猕猴桃果汁加工工艺研究进展2024-01-10

猕猴桃是猕猴桃科猕猴桃属藤本植物,果实多汁、味道鲜美,深受大众的喜爱,含有丰富的VC及氨基酸、糖、蛋白质等有机物和人体必需的矿物质元素,被称为“水果之王”。大量研究证明,猕猴桃在提高人体免疫力、缓解便秘、抗肿瘤、降血糖、降血脂等方面具有积极的作用。但由于其属于呼吸跃变型果实,采摘后贮藏期短、易腐烂变质。将猕猴桃鲜果进行果汁加工可以解决短期内供过于求的问题,有利于减少果实因腐烂而造成的浪费,同时,猕猴桃果汁加工能有效保持猕猴桃原有的营养成分和风味,还可以作为果酒、果醋等饮料产品的生产原料,延长产业链,提高果品的附加值。近几年,国内外专家学者对猕猴桃果汁加工工艺进行了大量研究,这些研究成果可为高质量开发猕猴桃资源提供依据和参考。

1 猕猴桃果汁的加工工艺流程

猕猴桃果汁主要包括清汁、浊汁和浓缩汁。清汁制备工艺流程包括:选果、清洗、压榨取汁、灭菌、稳定、过滤、灌装;浊汁制备工艺流程包括:选果、清洗、脱皮、打浆、灭酶、调配、均质、脱气、灌装、杀菌、冷却;浓缩汁制备工艺流程包括:制原汁、杀菌、浓缩、冷却、灌装。脱皮、制汁、灭菌、提高果汁稳定性和降低农药残留量是影响猕猴桃果汁品质的关键工序。

1.1 脱皮

由于猕猴桃鲜果表皮较厚且绒毛较多,这给后期精深加工带来一定难度,也给产品质量带来不利的影响,故需要研究如何高效去除果皮的同时尽可能减少果实质量损失,保持原有营养。目前,猕猴桃脱皮主要有手工脱皮、机械脱皮、热烫脱皮、冻融脱皮、碱法脱皮、酶法脱皮等方式,其中手工和机械脱皮在生产中应用较为广泛。

研究表明:碱法脱皮最容易,其次为冻融脱皮和热烫脱皮,最难的是酶法脱皮及手工脱皮。碱法脱皮(将猕猴桃果实放入20%氢氧化钠溶液中微沸状态下浸泡135 s后用冷水冲洗至室温)的缺点是易过度脱皮,造成果肉损失,同时,碱液在一定程度上会破坏薄壁组织,使果肉熟化程度高、可溶性固形物及VC含量降低,从而造成果实品质下降,另外,碱法脱皮的废液处理会造成水资源的浪费和环境影响;冻融脱皮(-20℃条件下速冻20 min后于100℃沸水中漂烫50 s,捞出用冷水冲洗)的质量损失率最低,对猕猴桃果肉内在品质影响不大,但冻融处理时速冻和热烫工序会造成果肉中VC含量降低,同时还会加剧果肉熟化,影响果肉硬度,不利于后期加工;酶法脱皮(纤维素酶和果胶酶的质量比为3∶1,温度45℃,时间35 min)虽然对猕猴桃可溶性固形物、VC含量等影响较小,但脱皮效果不佳、处理时间长,且后续仍需人工辅助去皮,不能满足大批量生产的要求;手工脱皮由于果实长时间暴露在空气中导致VC破坏最严重;热烫脱皮效率高,对果实的品质影响较小,尤其是短时间的加热方式能够最大程度降低对VC的损坏。以上研究结论关于不同脱皮方式对猕猴桃产品品质影响的研究结果基本一致。另外,不同脱皮方式对猕猴桃产品风味成分也会产生不同的影响。研究结果表明,在维持猕猴桃风味品质方面,热烫脱皮和冻融脱皮处理的产品香气品质较好,其次为酶法和碱法脱皮,效果最差的为手工脱皮。

