嫩椰子水營養和功能及冷殺菌技術的研究進展

王志國，李枚秋，余繼叁，李秋菊，曹君，張偉敏

1.海南大學食品科學與工程學院 （?？?570228）；2.海南椰佳達食品科技有限公司 （定安571200）

Coconut water或Coconut juice是指椰子果實中的液體部分，即椰子水[1]。Coconut cream和Coconut milk是指老椰子的椰子肉壓榨出的汁液，前者脂肪含量更高。壓榨時即使加入椰子水，也是這2種表達，常見的商品“椰子汁”“厚椰乳”等就是這種壓榨出的汁液做成的飲料。

椰子水有嫩椰子水與老椰子水之分：嫩椰子水指生長期為6～9個月（PNS/BAFPS 28：2006）或7～9個月（CRS 3：2010）或9個月[2]外果皮呈綠色的椰子果實中的液體，椰子水“清又甜”，適合直接食用；老椰子水則指12個月或以上外果皮呈現褐色或深褐色的椰子果實中的液體，“濁而味寡”，或廢棄或加工利用，也常用不成熟椰子水（immature coconut water）和成熟椰子水（mature coconut water）區分[1]。

嫩椰子水營養豐富，深受消費者喜愛，文章就嫩椰子水的營養和功能性方面的研究進行綜述，以便于使人們對嫩椰子水的營養和功能有一個系統、科學、全面的認知。同時，嫩椰子水易腐且熱敏性，諸如膜過濾、高壓二氧化碳、空氣低溫等離子體、脈沖光技術、紫外、高壓處理等冷殺菌技術都曾用于處理嫩椰子水，因此，文章也對此方面進行了綜述，以期擴展食品加工技術人員的技術視野。

1 嫩椰子的營養及理化特征

嫩椰子水中碳水化合物、灰分、蛋白質及脂肪含量分別為4.76%，0.87%，0.12%和0.07%，含有種類較多的無機離子，如K、Ca、Mg等，含有種類較多的氨基酸，如賴氨酸和谷氨酸等，含有維生素C及少量B族維生素，帶來略有酸感為蘋果酸，另外尚有種類較多的植物激素，如細胞激素、赤霉素、生長素和脫落酸等[3]。

老椰子水與嫩椰子水在理化特征上有差異。Tan等[4]就8～9個月與12個月的椰子水的理化特征進行比較（表1），可以看出：嫩椰子水“清又甜”的原因在于610 nm的透光率高，所以外觀清澈，與此同時，果糖和葡萄糖含量高，所以甜度足；老椰子水“濁而味寡”的原因在于蛋白質和引起蛋白質不穩定的Ca和Mg含量增加，外觀渾濁，甚至出現絮狀物，盡管蔗糖含量增加125%，但絕對含量僅1.44%，同時果糖和葡萄糖含量之和降至4.06%，總酸和總酚分別下降20%和40%，所以味寡。

表1 嫩椰子水（8～9個月）與老椰子水（12個月及以上）的理化特征比較[4]

2 嫩椰子的功能性

2.1 補水功能

嫩椰子水同任何液體飲料具有補水功能，其中含有豐富電解質（表1），常被稱作“等滲飲料”，但事實上椰子水的滲透壓（405 mOsm/L）[5]高于人體血液的滲透壓（300 mOsm/L）（表2）。嫩椰子水是否對特殊人群具有補水功能，是一個有爭議性的問題。

表2 嫩椰子水與人體血液和其他補水液的比較

第一類人群是兒童腹瀉者。嫩椰子的滲透壓405 mOsm/L[5]顯著高于世界衛生組織（WHO）推薦的新一代口服補液鹽（oral rehydrate salts，ORS）的滲透壓245 mOsm/L[6]，其后果可能導致腸道高滲性脫水，不利于水和無機鹽吸收，但Adetayo等[7]建議缺乏ORS產品的貧困地區，嫩椰子水可作為腹瀉患兒的補水應急選擇。

第二類人群是運動人群。與純凈水和其他商業電解質水相比，從對運動人群的復水功能（體重、液體滯留、血漿滲透壓、尿液比重）上看，嫩椰子水并沒有顯示其獨特性[8]。

第三類人群是需靜脈注射者。二戰期間的英國和日本士兵曾用嫩椰子水作靜脈注射液，后來相繼有報道，但1976年后就沒有這方面報道，Campbell等[9]專門就此作了闡釋，認為嫩椰子水適合短期的、應急性靜脈注射。

