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新型態高壓加工技術-蔬果產品加值應用之新契機

2021/05/24 @臺灣

示意圖

新型態高壓加工技術-蔬果產品加值應用之新契機

新型態高壓加工技術-蔬果產品加值應用之新契機

國立臺灣大學園藝暨景觀學系 吳思節 副教授
財團法人農業科技研究院農業政策研究中心 劉育姍 主任
國立臺灣大學園藝暨景觀學系 徐源泰 教授

一、高壓加工技術發展現況

  傳統食品加工中多採用高溫滅菌、乾燥、巴斯德殺菌(HTST)、超高溫瞬間滅菌、蒸煮、醃藏或使用食品添加物等加工方式,以進行殺菌或抑制微生物生長,延長食品保存期限,或賦予加工食品不同的風味與型態;然熱加工亦可能導致食品原料的顏色、香氣風味、質地、營養、功能發生不良變化。為使食品可以保有更好的品質、營養與功能性,全球食品產業積極探索不同的加工技術,並從傳統「熱加工」的方式轉向「非熱加工」進行創新。
  非熱加工技術的範疇相當廣泛,其包括冷凍冷藏、輻射照射技術、脈衝強光照射、低溫電漿、臭氧,以及近年來廣受關注的高壓加工(High Pressure Processing, HPP)技術。高壓加工技術包括動態高壓加工(High Dynamic Pressure Processing,HDPP)與高靜水壓加工(high hydrostatic pressure processing,HSPP)技術。其中動態高壓加工如高壓均質技術(High-pressure Homogenization),是運用衝擊波(shockwave)使加工原料更為均勻細碎化;而高靜水壓加工則是以水作壓力介質對原料進行加壓作用。而採用高壓加工技術的食品,其風味並未受到高溫破壞,因此與新鮮原料較為相近。將其運用在對新鮮風味有高度要求的果汁產品,或是質地較為特別的調理食品,於消費者端都有較好的品質評價。
  由於目前高壓加工的成本仍遠高於熱加工技術,因此縱然許多實驗已證實高壓加工技術於殺菌或風味口感改善具有良好效果,但在商業化應用的進展仍較為緩慢;直至近二十年,消費市場上才有較多的高壓加工產品推出。如全球連鎖咖啡店業者星巴克亦於2011年買下連鎖果汁公司Evolution Fresh,利用高壓加工技術開發果汁產品,跨足高壓殺菌果汁市場。
  此外,若要降低高壓加工的成本,首要之務是發展更低價的設備,或是提高設備的批次處理量。高壓加工量產化的設備最早於1990年由日本公司開始採用,之後法國、美國、瑞典等國之公司亦成功發展商業量產技術,並應用於果汁、蔬果製品、水產品、肉品等。目前產業界所使用之高壓加工設備處理容量已經達到450公升,對運作效率及成本降低都有大幅改良。加上多家設備業者開始投入該市場,可期未來高壓殺菌的成本會持續下降。
  在高壓加工設備發展及相關技術日趨成熟下,全球已開發應用的 HPP產品包括肉製品、果汁和飲料、蔬菜製品、水產品等種類。其中在肉製品主要為抑制微生物或增加醃製效果與風味;蔬果產品則是可維持其新鮮風味或形態;水產品除可用以延長保存期限外,亦可維持其新鮮口感;而其他如沾醬或泡菜等產品則可延長保存期限且不破壞既有風味。除此之外,臺灣也將高壓加工技術運用於開發軟化蔬果產品,其不但可維持蔬果特有的清新纖細風味,亦可與酵素共同作用,將較為脆硬的質地軟化,成為咀嚼力較弱的族群可食用的產品。

