超高压处理影响果蔬品质的研究进展

1、超高压处理影响果蔬品质的研究进展来源:食品科学2009年9期作者:胡友栋，励建荣 蒋跃明超高压处理食品由来已久。早在1885年Royer首次报道了高压能够杀死细菌，1899年Hite首次将该技术用于牛奶保存；但在早期由于设备制造困难等原因限制了它在食品领域的应用和发展。直到20世纪80年代日本学者林力丸将其提到食品应用研究层面，才引起人们的广泛关注。由于该技术满足了消费者对于食品加工过程既能保障产品的安全性又最少处理（Minimal Process）的需求；因而，在近二十年来发展迅速。1 超高压处理的基本原理和主要特点超高压处理主要遵循Pascal和Le Chatelier这两个原理。根据Pa

2、scal原理在压力作用下，食品中所有原子和分子几乎在同时受到同样的压力；因而，超高压处理具有迅速和均匀的特点，不受食品体积和形状的影响。和积Le Chatelier原理表明，在增加压力的条件下，一些导致平衡系统体积减小的作用将会得到加强，包括相变、化学反应以及分子构象的可能变化；增加压力将会促进氢键的形成，减小原子间的相互距离，破坏离子键和疏水性相互作用，但对共价键影响小，可有效保留食品的色、香、味和营养成分。超高压处理能够在室温或低温下进行，而且具有耗能低、污染少的优点，可促使组织变性得到新型食品。主要缺点是一次性投入成本较高且难以连续化生产。2 超高压处理对果蔬中微生物的影响超高压处理主要

3、通过破坏细胞膜和蛋白质的结构并对DNA的转录和复制产生影响，进而杀死微生物。通常认为细胞膜是压力的主要破坏对象。细胞膜是由磷脂双分子层构成，超高压可引起膜双分子层的体积和每个磷脂分子的截面积减小，这种变化影响了细胞膜的通透性，进而导致细胞的破坏和凋亡。2.1 超高压对细菌的影响Arroyo等报道了超高压处理对蔬菜中微生物的致死效应；杀死大多数革兰氏阴性菌需要350 MPa压力，400 MPa压力还不足以完全杀死革兰氏阳性菌。Baymdirli等研究了超高压结合中温处理对苹果、柑橘、杏子和樱桃汁中的葡萄球菌、大肠杆菌O157:H7和肠炎沙门氏菌的影响，发现350 MPa压力在40 处理5 min

4、足以杀死这些微生物接种体。超高压杀死细菌相对容易，但杀死细菌孢子比较困难。2.2 超高压对霉菌和酵母菌的影响霉菌和酵母菌容易引起果蔬腐败变质。有些霉菌还会产生毒素，进而引起食品安全问题。Ogawa等研究了超高压处理对温州蜜橘汁的霉菌和酵母菌的影响；在一定压力下，随着果汁浓度的增加超高压杀菌效果降低；350400 MPa压力可以将果汁中霉菌和酵母菌的数量降低5个对数级。Shimada等观察到低于400 MPa压力在25 处理10 min后酵母细胞外部形态发生了轻微变化；当压力达到400600 MPa时，线粒体和细胞质均发生了变化；200 MPa压力在-20 处理3h后核膜几乎完全消失。2.3 超

5、高压对细菌孢子的影响细菌孢子不仅耐热耐辐射，而且具有很强的耐压性。在室温下甚至能够抵抗1000 MPa压力。50300 MPa的压力通常能刺激细菌孢子发芽；发芽后的孢子在中等温度和压力下即可被杀死，但不能保证被完全杀死。Lee等研究了超高压结合热处理对苹果汁中酸土芽孢杆菌的影响。采用207 MPa压力在45 处理10 min或在71 处理1 min可将活的孢子数量降低3.5个对数级；而414和621 MPa压力在90 处理1 min可将活的孢子数量降低3.5个对数级以上。Ananta等将嗜热脂肪芽孢杆菌孢子接种到青花菜泥上，并对超高压杀菌的动力学进行了研究。超高压处理对微生物的致死效应不仅与压

6、力大小、保压时间、加压方式、协同温度、介质性质有关，还受到微生物的种类、生长发育阶段等因素的影响。在超高压处理食品时宜将这些因素综合考虑以保证最终产品的安全性和良好品质。对于低酸性果蔬和难以杀死的孢子处理可考虑一些辅助措施，如热、辐射、电场、超声、二氧化碳和抗菌肽等以强化超高压杀菌效果，同时降低处理成本。3 超高压处理对果蔬中酶活性的影响果蔬加工需要抑制或钝化酶的活性以保证产品质量。在足够高的压力下，酶的分子结构和活性中心构象会发生变化进而失去活性。果蔬中的一些耐热酶通常具有耐压性。多酚氧化酶（PPO）、过氧化物酶（POD）、脂肪氧合酶（LOX）、果胶酯酶（PE）和果蔬的品质密切相关。3.1