簡而言之，嫩椰子水同其他液體飲料一樣，具有補水功能，但與人體血液相較，具有更高滲透壓，更低Na含量和更高K含量（表2），更低pH，不宜過分夸大其作為專用ORS、運動飲料及靜脈注射液的功能，但也不否定其對特殊人群具有一定的應急效果。

2.2 預防泌尿系統結石

嫩椰子水有助預防泌尿系統結石。Penniston等[10]發現，飲用嫩椰子水者的尿液中檸檬酸鹽和鉀、氯離子濃度增加。尿液中這些成分的高濃度正是結石不能形成的重要原因，因此檸檬酸氫鉀鈉液是全球最具代表治療泌尿系統結石的藥劑[11]。

2.3 高血壓、糖尿病及相關疾病

Airaodion等[12]對大鼠試驗顯示，嫩椰子水能降低高蛋黃食物引發的高血壓。Bhagya等[13]證實嫩椰子水阻止大鼠的果糖誘發血壓升高，其機制可能是通過抑制脂質過氧化、上調抗氧化狀態和改善胰島素敏感性實現。Preetha等[14]證明椰子水可顯著增加糖尿病大鼠（四氧嘧啶誘發）的胰島素含量，顯著降低血糖和糖化血紅蛋白含量。進一步通過胰腺組織病理學發現，椰子水減少四氧嘧啶對胰島素的損傷，刺激β-細胞再生，其效果與商品優降糖（Glibenclamide）相當，推測與椰子水中精氨酸、維生素C和礦物質（Mg和K）有關。

Manna等[15]研究嫩椰子水及其分離的莽草酸阻止H2O2介導的氧化應激對小鼠肝細胞的毒害作用：嫩椰子水或者莽草酸預處理肝細胞可顯著抑制胞內活性氧物質產生、DNA損傷、硫代巴比妥酸反應物和亞硝酸鹽的產生；嫩椰子水通過抑制細胞分化周期蛋白CDC42介導的SAPK/JNK途徑和激活其他凋亡途徑分子（包括Bax和caspase3）來抑制細胞死亡；嫩椰子水或者莽草酸可能通過轉錄激活Nrf2和抑制NF-κB的核轉位機制以維持體內谷胱甘肽和超氧化物歧化酶（Superoxide Dismutase，SOD）的水平，以支持細胞內防御機制。

Lakshmanan等[16]發現嫩椰子水提高肝細胞的活力，保護肝細胞免受細胞因子介導的細胞死亡：嫩椰子水抑制IL-1β介導的Nos2、Tnf和IL-6 mRNA的增加，增加血紅素加氧酶1（HMOX1）蛋白；嫩椰子水通過激活AKT和JNK途徑抑制iNOS的表達，降低促炎基因表達，阻止炎性細胞因子和一氧化氮增加而導致的肝細胞損傷。

Zhang等[17]發現，嫩椰子水使糖尿病老鼠在高葡萄糖喂食情形下，晶狀體渾濁指數下降，晶狀體上皮細胞凋亡率下降，白內障的癥狀得到緩解，測定體內丙二醛含量下降而SOD和谷胱甘肽過氧化酶含量升高，說明嫩椰子水能降低氧化應激。

肝臟是人體最大腺體，在人體的代謝、膽汁生成、解毒、凝血、免疫、熱量產生及水與電解質的調節中有重要作用。糖尿病與肝臟疾病存在一定相關性，而高血壓和糖尿病的關系正相關，高脂高糖食物易引發高血壓和糖尿病。嫩椰子水對高血壓和糖尿病有一定治療效果，肝臟可能是嫩椰子水發揮作用的重要靶器官之一。

2.4 雌激素缺乏導致的相關疾病

植物雌激素涵蓋幾乎所有的食物和中草藥有效成分，其在健康和疾病中的作用被越來越多的研究所揭示，而嫩椰子水中含有生長素、細胞分裂素、赤霉素和脫落酸等植物激素等[3]。

2.4.1 嫩椰子水與生育能力有關的疾病

因各種因素引發催乳素（prolactin，PRL）異常升高，導致高催乳素血癥，臨床表現為閉經、溢乳、無排卵和不孕為特征的綜合征，其潛在機制是PRL抑制促性腺激素釋放，從而導致促卵泡激素（follicle stimulating hormone，FSH），促黃體生成素（luteinizing hormone，LH）減少，并抑制雌激素分泌。Nnodim等[18]試驗結果顯示，喂食嫩椰子水的母老鼠體內，PRL含量減少，而FSH和LH含量增加。Airat等[19]通過對鹽酸甲氧氯普胺誘發的高催乳素血癥母老鼠喂食嫩椰子水后，體內雌激素含量回復正常，PRL下降至正常水平。椰子水不但影響女性的生育能力，也影響男子的生育能力，Airaodion等[20]研究發現嫩椰子水增加男性精子數量和精子活力，顯著降低精子死亡率和畸形率。

