王哲，董麗，胡小松，陳芳

（中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與營(yíng)養(yǎng)工程學(xué)院，北京 100083）

西瓜，一種葫蘆科西瓜屬的蔓生草本植物，在中國(guó)擁有悠久的種植歷史，有學(xué)者推測(cè)，早在西漢年間西瓜就由“海上絲綢之路”傳入中國(guó)[1]。西瓜是一種重要的經(jīng)濟(jì)作物，近幾年全球每年產(chǎn)量超過(guò)1.03×108t[2]。作為世界第一的西瓜種植國(guó)，2018年，我國(guó)西瓜種植面積為1.518×106hm2，產(chǎn)量為6.1537×107t，占比超過(guò)全球總產(chǎn)量的60%[3]。

西瓜由于其甘甜清爽的口感，被譽(yù)為夏季水果之王。西瓜營(yíng)養(yǎng)價(jià)值極高，富含除脂肪外的糖類(lèi)、蛋白質(zhì)、維生素、水及礦物元素等其他人體所必須的營(yíng)養(yǎng)素，是夏日清熱解暑、生津止渴的利器[4]。此外，西瓜富含天然抗氧化劑，包括番茄紅素、抗壞血酸、瓜氨酸以及其他生物活性化合物，具有預(yù)防癌癥和心血管疾病等功效[5]。西瓜含水量極高，約為其質(zhì)量的93%，是加工果汁的優(yōu)質(zhì)原料[6,7]，同時(shí)，口味清甜細(xì)膩的西瓜汁也是人們最受歡迎的西瓜產(chǎn)品。

但是，西瓜酸度低（pH值5.2～6.7）且水分活度高（0.97～0.99），因此西瓜汁也易受微生物污染，從而引發(fā)腐敗變質(zhì)[8]。除微生物外，酶促反應(yīng)也是引起西瓜汁顏色和滋味發(fā)生不良變化的重要原因之一。其中，多酚氧化酶（Polyphenol Oxidase，PPO）、果膠甲基酯酶（Pectinmethyl Esterase，PME）和過(guò)氧化物酶（Peroxidase，POD）是導(dǎo)致西瓜汁劣變的主要酶[9]。此外，西瓜富含醇醛酮等風(fēng)味物質(zhì)，如(E,Z)-2,6-壬二烯醇、(E,Z)-2,6-壬二烯醛和(Z)-6-壬烯醛。這些風(fēng)味物質(zhì)不穩(wěn)定，一旦在加熱過(guò)程中揮發(fā)、氧化還原，西瓜便會(huì)失去其清香的風(fēng)味，甚至產(chǎn)生蒸煮味道。魏利軍等[10]對(duì)三種不同品種的西瓜汁進(jìn)行不同條件的熱處理來(lái)確定其熱變臨界溫度點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)三個(gè)品種的西瓜汁均在55 ℃發(fā)生熱變性，導(dǎo)致蒸煮味道的產(chǎn)生。正是由于西瓜的易腐性和熱敏性，西瓜汁在室溫下的保質(zhì)期非常短，最長(zhǎng)僅有4 d[11]，因此目前在市場(chǎng)上很難找到商業(yè)化的西瓜汁產(chǎn)品。

然而，人們對(duì)西瓜汁加工方式和加工工藝的探索從未停止。在延長(zhǎng)西瓜汁保質(zhì)期的嘗試中，人們?cè)鴮?duì)西瓜汁進(jìn)行巴氏殺菌，但該過(guò)程中涉及的處理溫度導(dǎo)致了西瓜汁營(yíng)養(yǎng)成分和呈色物質(zhì)的降解[12]。隨著研究者們對(duì)新鮮果汁加工興趣的日益濃厚以及科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，科學(xué)工作者們研究并開(kāi)發(fā)了新型熱加工和非熱加工果汁的方法。目前果汁的熱加工技術(shù)主要包括超高溫瞬時(shí)滅菌（Ultra-High Temperature Instantaneous Sterilization，UHT）和微波加熱技術(shù)，非熱加工技術(shù)有超高壓、脈沖電場(chǎng)、電離輻射、超聲波和高壓二氧化碳等技術(shù)。在西瓜汁的加工方面，大多數(shù)研究更加關(guān)注這些加工技術(shù)的滅菌或鈍酶效果，而忽略了對(duì)西瓜汁風(fēng)味的影響。由于西瓜汁中的風(fēng)味成分極易發(fā)生變化，探究如何保留西瓜汁的特征風(fēng)味，對(duì)推動(dòng)西瓜汁的商業(yè)化進(jìn)程有著極大的意義。因此本文主要綜述了熱加工技術(shù)及非熱加工技術(shù)在加工過(guò)程中引起的西瓜汁風(fēng)味的變化，并提出了一系列改良手段，以期對(duì)西瓜汁的產(chǎn)業(yè)化做出貢獻(xiàn)。

