合汁經(jīng)超高壓(600 MPa，3 min，4 ℃)殺菌后，可有效地避免濁汁發(fā)生分層沉淀現(xiàn)象，且保持了果汁在貯藏過程中的品質(zhì)，減緩了褐變和香氣成分變化。寧椿源等[50]利用高壓均質(zhì)技術(0～190 MPa，進料溫度30～60 ℃)結(jié)合 VC(0.15%)處理濁桃汁，發(fā)現(xiàn)110 MPa 的壓力和60 ℃的進料溫度可使桃濁汁中的酵母菌和霉菌降低至檢測限以下，與單獨的HPH相比，添加VC有助于改善濁桃汁的色澤，黃酮和總酚含量提升了2～3 倍。SAUCEDA-GLVEZ等[51]將超高壓均質(zhì)(100～300 MPa)與紫外輻照(UV-C, 7.2～28.7 J/mL)聯(lián)合應用處理蘋果汁, 發(fā)現(xiàn)300 MPa的均質(zhì)壓力結(jié)合21.5 J/mL的輻照劑量可使酸熱脂環(huán)酸芽孢減少3.5個對數(shù)周期，高于單獨的UHPH處理效果(<1 lg CUF/mL), 說明UPHP與UV-C的組合可以對耐熱和耐壓的真菌芽孢產(chǎn)生協(xié)同作用，這為HPH技術用于滅活果汁中芽孢提供了思路。

7 總結(jié)

HPH是一種應用前景廣闊的非熱加工技術，基于不同的均質(zhì)壓力，其可以用于滿足果汁加工過程中穩(wěn)定化和(或)保藏技術的不同需要，對于改善果汁貯藏穩(wěn)定性，減少微生物以及保持營養(yǎng)品質(zhì)具有獨特的優(yōu)勢。但HPH在殺菌鈍酶方面效果有限，因此可以將HPH與其他技術結(jié)合使用，以達到期望的殺菌效果。此外，應用HPH對不同果汁的營養(yǎng)物質(zhì)含量的影響存在較大差異，在實際生產(chǎn)過程中需針對不同果汁的加工參數(shù)進行優(yōu)化，使其在保證果汁微生物處于安全水平的基礎上，滿足消費者對于天然、營養(yǎng)和健康等綠色消費理念的追求。