2.4.2 嫩椰子水與大腦有關的疾病

阿爾茨海默病患者?。ˋlzheimer’s disease，AD）的病理學改變包括神經元外蛋白片段β-淀粉樣蛋白（β-amyloid，Aβ）和神經元內蛋白tau蛋白及膠質纖維酸性蛋白異常形式的積累[21]。Radenahmad等[22]對去除卵巢大鼠進行3種處理（A對照，B喂食嫩椰子水，C接受甲酸雌二醇治療），結果顯示，B中的血清雌二醇水平顯著高于A和C，神經細胞死亡也顯著減少，嫩椰子水使大腦皮層的β-淀粉樣蛋白沉積和膠質纖維酸性蛋白的表達都顯著減少，海馬體中的Tau蛋白表達也減少。Umahi等[23]研究發現，AlCl3誘導的阿爾茨海默病癥狀因嫩椰子水而得到減弱，進一步證實嫩椰子水對神經具有保護作用的結論。Balit等[24]發現嫩椰子水使去卵巢老鼠的海馬和大腦皮層中的NF-200及PV反應神經元的數量得到保持，而含有β-淀粉樣蛋白沉積的神經元數量下降。

2.4.3 嫩椰子水與因激素失調引發的其他疾病

嫩椰子水具有雌激素類的功能，有利于皮膚傷口的愈合。Radenahmad等[25]試驗表明，嫩椰子水能使角質形成細胞、成纖維細胞、白細胞、脂肪細胞、皮脂腺、骨骼肌、發干和毛囊中ER-α和ER-β的免疫染色密度增加，ER-α和ER-β免疫反應毛囊的數量和體積也最高，從而有利于皮膚傷口的愈合。Morii等[26]研究發現，去掉卵巢的老鼠連續喂食6周嫩椰子水，其左股骨的骨密度和成骨率更高。

3 嫩椰子水的產品標準及冷殺菌技術

嫩椰子水因含糖量不高，風味獨特和淡雅，還有諸多上述生理功能，深受消費者喜愛，2020年，全球嫩椰子水市場規模為63.1億美元，預計2027年可達185.5億美元，2021—2027年的復合年增長率為19.7%[27]。

嫩椰子的消費方式有3種（見圖1）。椰子產區，嫩椰子水最流行的消費方式是用利刀將嫩椰子切一小口，用吸管吸取或倒出至容器中飲用。非椰子產區的消費則以“椰青”和瓶裝2種方式實現：“椰青”是為減少運輸負擔，切除部分果皮，經漂白劑處理、晾干后，外包保鮮膜的產品；而瓶裝則用食品包裝材料盛放椰子水，以冷凍或冷藏的形式貯運，顯然，從運輸成本、流通和消費的方便性以及進出口檢驗檢疫要求的角度看，瓶裝產品為最佳。

圖1 嫩椰子水的消費方式

嫩椰子水在果實中無菌，一旦倒出，易因微生物而腐敗變質，盡管熱殺菌確保瓶裝椰子水的微生物安全，但易變色和變味，故低溫（-18 ℃或4 ℃）成為椰子水貯運的最佳方式，而非凍結狀態（4 ℃）飲用方便，更適合市場流通，但貨架期僅4～6 d[2]，此外，未經消毒的嫩椰子水曾檢測出大腸桿菌、沙門菌、蠟樣芽胞桿菌、金黃色葡萄球等，故美國FDA規定，其國內及進口的果蔬汁生產除執行HACCP的規范外，須有能殺滅99.999%相關致病菌的措施[28]，因此合適的消毒技術是必須。

3.1 嫩椰子水的產品標準

低溫型嫩椰子水的產品標準包括菲律賓、加勒比地區及糧農組織制定的標準（表3）。

表3 低溫型嫩椰子水的產品標準

理化指標及化學組成的規定因椰子產區不同而有差別，但微生物限量方面差異不大，國內雖無理化及化學組成標準，但微生物限量須符合GB 7101—2015《食品安全國家標準 飲料》規定。從表3可看出，加勒比地區的標準最全面。