1 西瓜風(fēng)味研究

1.1 西瓜中的特征風(fēng)味

關(guān)于西瓜的風(fēng)味，學(xué)者們認(rèn)為西瓜被切開(kāi)后，風(fēng)味通過(guò)一個(gè)動(dòng)態(tài)的酶系統(tǒng)迅速形成，其風(fēng)味特點(diǎn)是濃郁、持續(xù)時(shí)間短且不穩(wěn)定[14]。以往的研究發(fā)現(xiàn)，葫蘆科植物的風(fēng)味物質(zhì)均是由亞油酸和亞麻酸氧化形成的，氧化產(chǎn)物包括C6和C9醛、酮和醇，這些物質(zhì)的濃度不高但閾值極低，在很大程度上決定著果實(shí)的整體風(fēng)味[15,16]。研究表明，醛和醇在西瓜的整體風(fēng)味中占主導(dǎo)地位，其中，醇的含量最為豐富，是決定西瓜風(fēng)味的關(guān)鍵因子[17]。它們與酮及呋喃等其他化合物一起，共同組成了西瓜復(fù)雜的風(fēng)味系統(tǒng)[18]。在酮類(lèi)物質(zhì)中，甲基庚烯酮和香葉基丙酮被認(rèn)為是西瓜獨(dú)特風(fēng)味的重要貢獻(xiàn)者[19]。1975年，Kemp從西瓜中分離出具有“西瓜或西瓜皮風(fēng)味”的(Z,Z)-3,6-壬二烯醇，其閾值低至1 ng/mL；此后，Kemp又從西瓜中分離出18種風(fēng)味化合物，其中包含10種C9醇和醛類(lèi)物質(zhì)[20,21]。西瓜中的C9醇和C9醛類(lèi)是西瓜風(fēng)味的典型風(fēng)味化合物，在C9醛類(lèi)化合物中，(E,Z)-2,6-壬二烯醛是具有西瓜風(fēng)味的代表物質(zhì)[18,20,22]。Palma等[23]發(fā)現(xiàn)，(E,Z)-2,6-壬二烯醛的閾值低至0.01 ng/mL。Liu等[24]從5種不同品種的新鮮西瓜汁中提取了55種揮發(fā)性化合物，這些西瓜中的主要揮發(fā)性成分有香葉基丙酮、(E,Z)-3,6-壬二烯醇、己醛、(E)-2庚烯醛、壬醛、(Z)-3-壬烯醛、2-辛醇和(Z)-2-壬烯醇等。楊帆等[25]鑒定出鮮榨西瓜汁中的44種風(fēng)味物質(zhì)，其中的關(guān)鍵風(fēng)味化合物是壬醛、(E)-2-壬烯醛、(E,Z)-2-壬二烯醛、(E,Z)-3,6-壬二烯醇、(E,Z)-2, 6-壬二烯醇和香葉基丙酮。此外，Aboshi等[26]在經(jīng)加熱的西瓜中鑒定出甲基硫和二甲基硫等含硫化合物，它們被認(rèn)為是熱加工過(guò)程中異味的主要來(lái)源。鮮榨西瓜中的主要揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)[25,27,28]見(jiàn)表1。

表2 不同加工方式的優(yōu)缺點(diǎn)及主要應(yīng)用Table 2 Advantages, disadvantages and main applications of different processing methods

1.2 風(fēng)味物質(zhì)檢測(cè)技術(shù)

在人對(duì)食品的感知中，嗅覺(jué)占比達(dá)80%，因此風(fēng)味物質(zhì)的種類(lèi)及含量是衡量水果感官品質(zhì)的重要標(biāo)準(zhǔn)。水果中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)種類(lèi)復(fù)雜，且除了一些主要物質(zhì)外，其余物質(zhì)含量較低，因此選擇合適的檢測(cè)手段對(duì)水果風(fēng)味物質(zhì)定性定量起著至關(guān)重要的作用。在目前的水果風(fēng)味檢測(cè)中，基于不同的研究需要，將氣相色譜與其他分析儀器聯(lián)用成為常用的檢測(cè)手段，如氣相色譜與質(zhì)譜聯(lián)用（Gas Chromatography-Mass Spectrometry，GC-MS）、氣相色譜與嗅聞儀聯(lián)用（Gas Chromatography Mass Spectrometry-Olfactometry，GC-MS-O）、氣相色譜與離子遷移譜聯(lián)用（Gas Chromatography Ion Mobility Spectrometry，GC-IMS）等。GC-MS是目前應(yīng)用最廣泛的風(fēng)味測(cè)量方法，它將樣品中分離的揮發(fā)性物質(zhì)與質(zhì)譜庫(kù)進(jìn)行比對(duì)，從而對(duì)未知物進(jìn)行定性，并通過(guò)內(nèi)標(biāo)法或外標(biāo)法對(duì)物質(zhì)定量，具有定性能力強(qiáng)，靈敏度高，選擇性好的優(yōu)點(diǎn)[29]。GC-MS-O以人的鼻子為檢測(cè)器，通過(guò)檢測(cè)員對(duì)風(fēng)味物質(zhì)氣味性質(zhì)和強(qiáng)度的描述，并結(jié)合香氣活性值（Odor Activity Value，OAV）來(lái)反映各風(fēng)味物質(zhì)對(duì)總體風(fēng)味的貢獻(xiàn)度，是GC-MS檢測(cè)技術(shù)的良好補(bǔ)充[30]。GC-IMS將氣相色譜的分離能力和離子遷移色譜快速響應(yīng)的特性相結(jié)合，具有高靈敏性和低檢測(cè)的優(yōu)點(diǎn)，目前被廣泛應(yīng)用于常壓下?lián)]發(fā)性化合物的分析[31]。此外，人工感官評(píng)價(jià)、電子舌、電子鼻等技術(shù)也是常用的水果風(fēng)味評(píng)價(jià)方法。

2 不同加工技術(shù)對(duì)西瓜汁風(fēng)味的影響

2.1 熱加工技術(shù)

2.1.1 傳統(tǒng)熱加工技術(shù)