7、多酚氧化酶（PPO）PPO (EC 1.14.18.1) 容易引起酶促褐变。当压力在200600 MPa、温度为60 、处理1020 min能将新鲜荔枝PPO的相对活性降到20以下；但荔枝果酱PPO的相对活性保持在4060。添加CaCl2能够强化压力对苹果PPO的钝化效果。在芒果酱中添加200 mg/L半胱氨酸和500 mg/L抗坏血酸可促进PPO的钝化。当压力在800 MPa、温度为1822 、处理15 min后，红色悬钩子的PPO相对活性仍然保持在70以上；而在同样的温度和时间下600 MPa压力即可实现草莓PPO的完全钝化。3.2 过氧化物酶（POD）POD (EC 1.11.1.7)

8、对产品风味会产生不良影响。POD通常耐热性较强，是评价热烫效果的指示酶。在室温下采用900 MPa压力处理绿豆10 min后，其POD的活性降低了88，600 MPa压力结合热处理可促进POD的钝化。Garcia-Palazon等采用800 MPa压力处理草莓15 min后，其POD的活性保持在60以上。Fang等报道400 MPa以上压力结合热处理可促进猕猴桃POD的钝化，但15 min后继续延长保压时间对POD的活性没有显著影响；由于POD同工酶的存在以及它们耐压性存在差异最终影响残留酶的活力。3.3 脂肪氧合酶（LOX）LOX (EC 1.13.1.13) 能够破坏必需脂肪酸，进而影响到

9、产品的风味和色泽。超高压对绿豆LOX的钝化可表示成一级动力学模型的形式。LOX的耐压性随着酶浓度的增大而增强，而随着pH值(9.05.4)的降低而减弱。Rodrigo等研究了土豆LOX的耐压性：当压力低于400 MPa、温度为20 处理后，LOX的活性增强；550 MPa压力处理12 min能将LOX完全钝化。Wang等研究了超高压结合热处理对大豆粗提物LOX活性的影响；在恒温下，随着压力增加LOX的钝化速率常数增大；压力和温度结合处理对LOX的钝化速率常数能够被表示成经验公式和动力学模型的形式。3.4 果胶酯酶（PE）PE (EC 3.1.1.11) 与果汁的稳定性和果蔬质地密切相关。PE耐

10、热性较强，即使在8095 仍能保持部分活性。由于PE同工酶的存在以及介质的保护作用，PE通常只能被部分钝化。酸性介质有助于PE的钝化，可溶性固形物对PE具有保护作用。Guiavarc等研究了0.1800 MPa压力结合1062 温度处理对白葡萄柚的PE钝化效果：当压力在0.1300 MPa、温度58 时二者对PE的钝化具有拮抗效应。Balogh等对超高压和热处理胡萝卜进行了比较研究，发现这两种处理方式对于胡萝卜果块、果汁和纯化过的PE钝化都能够表示成一级动力学模型的形式；胡萝卜果块比果汁中的PE耐压、耐热性更强。酶在常温下完全钝化通常要求很高的压力。影响果蔬中酶的钝化因素主要有酶的种类、酶的来

11、源、压力大小、保压时间、协同温度和添加剂等。超高压处理钝化酶特别是引起褐变的耐压酶（比如POD）的协同措施研究有待于深化。对于酶的底物性质影响也有必要进行相关研究。4 超高压处理对果蔬色素的影响果蔬色素主要包括叶绿素、花青素、类胡萝卜素等。这些色素不仅赋予了果蔬色泽，而且还具有一定的生理功能。在热、酸、光和氧气等作用下，果蔬色素容易发生化学变化，进而引起果蔬变色。4.1 超高压处理对叶绿素的影响绿色果蔬经热烫和杀菌处理后易造成叶绿素的损失，其主要是由热和酸促使叶绿素向焦脱镁叶绿素转化所引起。Butz等采用600 MPa压力在25 处理青花菜泥1040 min后，叶绿素a和b的得率提高，在20

