《Processes》：Bridging Shelf Life and Functionality: Non-Thermal Processing of Fruit and Vegetable Juices, Purées and Sauces for Health-Oriented Nutrition
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确保果蔬类产品在延长货架期的同时保留其功能性和感官价值，是现代食品技术领域的关键挑战之一。传统热加工虽能有效保障微生物安全性，但可能导致热敏性维生素、多酚及天然色素的降解，并引发食品基质结构的改变。本综述系统总结了非热技术——包括高静水压加工（H
摘要专业翻译
确保果蔬类产品在延长货架期的同时保留其功能性和感官价值，是现代食品技术领域的关键挑战之一。传统热加工虽能有效保障微生物安全性，但可能导致热敏性维生素、多酚及天然色素的降解，并引发食品基质结构的改变。本综述系统总结了非热技术——包括高静水压加工（HPP）、脉冲电场（PEF）、高压均质（HPH）、超声（US）、冷等离子体（CP）、紫外（UV）辐射、脉冲光（PL）及电离辐射（IOR）——在液态和半液态果蔬产品加工中的应用证据。研究重点不仅涵盖微生物灭活与货架期延长，还涉及贮藏稳定性、内源酶残留活性、色泽、流变学及感官特性的变化，以及植物基质的改性。现有证据表明，非热加工的有效性取决于作用机制、工艺强度、产品组成与结构以及贮藏条件之间的交互作用。在优化条件下（如HPP于400–600 MPa及近环境温度；中等强度PEF于20–40 kV/cm；UV-C剂量依据产品浊度调整），并结合额外栅栏因子（温和加热至40–60 °C、冷藏贮藏及低透氧性包装），这些技术可确保微生物稳定性，其中维生素C损失在HPP条件下约为5–10%，中等强度PEF条件下约为2–10%。相比之下，US、CP、光化学方法及IOR所致的损失变异性更大，且可能显著更高。对所纳入研究的比较分析表明，HPP在不同基质类型中产生最为一致的结果，而表面及光化学方法则表现出更为显著的基质依赖性变异。总体而言，从评估短期化学保留转向在整个货架期内验证安全性、稳定性及功能性，是进一步开发面向健康导向营养的非热加工产品的关键前提。
论文主体内容总结
1. 引言
果蔬作为维生素、矿物质及多酚类、类胡萝卜素和膳食纤维等天然生物活性化合物的重要膳食来源，在健康膳食模式中发挥关键作用。然而，新鲜果蔬的易腐性导致采后处理、运输、贮藏及加工环节中的大量损失，全球每年超过13亿吨食物被损耗或浪费，其中果蔬占40–50%。传统巴氏杀菌和灭菌虽能确保微生物安全，但常伴随营养素损失，如鲜橙汁常规巴氏杀菌可导致抗坏血酸损失高达16%，草莓果泥高温短时（HTST）处理可造成多酚、花青素和维生素C分别损失7%、20%和48%。消费者对兼具微生物安全与高营养、功能及感官品质产品的需求，推动了非热技术作为传统加热替代方案的研究。本综述旨在系统比较八种非热技术在多种液态和半液态果蔬基质中的应用效果，不仅关注加工即时效应，还考察其在贮藏期间的持续性及工业化实施程度。
2. 检索与综述方法
本结构化叙述性综述聚焦于HPP、PEF、HPH、US、CP、UV-C、PL和IOR在果蔬汁、果露、果泥、冰沙、果酱和酱料等产品中的应用。文献检索覆盖Scopus、Web of Science Core Collection、PubMed及Google Scholar，检索时间截至2026年6月30日，主要检索期为2004年1月1日至更新日期。检索策略包含三条互补线索：非热技术应用、微生物与酶稳定性及货架期、理化与感官特性及生物活性化合物保留。经去重和筛选，最终纳入235篇文献。数据提取涵盖食品基质特征、加工参数、贮藏条件及所评估的结局指标。由于食品基质、加工参数、设备设计及分析方法的高度异质性，未进行统计合并和荟萃分析，而采用定性综合方法，着重识别一般规律、基质依赖性效应、矛盾结果及证据空白。