傳統(tǒng)熱加工技術(shù)按處理溫度和時(shí)間的不同，可分為巴氏殺菌（低于100 ℃）[32]、高溫殺菌技術(shù)（100～130 ℃）[33]和超高溫瞬時(shí)殺菌（Ultra-High Temperature Instantaneous Sterilization，UHT）（120 ℃以上熱處理2 s～20 s）[34]。其中，巴氏殺菌主要應(yīng)用于牛奶的滅菌，高溫殺菌主要應(yīng)用于罐頭類(lèi)食品的殺菌，UHT主要應(yīng)用于流體和半流體食品。UHT處理時(shí)間短，因此能極大程度上保留食品的原有風(fēng)味。目前，熱殺菌技術(shù)是最有效和應(yīng)用范圍最廣的食品加工技術(shù)，也是評(píng)價(jià)其他加工技術(shù)處理效果的基本參照[35]。Wang等[36]以110、120、135 ℃的條件分別處理西瓜汁2 s，與未處理西瓜汁相比，處理組中典型揮發(fā)性物質(zhì)含量顯著低，降低率分別為15.4%、10.9%和10.1%。Wang等[37]對(duì)比了未處理和熱處理后西瓜汁風(fēng)味的變化，發(fā)現(xiàn)經(jīng)100 ℃、5 min，60 ℃、30 min和135 ℃、2 s處理后西瓜汁的醇醛總含量分別為74.0%，72.0%和69.3%，顯著低于未處理西瓜汁的87.5%。Liu等[38]以126 ℃、15 s的條件對(duì)西瓜汁進(jìn)行UHT處理，UHT處理后西瓜汁的整體風(fēng)味不協(xié)調(diào)，壬醛、3,7-二甲基-2,6-辛二烯醛和香葉基丙酮含量分別下降了74.4%、94.4%和63.9%。楊瀟等[39]發(fā)現(xiàn)，西瓜汁在70 ℃水浴條件下加熱20 min后，一些異味物質(zhì)，如二乙基二硫醚、二丙基二硫醚等含量顯著上升。綜上，西瓜作為一種熱敏性水果，當(dāng)處理溫度高于其熱變臨界溫度點(diǎn)（一般在55 ℃左右[12]）時(shí)，處理時(shí)間也會(huì)成為影響西瓜汁風(fēng)味的一個(gè)重要因素。

2.1.2 微波加熱技術(shù)

微波是電磁波頻譜的一部分，頻率在300 MHz到300 GHz之間，殺菌機(jī)制包括熱效應(yīng)和非熱效應(yīng)[40]。熱效應(yīng)指食品材料吸收的微波能量在其體內(nèi)被轉(zhuǎn)化為熱能，使物料溫度升高，達(dá)到加熱效果；同時(shí)，微波可以提高水分的擴(kuò)散和蒸發(fā)速度，因此微波加熱還具有干燥效果[41]。微波的非熱效應(yīng)又稱(chēng)為生物效應(yīng)，指經(jīng)微波處理后，微生物的細(xì)胞膜會(huì)發(fā)生電穿孔，通透性改變，使微生物不能新陳代謝。同時(shí)，電穿孔的細(xì)胞膜還會(huì)使微生物體內(nèi)的生物大分子，如DNA和蛋白質(zhì)暴露出來(lái)，進(jìn)而引發(fā)各種生理生化的改變，最終導(dǎo)致微生物生長(zhǎng)受到抑制并凋亡[42]。與巴氏殺菌相比，微波加熱不需要介質(zhì)，因此更快、更有效、更經(jīng)濟(jì)。但當(dāng)樣品水分含量較多時(shí)，微波加熱會(huì)造成營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的大量流失[43,44]。

毛雪杰等[45]通過(guò)響應(yīng)面試驗(yàn)，驗(yàn)證不同微波條件處理對(duì)西瓜汁滅菌效果、品質(zhì)及感官的影響，得到的最優(yōu)試驗(yàn)條件為微波處理時(shí)間180 s，微波功率3 kW。經(jīng)該條件處理后的西瓜汁與熱處理相比，一定程度上保持了原有的風(fēng)味，但滋味略帶酸味。

2.2 非熱加工技術(shù)

2.2.1 超高壓技術(shù)

超高壓技術(shù)，又稱(chēng)為高靜壓技術(shù)（High Hydrostatic Pressure，HHP），是現(xiàn)階段研究最多、應(yīng)用最廣的非熱加工技術(shù)[46]。HHP通常以水為介質(zhì)，在不加熱系統(tǒng)的情況下均勻、迅速地使壓力（100～1000 MPa范圍內(nèi)）轉(zhuǎn)移到食物中[47]。與熱加工不同，HHP壓力的傳導(dǎo)與樣品的大小和形狀無(wú)關(guān)，因此可以使處理時(shí)間最小化[48]。超高壓的滅菌機(jī)制為通過(guò)壓力使細(xì)胞膜和蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，從而影響細(xì)胞功能，最終導(dǎo)致細(xì)胞死亡[49]。其優(yōu)勢(shì)在于超高壓主要作用于生物大分子中的非共價(jià)鍵，而對(duì)食品中的色素、維生素和風(fēng)味物質(zhì)等小分子化合物的共價(jià)鍵無(wú)明顯影響，因此可以在保障殺菌效果的同時(shí)，使食品的色澤、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)及感官品質(zhì)得到保留[50]。近年來(lái)，超高壓加工設(shè)備發(fā)展日趨成熟，包括美國(guó)、日本及中國(guó)在內(nèi)的多國(guó)已經(jīng)具備生產(chǎn)超高壓加工設(shè)備的能力，且在美國(guó)、歐洲和加拿大等地，超高壓技術(shù)在經(jīng)過(guò)政府批準(zhǔn)后，已應(yīng)用于果汁及相關(guān)行業(yè)[51,52]。