12、min达到最大；在75 采用同样的压力和时间处理后，叶绿素b的含量略有降低，但叶绿素a的含量几乎不受压力影响。Van Loey等发现在常压和加压条件下青花菜汁叶绿素的降解都符合一级动力学模型，100 处理37 min后总叶绿素降解了90；采用压力协同50 以上温度处理叶绿素降解明显，叶绿素a比叶绿素b降解迅速。4.2 超高压处理对花青素的影响花青素是果蔬主要的水溶性色素之一，多以花色苷的形式存在于细胞液中。Zabetakis等在室温200800 MPa压力处理草莓15 min后将样品置于4、20、30 条件下贮藏9天，发现经800 MPa处理后在4 贮藏花青素的损失最低。Suthanthang

13、jai等在同样的条件下处理并贮藏树莓，经200和800 MPa处理后贮藏9天花青素的保留率较高。超高压处理改变了-葡萄糖苷酶、POD和PPO的活性进而影响花青素的稳定性。Corrales等比较了超高压、超声波和脉冲电场结合热处理对葡萄副产品中花青素的提取效果；发现超高压提取花青素葡萄糖苷的得率介于超声波和脉冲电场提取之间，超高压提取酰化花青素葡萄糖苷得率最高。4.3 超高压处理对类胡萝卜素的影响类胡萝卜素具有清除自由基、增强免疫力、降低癌症发生率等功效。胡萝卜、柑橘和西红柿等果蔬是类胡萝卜素的良好来源。Butz等采用超高压处理橙汁、柠檬和胡萝卜混合果汁后后，类胡萝卜素的含量略有提高；但马铃薯类

14、胡萝卜素的含量略有降低。De Ancos等将350 MPa压力结合3060 温度处理橙汁2.515 min后，类胡萝卜素的含量增加了2043。De Ancos等对超高压处理后西红柿的类胡萝卜素组成和含量进行了分析：当压力在50400 MPa温度为25 处理西红柿果肉15 min后，各种类胡萝卜素单体的含量发生了不同的变化，总类胡萝卜素的保留率为89120。果蔬色素的变化受到多种因素影响。在热、酸、光、氧气和金属离子等作用下，植物色素会发生降解。一些酶（如叶绿素酶）易引起叶绿素发生降解反应。糖苷水解酶和多酚氧化酶可以加速花色苷的降解。脂肪氧合酶能够催化氧化不饱和或多不饱和脂肪酸，生成过氧化物与类

15、胡萝卜素发生反应。超高压处理可能改变了植物细胞的通透性，促进了被阻隔色素成分的释放溶出，表现为处理后部分色素含量提高。5 超高压处理对果蔬色泽、质地和风味的影响果蔬加工过程通常采用热处理以杀菌灭酶。传统的热处理方法容易引起果蔬的色泽、质地和风味等品质下降。采用超高压处理可以较好的保持果蔬的色泽、质地和风味。5.1 超高压处理对果蔬色泽的影响果蔬的色泽容易发生变化。基于CIE Lab颜色空间是评价色泽的一种重要方法，即L表示明度值、a表示红绿值、b表示黄蓝值。Phunchaisri等采用200600 MPa压力在20 处理新鲜荔枝和荔枝果酱10 min后，其L、a、b值均发生了变化。新鲜荔枝的L

16、值经400 MPa处理后最大，而a值则随着压力增加而降低，b值经600 MPa处理后最大。荔枝果酱的L值随着压力增加而增大；但a值降低，b值经200 MPa处理后最大。Yen等发现超高压处理对番石榴果泥的色泽几乎没有影响，而加热处理则由于对叶绿素产生破坏并发生了褐变反应，致使L、a、b值增加。5.2 超高压处理对果蔬质地的影响果蔬的质地主要由初生壁和胞间层的结构决定，而细胞壁的复杂结构是由包埋于多糖和蛋白中的纤维素网状结构所确定。Prstamo等采用冷冻断裂和扫描电镜观察了超高压处理对花椰菜和菠菜叶片的影响。超高压处理改变了细胞的通透性，促进了水分和代谢物质的迁移。超微结构显示经超高压处理后菠

17、菜叶的薄壁组织消失、空穴形成。由于花椰菜经超高压处理后结构牢固并呈现出浸渍过的外观；因而，比菠菜更适宜超高压处理。Yen等比较了热和超高压处理对番石榴汁的影响；95 处理5 min后果汁的粘度和浊度均有变化，而500 MPa压力在25 处理对此没有影响；扫描电镜观察进一步表明，热处理促进了混浊物质的混凝，而超高压处理则没有这种影响。5.3 超高压处理对果蔬风味的影响果蔬香气物质主要包括萜、醇、醛和酯类。Zabetakis等采用200800 MPa的压力在室温下处理草莓15 min并于4、20、30 贮藏24 h后，发现经400 MPa处理后酸的保留率最高，800 MPa处理后醇的保留率最高，2

