嫩椰子水营养和功能及冷杀菌技术的研究进展

王志国，李枚秋，余继叁，李秋菊，曹君，张伟敏

1.海南大学食品科学与工程学院 （海口 570228）；2.海南椰佳达食品科技有限公司 （定安571200）

Coconut water或Coconut juice是指椰子果实中的液体部分，即椰子水[1]。Coconut cream和Coconut milk是指老椰子的椰子肉压榨出的汁液，前者脂肪含量更高。压榨时即使加入椰子水，也是这2种表达，常见的商品“椰子汁”“厚椰乳”等就是这种压榨出的汁液做成的饮料。

椰子水有嫩椰子水与老椰子水之分：嫩椰子水指生长期为6～9个月（PNS/BAFPS 28：2006）或7～9个月（CRS 3：2010）或9个月[2]外果皮呈绿色的椰子果实中的液体，椰子水“清又甜”，适合直接食用；老椰子水则指12个月或以上外果皮呈现褐色或深褐色的椰子果实中的液体，“浊而味寡”，或废弃或加工利用，也常用不成熟椰子水（immature coconut water）和成熟椰子水（mature coconut water）区分[1]。

嫩椰子水营养丰富，深受消费者喜爱，文章就嫩椰子水的营养和功能性方面的研究进行综述，以便于使人们对嫩椰子水的营养和功能有一个系统、科学、全面的认知。同时，嫩椰子水易腐且热敏性，诸如膜过滤、高压二氧化碳、空气低温等离子体、脉冲光技术、紫外、高压处理等冷杀菌技术都曾用于处理嫩椰子水，因此，文章也对此方面进行了综述，以期扩展食品加工技术人员的技术视野。

1 嫩椰子的营养及理化特征

嫩椰子水中碳水化合物、灰分、蛋白质及脂肪含量分别为4.76%，0.87%，0.12%和0.07%，含有种类较多的无机离子，如K、Ca、Mg等，含有种类较多的氨基酸，如赖氨酸和谷氨酸等，含有维生素C及少量B族维生素，带来略有酸感为苹果酸，另外尚有种类较多的植物激素，如细胞激素、赤霉素、生长素和脱落酸等[3]。

老椰子水与嫩椰子水在理化特征上有差异。Tan等[4]就8～9个月与12个月的椰子水的理化特征进行比较（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，所以外观清澈，与此同时，果糖和葡萄糖含量高，所以甜度足；老椰子水“浊而味寡”的原因在于蛋白质和引起蛋白质不稳定的Ca和Mg含量增加，外观浑浊，甚至出现絮状物，尽管蔗糖含量增加125%，但绝对含量仅1.44%，同时果糖和葡萄糖含量之和降至4.06%，总酸和总酚分别下降20%和40%，所以味寡。

表1 嫩椰子水（8～9个月）与老椰子水（12个月及以上）的理化特征比较[4]

2 嫩椰子的功能性

2.1 补水功能

嫩椰子水同任何液体饮料具有补水功能，其中含有丰富电解质（表1），常被称作“等渗饮料”，但事实上椰子水的渗透压（405 mOsm/L）[5]高于人体血液的渗透压（300 mOsm/L）（表2）。嫩椰子水是否对特殊人群具有补水功能，是一个有争议性的问题。

表2 嫩椰子水与人体血液和其他补水液的比较

第一类人群是儿童腹泻者。嫩椰子的渗透压405 mOsm/L[5]显著高于世界卫生组织（WHO）推荐的新一代口服补液盐（oral rehydrate salts，ORS）的渗透压245 mOsm/L[6]，其后果可能导致肠道高渗性脱水，不利于水和无机盐吸收，但Adetayo等[7]建议缺乏ORS产品的贫困地区，嫩椰子水可作为腹泻患儿的补水应急选择。

第二类人群是运动人群。与纯净水和其他商业电解质水相比，从对运动人群的复水功能（体重、液体滞留、血浆渗透压、尿液比重）上看，嫩椰子水并没有显示其独特性[8]。

第三类人群是需静脉注射者。二战期间的英国和日本士兵曾用嫩椰子水作静脉注射液，后来相继有报道，但1976年后就没有这方面报道，Campbell等[9]专门就此作了阐释，认为嫩椰子水适合短期的、应急性静脉注射。

简而言之，嫩椰子水同其他液体饮料一样，具有补水功能，但与人体血液相较，具有更高渗透压，更低Na含量和更高K含量（表2），更低pH，不宜过分夸大其作为专用ORS、运动饮料及静脉注射液的功能，但也不否定其对特殊人群具有一定的应急效果。

2.2 预防泌尿系统结石

嫩椰子水有助预防泌尿系统结石。Penniston等[10]发现，饮用嫩椰子水者的尿液中柠檬酸盐和钾、氯离子浓度增加。尿液中这些成分的高浓度正是结石不能形成的重要原因，因此柠檬酸氢钾钠液是全球最具代表治疗泌尿系统结石的药剂[11]。

2.3 高血压、糖尿病及相关疾病

Airaodion等[12]对大鼠试验显示，嫩椰子水能降低高蛋黄食物引发的高血压。Bhagya等[13]证实嫩椰子水阻止大鼠的果糖诱发血压升高，其机制可能是通过抑制脂质过氧化、上调抗氧化状态和改善胰岛素敏感性实现。Preetha等[14]证明椰子水可显著增加糖尿病大鼠（四氧嘧啶诱发）的胰岛素含量，显著降低血糖和糖化血红蛋白含量。进一步通过胰腺组织病理学发现，椰子水减少四氧嘧啶对胰岛素的损伤，刺激β-细胞再生，其效果与商品优降糖（Glibenclamide）相当，推测与椰子水中精氨酸、维生素C和矿物质（Mg和K）有关。

