《Future Foods》：Exploring the potential of emerging thermal and non-thermal processing techniques for tomato juice preservation: A comprehensive review
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这篇综述系统地对比了传统热加工（如巴氏杀菌、热破碎）与新兴非热技术（如超声、高压、冷等离子体）在番茄汁加工中的应用。文章指出，非热和混合技术能更好地保留番茄汁中的热敏性营养物质（如维生素C、番茄红素、酚类）和抗氧化活性（AOA），同时实现微生物安全。传统热加工虽能确保微生物灭活，但会导致营养损失和风味改变。综述强调，高压处理（HHP）、超声（US）、冷等离子体（CP）等非热技术及协同方法，在维持番茄汁感官品质、提高生物可及性、延长保质期方面更具优势，是传统加工方法可持续且节能的替代方案。文章最后指出，未来需关注工业放大、类胡萝卜素相互作用、成本效益及智能混合工艺，以推动其在工业规模的应用。
引言：营养丰富但易腐的番茄汁
番茄汁富含类胡萝卜素（特别是番茄红素）、酚类化合物、维生素C等生物活性物质和营养素，具有抗氧化和健康益处。然而，其高易腐性和内源酶活性（如果胶甲酯酶PME、脂氧合酶LOX）需要有效的加工方法来保证安全、延长保质期并维持品质。传统热加工（TP）虽能保证微生物安全，但常常导致热敏性营养物质损失、色泽变化和不良风味的产生。这促使了新兴非热技术和混合工艺的探索与发展。
热加工技术
热加工，如巴氏杀菌、热破碎（HB， 93-99 °C）和冷破碎（CB， 67-77 °C），是保障番茄汁微生物安全的经典方法。然而，热加工会降低类胡萝卜素、抗坏血酸（AA）和酚类化合物的含量，并导致色泽和风味改变。例如，一项研究显示，100 °C加热7分钟虽能将保质期延长至365天，但会导致β-胡萝卜素和番茄红素在一年储存期内显著减少。另一方面，将巴氏杀菌（75°C， 10分钟）与细菌素结合使用，可将保质期延长至24天，并更有效地控制微生物生长。欧姆加热（OH）和微波加热作为新型热技术，具有内部加热均匀的优点，能在一定程度上改善品质，但仍存在营养损失的挑战。
空化基技术：超声与流体动力空化
超声（US）通过声空化效应产生强大的机械和化学作用，能有效灭活微生物并破坏酶的结构。研究发现，超声处理不仅能减少总活菌数（TVC），部分灭活果胶酶，还能显著提高番茄汁的总酚含量（TPC）、总黄酮含量（TFC）、抗坏血酸（AA）含量和抗氧化活性（AOA），并改善其胶体稳定性。例如，热超声（TS，结合了热和超声）处理番茄汁后，其总酚含量和抗氧化活性高于单独热处理的样品，且色泽保持更好。功率超声还能通过释放糖苷键合的风味物质（GBVs），有效改善番茄汁的香气。研究证实，超声处理可使番茄汁的保质期延长至10天以上。
流体动力空化（HDC）通过流体在受限区域产生和溃灭气泡，释放巨大能量。研究表明，HDC处理能有效减小番茄汁的颗粒尺寸，增加表观粘度，并在不显著影响番茄红素、抗坏血酸和总酚含量的前提下，提高产品的物理稳定性，效果优于传统热处理。其保质期可延长至14-15天，且对多酚氧化酶（PPO）和果胶甲酯酶（PME）的灭活效果有限。
压力基技术：高压加工与动态高压微射流
高压加工（HHP， 100-1000 MPa）通过破坏微生物蛋白质和酶的非共价键来实现灭菌和钝酶，同时能较好地保留共价键（如维生素中的化学键）。与高温瞬时（HTST）热处理相比，HHP处理能更好地保留番茄汁中的类胡萝卜素、总酚含量、抗坏血酸和抗氧化活性。例如，一项研究显示，HHP处理后番茄汁的类胡萝卜素和总酚含量显著高于HTST处理，且在28天的储存期内，咖啡酸、槲皮素等酚类物质的稳定性也更高。HHP还有助于提高番茄红素的生物可及性。