目前研究表明,热烫处理是一种相对理想的猕猴桃脱皮方式,但热烫处理时,温度和时间的控制对猕猴桃果肉熟化程度、果肉颜色、果肉损失及脱皮难度等影响较大。试验表明,沸水100℃条件下热烫50 s的高温短时处理是一种高效简便的脱皮方式。在常规热烫脱皮工艺的基础上,提出采用蒸汽热烫进行脱皮的工艺并设计了相关设备,该工艺原理是利用猕猴桃果实在高温蒸汽环境中短时热烫后瞬间放气,果实表皮层水分快速蒸发而爆裂开,这样便可轻易剥除果皮而保持果肉完好。蒸汽压力、蒸汽热烫时间和冷却水温度是影响蒸汽热烫脱皮效果的主要因素。试验表明,6成熟的猕猴桃果实较佳脱皮条件为蒸汽压力0.6 MPa,热烫20 s,0℃水冷却20 s;8成熟果实采用蒸汽压力0.15 MPa,热烫50 s,0℃水冷却20 s的条件脱皮效果较佳。

在对不同的脱皮方式效果研究当中,由于试验选取的猕猴桃果实品种、成熟度不同,其研究结果与实际生产过程中的效果会有一定差异,故在工业化应用前,应根据情况进行预试验。

1.2 制汁

出汁率是衡量果汁饮料加工过程生产效率的重要指标。目前,猕猴桃制汁多采用机械直接压榨的方法,该操作简单方便,可以保留有效营养成分,但由于猕猴桃中富含果胶,果胶可使果汁变黏稠而影响出汁率。目前,常用果胶酶分解果胶的工艺提高出汁率,其中果胶酶用量、p H、酶解温度和酶解时间等因素对猕猴桃出汁率有着显著的影响。分析了不同因素对出汁率的影响后发现:果胶酶用量为0~0.06%时,其用量与出汁率之间呈显著正相关,因为酶用量越多,果胶分解越完全,果浆黏性下降,出汁率随之显著提高,但当果胶酶用量为0.06%~0.12%时,出汁率则无显著差异;酶解温度在35~45℃时,随着温度的升高,酶解效果越好,在45℃时,酶解效果最好,出汁率达到78.19%,但温度继续上升,果胶酶活性发生变化,导致出汁率反而下降;酶解时间为1~2.5 h时,酶解时间的延长与出汁率呈显著正相关,达到2.5 h后,果胶物质已基本分解完全,出汁率变化趋于平缓;酶活性在p H3.5时达到最大,此时出汁率最高(79.45%),p H越偏离3.5,出汁率越低;通过多因素正交试验优化了果胶酶提高红心猕猴桃出汁率的工艺参数,选取自然p H条件下,活力单位为2万U/g的粉状果胶酶,用量0.06%、酶解温度47℃、酶解时间170 min,红心猕猴桃果浆出汁率可达82.36%,比未添加果胶酶提高了32.06个百分点,效果显著。选取野生猕猴桃进行出汁率研究发现:使用活力单位不小于5万U/g的果胶酶,添加量0.15%、酶解时间90 min、酶解温度45℃左右时出汁率达到最高水平。由于试验选用的猕猴桃品种不同,其成分存在一定的差异,所以工艺条件也不尽相同,实际生产中可根据具体情况进行试验验证。

1.3 澄清

猕猴桃制汁后需要经过澄清工艺以提高果汁的外观和品质。目前,猕猴桃果汁生产中提高澄清度通常采用热处理、冷冻、吸附、膜分离等方法,这些方法存在操作复杂、容易造成二次污染等不足。相对而言,酶法澄清与壳聚糖澄清具有操作简单、高效无害、营养损失少等优点,近几年使用该方法的研究较多。