3.2 低溫型嫩椰子水的生產

為達到表3的標準，尤其是微生物限量，須有規范化的生產過程。Gordon等[2]推薦適合中小型企業生產低溫型嫩椰子水的簡易流程：采摘（適時、無傷、不落地）→清洗（清洗、消毒、晾干）→破殼取水（破殼、過濾、降溫）→裝瓶與貯運（0～4 ℃）。

3.2.1 采摘（適時、無傷和不落地）

適時：6～9個月（表3），采摘后24 h內完成加工。

無傷：破損的嫩椰子易受微生物污染，椰子水具有更低的pH和更高含量的游離脂肪酸，所以避免采摘時破損，并在加工前剔除破損椰子。

不落地：李斯特菌（Listeriamonocytogenes）是一種致病菌，環境中無處不在。椰子果實不落地，就是減少椰子果實帶菌的概率，L.monocytogenes在椰子水中，35 ℃的滯后時間僅3 h，微生物的滯后時間越短，就越容易生長繁殖。

3.2.2 清洗（清洗、消毒和晾干）

食品加工用水洗去椰子果實表面的污物后，浸入至150～200 mg/L的次氯酸鹽中消毒，并保持其中的氯離子濃度，確保消毒效果，再用清水洗去消毒劑。

3.2.3 破殼取水和裝瓶與貯運

所用器具需消毒，過濾后的椰子水及時降溫至4 ℃，分裝于消毒的容器，密封，于4 ℃貯運，-18 ℃亦可。

3.3 冷殺菌技術

嫩椰子水的冷殺菌技術主要有膜過濾、高壓處理（high pressure processing，HPP）、高壓二氧化碳（high pressure carbon dioxide，HPCD）、紫外（ultra violet，UV）和空氣低溫等離子體（atmospheric cold plasma，ACP）和強脈沖光技術（Pulsed Light，PL），見表4。

表4 嫩椰子水的冷殺菌技術

3.3.1 膜過濾

Karmakar等[29]通過自制的能截留44 kDa相對分子質量的膜處理經150 μm（約100目）尼龍紗布過濾的嫩椰子水，過濾前后粒徑分布見圖2。濾前粒徑300～600 nm，濾后0.3～1.0 nm，濾液中保持56%可溶固形物，60% Na，80% K及多酚，30%蛋白質，澄清度顯著提高，pH改變不明顯，此嫩椰子水在5 ℃保存126 d。也有試驗結果[30]表明，嫩椰子水依次經無菌的0.8 μm和0.4 μm的膜過濾后，總糖降13.4%，蛋白降13.0%，還原糖降21.5%，其余無顯著變化，于4 ℃可保存190 d。

圖2 嫩椰子水經截留44 kDa相對分子質量膜過濾前（實線后（虛線）粒徑變化[29]

3.3.2 HPP

HPP通過超高壓使微生物的細胞壁膜、基因機制、形態結構等方面發生變化，從而使微生物的生理活動機能被破壞或發生不可逆變化進而死亡。Raghubeer等[31]將5.5～6.5 Log/mL的E.coliO157：H7，Salmonellaspp.及Listeria混合物接入至嫩椰子水中，于4 ℃，593 MPa處理3 min，結果顯示，致病菌被殺滅，但不能完全殺滅酵母和乳酸菌，盡管如此，在4 ℃，120 d的貯藏中，霉菌、酵母菌和總大腸菌群的數量皆小于10 CFU/mL，總菌落數10～100 CFU/mL。程磊晶[32]的HPP（30 ℃、400 MPa、10 min）的結果顯示，嫩椰子水的菌落總數從4.6×106CFU/mL降至15 CFU/mL。超高壓處理后，維生素、蛋白質和氨基酸含量以及抗氧化能力顯著減少，椰子的香味成分種類及數量都有改變，但并不影響整體的風味。

3.3.3 HPCD

HPCD是將二氧化碳（CO2）與壓力相結合，在相對溫和的溫度（＜60 ℃）和壓力（＜50 MPa）下，細胞機械性破裂和生理性失活，從而達到殺菌的目的。為證實高壓CO2對椰子水中的殺菌效果，Cappelletti等[38]將椰子水置于30 ℃延長至18 h來提高其中的帶菌量（嗜溫微生物、乳酸菌和總菌落數皆為8.5 log CFU/mL，酵母菌和霉菌為6.0 log CFU/mL），此時再經HPCD處理（40 ℃，12 MPa，30 min）后發現，嗜溫微生物、乳酸菌、霉菌和酵母菌可下降5.0 Log，而總菌落數則可下降7.0 Log，處理前后，基本理化指標、維生素和氨基酸含量沒有明顯變化，盡管揮發性成分有所下降且產生烤香和麥芽味，但感官評分上卻沒有差別，但在4 ℃，4周保存試驗中卻發現，殘存的嗜溫微生物、霉菌和酵母、乳酸菌增殖很快。如果在HPCD處理（25 ℃、34.5 MPa、13% CO2、6 min）前，用蘋果酸將椰子水pH調至4.30，在4 ℃貨架期延長至9周[33]。