劉野等[53]發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)600 MPa、60 min的超高壓處理后，西瓜汁中特征香味物質(zhì)的整體濃度基本不變，其中己醛、(E)-2-壬烯醛、(Z)-2-壬烯醇、香葉基丙酮的濃度呈上升趨勢(shì)，分別升高了69.0%、12.3%、10.4%和91.0%。Liu等[38]采用超高壓（400 MPa、 20 min）對(duì)西瓜汁進(jìn)行處理，結(jié)果表明：與對(duì)照組（未經(jīng)任何處理的新鮮西瓜汁）相比，西瓜汁中醛類(lèi)物質(zhì)的相對(duì)含量顯著增加。貯藏8周后，壬醛、3,7-二甲基-2,6-辛二烯醛、香葉基丙酮的含量分別為1.8%、2.12%和0.25%，與對(duì)照組西瓜汁中的含量相比仍較接近，在很大程度上保留了西瓜的原有風(fēng)味。Aganovic等[54]采用600 MPa、5min的條件對(duì)西瓜汁進(jìn)行高壓處理，與對(duì)照組相比，己醛和(E)-2-己烯醛含量均有所上升。包洪亮等[55]研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)400 MPa、20 min超高壓處理后的西瓜汁，在4 ℃的溫度條件下冷藏10 d，(E,Z)-2,6-壬二烯醇、香葉基丙酮、2-戊基呋喃、壬醛等主要風(fēng)味物質(zhì)含量變化無(wú)顯著差異。柳青[56]也在研究中發(fā)現(xiàn)，400～600 MPa的超高壓處理可以使西瓜汁的2,6-二甲基-5-庚烯醛及壬醛含量上升，從而使西瓜汁的清香味更濃郁?？傮w來(lái)看，超高壓可以很好地保留西瓜汁的風(fēng)味，且不同的壓力條件均會(huì)導(dǎo)致醛類(lèi)物質(zhì)相對(duì)含量增加。這可能是在超高壓的條件下，其他物質(zhì)經(jīng)氧化還原形成醛類(lèi)物質(zhì)，或是高壓下與風(fēng)味有關(guān)的酶活性發(fā)生改變，從而使風(fēng)味物質(zhì)含量發(fā)生變化。

2.2.2 高壓二氧化碳

高壓二氧化碳（High Pressure Carbon Dioxide，HPCD）是近年來(lái)應(yīng)用于果汁加工的一種新型非熱技術(shù)。該技術(shù)將無(wú)毒無(wú)害的二氧化碳（CO2）與壓力結(jié)合，可以在較溫和的條件下（低于50 MPa、低于60 ℃）實(shí)現(xiàn)殺菌鈍酶并保持果汁品質(zhì)[57]。目前，有關(guān)HPCD殺菌的具體機(jī)制尚不清楚，已有的假說(shuō)主要有兩種。一種為機(jī)械性破裂，該假說(shuō)認(rèn)為加壓后CO2進(jìn)入微生物內(nèi)部，使微生物內(nèi)外產(chǎn)生壓力差，在瞬間泄壓的過(guò)程中微生物會(huì)因壓力差發(fā)生機(jī)械性破裂，使微生物失活[58]。另一種假說(shuō)認(rèn)為HPCD會(huì)引起微生物的生理性失活，整個(gè)過(guò)程可以分為以下7個(gè)步驟：（1）CO2在壓力條件下溶于外部液體環(huán)境中；（2）細(xì)胞膜改性；（3）微生物內(nèi)部pH值降低；（4）關(guān)鍵酶失活；（5）分子態(tài)的CO2和離子態(tài)的HCO3-抑制了微生物的代謝；（6）微生物內(nèi)的電解質(zhì)平衡被打破；（7）細(xì)胞及細(xì)胞膜的重要組成部分被破壞[59]。

劉野等[60]發(fā)現(xiàn)，經(jīng)30 MPa、60 min的HPCD處理后，西瓜汁中的主要風(fēng)味物質(zhì)含量大多呈下降趨勢(shì)，但總體水平仍高于熱處理組，如己醛、(Z)-2-壬烯醛、(E)-2-壬烯醛、壬醛、(E,Z)-2,6-壬二烯醇、香葉基丙酮等風(fēng)味物質(zhì)，經(jīng)HPCD處理后含量為5.69%、22.07%、1.27%、0.60%、0.37%、1.17%，高于熱處理組的4.77%、11.25%、0.22%、0.36%、0%、0.73%。侯志強(qiáng)等[61]在哈密瓜的研究中，也發(fā)現(xiàn)2.5～4.5 MPa、8 min的HPCD處理會(huì)導(dǎo)致鮮切哈密瓜的風(fēng)味物質(zhì)含量明顯下降。因此，有關(guān)HPCD的研究雖然已經(jīng)在果蔬汁、啤酒等液體體系中廣泛展開(kāi)，但是由于其殺菌機(jī)理尚不明確，難以精準(zhǔn)控制工藝參數(shù)（壓力、溫度和時(shí)間），因此在加工過(guò)程中易導(dǎo)致食品品質(zhì)發(fā)生變化。

