超声巴氏杀菌技术强化巴西坚果饮料中仙人掌提取物活性成分的保留与品质调控研究

推荐：本研究针对植物基饮料热杀菌导致的活性成分损失问题，创新性地采用超声(US)非热杀菌技术处理富含仙人掌(Opuntia stricta var. dillenii, ODP)提取物的巴西坚果(BN)饮料。通过3k-p因子设计优化超声参数，在80%振幅处理12分钟实现≥5 log的E. coli灭活，显著优于传统63°C/20min热杀菌(PAS)，同时更好保留β-花青素(betacyanins)和总酚(TPC)等生物活性物质，为功能性植物饮料加工提供新策略。

　　

在植物基饮料市场蓬勃发展的背景下，传统热杀菌技术对热敏感生物活性成分的破坏成为行业痛点。巴西坚果(BN)饮料富含不饱和脂肪酸和硒等营养素，但热加工会导致其功能性成分降解；而仙人掌(Opuntia stricta var. dillenii, ODP)提取物中高含量的β-花青素(betacyanins)和酚类化合物更易受热破坏。针对这一矛盾，来自中国的研究团队在《LWT》发表研究，系统评估了超声(US)技术对BN-ODP复合饮料的杀菌效果及品质影响。

研究采用3^k-p因子设计优化超声参数（振幅20-80%、时间2-12分钟、脉冲2-6秒），以E. coli CECT 434为指示菌，结合动态光散射(DLS)、激光共聚焦显微镜等技术，全面分析了US处理对微生物灭活、乳液稳定性及生物活性成分的影响。

在超声处理对BN-ODP饮料的影响方面，80%振幅处理12分钟(T10)实现5.72 log CFU/mL的E. coli灭活，显著优于热杀菌(PAS)的3.2 log。高频显微观察发现，低强度US(T9)使脂肪球粒径从3573 nm降至3568 nm，而高强度处理(T10)则引发聚集(7967 nm)。Zeta电位测定显示，T10处理使电位从-25 mV降至-31 mV，通过静电排斥作用维持了体系稳定性。

关于冷储存期间的品质变化，US处理显著提升了生物活性成分的保留率。T10处理的β-花青素封装效率(EE)达92.4%，较热杀菌高18.6%。总酚含量(TPC)在T10处理样品中达57.34 mg GAE/100mL，是PAS处理的2.1倍。值得注意的是，ODP提取物的抗菌特性使所有样品在5°C储存24天后E. coli均额外减少2 log。

在技术机理层面，研究揭示了超声参数与处理效果的量化关系：振幅每增加20%，杀菌效率提升约1.3 log；而脉冲时间从2秒延长至6秒可使灭活效果提高0.8 log。通过响应面分析确定80%振幅配合6秒脉冲为最优参数，此时空化效应(cavitation)产生的局部高温高压(>5000 K, >500 atm)能有效破坏微生物细胞结构。

该研究的创新性在于：首次将US技术应用于BN-ODP复合体系，建立了"杀菌-结构-活性"的关联模型；发现超声诱导的乳液重组可提升疏水性成分的包埋效率；证实ODP提取物具有协同抗菌作用。这些发现为开发"清洁标签"功能性植物饮料提供了理论依据和技术支持，对推动非热加工技术在食品工业的应用具有重要意义。未来研究可进一步优化乳化剂组合，解决高强度US导致的相分离问题。