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国内外超高压果汁的技术和市场发展前景

张 琳
天津市华泰森淼生物工程技术有限公司

    随着人们生活水平的提高和保健意识的增强,要求食品企业不仅要保证食品的安全性和稳定性,而且还要尽量保持其原有营养成分和新鲜度。而传统的热力杀菌技术对一些产品特别是热敏性产品的色、香、味、功能性及营养成分等具有破坏作用,经过热加工的新鲜产品失去了其原有的新鲜度,甚至还产生异味,影响产品质量。果蔬及其加工制品作为一类热敏性食品,应用超高压技术具有独特的价值。


一、超高压灭菌的概念
    杀菌是果汁饮料生产中的关键技术。传统的杀菌方法是采用加热杀菌的方法来杀灭饮料及食品中的微生物,从而延长食品的保质期。但是这种杀菌方法存在一定的缺陷;加热杀菌的温度太低会因为杀菌不足而导致产品的腐败变质,从而降低产品的货架寿命;加热杀菌的温度过高,就会是果汁饮料中的营养成分受到大量的破坏,从而是风味劣变、产生热臭、造成产品的质量下降。因此,寻找一种能够保持果汁饮料天然风味和营养素的杀菌方法,一直是世界各国食品业追求的目标。近几年来,日本东京大学的科研人员研究出了一种最新的不加热杀菌技术——超高压杀菌法。
    超高压灭菌法,就是在密闭得容器内,用水作为介质对软包装果汁施以400—600MPa的压力,在这种强压下,能杀死果汁中几乎所有的细菌和酵母菌。这种超高压处理过的果汁,可充分保持水果原有的色、香、味和营养成份。从而延长产品的保质期因此成为当前食品加工新技术研究与开发的热点。近年来国内外众多的研究者对超高压在果蔬汁加工中的应用进行了研究,以评价超高压技术在保持果蔬汁新鲜度和营养价值以及提高产品微生物安全性和稳定性等方面的作用。由此可见,超高压杀菌方法在果汁饮料杀菌及其它食品加工方面的应用,将成为21世纪最有前途的杀菌方法。


二、超高压灭菌的机理
    超高压会导致某些高分子物质的空间结构。例如:在加热杀菌时,蛋白质在强热作用下分子激烈运动导致共价结合的破坏或新结合的生成,破坏了蛋白质的一级结构,使基本物性变异。而超高压只引发氢键之类弱结合的变化,使分子空间结构变化而无损基本物性。也就是说超高压可在保留食品原有生鲜风味和营养,不产生异味的情况下使蛋白质、淀粉之类高分子物质形成不同于热法所产生的凝胶或固形物,进而导致菌体死亡。


三、超高压灭菌技术在果汁饮料生产中的应用
    柑桔类果汁的加压实验表明,在300~400 MPa 下保存10 min ,果汁中易生长的酵母、霉菌及一般细菌(如乳酸菌) 全部死亡。部分耐压细菌的残留菌数降至1/ 1 000 以下。残留菌类主要是芽孢菌及孢子,如地衣菌属、仙影拳菌属和多粘菌属等,这些耐压菌加压至600 MPa 时仍不会死亡,由于芽孢菌类在pH < 4 的介质中均不能生长,对柑桔汁来说不存在芽孢菌腐败的问题,所以柑桔汁及pH < 4 的果汁和果酱,超高压杀菌的使用已实用化。
1、对果汁中细菌的作用
    在400—600MPa的压力下,处理细菌的悬液,然后用原子吸收分光光度计测定其中的Zn、Fe、Mg、Ca、K等金属离子。结果表明,所有细菌的菌体内细胞成分都有渗出现象,高压处理过的菌体矿物质的含量比没有处理的菌液高10倍,其中Fe、Mg的渗出现象最多,达到21—27倍。这说明菌体细胞膜受到严重的损伤。
    含有芽孢的细菌有较高的耐压性,研究认为,芽孢菌渗出的矿物质和类似RNA的物质的量很小。但是在60℃以上的加热和超高压的配合下,可以完全杀灭芽孢菌,使果汁达到商业无菌。

超高压对一般细菌的影响

2、对果汁中霉菌和酵母菌的作用
    在300—400MPa加压10分钟,果汁中易生长的酵母菌和霉菌类完全灭活,其原因除蛋白质变形外,还有细胞膜被压成许多小碎片和原生质等一起变成糊状,这种不可逆的变化使霉菌和酵母菌无法修复而造成死亡。