二、高壓加工技術於蔬果產品之應用情形

  HPP若以殺滅致病原微生物或延長保存期限為目的而應用於蔬果加工,通常會結合巴斯德滅菌法,以延長產品貨架時間。其在果醬、蜜餞、果汁、蔬菜、牛奶、肉類和海鮮加工已廣泛運用,尤其用於水果保存可以延長保存期限至94天。如果以高壓加工技術運用於保留原態成份或增益為目的時,其可能用在抑制蔬果酵素反應,保留生鮮蔬果抗氧化物質,或是保留原食品中的熱敏感成份(乳製品免疫球蛋白、蔬果維生素B1、B2、C等)。此外也能夠保存外加機能性成分(如益生菌)避免熱破壞,或以高壓提升機能成分(如茄紅素、人蔘皂甘)萃取率,或用於改變食品澱粉組成、降低水果加工品的餐後GI而控制血糖、提高麩胺酸轉換為GABA神經傳導物質、調節心血管機能等。
  日本過去一直是亞洲地區研究與採用高壓加工技術的領先國,其在高壓食品的開發相當多元化,如日本越後製果株式會社結合高溫與高壓技術,生產即食米和穀類加工品 ,可在常溫下儲藏七個月。並應用同樣的原理發展另一項即食糙米飯產品,由於高壓處理破壞糙米內部的組織,促進麩胺酸脫羧酶(Glutamate decarboxylase, GAD)對麩胺酸(Glutamic acid)作用,產生γ-胺基丁酸(γ-Aminobutyric acid, GABA)並在糙米內累積,使高壓糙米的GABA含量為一般糙米的3倍,此項技術原理亦可應用到其他具機能性成分的食品原料(如毛豆),如此一來不需額外添加,即可提升食品本身的營養價值 。
  在蔬果處理方面,日本在1990年代即運用高壓加工技術製作各類果醬,而歐美業者如 BluePrint、Suja Life、Cargill、Esteban Espuna 亦將高壓技術應用在即食肉品、沾醬(如酪梨醬、莎莎醬)、果汁等產品上 。以往濃縮還原果汁製造方法係將果汁經高溫殺菌處理以及濃縮萃取,加工過程中蔬果原料受到高溫殺菌影響,導致色澤及風味改變、酵素失去活性及維生素C流失等問題。而果泥及果餡等水果加工品,經加熱殺菌製程,也易引起色澤變化。至於蜜餞及醃漬蔬果等加工品,亦經常為了保持產品質地及風味,多使用高濃度鹽分或糖分進行水活性調整,或使用苯甲酸或己二烯酸等添加物延長保存期間,進而衍生食品添加物使用不當、含鈉量偏高等問題。相較之下,利用高壓低溫殺菌製成的冷壓鮮榨蔬果汁,或運用於醬菜、蜜餞、蔬菜米、蔬果乾、蔬果粉製作,可有效保存蔬果的營養價值並符合食品安全要求。

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圖一、以高壓加工技術製成之營養強化蔬果粉(臺灣大學吳思節副教授提供)

三、高壓加工技術於臺灣蔬果產品加值之前景

  近年來臺灣的食品公司已開發出多項高壓加工產品,其包括果汁、果塊、果泥等,並透過便利商店通路進行銷售。而高壓加工代工廠亦透過高壓加工專業服務的模式,與國內食品相關業者合作,提供各類食品高壓殺菌代工服務,產品涵蓋了水產、肉類、蔬果、調理食品;而各食品相關科研單位亦針對高壓加工技術於各類原料之應用也開始積極投入。
  臺灣近年因氣候變遷之故,蔬果生產經常面臨產期變化、產銷失衡的問題,採用加工技術開發新型態蔬果產品,延長其保存期限與增加附加價值成為當前重要課題。如採用高壓均質技術於甘藍,可改變其粉體性質並增加生理效果,發展為具有多種功能性的膳食纖維原料;若以青花菜為原料進行高靜水壓加工,則發現其可維持蔬菜中黑芥子酶活性,進而提取出更多的異硫氰酸鹽;以毛豆為原料進行高壓加工,亦可發現有效提升GABA之含量,其皆為利用高壓加工提升蔬果產品機能性與附加價值之良好案例。

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圖二、利用高壓技術可提升青花菜中異硫氰酸鹽含量(臺灣大學吳思節副教授提供)

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圖三、利用高壓均質微化技術可轉化甘藍中膳食纖維與提升生理功效(臺灣大學吳思節副教授提供)

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圖四、以高壓加工技術提升GABA含量之毛豆加工產品(臺灣大學吳思節副教授提供)

  此外,隨著臺灣高齡人口逐年增加,高齡消費者市場也快速擴大;在飲食方面,因年歲增長造成的咀嚼吞嚥障礙常導致高齡者有進食上的困難,從而引發營養不均或飲食限制而造成心理上進食負擔。若以高壓加工技術軟化堅硬蔬果(如蘋果、番石榴等),除可達到日本通用設計食品 (Universal Design Food, UDF)標準外,並保留蔬果色澤外觀及營養成分,發展適口性佳且色香味俱全之高齡食品。此外,對同樣有強化咀嚼吞嚥需求之頭頸疾病患者、嬰幼兒,亦可發展出貼近天然蔬果風味之產品,擴大我國蔬果加工產品之市場。

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圖五、以高壓加工技術製成的蔬果泥產品(臺灣大學吳思節副教授提供)

四、結語

  隨氣候變遷加劇,農業生產的不確定性亦提高,其造成農產品產量的波動更為嚴重。而剩產除可能造成糧食浪費之外,亦造成農民收益下降。因此如何透過加工技術對剩產之農產品加值並延長其保存期限,穩定消費市場的供應,成為我國農政單位亟欲解決的課題。高壓加工技術除具有傳統熱加工之殺菌功效之外,對於熱敏感的蔬果產品亦有保存風味、提升口感、強化機能性之效果。隨技術發展穩定以及加工成本降低,其未來可透過發展機能性原料(如機能性蔬果粉)、高齡與幼兒食品等,對我國蔬果原料進行加值與替代進口原料,進而達到穩定蔬果產品市場價格與農民收入之效果。

吳思節
吳思節 副教授
國立臺灣大學園藝暨景觀學系

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