18、00和800 MPa处理后酮的保留效果更好。Dalmadi等在25 用电子鼻测定了超高压和热处理对树莓、草莓、黑醋栗果泥的影响，并通过混淆矩阵区别分析，发现热处理对挥发性物质的影响更为显著。超高压处理还可用于洋葱的风味改良，降低辛辣物质二丙基硫化物的含量，增加二烯丙基二硫化物和3，4-二甲基异噻酚的浓度并呈现出油炸和炖煮过的味道。果蔬的色泽、质地和风味往往与酶促反应等因素有关。超高压处理能够影响酶的活性以及化学平衡，可以促进底物、离子和酶等从细胞内部释放进而接触，最终对果蔬的感官品质产生间接影响。此外，果蔬组织通常以固、液、气三相形式存在，而压力对这三相的影响速率和程度的不同也会造成物理破坏。

19、因此，在采用超高压处理果蔬时，既要选择适宜处理的原料，又要注意优化处理参数。6 超高压处理对果蔬营养活性的影响果蔬不仅是维生素的主要来源，同时还富含酚类物质和异硫氰酸盐等营养活性成分。这些成分往往具有一定的生理功能。由于超高压处理对共价键无影响；因而，可以有效保留这些营养活性成分。6.1 超高压处理对果蔬维生素的影响超高压处理对果蔬中水溶性维生素的影响研究较多，而对果蔬中脂溶性维生素的影响研究较少。Van Den Broeck等将超高压结合中温处理橙汁，发现维生素C的含量几乎不变。Sancho等在400 MPa压力20 处理草莓沙司30 min后，维生素C的保留率为88.7。Sancho等还对

20、几种水溶性维生素的耐压性进行了模型研究：采用200400 MPa压力室温处理30 min后维生素C的保留率为87.889.9、硫胺素的保留率是101.8102.4、吡哆醛的保留率在99.499.9。Kubel等对超高压处理维生素A和维生素A醋酸酯的醇溶液动力学特性进行了研究。6.2 超高压处理对果蔬酚类物质的影响苹果和柑橘等果蔬中含有丰富的酚类物质。Baron等通过200400 MPa压力处理混浊苹果汁510 min后，羟基肉桂酸保留率在94.3116.0、双氢查耳酮的保留率为95.3123.0、儿茶素保留率是29.7292.3、原花青素的保留率在120.3169.6。Sanchez等采用10

21、0400 MPa压力在3060 处理橙汁15 min后黄酮（橙皮苷和柚皮苷）的含量略有提高；当冷藏10天后黄酮含量没有发生显著变化。Vial Real等发现160 MPa压力在30 处理柑橘汁能够激活柚皮苷酶，促进苦味柚皮苷向无味柚皮素的转化。6.3 超高压处理对果蔬异硫氰酸盐的影响十字花科植物甘蓝、青花菜、花椰菜和辣根等富含硫代葡萄糖甙及其分解产物异硫氰酸酯，这些物质具有一定的抗癌功效。Butz等研究了超高压处理对异硫氰酸盐的影响。200600 MPa压力在25 处理异硫氰酸盐水溶液40 min后，其含量几乎不变；但在75 时处理40 min，随着压力升高异硫氰酸盐的含量降低。在同样温度下处

22、理青花菜匀浆，随处理压力增加，异硫氰酸盐得率提高。T?ska等比较了超高压、冷冻和巴氏杀菌处理处理对包心菜、红甘蓝、青花菜、花椰菜、抱子甘蓝菜汁总的异硫氰酸盐含量影响，发现青花菜汁经超高压处理后异硫氰酸盐含量较高，其它蔬菜汁经冷冻处理后异硫氰酸盐含量较高。6.4 超高压处理对果蔬抗氧化活性的影响超高压处理对果蔬抗氧化活性的影响与主要营养活性成分的变化密切相关。Mcinerney等通过FRAP方法评价了400和600 MPa压力在室温下处理2 min对胡萝卜、绿豆和花椰菜抗氧化活性的影响。结果显示经400 MPa压力处理后胡萝卜、绿豆和花椰菜的FRAP值分别为对照的79.0、125.5和84.7；而在600 MPa压力下胡萝卜、绿豆和花椰菜的FRAP分别为对照的102.6、192.8和92.7。Indrawati等采用TEAC方法评价了100800 MPa压力结合3065 温度处理对橙汁和胡萝卜汁抗氧化活性的影响。结果表明，经超高压处理后橙汁的TEAC值降低，而胡萝卜汁的TEAC值增加；并且在一定温度下，随着压力增加，橙汁