酶法澄清中常见的酶制剂有果胶酶、纤维素酶、淀粉酶等。通过研究发现:影响酶法澄清猕猴桃汁的主要因素为酶添加量、酶解温度、酶解时间和p H,对这些因素进行优化后的最佳工艺为:酶解p H 4.5,酶解时间3.1 h,酶解温度45.5℃,酶添加量6.4‰,此工艺条件下处理的猕猴桃果汁透光率可达到79.25%。关于壳聚糖的澄清机理,普遍认为是由于壳聚糖分子带有的正电荷可吸附果汁中的果胶和蛋白质而达到澄清目的,并且壳聚糖具有安全性高,成本低,澄清过程中条件容易控制的优点,已成为果汁澄清工艺中的重要澄清剂。壳聚糖的脱乙酰度、保温时间、离心时间等因素对猕猴桃汁澄清效果均有影响。研究结果显示:影响澄清效果的因素依次为p H、壳聚糖质量浓度和温度;在p H 3时澄清度达到最高值;澄清效果随着壳聚糖质量浓度增加呈先上升后下降的趋势,在质量浓度为0.16 g/L时澄清度达到最大;温度的升高使澄清度呈上升趋势,在50℃时达到最高;经过正交试验优化后的工艺为:壳聚糖质量浓度0.12 g/L,温度55℃,p H 3,此工艺条件下猕猴桃汁的澄清度可达91.1%,澄清效果明显好于明胶,且经过测试比较发现,澄清前后总糖和可溶性固形物损失均较小。

果胶酶用于果汁澄清时后期容易发生二次沉淀,单一澄清剂在澄清效果和稳定性方面会存在一定缺陷,后续需加强既可以保持果汁中猕猴桃特有风味、减少营养损失,又能提高澄清效果、降低成本的复合澄清剂研究,以弥补单一澄清剂的不足。

1.4 灭菌

灭菌是保证果汁加工质量的重要环节。果汁灭菌方法主要包括巴氏灭菌、超高温瞬时灭菌、热辅助超声波灭菌、射频灭菌、微波灭菌、添加防腐剂灭菌、超高压处理灭菌等,其中热灭菌技术在灭菌的同时由于温度的变化容易破坏果汁中的热敏性物质和营养成分,非热灭菌技术无化学残留,对果汁的营养成分破坏较小且基本不影响原有的风味和感官品质。目前生产中多采用巴氏灭菌和添加防腐剂灭菌的方式。

1.4.1 热辅助超声波灭菌

热辅助超声波灭菌是一种声热联合的技术,其弥补了单独超声波处理对微生物杀灭作用有限的弊端,具有安全性好、无毒副作用的特点。影响热辅助超声波灭菌效果的主要因素为温度、时长及超声功率,随着温度的升高、超声功率的增大及超声时间的延长,灭菌效果也随之增强。通过研究发现,在温度60℃,时间30 min,超声功率420 W的工艺条件下,猕猴桃果汁灭菌率为95.68%,菌落总数符合标准,同时还保持了果汁颜色及风味。热辅助超声波灭菌技术在实际应用时还需进一步研究其对食品结构和品质指标的影响及对处理后食品的安全性进行评价。

1.4.2 壳聚糖(CTS)抑菌

目前果汁饮料中常用的防腐剂主要是山梨酸钾和苯甲酸钠。近年来,壳聚糖及其衍生物具有的广谱抗菌性能引起了广泛关注,其在阻止微生物侵染的同时还有效减少了营养成分的损失,同时壳聚糖具有无毒害、成本低廉等优点。比较了山梨酸钾、苯甲酸钠、壳聚糖与壳聚糖香草醛席夫碱等防腐剂对从猕猴桃果汁中分离得到的枝孢菌属、歧皱青霉菌、杂色曲霉菌、坚强芽孢杆菌的抑制作用,结果显示,壳聚糖香草醛席夫碱对果汁污染菌抑制作用较好,强于山梨酸钾、苯甲酸钠和壳聚糖。以壳聚糖为对照,灰霉菌为试验菌株,进一步对壳聚糖衍生物的抑菌效果进行了研究,通过对合成的壳聚糖水杨醛希夫碱(CTS-Sal)、壳聚糖2-羟基-4甲氧基苯甲醛希夫碱(CTS-2Hy)、壳聚糖香草醛希夫碱(CTS-Val)、壳聚糖邻香草醛希夫碱(CTS-O-val)4种壳聚糖衍生物的抑菌活性进行比较发现,与CTS相比,4种衍生物的抑菌活性普遍增强,其中以CTS-2Hy的抑菌效果最好,抑菌活性由大到小排序为:CTS-2Hy>CTS-O-val>CTS-Sal>CTS-Val。以上研究均表明,经过化学修饰后的壳聚糖衍生物抑菌效果得到增强,具有应用潜力。后续应用中需进一步研究壳聚糖及其衍生物对不同果汁污染菌的抑菌机理和效果,同时要加强对壳聚糖及其衍生物的安全评价。

