高壓脈沖技術在果蔬制品生產中的應用研究進展

王文韜，商鶴琴，張 欽，賈麗娜

（河北農業大學理工學院，河北黃驊 061100）

隨著生活水平的提高，消費意識的逐漸增強，人們不再單純地追求物美價廉的普通果蔬飲料，市場需求的降低致使果蔬產業發展速度減慢，果蔬汁飲料發展進入平穩期，現在消費者更青睞于品質高、營養價值高的特色新型產品，這也促使特色新產品的開發成為行業的發展新方向。而在發展過程中，大量的現代科技被應用于特色新產品的開發。自上世紀20年代，國內外不少科研隊伍和食品加工專家對HPEF開展了高壓脈沖電場的研究。HPEF技術一經發明就受到非熱加工產業的青睞，在食品加工產業被譽為“可替代的食品加工方式”，殺菌效果好、能耗低，對食品原有營養物質的損失低，處理后的食品各項檢測、感官評定優良，對牛奶、果蔬這類熱不穩定的高熱敏性食品具有極高的應用價值，因此高壓脈沖技術在國內有著巨大的開發空間。

1 傳統熱處理工藝在果蔬制品生產中的缺點

在傳統的工業生產果蔬汁多采用熱處理果蔬汁達到滅菌的目的，雖然單純的物理方法可以達到良好的滅菌效果，但是對溫度的把控和處理時間要求比較高，造成步驟比較復雜不好操作。眾多科學家探究了傳統工藝對果蔬貯藏效果和后期品質的影響，發現熱處理具有較大的潛在破壞性。夏啟才[1]在利用HPEF技術處理大米、豆芽、綠豆等果蔬時采用正交試驗，得出最佳工藝參數，能耗比傳統熱處理工藝節省60%左右，滅菌效果也大大提高，而且果蔬在整個處理過程中溫度變化范圍極小，營養物質含量損失極低。胡盼盼等人[2]通過試驗證實了高溫短時處理和巴氏殺菌處理果汁的效果均優于傳統熱殺菌技術。且高溫短時殺菌相比較巴氏殺菌和傳統熱處理，殺菌效果和保留的營養物質含量均是效果最好的，但在后期的貯藏中，果汁的營養物質損失較大。與傳統的非熱加工技術（如脈沖強光殺菌技術）相比，HPEF技術中的脈沖電場穿透強度更高，可以深入殺滅細菌及各種孢子，有效降低了食品安全的風險。

2 HPEF技術在果蔬汁生產中應用

趙偉等人[3]有針對性地用射頻連續處理裝置處理蘋果再迅速冷卻、榨汁，然后將蘋果汁用HPEF技術處理，處理后的細胞中的各類酶（如氧化酶、呼吸酶） 的活性僅為原來的20%～30%。大大延長了果蔬汁保鮮期。陳錦權[4]將濃縮技術和HPEF技術結合，先將果汁冷卻濃縮，再將濃縮液用HPEF技術處理殺菌，飲用時再以適當比例配水，即可還原一杯西瓜汁，而且2種技術相結合可達到國家飲品標準。劉珂舟等人[5]將高溫瞬時殺菌技術與HPEF技術相結合極大地提高了滅菌效果。張雯等人[6]經研究發現，經過高壓脈沖技術處理后的楊梅各項感官品質及口味、保質期延長等都有了較大改善。武新慧等人[7]改變HPEF技術預處理參數，樣品果蔬的儲能模量損耗量為處理前的50%～70%，再掃描果蔬組織電鏡圖發現胞隙增大、細胞內液滲透壓下降、質壁結構松散，更容易實現低能耗凍干果蔬工藝。王麗平等人[8]在研究延長生鮮食物利用脈沖電場通過控制各項脈沖參數可更多地殺死果蔬表面微生物，同時利用細胞內外電位差減緩的細胞生理代謝。

3 HPEF技術在果蔬中功能物質提取方面的應用

赫桂丹等人[9]利用HPEF技術改變原有物質的分子運動方向、速率，使分子間原來不穩定的化學鍵和物質結構被打散，導致糖苷鍵斷裂，再經高速離心10～20 min，可得到品質極佳的玉米芯納米纖維素懸浮液。李明月[10]利用多種方法提取葡萄籽中的原花青素，最終確定利用HPEF技術擊穿細胞壁及細胞質膜，使原花青素從細胞中流失，再離心萃取。OleksiiParniakov等人[11]對木瓜皮中附加產物中提取具有營養價值和抗氧化劑的化合物，并且通過脈沖電場（HPEF） 或通過高電壓放電（HVED） 輔助的提取。Elisa Luengo等人[12]回收橙皮對果皮中橙皮多酚的提取。Ilce Gabriela等人[13]利用水果榨汁后的廢棄物，對李子皮和葡萄皮進行研究，通過對比超聲波提取法，發現HPEF技術對提取花青素和苯酚的最佳工藝參數為電流290 L/h，處理室直徑25 mm，電壓25 kV，頻率10 Hz，脈寬6μs，且在提取時間和脈沖數增加的條件下提取效果更為明顯。研究還發現，HPEF技術在對葡萄皮進行處理時，可以更好地提取其中的多酚和芳香物質。邱大東[14]利用HPEF技術預處理后的濃縮果蔬汁、植物提取物進行發酵提取，得到粗果蔬酵素，將粗果蔬酵素進行超聲處理，得到果蔬酵素。溫靖等人[15]將干燥鐵皮石斛粉碎后加水，在室溫下用HPEF技術、磁力攪拌同時處理，在磁力脈沖下將細胞質膜穿孔，加酶輔助細胞壁脫離，離心萃取得石斛原液。

4 HPEF技術在果蔬干燥脫水中的應用

許多科研工作者將HPEF用于果蔬干燥，通過各種中心組合正交旋轉設計或搭配各種輔助技術處理果蔬得到不同果蔬干燥處理工藝參數。劉振宇等人[16]將HPEF應用于果蔬的預處理中，通過調控HPEF的3個工藝參數（脈沖頻數1 420 V/cm，脈沖個數30個，作用時間100μs）達到最佳效果，節省干燥時間40%。王鶴等人[17]將枸杞在多組不同脈沖下處理，同時微波介入輔助枸杞干燥。結論得到水分有效擴散系數隨脈沖比降低而減小，干燥所需活化能大大降低。

5 HPEF技術在葡萄酒工藝優化中的應用

田超等人利用HPEF技術探究酒類發酵陳釀過程的影響，結果表明，HPEF技術可以加速酒類的發酵和醇化，通過控制電場脈沖后的酒樣加速醇化反應，感官品質大大提高。

劉振宇等人在利用脈沖電場處理葡萄酒中有機農藥殘留物時，證明HPEF技術是優于傳統熱降解技術的，但目前對于利用HPEF技術直接處理果蔬農藥殘留仍不成熟。

6 結語

目前，高壓脈沖技術在食品領域有著廣泛應用，尤其是適用于流體食品的殺菌、預處理和物質提取，雖然在果蔬加工領域中HPEF技術殺菌效果值得肯定，但相比于傳統熱處理還是很難抑制酶活力，而鈍酶為果蔬加工行業中必不可少的環節，所以很難保證處理后果蔬的保鮮效果，雖已有相應的輔助技術與HPEF技術搭配，但仍很難達到國家標準或者又因耗能設備費用等問題被否定，難以投入大批量工業生產中，想要投入到實際生產中仍需更高的科技技術與方法，希望在未來有更多的高新技術被開發用于造福人類。