动态高压微射流（DHPM）或工业级微射流系统（ISMS）利用超高压力（如120 MPa）使液体通过微孔，产生强烈的剪切、湍流和空化效应。这种技术能显著减小番茄汁的颗粒尺寸，提高其物理稳定性。研究发现，经过DHPM处理，番茄汁的浊度降低，番茄红素含量及其体外生物可及性增加，并且能在28天的储存期内保持良好的稳定性。
电学和等离子体基技术：紫外发光二极管、冷等离子体与脉冲电场
紫外发光二极管（UV-LED）技术利用紫外线（特别是UVC）破坏微生物的DNA。研究表明，UV-LED能有效灭活番茄汁中的嗜酸耐热芽孢杆菌（AAT）孢子以及大肠杆菌O157:H7和李斯特菌等病原体，其效果在某些情况下优于热处理。在品质方面，UV-LED处理（尤其是UVB-LED）对多酚氧化酶（PPO）和聚半乳糖醛酸酶（PG）的灭活效果与热破碎（HB）和冷破碎（CB）相当甚至更好，并能显著提高番茄红素含量和抗氧化活性（通过DPPH和ABTS法测定），而对可溶性固形物（TSS）和pH值的影响较小。
冷等离子体（CP）技术通过产生活性氧氮物种（RONS） 来氧化微生物的膜脂、蛋白质和DNA。冷大气压等离子体（CAP）处理能将番茄汁的保质期延长至10天，有效降低微生物数量。研究指出，介质阻挡放电（DBD）等离子体处理能显著降低总活菌数和果胶甲酯酶（PME）活性。尽管长时间或高电压处理可能导致抗坏血酸、总酚和抗氧化活性略有下降，但总体而言，等离子体处理对pH值、可溶性固形物和色泽的影响不大，并能较好地保持番茄红素。
脉冲电场（PEF）技术通过施加高强度电脉冲（17.2-24.1 kV/cm） 引起细胞膜电穿孔。研究表明，PEF能有效灭活番茄汁中的果胶甲酯酶（PME）、多酚氧化酶（PPO）和脂氧合酶（LOX），灭活率超过94%。同时，PEF处理能小幅提高番茄汁的电导率、可溶性固形物、总酚含量和抗氧化活性，而对色泽参数（L， a， b*值）影响不显著，显示出其在钝酶和提升部分功能特性方面的潜力。
协同/混合加工方法
将不同技术组合使用常能产生协同效应，在降低处理强度的同时提升整体效果。例如，将欧姆加热（OH）与UV-C照射结合，能更有效地减少大肠杆菌、沙门氏菌和李斯特菌的数量，同时减少处理时间和温度，且对番茄汁的色泽和番茄红素含量没有显著不良影响。将温和热处理（60°C）与丁香提取物结合，也能将大肠杆菌数量降至检测限以下，效果优于单独使用任一种方法。此外，超声与真空加热结合的浓缩工艺，比传统热浓缩能更好地保留番茄红素和抗坏血酸，并减少浓缩时间和能耗。
局限性与未来展望
尽管新兴技术优势明显，但仍面临挑战。例如，介质阻挡放电（DBD）等离子体和UV-LED技术在大规模应用中的系统设计、对营养物质的具体影响机制及其对病原微生物和储存稳定性的长期效应仍需深入研究。高压加工（HHP）和超声（US）处理中类胡萝卜素与果胶等胶体成分的相互作用机理尚未完全阐明。此外，非热加工技术在不同地区的监管批准和消费者接受度也各不相同。
未来研究应聚焦于：验证混合工艺在特定配方和包装下对目标病原/腐败微生物的灭活效果；建立标准化的工艺窗口和感官评价体系；进行中试放大和技术经济性评估，以证明其工业可行性；推动相关法规标准的建立；深入探究类胡萝卜素代谢通路、热诱导不良风味的消除方法，以及利用代谢组学等手段系统评估非热及混合处理下的孢子灭活动力学和酶学变化。解决这些瓶颈将有助于开发出更安全、营养、高品质的工业化番茄汁产品。
结论
综述表明，新兴非热技术（如HHP、US、CP、UV-LED）和混合工艺在最大限度保留番茄汁中热敏性营养成分、生物活性物质、色泽和风味，以及提高生物可及性方面展现出巨大潜力，同时能有效保障微生物安全并延长保质期。相比传统热加工，这些方法更为节能环保。高压处理（HHP）、设计合理的热超声（TS）以及经过验证的冷等离子体（CP）或紫外（UV）混合方法，是目前在品质保持和商业可行性方面最具前景的方案。然而，大多数研究仍停留在实验室规模，需进行放大验证、成本效益分析和更全面的安全性评估，才能实现其工业化应用的承诺。