1.4.3 射频灭菌

射频灭菌技术是一种非接触电磁加热技术,其穿透力大、加热快速均匀。果汁厚度、射频时间和射频极板间距是影响射频灭菌效果的关键因素:随着射频时间延长、射频极板间距缩小及果汁厚度增加,灭菌效果也随之明显增加。以沙门氏菌为受试菌的灭菌效果研究表明:在固定频率27.12 MHz,极板间距105 mm,灭菌时间210 s,猕猴桃汁厚度45 mm的灭菌条件下,沙门氏菌可下降8.1个数量级,与巴氏灭菌的效果相比,射频灭菌处理的猕猴桃汁中VC保留率提高4.9个百分点。目前,射频灭菌技术在猕猴桃果汁灭菌中的运用仍处于基础研究阶段,还存在着一些问题,离大规模运用还有一定距离,尤其在灭菌设备的开发和提高灭菌效率方面需要进一步研究,以满足工业化、机械化生产的需要。

1.4.4 超高压灭菌

超高压技术是近几年研究较多的非热灭菌技术,其能在常温下通过高压(100~1 000 MPa)改变微生物细胞蛋白质和酶结构从而起到灭菌灭酶的作用,同时还能较好地保持食品的色泽、风味成分及营养物质,近几年在果蔬汁加工中应用较为广泛,在猕猴桃加工中可用于猕猴桃果汁、果肉饮料灭菌。

利用超高压技术对猕猴桃果汁饮料灭菌的工艺中,压力、保压时间等因素会对灭菌效果产生关键性影响。研究了超高压灭菌技术对冷破碎猕猴桃果浆的灭菌效果,发现针对冷破碎猕猴桃果浆,超高压灭菌的最佳条件为:压力497 MPa,温度27℃,保压时间24 min,此条件下霉菌酵母杀灭率达100.00%,大肠杆菌和菌落总数杀灭率分别为97.46%、73.18%,灭菌效果比较明显,且对猕猴桃果浆营养物质破坏不大。但研究同时还发现,灭菌后的猕猴桃冷破碎果浆经过一段时间的恢复后,菌落总数、霉菌酵母数、大肠杆菌数会有一定比例的增加。通过比较超高压(400 MPa,15 min)和高温短时(95℃,30 s)两种不同灭菌方式处理的猕猴桃非浓缩还原汁(NFC)果汁储藏期(4℃,28 d)的微生物指标变化后发现:相比高温短时处理,单纯超高压处理的灭菌效果略差一些,表明超高压灭菌有一定局限性。由于每种微生物的致死压力不同,超高压灭菌对不同微生物的致死效果也不同,应用时还需要与其他技术,如电解质水、超声波、紫外线、热处理、低温储藏、脱气等联合应用以增强灭菌效果。同时,超高压灭菌与低温储藏结合将更有利于灭菌后猕猴桃果汁的储藏。但设备昂贵、技术成本较高、无法满足连续化生产等不利因素是目前限制超高压灭菌技术工业化应用的主要瓶颈。

