高压加工 (HPP) 和脉冲电场 (PEF)：果汁加工中的比较

高压加工 (HPP) 和脉冲电场 (PEF) 是两种创新的非热食品加工技术，它们在提高食品安全性、延长保质期的同时，还能保留食品的营养和感官品质。HPP 利用高静水压力灭活微生物，从而实现长期稳定的微生物稳定性，并能出色地保留营养成分和色泽。PEF 使用短时高压脉冲，也能达到类似的营养保留效果，但可能会产生热量。这两种技术在保留营养方面均优于传统的巴氏杀菌法，其中 HPP 在维持食品长期品质方面表现出更强的稳定性。HPP 已在食品行业得到广泛应用，而 PEF 虽然在连续加工方面具有应用前景，但仍面临技术和商业方面的挑战。

非热食品加工技术的进步为提高食品安全性和延长保质期开辟了新的途径，同时又不损害食品的营养和感官品质。在这些创新方法中，高压加工 (HPP)和脉冲电场 (PEF)因其在微生物灭活方面的有效性以及对产品质量影响极小而备受关注。HPP 是将高达 6000 巴 (87,000 磅/平方英寸)的静水压力等静压施加于预包装食品上。无论食品的大小、形状或成分如何，这种压力都会均匀地向各个方向传递。HPP 通常是一个间歇式过程，将产品装入压力容器，注入压力传递流体（水），并在所需压力下保持特定时间。另一方面，PEF 的工作原理是施加高强度电场，通常高达 40 kV/cm，脉冲持续时间为 5 至 30 微秒。脉冲电场（PEF）系统通常包含连续流动处理室，产品在通过电极的同时接受电脉冲作用。然而，PEF的一个局限性在于处理过程中可能出现意外的加热效应（欧姆加热），这可能导致温度升高，并可能影响产品质量。

微生物灭活

高压处理 (HPP) 和脉冲电场 (PEF) 技术均已展现出强大的微生物灭活功效，处理后可立即将微生物数量降低至检测限以下。一项针对橙汁的研究表明，在 4°C (32°F) 冷藏条件下，微生物稳定性可维持两个多月，证实这两种非热处理方法均能有效减少和控制微生物。然而，对比研究表明，在某些条件下，HPP 可能提供更佳的长期微生物稳定性。例如，在另一项研究中，当应用于草莓汁时，在相同的加工参数下，HPP 处理可使微生物数量在 42 天以上保持在 2 log CFU/mL 以下，而 PEF 处理的样品在 28 天后即出现微生物再生（图 1）。这些结果凸显了 HPP 在保持微生物安全性和延长某些产品的保质期方面具有更强的稳定性。

图 1. 高压处理 (HPP) 和脉冲电场 (PEF) 对储存在 4 °C (32 °F) 的草莓汁中需氧菌总数的影响，与未处理的对照组相比。改编自 Yildiz 等人 (2020)。

质量保持
营养保留
在比较高压处理 (HPP) 和脉冲电场 (PEF) 对果汁植物化学成分的影响时，尽管两种非热处理方法各有优势，但它们均优于传统的巴氏杀菌法。在之前提到的草莓汁研究中，两种技术的结果非常相似。与 HPP 相比，PEF 使总酚含量 (5%) 和总花青素含量 (17%) 的即时增幅略高（HPP 分别为 4% 和 15%），而两种处理均使抗氧化活性提高了约 19%。然而，HPP 表现出略优的长期稳定性，经处理的样品在冷藏 42 天后仍保留了更高的花青素含量（图 2）。这表明，尽管 PEF 可能在初始阶段略胜一筹，但 HPP 可以更有效地长期保持果汁的功能品质。

图 2. 高压处理 (HPP) 和脉冲电场 (PEF) 对 4 °C (32 °F) 下储存的草莓汁中生物活性化合物保留率的影响。改编自 Yildiz 等人 (2020)。

同样，一项针对苹果汁的研究表明，这两种技术在维生素C的保存方面都展现出强大的潜力。虽然在某些情况下，脉冲电场（PEF）处理后维生素C的保留率可能略高，但高压处理（HPP，尤其是在6000巴——87000磅/平方英寸的压力下）的效果往往与之相当（Vervoort等人，2011）。此外，与热处理果汁相比，高压处理果汁在冷藏过程中维生素C的保留率显著更高，进一步巩固了其在延长营养保质期方面的优势。