3. 延长货架期果蔬产品的非热技术：机制与应用
非热技术的有效性不仅取决于加工参数，还受产品结构及理化特性的制约。对于汁类和果露，电导率、浊度和光密度尤为重要；对于果泥和冰沙，黏度、分散状态、粒径及果胶含量是关键因素；而对于酱料等高黏度体系，流变学特性及分散相或脂质相的存在可能发挥重要作用。
3.1 体积物理方法
体积技术是指物理效应传递至整个产品体积的方法，包括HPP、PEF、US和HPH。其有效性较少依赖基质的光学特性，但除HPP外，均受基质黏度、电导率和颗粒含量的影响。
高静水压加工（HPP）基于液体介质（通常为水）传递静水压，工业加工多在400–600 MPa范围进行。其作用机制遵循勒夏特列原理和压力在整个产品体积内的等静压分布。高压破坏细胞膜结构和通透性，改变膜蛋白和酶构象，抑制微生物细胞代谢，可有效灭活细菌繁殖体、酵母和霉菌。HPP的优势在于对整个产品体积的均匀作用，不受产品几何形状影响；但细菌芽孢和部分内源酶可能对压力具有抗性。
脉冲电场（PEF）基于高强电场（通常1–50 kV/cm）对细胞膜的电穿孔作用，适用于连续流动处理。其有效性取决于场强、脉冲持续时间和数量、温度、电导率及产品组成。研究表明，PEF处理苹果汁、橙汁和番茄汁可实现大肠杆菌、肠道沙门氏菌和单核细胞增生李斯特氏菌约5–6 log的灭活，但在更复杂的食品基质中有效性下降。细菌内生芽孢的高抗性是其主要局限，因此PEF最适合液态果蔬基质，可作为多栅栏技术的组成部分。
超声（US）与高压均质（HPH）：US基于声空化现象，气泡的形成与溃灭产生局部剪切应力、微射流等物理化学效应，可破坏细胞结构、分散组分并灭活部分微生物和酶。其微生物灭活效率取决于功率、频率、处理时间、温度及基质特性，局限性包括空化效应在产品体积内分布不均及对细菌芽孢有效性低。HPH通过高压迫使产品通过窄均质阀，产生流体动力剪切力和空化效应，促进细胞破裂和分散颗粒粒径减小。例如，混合梨汁经50–200 MPa HPH处理后，总需氧菌减少0.89–4.72 log CFU/mL，酵母和霉菌减少0.40–3.03 log CFU/mL。
3.2 表面与光化学方法
CP、UV-C和PL通过活性物种或光子作用于产品表面层，其有效性受浊度、光密度、处理层厚度及混合状态制约，应用主要限于澄清或轻微浑浊的果汁。
冷等离子体（CP）为部分电离气体，含电子、离子、自由基、紫外光子及活性氧氮物种（RONS）。其抗菌作用源于RONS、带电粒子和紫外辐射的联合效应。在苹果汁、橙汁、菠萝汁和番茄汁中已报道与常规巴氏杀菌相当的微生物效果，且产品温度升高较小。主要局限包括对具体系统设计的依赖性、处理面积有限、实验室到工业放大的重现性不足，以及活性物种可能引发不利氧化反应。
紫外辐射（UV-C）波长200–280 nm，主要基于对微生物核酸的光化学损伤，形成嘧啶二聚体从而破坏细胞复制和转录。其有效性受剂量、波长、系统设计及流体动力学状态决定。与体积方法不同，UV-C在果蔬汁和果泥中的有效性显著受浊度、光密度及遮蔽微体积的限制。可实现沙门氏菌属、大肠杆菌和单核细胞增生李斯特氏菌的有效灭活，但芽孢抗性及光复活和暗修复的可能性要求谨慎验证处理条件。
脉冲光（PL）基于200–1100 nm宽谱高强短脉冲光，具有高峰值功率，可在极短时间内传递所需能量剂量。主要灭活机制为光化学DNA损伤，光物理和光热效应亦有贡献。真菌孢子通常比营养细胞更具抗性。表面形态、粗糙度和疏水性影响处理有效性，悬浮颗粒、果肉和浊度在液态和半液态产品中发挥类似的遮蔽作用。
3.3 穿透性电离辐射（IOR）
γ射线和X射线可穿透产品整个深度，而电子束穿透深度有限。其应用主要受剂量限制、法规要求及辐射诱导品质变化风险的制约。生物作用源于对生物大分子的直接损伤及水辐射分解产生活性物种的间接效应。IOR可提供显著的微生物效果，但有效去污与不良化学变化之间的窗口狭窄，剂量增加会提高脂质氧化和个别组分降解的风险。
3.4 各产品类别的比较特征与适用性