1.4.5 微波灭菌

微波灭菌具有时间短、操作方便的优点。微波灭菌技术的灭菌机理包括非热效应和热效应。热效应主要利用微波的高频特性使介质中极性分子相互摩擦而产生热量,起到快速升温灭菌的作用;非热效应是利用微波使微生物蛋白质分子变性来实现灭菌的目的,在食品灭菌工艺中,非热效应一般作为热效应的补充。通过对微波灭菌(22 k W、2 450 MHz)与巴氏灭菌(90℃水浴加热30 s)处理的猕猴桃果汁比较发现,微波灭菌效果更为显著,灭菌率达到99.99%,二者处理后的果汁中可溶性固形物、总糖、总酸含量变化均不显著,但微波灭菌处理后的果汁中超氧化物歧化酶(SOD)和VC含量损失更少。以上结果表明,相比巴氏灭菌,微波灭菌具有较好的灭菌效果,可有效减少对营养成分的破坏,保证猕猴桃果汁原有的色泽和品质。但微波灭菌如果操作不当会存在微波泄漏的风险,对操作人员及生产环境造成影响。故研发合适的装置和设备,探究灭菌工艺参数,加强设备稳定性,提高灭菌安全性将是微波灭菌重要的研究方向。

1.5 提高果汁稳定性

由于猕猴桃果实内种籽多且较小,制汁后经过滤或离心并不能完全去除,另外,果汁中不溶性物质在久置条件下易沉淀,所以提高稳定性是猕猴桃果汁加工的关键工艺。

目前,常用的稳定剂主要有琼脂、海藻酸钠、卡拉胶、食用明胶、羧甲基纤维素钠、黄原胶等。通过试验比较了几种稳定剂对猕猴桃汁的稳定效果,发现稳定效果的优劣依次为海藻酸钠、羧甲基纤维素钠、黄原胶、琼脂,稳定作用随果汁储存时间的延长而下降;通过正交试验筛选出复合稳定剂的最佳配方为每100 m L猴桃汁中加入琼脂粉0.1 g,海藻酸钠0.25 g,羧甲基纤维素钠0.25 g,黄原胶0.25 g,此工艺条件下,猕猴桃果汁可在储藏期间保持长期稳定无沉淀。试验结果表明,复合稳定剂的添加总量为0.10%,羧甲基纤维素钠∶卡拉胶∶果胶的复配质量比为2∶1∶1时,猕猴桃果汁稳定效果较为理想。

近年来,由两种或两种以上的果汁或果蔬汁作为原料并按照一定比例调配而成的复合饮料日益受到消费者喜爱。复合饮料弥补了单一饮料在营养上的缺陷,同时具有更加良好的风味和口感,满足了现代人对饮料品种多样化、食用简便化、营养保健化的消费理念。近几年,猕猴桃复合饮料的开发及稳定性研究较多。通过研究羧甲基纤维素钠、黄原胶和海藻酸钠3种稳定剂对猕猴桃椰汁复合乳饮料稳定性的影响发现,黄原胶对猕猴桃椰汁复合乳饮料的增稠作用相对较强、稳定效果最好,且发现复配稳定剂一定程度上可以减少单一稳定剂的添加量,使复合饮料的黏度降低,经过试验研究,确定适宜的复配稳定剂配方为:羧甲基纤维素钠、黄原胶、海藻酸钠添加量(质量分数)分别为0.022%、0.045%、0.075%,此时果汁离心沉淀率为2.61%。研究了果胶、羧甲基纤维素钠和瓜尔豆胶3种稳定剂对猕猴桃秋葵复合饮品稳定性的影响,发现稳定效果的优劣依次为果胶、瓜尔豆胶、羧甲基纤维素钠,最佳混合配比为果胶用量0.05 g/L,羧甲基纤维素钠用量0.04 g/L,瓜尔豆胶用量0.02 g/L。另外,该研究还发现,均质工艺条件对复合饮料稳定性也有较大影响,试验结果显示,均质温度65℃,均质转速6 000 r/min,均质次数3次时,饮料稳定性系数最高。相对单一品种饮料,复合饮料中由于成分较多,是更为复杂的不稳定体系,故应根据果蔬品种的不同进行稳定性研究。

1.6 氯吡脲(CPPU)的去除

氯吡脲是一种苯脲类植物生长调节剂,目前在猕猴桃种植中应用广泛。合理使用氯吡脲可以达到增加产量的目的,但违规过量使用则容易影响猕猴桃风味和营养成分,且猕猴桃中氯吡脲残留量较高可能会对人体带来潜在的健康风险。GB 2763—2021中规定,氯吡脲在猕猴桃中的最大残留限量为0.05 mg/kg。