酶失活

高压处理（HPP）和脉冲电场处理（PEF）在酶灭活效率方面存在显著差异，而酶灭活效率对果汁的稳定性、浊度保持性和货架期起着关键作用。高强度脉冲电场处理，特别是出口温度接近73℃的处理，能够有效灭活苹果汁中的多酚氧化酶（PPO）、过氧化物酶（POD）和果胶甲酯酶（PME）等酶，其灭活水平与温和的热巴氏杀菌法相当。这归因于脉冲电场处理过程中欧姆加热产生的热效应（Wibowo et al., 2019）。 相比之下，高压处理（HPP）对酶的抑制效果有限，多酚氧化酶（PPO）和过氧化物酶（POD）的残留活性通常超过98%。然而，其处理效果会因酶种类和果汁类型而异。例如，在橙汁中，高压处理对果胶甲酯酶（PME）的灭活率约为92%，优于相同条件下脉冲电场处理（PEF），后者仅达到约34%的灭活率（Timmermans等人，2011）。这些差异尤为重要，因为PME活性与储存过程中果汁粘度和浊度稳定性的变化密切相关。

云的稳定性和颜色

果汁云稳定性趋势反映了酶促反应的影响。在橙汁中，脉冲电场（PEF）处理的样品沉降速度最快，云雾保留时间最短，其次是高压处理（HPP），最后是温和的热巴氏杀菌。尽管热处理仅实现了中等程度的果胶甲酯酶（PME）失活，但由于PME同工酶的差异或与其他果汁成分的相互作用，热处理果汁仍保持了更优异的稳定性。然而，在苹果汁中，由于热效应导致PME失活程度更高，PEF处理在储存过程中比HPP处理更好地保持了果汁云稳定性，HPP处理残留的PME活性较高，且云雾损失更为明显（Timmermans等，2011）。 通常情况下，高压处理（HPP）在保持颜色方面更胜一筹。在多种果汁中，经HPP处理的样品与鲜榨果汁的外观非常接近，亮度、红度和黄度的变化极小。相比之下，脉冲电场处理（PEF）常常导致颜色发生明显变化，例如橙汁颜色加深，苹果汁亮度增加，尽管总体差异（ΔE）通常仍在消费者可察觉的轻微范围内。

图 3. 高压处理 (HPP) 和脉冲电场 (PEF) 对 4 °C (32 °F) 下储存的橙汁整体色差的影响。ΔE 可感知阈值：不明显 (ΔE < 0.5)、轻微明显 (0.5 ≤ ΔE < 1.5)、明显 (1.5 ≤ ΔE < 3) 和非常明显 (ΔE ≥ 3)。改编自 Timmermans 等人 (2011)。

脉冲电场 (PEF) 的应用受限于其对电导率的依赖性，这限制了其与多种产品类型的兼容性。此外，PEF 过程中的欧姆加热会升高产品温度，从而可能降低其非热效应。它对耐热酶的有效性也可能有限，需要接近热处理的强度。

高压加工（HPP）需要高额的资本投入，且以间歇方式运行，这可能会限制生产效率。包装也必须能够承受极高的压力，同时确保产品安全。尽管存在这些限制，HPP 加工预包装产品的能力最大限度地降低了污染风险，并确保了处理的均匀性。包装材料和系统设计的进步不断降低这些障碍，从而提高了 HPP 的运营和经济可行性。

高压加工（HPP）技术已得到广泛的商业应用，尤其是在果汁加工领域，全球范围内已有大量应用案例。其延长保质期、确保食品安全并保持新鲜品质的卓越能力，使其成为食品生产商和消费者信赖的解决方案。脉冲电场（PEF）技术虽然前景广阔，但在工业应用方面仍不够成熟。其规模化应用面临的挑战，例如精确的过程控制和定制设备等，限制了其商业化推广。尽管如此，脉冲电场技术在连续加工和降低能源成本方面仍具有潜在优势。

高压处理（HPP）和脉冲电场（PEF）作为非热加工技术，都具有显著优势，尤其适用于果汁产品。PEF在酶失活和连续操作方面表现出色，但其在微生物稳定性、电导率依赖性和色泽保持方面的局限性限制了其整体应用范围。

高压加工（HPP）以其强大的微生物灭活能力、卓越的保色效果和成熟的商业可行性而著称。它能够安全加工预包装产品，并在不影响产品质量的前提下延长保质期，使其成为众多应用领域的首选。随着消费者对低加工、高品质食品的需求不断增长，高压加工作为食品行业领先的非热加工技术，其地位日益稳固。