2.2.3 超聲波處理

超聲波是一種頻率大于20 kHz的聲波，通常作為輔助殺菌手段來(lái)降低殺菌強(qiáng)度，減少加工過(guò)程對(duì)食品品質(zhì)的損壞[62]。目前，超聲波已作為巴氏殺菌的替代技術(shù)而被廣泛應(yīng)用于果汁的加工[63]。用超聲波處理果汁，會(huì)導(dǎo)致果汁中的微生物細(xì)胞膜破裂并產(chǎn)生自由基。這是因?yàn)槁暡ㄔ谝后w介質(zhì)中傳播時(shí)會(huì)引起壓力的變化，壓力的改變易引起空穴現(xiàn)象，并在液體介質(zhì)中產(chǎn)生微小氣泡核，微小氣泡核在收縮破碎的瞬間會(huì)產(chǎn)生局部的高壓和高溫，從而起到滅菌的作用[64]。

鄭炯等[65]發(fā)現(xiàn)超聲波處理西瓜汁可有效降低西瓜汁中PPO和POD的活性，且酶的存活率與超聲波功率及處理時(shí)間呈負(fù)相關(guān)。Ykm等[66]以26 kHz的頻率、50%的振幅、80 W的功率對(duì)紅瓤和黃瓤西瓜汁分別進(jìn)行4、8、12、16 min的超聲波處理，結(jié)果表明超聲波處理后的西瓜汁在味道、風(fēng)味和整體可接受性評(píng)價(jià)方面均高于熱處理。張仲陽(yáng)等[67]采用超聲波協(xié)同ClO2處理西瓜汁，其中ClO2添加量為77 mg/L、超聲波功率為120 W、殺菌時(shí)間為2 min，在達(dá)到滅菌效果的同時(shí)，避免了因熱處理產(chǎn)生蒸煮味等問(wèn)題的發(fā)生。在同樣是熱敏性水果的甜瓜中，Yang等[68]采用探針超聲波處理對(duì)西瓜汁進(jìn)行超聲處理，經(jīng)325 W處理20 min后，揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的種類(lèi)和含量分別增加了82.50%和111.84%，其中己醛、壬醛、(Z)-6-壬烯醛、(E)-2-壬烯醛、(E,Z)-2,6-壬二烯醛、(E,Z)-3,6-壬二烯醇等風(fēng)味物質(zhì)含量顯著上升。此外，經(jīng)超聲處理后的西瓜汁還產(chǎn)生了新的風(fēng)味物質(zhì)α-蒎烯和β-紫羅蘭酮。目前的研究表明，超聲波殺菌效果有限，因此在加工過(guò)程中更多是作為一種輔助手段，來(lái)提高熱、壓力、紫外線(xiàn)、脈沖電場(chǎng)及殺菌劑的殺菌效果[69]。

2.2.4 輻射殺菌

輻射作為一種食品非熱殺菌技術(shù)，包括兩種形式，即非電離輻射（Non Ionizing Radiation，NIR）和電離輻射（Ionizing Radiation，IR），這兩種形式均可以在室溫下作用于食品，達(dá)到滅活病原體和延長(zhǎng)貨架期的目的。非電離輻射包括可見(jiàn)光、紅外及紫外（Ultraviolet，UV）輻射，紫外光在滅菌的同時(shí)還可鈍化酶的活性。按波長(zhǎng)可將紫外光分為UV-A（320～400 nm）、UV-B（280～320 nm）和UV-C（200～280 nm）三種，其中滅菌效果最好的是UV-C，它主要應(yīng)用于果汁的加工[70]。UV-C的殺菌機(jī)制可以解釋為DNA有吸收紫外光的傾向，這會(huì)使微生物的DNA發(fā)生交聯(lián)，造成微生物的死亡[71]。目前，紫外殺菌已因其殺菌效果良好、無(wú)化學(xué)污染殘留和能保留食品的原有品質(zhì)等優(yōu)勢(shì)，被廣泛應(yīng)用于果汁加工的研究[72]。輻射殺菌的另一種形式為電離輻射，包括高能電子束、X射線(xiàn)和γ射線(xiàn)，這些射線(xiàn)頻率高、強(qiáng)度大，可使與其接觸的微生物內(nèi)部產(chǎn)生帶電離子，進(jìn)而對(duì)微生物造成損傷并使其凋亡[73]。同時(shí)，電離輻射也會(huì)使食品體系中的水分子產(chǎn)生自由基等活性粒子，這些活性粒子會(huì)與微生物體內(nèi)的核酸和蛋白質(zhì)等物質(zhì)發(fā)生作用，抑制其遺傳和代謝[74]。目前，電離輻射已經(jīng)因其操作簡(jiǎn)單、能耗低、色香味及營(yíng)養(yǎng)成分破壞程度小等優(yōu)勢(shì)而被應(yīng)用于果汁加工的研究[75]。