目前,猕猴桃果汁中氯吡脲降解技术的研究相对较少,主要有失活酵母吸附、超声波降解和射频低温等离子体技术。

研究了失活酵母菌干粉对猕猴桃汁中氯吡脲的吸附效果,结果表明:失活酵母菌吸附果汁中氯吡脲的效果较好,使用安全,对果汁品质无影响。该研究还发现,影响吸附效果的因素从大到小依次为酵母菌添加量、氯吡脲的初始质量浓度、吸附时间;氯吡脲吸附率随着酵母菌添加量的增加而上升,当添加量达20 mg/m L后吸附率增加不再明显;氯吡脲吸附率随着吸附时间的延长先增加后降低,吸附时间2 h时吸附效果最好;氯吡脲初始质量浓度越大,吸附率则越低;经过优化的工艺参数为:氯吡脲初始质量浓度0.2μg/m L,失活酵母菌添加量28 mg/m L,经过3 h的吸附,吸附率达到97.02%;对吸附前后的猕猴桃汁检测发现,可溶性固形物含量、总酚含量、VC含量、总糖含量、p H、透光率等均无显著性差异。由于失活酵母吸附法存在吸附时间长、成本高等弊端,一定程度上限制了其在工业化生产中的广泛应用。

低温等离子体技术是利用食品周围介质产生光电子、离子和自由基等活性物质起到抑制食品中微生物和降解化学农药的作用,近几年在食品领域逐步得到应用。影响低温等离子体工艺对猕猴桃汁中氯吡脲降解效果优劣的因素依次为电压、极距、处理时间,并对工艺条件进行优化,最优结果为:电压170 V、极距2 cm、时间4 min,在此工艺条件下氯吡脲降解率可达到87.5%,并可保留猕猴桃汁原有风味及营养成分。后续需要开发成本低廉的等离子设备,探讨合适的工艺参数,将等离子体技术广泛应用到实际果汁饮料生产中。

超声波处理能在有效去除猕猴桃果汁中氯吡脲的同时保留产品的营养成分,且其操作简单、成本低。在对超声波降解猕猴桃汁中氯吡脲的研究中发现,超声功率、超声时间和超声温度等因素对氯吡脲降解效果有显著影响,在超声功率600 W、超声温度45℃、时间40 min时,降解率最大(72.01%)。

尽管目前对猕猴桃果汁中氯吡脲去除效果的研究取得了一定进展,但这些研究均分别基于不同的工艺和试验条件,试验结果间会存在一定的差异,因此还需要大量可靠的数据积累和不断的验证,以逐步实现工业化应用。

2 结语与展望

我国猕猴桃资源丰富,但成熟猕猴桃果实易发生变质,难以贮藏。猕猴桃果汁加工是当前较为有效的深加工手段,其不仅解决了猕猴桃鲜果集中上市问题,同时还保持了猕猴桃原有的风味和营养。随着人民生活水平的提高和消费观念的提升,大众对果汁饮料的质量安全、营养成分及风味等要求越来越高。近几年,国内外科研工作者在猕猴桃果汁加工工艺创新方面不断地探索和研究,取得了大量的成果,包括超声波、射频、微波、超高压、低温等离子体、复合稳定剂及防腐剂等新型食品加工技术的基础性研究和应用设备的开发等,通过解决关键工序中存在的问题,优化工艺条件,有效提高了猕猴桃果汁品质。

通过对以上成果的总结,可以为猕猴桃果汁加工工艺进一步研究及改进提供借鉴。但由于上述一些工艺技术尚处在基础研究阶段,获得的数据也仅限于实验室研究成果,其工艺的合理性、适用性、安全性还不能满足工业化生产的需要,必须在实践中不断地验证完善。另外,后续要立足于我国丰富的猕猴桃鲜果资源优势,着重在提高果汁产品质量安全、减少营养损失、保持原有风味、提高杀菌效率、降低生产成本、提高产品附加值方面加大研究,这对于提高猕猴桃果汁饮料品质、创造更大的社会效益和经济效益具有重要的意义。