3.3.4 UV-C

紫外波長范圍100～400 nm，用于殺菌的波長為200～275 nm，即紫外C波段，簡稱UV-C，而C波段的254 nm最易被有機體的嘧啶基團吸收，引發嘧啶形成二聚體導致失活。處理液的濁度、色度及厚度會影響紫外線的穿透能力，穿透能力越強，殺滅微生物的效果越佳。美國FDA于2000年批準UV可用于果汁的消毒[34]。椰子水經0.45 μm膜過濾后經15 W的UV處理可以殺滅致病菌。殺菌效果與單批次處理量及是否攪拌有關，處理量越大，時間越長，攪拌可縮短時間[39]，采用圖3裝置使椰子水被UV循環處理以獲得預期效果，該裝置可實現連續化生產。相較熱消毒（95 ℃、100 s），UV處理嫩椰子水的總酚顯著下降，但色澤變化顯著低于熱消毒[34]。

圖3 嫩椰子水UV殺菌裝置[34,39]

3.3.5 ACP

O2、N2等中性氣體在外界高能量作用下電離為高能狀態的帶電粒子、中性粒子及各種自由基組成的高度電離的混合氣體，電離過程中，正負離子數值相等且總是以一種成對的方式出現，整體呈電中性狀態，故稱為等離子體，在非熱平衡狀態下，離子溫度低于電子溫度且整個體系宏觀上表現為常溫，故稱低溫等離子體，低溫等離子體中的活性氧、活性氮、紫外光、帶電粒子等組分具有殺菌作用。

椰子水在18 kV處理2.85 min，隨著電壓增加，維生素C、抗氧化性和透光率的下降遵循零級反應，而總脂肪酸含量的增加和菌落總數的下降遵循一級反應。經處理的椰子水6 ℃可保存8 d，經過ACP處理的椰子水有“化學味”，而ACP處理后加入巴氏消毒的橙汁（添加量1%）和維生素C（20 mg/100 mL），不但消除“化學味”，還使保存期延長至35 d[35]。Porto等[36]用15～20 kV，200～730 Hz處理椰子水15 min后發現，處理前后pH、可溶固形物、總酸及色澤變化不明顯，通過分析1H NMR的數據，表明沒有新的物質生成。

3.3.6 PL

PL主要由動力單元和氙燈單元組成，產生脈沖光的光譜包括紫外光區（200～400 nm）、可見光區（400～700 nm）和近紅外光區（800～1 100 nm），通過光熱反應、光化學反應和光物理作用達到殺菌而不升溫的效果，盡管光熱反應使物體表面溫度升高50～150 ℃，但不會顯著提高物體內部的溫度。在2.5 kV、2.5 min處理4～5 mm深度的椰子水，可使其中的測試菌E.coli，Bacilluscereus，Listeriamonocytogenes下降5 Log，處理的椰子水除還原糖明顯增加以外，其他指標如pH、可溶固形物、總酸、抗壞血酸和總酚含量變化不明顯，感官評分區別也不明顯[37]。

4 結語與展望

嫩椰子水營養豐富，具有諸多的生理功能，為保持其“天然性”，低溫冷殺菌技術及低溫貯運似乎是必然選擇。由研究發現經，HPP或者膜過濾的嫩椰子水在4 ℃的貨架期可延長至少4個月，相較HPP，膜過濾可以實現生產的連續化，從產品微生物安全性上看，盡管膜過濾的4 ℃貨架期可長達190 d[30]，但倘若要工業化應用，應考慮膜在使用過程中因膜污染而造成的滲透通量下降的問題，還應考慮潛在致病菌及嫩椰子水中普遍存在的乳酸菌是否被過濾膜有效去除的問題。盡管熱殺菌會影響椰子水的感官品質和一些營養物質的損失，但熱處理的嫩椰子水的整體生理功能是否受影響，有待進一步研究。相較老椰子，嫩椰子能被利用的只有椰子水，其余則被廢棄，產生的經濟價值低，老椰子水是否與嫩椰子水一樣具有諸多的生理功能也有待研究。