Pendyala等[76]使用40 mJ/cm2、120 mJ/cm2的UV-C強(qiáng)度對(duì)西瓜汁進(jìn)行了滅菌。在40 mJ/cm2的條件下，西瓜汁中醛的含量為67.1%，與新鮮西瓜汁的68.8%相比無(wú)顯著差異。經(jīng)120 mJ/cm2的UV-C處理后，西瓜汁中的總?cè)┖拷禐?4.9%，其中(E,Z)-2,6-壬二烯醛和癸醛含量分別降低了36.22%和33.88%。此外，總醇量在經(jīng)UV-C處理后同樣顯著降低，但在不同條件下，UV-C處理后的醇含量差異不明顯。與新鮮西瓜汁相比，經(jīng)40 mJ/cm2的UV-C處理后，西瓜汁樣品中酮含量顯著增加，但處理組間酮含量差異不明顯。Botros等[77]將西瓜汁分別在室溫（25±1）℃下進(jìn)行1 kGy、3 kGy和5 kGy的γ射線(xiàn)照射，輻照室內(nèi)溫度為18 ℃。在輻照處理中，大多數(shù)芳香物質(zhì)的含量隨輻射劑量的增加而降低，主要風(fēng)味物質(zhì)2-甲基丁酸乙酯在對(duì)照組、1 kGy和3 kGy處理組中的含量分別為60.7%、58.7%和56.96%。當(dāng)輻射劑量從3 kGy增至5 kGy時(shí)，2-甲基丁酸乙酯含量變?yōu)?0.01%，顯著降低；其他影響水果風(fēng)味的活性化合物，如(E)-3-己烯基乙酸酯和2-甲基丙醛等，其百分比含量也隨著輻照劑量的增加而降低；而2-甲基-1-丁醇、(E)-2-戊二烯、苯甲醇等芳香化合物則均未檢出；但是輻照過(guò)程也導(dǎo)致西瓜汁中產(chǎn)生輕微的輻照異味。在相對(duì)溫和的處理?xiàng)l件下，輻照處理可以在較大程度上保留食品的原有風(fēng)味，但是殺菌效果相對(duì)有限。而隨著輻照強(qiáng)度的增大，西瓜汁中醇醛酮的總含量出現(xiàn)了不同程度的降低，導(dǎo)致西瓜汁的整體風(fēng)味失調(diào)。

2.2.5 高壓脈沖電場(chǎng)

近年來(lái)，高壓脈沖電場(chǎng)（High Intensity Pulsed Electric Field，HIPEF）作為一種新型非熱加工技術(shù)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于與食品有關(guān)的研究[78]。高壓脈沖電場(chǎng)滅菌的過(guò)程會(huì)產(chǎn)生一定的熱量，但其最高溫度不超過(guò)40 ℃，遠(yuǎn)低于熱處理的溫度。HIPEF的滅菌機(jī)制可以解釋為，放置在兩個(gè)電極之間的水果汁，會(huì)在短時(shí)間內(nèi)（μs～ms）受到高壓脈沖（通常為50 kV/cm）。這個(gè)過(guò)程會(huì)導(dǎo)致微生物的細(xì)胞壁發(fā)生不確定性改變，并在細(xì)胞膜上形成電穿孔，使細(xì)胞膜的通透性增加，造成微生物死亡[79-81]。HIPEF的滅菌效果取決于場(chǎng)強(qiáng)、脈沖寬度、脈沖頻率、處理時(shí)間、極性和處理溫度等因素[82]。

Aguilo-Aguayo等[83]以35 kV/cm的電場(chǎng)強(qiáng)度，1,727 μs的處理時(shí)間，4 μs的兩極脈沖和188 Hz的電場(chǎng)頻率處理了西瓜汁。經(jīng)HIPEF處理后的西瓜汁，己醛、(E)-2-壬烯醛、壬醛、甲基庚烯酮和香葉基丙酮的濃度上升了20%左右，且與90 ℃、60 s的熱處理組相比，風(fēng)味物質(zhì)的保留量更高。盡管在儲(chǔ)藏過(guò)程中，處理組的西瓜汁風(fēng)味化合物總體含量有所下降，但其感官仍然優(yōu)于熱處理組。Aganovic等[54]發(fā)現(xiàn)經(jīng)HIPEF（11 kV/cm，175 kJ/kg）處理后的西瓜汁，其庚醛含量顯著上升。Mosqueda等[84]發(fā)現(xiàn)，經(jīng)HIPEF（35 kV/cm，1682 μs，193 Hz和4 μs）處理的西瓜汁在感官評(píng)價(jià)上與未處理組無(wú)顯著差異，二者評(píng)分均遠(yuǎn)高于熱處理組。葉麗珠等[85]在研究中發(fā)現(xiàn)，經(jīng)（26.7 kV/cm，680 μs，512 Hz和5 μs）處理后的冷凍濃縮西瓜汁感官上更接近原汁，遠(yuǎn)優(yōu)于熱處理西瓜汁。HIPEF處理時(shí)間極短，引發(fā)的化學(xué)反應(yīng)較少，可以在很大程度上保留西瓜的原有風(fēng)味。

2.2.6 膜技術(shù)

膜技術(shù)已因其人力需求少、效率高和加工時(shí)間短等可降低操作成本的優(yōu)勢(shì)，成為代替?zhèn)鹘y(tǒng)熱技術(shù)加工果汁的另一個(gè)選擇[86]。膜加工技術(shù)主要應(yīng)用于果汁的澄清和濃縮，包括微濾（Microfiltration，MF）、超濾（Ultrafiltration，UF）、納濾（Nanofiltration，NF）、反向滲透（Reverse Osmosis，RO）和正向滲透（Forward Osmosis，F(xiàn)O）[87,88]。MF可以除去0.1～10 μm的懸浮顆粒和細(xì)菌，在澄清果汁的同時(shí)可以達(dá)到延長(zhǎng)貨架期的目的。其中，UF膜孔徑較小，能夠截留直徑在1～20 nm之間的蛋白質(zhì)等大分子有機(jī)物；NF膜孔徑更小，直徑在0.5～2 nm之間，可以有效截留分子量在200～1000之間的低分子量有機(jī)物和高價(jià)無(wú)機(jī)鹽。RO是利用滲透差使小分子物質(zhì)和溶劑分離的一種膜分離技術(shù)，能夠有效地濃縮果汁并保留其風(fēng)味。FO的工作原理是根據(jù)兩種液體的滲透壓差異，使高濃縮的滲透劑（抽取溶劑）通過(guò)半滲透膜并從果汁中抽取水。經(jīng)FO濃縮后的果汁濃度可達(dá)60 °Brix以上[88,89]。FO可以在常溫和常壓下進(jìn)行，這極大程度保留了果汁的原有風(fēng)味[90]。在膜技術(shù)中，膜材料可以分為有機(jī)膜和無(wú)機(jī)膜。有機(jī)膜材料來(lái)源廣泛、成本低，但是穩(wěn)定性較差；無(wú)機(jī)膜耐熱、耐壓、穩(wěn)定性良好，但是制造困難、成本較高[91]。膜技術(shù)及膜材料對(duì)果汁的分離效果起著至關(guān)重要的作用，因此要根據(jù)實(shí)際需求選擇合適的分離技術(shù)和分離材料。