体积方法（HPP、PEF、US、HPH）及穿透性IOR在不同程度上不依赖基质光学特性，因此潜在地适用于澄清果汁及浑浊、分散和高黏度体系（如果泥、冰沙、果酱和酱料）。表面和光化学方法（UV-C、PL）及CP的效果则显著依赖浊度、分散状态和处理层厚度，实际应用主要限于澄清或轻微浑浊的果汁。在体积方法组中，仅HPP对基质流变性基本不敏感：PEF要求足够的电导率和低基质黏度，US和HPH的有效性取决于黏度和粒径，从而不同程度地限制其在高黏度体系中的应用。
4. 非热加工液态和半液态果蔬产品的货架期稳定性
4.1 贮藏期间的微生物稳定性
微生物稳定性是评估非热技术有效性的主要标准之一，直接决定成品货架期。果蔬液态和半液态产品的腐败主要由耐酸和嗜渗微生物驱动，主要腐败因子包括毕赤酵母属、假丝酵母属、酵母属和接合酵母属等酵母，以及耐热丝状真菌如Byssochlamys fulva、B. nivea、Neosartorya fischeri和篮状菌属成员。产芽孢细菌中，酸土脂环酸芽孢杆菌（Alicyclobacillus acidoterrestris）尤为棘手，其芽孢可耐受常规巴氏杀菌，通过产生愈创木酚赋予产品不良酚类药味。亚致死损伤细胞的存活、修复和后续生长能力对实际贮藏稳定性至关重要。
HPP在500–600 MPa处理草莓果泥和果汁可实现至少49天微生物货架期；菠萝果泥在600 MPa和50 °C处理后在5 °C贮藏条件下微生物货架期达120天。然而，HPP对真菌微生物的有效性显著依赖产品水分活度（aw）和pH：aw降低和pH升高增强多种真菌物种的耐压性。PEF可在果汁中实现大肠杆菌O157:H7和鼠伤寒沙门氏菌超过5 log的灭活，且在4–22 °C贮藏期间无病原菌恢复。革兰氏阳性菌如单核细胞增生李斯特氏菌因细胞壁结构提供额外机械保护而一般对电穿孔更具抗性。UV-C处理Kinnow柑橘汁在4 °C玻璃容器中延长货架期6天；哈密瓜汁经UV-C处理后在冷藏13天内无酵母和霉菌生长。CP处理猕猴桃汁在玻璃瓶5 °C贮藏条件下，需氧中温菌和酵母霉菌分别在100和110天内低于限值，而PET包装和较高贮藏温度显著缩短微生物稳定期。PL处理火龙果汁在4 °C维持微生物稳定25天，略逊于热巴氏杀菌（30天）。IOR中电子束加工已广泛采用，但液态和半液态产品的贮藏数据仍稀缺。
所报道的货架期从约一周到120天不等，反映的不仅是技术有效性，还包括研究条件的方法学异质性。包装类型、贮藏温度及货架期终点判定标准均构成额外变异来源。
4.2 贮藏期间的酶稳定性与理化腐败
内源酶残留活性在很大程度上决定产品品质。关键酶包括多酚氧化酶（PPO）、过氧化物酶（POD）、果胶甲酯酶（PME）和脂氧合酶（LOX）。PPO催化酚类底物氧化为醌类，随后聚合形成黑色素类色素，导致酶促褐变。PME催化果胶物质去酯化，释放甲醇并形成游离羧基，破坏胶体颗粒电荷平衡，引发悬浮颗粒聚集和沉降，表现为相分离和均质性丧失。LOX催化多不饱和脂肪酸氧化，产生脂质氢过氧化物，进而降解为多种次级氧化产物，赋予产品酸败异味。
HPP对不同酶群的灭活具有选择性，酶耐压性排序大致为PME < PPO < POD，但该顺序取决于酶来源和基质。HPP与温和加热（40–60 °C）联合可显著增强氧化酶和果胶分解酶的灭活。PEF可灭活PPO和LOX，灭活程度随比能量输入和伴随温升增加，在充分处理时间下可实现超过95%的灭活。US处理中酶灭活主要通过空化气泡溃灭产生的剪切力引起蛋白质变性及水分子声解形成的自由基作用实现，但长时间暴露存在生物活性化合物氧化降解风险。UV、CP和PL对内源酶的灭活效果分别取决于波长和剂量、等离子体类型和参数、以及光化学和光热机制，且PL限于表面处理。
4.3 贮藏期间色泽、质构和感官特性的变化
色泽是决定产品吸引力和感知营养价值的关健感官参数。CIELAB色彩空间中L*降低、a*向红色或棕色偏移及b*增加指示氧化褐变发展。总色差（ΔE）为量化色度差异的综合指标。非热技术可显著减少果蔬汁、果泥和酱料的色泽退化：HPP处理果汁混合物的高色泽稳定性与类胡萝卜素保留相关；PEF处理番茄汁在112天贮藏期间a*/b*比值始终显著高于热处理样品。