超高压对酵母和霉菌的影响

    对超高压处理过的汁液,用UV—160A型分光光度计在260nm条件下测定菌体类似RNA的物质,其结果和没经过超高压处理的样品相比,其渗出的类似RNA的物质增大约10~20倍。
    实验研究表明,超高压杀菌杀灭微生物的顺序是:酵母菌—霉菌—细菌—含芽孢的细菌。
3、对营养成分的影响
    超高压杀菌法是先将食品原料配好以后,充填到柔软的容器中密封,再投入到数千静水压的超高压杀菌器中加压处理。在静水压下,食品向自身体积减小的方向变化,即形成生物体高分子立体结构的氢键结合、离子结合、疏水结合等非共有反应。其结果是生命活动停止、蛋白质变性、淀粉糊化、酶失去活性,微生物菌体别破坏而死亡;与此相反,形成蛋白质的氨基酸的缩氨结合是共有结合,在数千大气压下其结构不发生变化;同样食品中的维生素、香气成分等低分子化合物,也具有共有结合,在高压下也不发生变化。
    近年日本、美国等采用超高压加工技术对热敏性果蔬汁的香气进行了研究。500MPa 处理的番茄汁其正己醛、3— 顺—己烯醛含量明显增加,并产生了脂肪氧化的酸败气味。草莓经200~400 MPa 处理能较好地保持其香气,且200 MPa、20min 和500 MPa、20min 处理的草莓香气成分与未超高压处理的草莓香气成分无显著的差异。鲜桃经超高压处理后,发现桃内的苯甲醛含量增加,γ—癸内酯的含量变化不大。金皇后瓜汁超高压处理对其香气成分有影响,但感官评价差异不显著。草莓、香蕉、苹果、菠萝和橙子等水果典型香气模拟体系的酯类经超高压处理后有一定影响。鲜榨果蔬汁的色泽、香气受超高压果蔬汁中残留酶的影响较大。超高压可使食品中的酶,如过氧化氢酶、多酚氧合酶、果胶甲基质酶、脂肪氧合酶、纤维素酶等激活或失活,并影响食品的品质。研究表明,新鲜橙汁中的甲基酯酶在室温条件下经200~400 MPa的压力处理可被完全灭活,600 MPa 压力处理能使橙汁中的甲基酯酶不可逆失活99%,葡萄、草莓、杏和苹果的PPO对压力敏感,并发现超高压虽然有钝化酶的作用,但效果不如热力加工法。通过评定超高压处理果蔬汁残留酶的活性及其在冷藏过程中对产品色泽、香气的影响,可合理地制定每种产品残留酶活性的指标,以控制产品的质量。


四、超高压果汁的发展前景 
    食品超高压技术是二十一世纪食品加工技术领域的一次革命。超高压能破坏高分子的氢键、离子键、盐键,对共价键影响小,经超高压处理的食品能基本保持其原有的色泽、香气和维生素等成分。超高压食品能保持其“原汁、原味”的特性,符合现代食品“天然、营养、卫生、安全”的发展方向,能满足消费者崇尚“天然、健康”食品的需求。)1992年日本利用超高压加工桃酱、草莓酱和酸性果汁获得成功。1998 年墨西哥AVOMEX公司利用FlowInternationalCorporation制造的超高压设备实现了鲜榨油梨汁的商业化生产。在欧洲市场上也陆续出现了具有特色的超高压食品,如果酱、苹果汁和橙汁等。食品超高压加工技术具有独特的优势和商业化应用潜力.
    随着国民经济的飞速发展和人民生活水平的不断提高,人们越来越重视食品营养与自身健康。对于饮料,人们不再只要求生津止渴,而是迫切需求饮料的多样化、方便化、营养化、功能化。超高压果蔬汁含有丰富的碳水化合物(主要是葡萄糖和果糖) 、氨基酸、维生素和矿物质等多种易为人体吸收的营养物质。果蔬汁除了可生津止渴外,还具有以下功能: (1) 是人体重要的能量来源; (2) 由于它的低脂肪特点,对高脂肪疾病有一定的辅助治疗作用; (3) 是维生素的供给源,每人只要日饮200~300 ml 果蔬汁,就可以补充人体所必需的全部或大部分维生素;(4) 含有丰富的矿物质,是人体新陈代谢必不可少的物质; (5) 果蔬汁含有丰富的柠檬酸、苹果酸、酒石酸等有机酸,具有重要的营养生理作用; (6) 有些果蔬品种,富含美容、减肥、降血压、降血糖、增强免疫力等特殊功效因子。因此,果蔬饮料以其营养性和功能性日益倍受消费者的青睐。超高压果蔬汁不进在美国市场热销,而且发展事态波及全球。目前,超高压果蔬汁的发展在全球方兴未艾,美国和日本已成为超高压果蔬汁的主销市场。而在中国还尚属罕见。因此,超高压果蔬汁的研制与开发将有广阔的市场前景。
    近年来我国饮料工业发展十分迅速,产量持续快速增长。进入21 世纪,我国的果蔬饮料生产逐渐得到发展。2001 年全国果蔬饮料产量为146 t ,比2000 年增长了49. 87 %。2002 年全国果蔬饮料产量为210 t ,比2001 年增长了45 %。呈现了良好的增长势头。据统计,目前我国每年人均年果蔬汁消费量仅1 kg 左右,而发达国家果汁饮料的人均年消费量为:美国45 kg ,德国46 kg ,日本和新加坡16~19 kg ,即使与世界平均水平10kg 的人均消费量相比,也有明显的差距。虽然果蔬饮料产量在逐年增加,但是它在我国36 个大城市的渗透率仅为35 %左右,市场占有率较底,市场空间仍然十分广阔。


五、小结
    果汁加工设备的引进和高新技术的应用,为果汁工业提供了良好的质量保证,促进了我国果汁加工业的发展,缩短了我国果汁加工业与国际间的差距! 使用超高压灭菌技术可以改善果汁风味,提高产品质量! 另外,采用酶处理、反渗透、捕香工艺、冷冻升华干燥、热罐装、无菌罐装、无氮罐装、大能力压榨浓缩设备、高速罐装机、新包装、原辅料、添加剂等高新技术,可以提高果汁饮料企业的装备水平、生产水平和质量水平、增强其在国内、外市场上的竞争力!
    超高压处理过的果汁,可以保持水果原有的风味和营养成分,延长产品的货架期,避免了因加热杀菌而造成的营养成分的损失和产生的热臭异味,因此超高压杀菌是一项很有发展前景的高新技术。

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