Milczarek等[92]對(duì)比了FO處理、熱處理和對(duì)照組（新鮮西瓜汁）西瓜汁的風(fēng)味感官，結(jié)果顯示FO濃縮物與新鮮西瓜的感官評(píng)分無(wú)顯著差異，二者均有濃郁的香味。在西瓜風(fēng)味的描述評(píng)價(jià)中，F(xiàn)O濃縮物同新鮮西瓜一樣，具有典型的西瓜風(fēng)味，而熱濃縮物則出現(xiàn)了類(lèi)似魚(yú)和蘑菇的氣味。因此，F(xiàn)O可以在濃縮西瓜汁的同時(shí)較大程度上保留其原有風(fēng)味和品質(zhì)。膜技術(shù)幾乎不涉及溫度反應(yīng)和化學(xué)變化，可以在極大程度上保留西瓜的原有風(fēng)味，但是在濃縮過(guò)程中，膜易受污染，從而導(dǎo)致膜的分離功能降低。

上述檢測(cè)手段中，除UHT部分學(xué)者研究結(jié)果不一致外，熱加工仍是對(duì)西瓜汁風(fēng)味破壞最大的加工技術(shù)，經(jīng)過(guò)熱處理的西瓜汁整體風(fēng)味不協(xié)調(diào)，風(fēng)味物質(zhì)含量會(huì)明顯降低，并產(chǎn)生二乙基二硫醚、二丙基二硫醚等異味物質(zhì)。在非熱加工技術(shù)中，經(jīng)HPCD處理后的西瓜汁整體風(fēng)味雖優(yōu)于熱處理，但是其主要風(fēng)味物質(zhì)含量大多呈下降趨勢(shì)，這可能是HPCD處理會(huì)在一定程度上破壞西瓜汁的質(zhì)構(gòu)，進(jìn)而影響西瓜汁的整體風(fēng)味。超聲波處理和雖然對(duì)西瓜汁的整體風(fēng)味影響較小，但是有限的殺菌效果只能讓其作為一種輔助手段。輻照處理的殺菌效果雖然隨著輻照強(qiáng)度的提升，能夠使新鮮西瓜汁中菌落總數(shù)達(dá)到國(guó)標(biāo)要求，但是高強(qiáng)度的射線(xiàn)會(huì)導(dǎo)致西瓜汁中產(chǎn)生輻照異味，因此目前的輻照處理在食品行業(yè)大多應(yīng)用在對(duì)食品器械的消毒方面。經(jīng)過(guò)膜技術(shù)處理后的濃縮西瓜汁含有較多的糖分，這不僅會(huì)導(dǎo)致西瓜汁的保質(zhì)期大為降低，而且與非濃縮還原果汁的大健康潮流相悖。經(jīng)過(guò)HHP和HIPEF處理后的西瓜汁既可以保證原有的良好風(fēng)味，又可以在極大程度上降低腐敗微生物的含量，同時(shí)HIPEF處理時(shí)間極短，達(dá)到微秒級(jí)，但是由于HIPEF成本高昂，在與西瓜汁加工有關(guān)的研究中，HHP仍然是應(yīng)用最廣泛的非熱加工技術(shù)。目前，HHP對(duì)西瓜汁的加工流程仍以先罐裝再施壓為主，這使得該技術(shù)對(duì)罐裝材質(zhì)要求較高，且一次處理的西瓜汁樣品數(shù)量較少。未來(lái)可通過(guò)調(diào)整加工工藝，先將西瓜汁注入超高壓處理室，經(jīng)高壓處理后再進(jìn)行罐裝，從而節(jié)約成本，提高產(chǎn)量。

3 西瓜汁中風(fēng)味保留的改良手段

相比于傳統(tǒng)的熱加工技術(shù)，新型熱加工技術(shù)及非熱加工技術(shù)雖然在較大程度上保留了西瓜的原有風(fēng)味，但這些加工技術(shù)仍存在著一定缺陷。如微波加熱會(huì)導(dǎo)致西瓜汁發(fā)酸，超高壓和高壓脈沖電場(chǎng)的成本過(guò)高，經(jīng)輻照殺菌后的西瓜汁會(huì)產(chǎn)生輻照味道，超聲波處理的西瓜汁感官雖然與鮮榨西瓜汁無(wú)明顯區(qū)別，但是殺菌效果有限，高壓二氧化碳也會(huì)一定程度上破壞西瓜汁的原有風(fēng)味。因此需要在現(xiàn)有的技術(shù)基礎(chǔ)上對(duì)西瓜汁的加工方式進(jìn)行工藝優(yōu)化，以達(dá)到改良風(fēng)味的效果。