质构特性和胶体稳定性对带果肉果汁、果露、果泥、冰沙和酱料至关重要。胶体稳定性丧失表现为浑浊度下降、相分离、果肉沉降和表观黏度变化，主要驱动因素为PME残留活性，其次为多聚半乳糖醛酸酶（PG）对果胶主链α-1,4-糖苷键的水解导致果胶解聚和表观黏度下降。非热技术可最小化热加工的不利感官和质构影响，但对PME和PG的灭活效果不及传统热处理。外源亲水胶体与超声联合可补偿残留果胶分解酶活性，如柠檬汁中果胶、黄原胶和魔芋胶复合稳定剂与超声（1500 W，10 min）协同作用使浑浊稳定性提高15.4%。
感官特性（味道、香气和整体新鲜感）是综合品质指标，往往先于微生物和理化参数恶化。HPP处理草莓汁的感官评分与热巴氏杀菌样品在草莓香气和风味、酸度和甜度等属性上无显著差异；HPP、PEF和超声处理样品形成独立聚类，与未处理对照和热巴氏杀菌样品相比具有更优品质特征。IOR研究则显示，即使病原体灭活有效，剂量依赖性反应性化合物形成和挥发性硫化合物诱导仍可能导致不良感官变化。
5. 非热加工后液态和半液态果蔬产品生物活性化合物稳定性与功能特性
5.1 维生素与矿物质
抗坏血酸（维生素C）因对氧化、热和酶效应的高度敏感性，是评估非热技术营养保留最常用的标志物。HPP在400–600 MPa和常温条件下，加工后抗坏血酸损失不超过5–10%，且在后续贮藏中较热巴氏杀菌提供更高的稳定性。PEF在中等条件（22–40 kV/cm，处理时间数百微秒）下维生素C损失不超过2–10%，但在更高场强、更长处理时间和双极脉冲条件下降解可达37%。US处理因空化产生自由基导致抗坏血酸氧化降解，损失范围为11%–85%。CP处理因活性氧氮物种生成导致损失5%–25%。UV-C处理损失10%–20%，PL损失变异更大，某些条件下可达约70%。IOR在1–3 kGy剂量下损失10%–25%。综合比较表明，HPP和PEF为抗坏血酸保留提供最有利条件，而基于活性物种生成的方法（US和CP）及UV-C和PL损失变异性更大。
B族水溶性维生素对非热处理的敏感性各异。HPP和PEF提供B族维生素的高保留率；核黄素（维生素B2）在UV-C和UV-LED处理的苹果汁中在所考察剂量下相对稳定；叶酸（维生素B9）在HPP下稳定性较高，但保留取决于其化学形式和加工参数。脂溶性维生素中，HPP一般不引起液态和半液态基质中脂溶性维生素含量的显著变化；PEF可确保高保留，但场强和处理时间可能改变类胡萝卜素谱及几何异构体比例。矿物质在非热加工中不被破坏，但HPP和PEF可破坏植物基质结构组织，改变微量元素与膳食纤维及细胞结构组分的相互作用，在某些基质中可增加其可提取性和生物可及性。
5.2 多酚类化合物
多酚类化合物是果蔬原料的关键生物活性组分，主要类别包括酚酸（羟基肉桂酸类如绿原酸、咖啡酸和阿魏酸）、类黄酮（黄酮醇、黄烷酮、黄酮、异黄酮和花青素）及芪类。酚酸（特别是绿原酸和咖啡酸）对HPP和PEF相对耐受，中等条件下含量可接近初始水平。UV-C可导致剂量依赖性浓度下降，如苹果汁中绿原酸含量降低。CP对多酚的影响取决于电压、工作气体组成和暴露时间，类黄酮因对等离子体产生自由基的高反应性而降解更快。花青素是最不稳定的酚类之一，对氧化、pH变化和酶作用敏感。HPP和PEF后花青素通常高保留，PEF后稳定性可超过96%。US呈剂量依赖性效应：中等条件可增加花青素可提取性，高强度长时间处理则因空化诱导氧化过程而增强降解。CP在高强度或长时间暴露下可导致花青素氧化降解。芪类（特别是白藜芦醇）在HPP和PEF下可高保留，某些情况下甚至增加测定含量。贮藏稳定性由氧化酶残留活性、氧可用性和包装阻隔性能共同决定。
5.3 膳食纤维与有机酸
膳食纤维和有机酸是果蔬液态和半液态产品中功能重要的组分，决定其营养和功能价值、胶体稳定性、感官特性及微生物安全性。