3.1 抑制異味的產(chǎn)生

為了抑制異味的產(chǎn)生，可以在加工過(guò)程中添加抗氧化物質(zhì)，這些抗氧化物質(zhì)會(huì)在一定程度上避免風(fēng)味物質(zhì)氧化為異味物質(zhì)。呂真真等[105]在西瓜榨汁過(guò)程中添加維生素C（Vitamin C，Vc），并比較了經(jīng)熱處理后對(duì)照組及添加組中風(fēng)味物質(zhì)的含量。研究發(fā)現(xiàn)，Vc添加組的(E,Z)-2,6-壬二烯醇和(E)-3-壬烯醇含量明顯高于未添加組。孫鈺清等[106]研究了兒茶素、染料木黃酮、黃豆苷元、海藻多酚及鄰苯三酚對(duì)熱處理甜瓜汁揮發(fā)性異味的抑制作用，發(fā)現(xiàn)這些多酚物質(zhì)會(huì)在不同程度上抑制熱處理甜瓜汁的異味，其中兒茶素的抑制效果最佳，此外不同多酚會(huì)協(xié)同抑制熱處理甜瓜汁中的異味。

3.2 異味的去除

在加工完成后使用吸附劑去除異味也不失為一種有效的方法。Yang等[107]以β-環(huán)糊精、黃原膠、羧甲基纖維素鈉和糖/酸吸附劑來(lái)去除熱加工西瓜汁的異味。研究結(jié)果表明，β-環(huán)糊精能有效去除熱處理西瓜汁中的異味化合物，使熱處理西瓜汁中的異味物質(zhì)，如癸醇、辛醇、(E)-2-辛醇和(E)-2-癸醇的濃度分別降低了50.82%、22.81%、36.43%和28.19%。

3.3 降低滅菌條件

在較高強(qiáng)度的滅菌條件下，會(huì)使西瓜汁中風(fēng)味物質(zhì)損失的風(fēng)險(xiǎn)增大，因此可以通過(guò)添加一些天然的抗菌物質(zhì)來(lái)降低滅菌條件。Tchuenchieu等[108]使用了一種天然的抗菌藥物（香芹酚），提高了在溫和條件下的滅菌效率。西瓜汁經(jīng)55 ℃處理5 min后，大腸桿菌數(shù)量減少了0.58～3.73 log。按30 mL/L的比例加入香芹酚再進(jìn)行同樣條件的熱處理后，大腸桿菌數(shù)量減少了1.92～4.33 log。Siddiqua等[109]研究了兩種天然植物精油（肉桂代酯和丁香油）單獨(dú)或組合使用的抗菌活性，結(jié)果顯示兩種精油均表現(xiàn)出抑菌作用，而且組合使用的抑菌效果更強(qiáng)，可以有效抑制食品模擬系統(tǒng)中的食源性病原體以及西瓜汁中的天然污染物。

此外，Liu等[110]發(fā)現(xiàn)加工過(guò)程中溫度、pH值、氧氣濃度和光照也會(huì)對(duì)西瓜汁的質(zhì)量造成影響，因此在加工過(guò)程中創(chuàng)造合適的加工條件是必要的。最近，一種新的食品保存方法-高壓儲(chǔ)存（Hyperbaric Storage，HS）正在引起研究者的廣泛興趣，HS使用低壓和中壓（25～220 MPa），可在室溫而非冷藏的條件下保藏食品[111]。據(jù)álvaro等[112]報(bào)道，在低于室溫（15 ℃）的溫度條件下，50～75 MPa的HS可將西瓜汁的保質(zhì)期延長(zhǎng)至58 d。

4 展望

作為世界上西瓜第一種植國(guó)和生產(chǎn)國(guó)，我國(guó)西瓜總產(chǎn)量占比超過(guò)全球總產(chǎn)量的60%，因此西瓜汁的工業(yè)化對(duì)于我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有舉足輕重的意義。但在西瓜汁工業(yè)化的道路上，依舊面臨著巨大的挑戰(zhàn)：1）巴氏殺菌會(huì)在很大程度上破壞西瓜汁原有的風(fēng)味，HHP和HIPEF設(shè)備昂貴、成本較高，輻射殺菌和超聲波處理殺菌效果有限，HPCD和微波加熱殺菌機(jī)制尚不明確。2）西瓜作為一種熱敏性水果，在以往的認(rèn)知中，高溫會(huì)使西瓜產(chǎn)生蒸煮味，但是有部分學(xué)者認(rèn)為高溫瞬時(shí)滅菌對(duì)西瓜的風(fēng)味影響不大（加工時(shí)間短）。同時(shí)，西瓜的熱變臨界溫度雖已知曉，但是熱變臨界時(shí)間點(diǎn)卻還未明確。3）目前有關(guān)西瓜汁的研究整體不足，且大多忽視了西瓜汁在加工過(guò)程中風(fēng)味的變化。

針對(duì)上述問(wèn)題，在今后的研究中應(yīng)該注重以下方面：1）開(kāi)發(fā)新型殺菌設(shè)備，降低能耗，控制成本；進(jìn)一步研究不同殺菌技術(shù)的殺菌機(jī)理，確定最佳工藝參數(shù)；聯(lián)合不同殺菌技術(shù)，在保障品質(zhì)及風(fēng)味的基礎(chǔ)上提高殺菌效率。2）研究西瓜在不同熱變溫度下的熱變時(shí)間，確定西瓜的熱變臨界時(shí)間點(diǎn)。3）在西瓜研究過(guò)程中注重風(fēng)味的變化，并探究其變化機(jī)理，為工業(yè)生產(chǎn)提供理論依據(jù)。