Manna等[15]研究嫩椰子水及其分离的莽草酸阻止H2O2介导的氧化应激对小鼠肝细胞的毒害作用：嫩椰子水或者莽草酸预处理肝细胞可显著抑制胞内活性氧物质产生、DNA损伤、硫代巴比妥酸反应物和亚硝酸盐的产生；嫩椰子水通过抑制细胞分化周期蛋白CDC42介导的SAPK/JNK途径和激活其他凋亡途径分子（包括Bax和caspase3）来抑制细胞死亡；嫩椰子水或者莽草酸可能通过转录激活Nrf2和抑制NF-κB的核转位机制以维持体内谷胱甘肽和超氧化物歧化酶（Superoxide Dismutase，SOD）的水平，以支持细胞内防御机制。

Lakshmanan等[16]发现嫩椰子水提高肝细胞的活力，保护肝细胞免受细胞因子介导的细胞死亡：嫩椰子水抑制IL-1β介导的Nos2、Tnf和IL-6 mRNA的增加，增加血红素加氧酶1（HMOX1）蛋白；嫩椰子水通过激活AKT和JNK途径抑制iNOS的表达，降低促炎基因表达，阻止炎性细胞因子和一氧化氮增加而导致的肝细胞损伤。

Zhang等[17]发现，嫩椰子水使糖尿病老鼠在高葡萄糖喂食情形下，晶状体浑浊指数下降，晶状体上皮细胞凋亡率下降，白内障的症状得到缓解，测定体内丙二醛含量下降而SOD和谷胱甘肽过氧化酶含量升高，说明嫩椰子水能降低氧化应激。

肝脏是人体最大腺体，在人体的代谢、胆汁生成、解毒、凝血、免疫、热量产生及水与电解质的调节中有重要作用。糖尿病与肝脏疾病存在一定相关性，而高血压和糖尿病的关系正相关，高脂高糖食物易引发高血压和糖尿病。嫩椰子水对高血压和糖尿病有一定治疗效果，肝脏可能是嫩椰子水发挥作用的重要靶器官之一。

2.4 雌激素缺乏导致的相关疾病

植物雌激素涵盖几乎所有的食物和中草药有效成分，其在健康和疾病中的作用被越来越多的研究所揭示，而嫩椰子水中含有生长素、细胞分裂素、赤霉素和脱落酸等植物激素等[3]。

2.4.1 嫩椰子水与生育能力有关的疾病

因各种因素引发催乳素（prolactin，PRL）异常升高，导致高催乳素血症，临床表现为闭经、溢乳、无排卵和不孕为特征的综合征，其潜在机制是PRL抑制促性腺激素释放，从而导致促卵泡激素（follicle stimulating hormone，FSH），促黄体生成素（luteinizing hormone，LH）减少，并抑制雌激素分泌。Nnodim等[18]试验结果显示，喂食嫩椰子水的母老鼠体内，PRL含量减少，而FSH和LH含量增加。Airat等[19]通过对盐酸甲氧氯普胺诱发的高催乳素血症母老鼠喂食嫩椰子水后，体内雌激素含量回复正常，PRL下降至正常水平。椰子水不但影响女性的生育能力，也影响男子的生育能力，Airaodion等[20]研究发现嫩椰子水增加男性精子数量和精子活力，显著降低精子死亡率和畸形率。

2.4.2 嫩椰子水与大脑有关的疾病

阿尔茨海默病患者病（Alzheimer’s disease，AD）的病理学改变包括神经元外蛋白片段β-淀粉样蛋白（β-amyloid，Aβ）和神经元内蛋白tau蛋白及胶质纤维酸性蛋白异常形式的积累[21]。Radenahmad等[22]对去除卵巢大鼠进行3种处理（A对照，B喂食嫩椰子水，C接受甲酸雌二醇治疗），结果显示，B中的血清雌二醇水平显著高于A和C，神经细胞死亡也显著减少，嫩椰子水使大脑皮层的β-淀粉样蛋白沉积和胶质纤维酸性蛋白的表达都显著减少，海马体中的Tau蛋白表达也减少。Umahi等[23]研究发现，AlCl3诱导的阿尔茨海默病症状因嫩椰子水而得到减弱，进一步证实嫩椰子水对神经具有保护作用的结论。Balit等[24]发现嫩椰子水使去卵巢老鼠的海马和大脑皮层中的NF-200及PV反应神经元的数量得到保持，而含有β-淀粉样蛋白沉积的神经元数量下降。

2.4.3 嫩椰子水与因激素失调引发的其他疾病

嫩椰子水具有雌激素类的功能，有利于皮肤伤口的愈合。Radenahmad等[25]试验表明，嫩椰子水能使角质形成细胞、成纤维细胞、白细胞、脂肪细胞、皮脂腺、骨骼肌、发干和毛囊中ER-α和ER-β的免疫染色密度增加，ER-α和ER-β免疫反应毛囊的数量和体积也最高，从而有利于皮肤伤口的愈合。Morii等[26]研究发现，去掉卵巢的老鼠连续喂食6周嫩椰子水，其左股骨的骨密度和成骨率更高。

3 嫩椰子水的产品标准及冷杀菌技术

嫩椰子水因含糖量不高，风味独特和淡雅，还有诸多上述生理功能，深受消费者喜爱，2020年，全球嫩椰子水市场规模为63.1亿美元，预计2027年可达185.5亿美元，2021—2027年的复合年增长率为19.7%[27]。

嫩椰子的消费方式有3种（见图1）。椰子产区，嫩椰子水最流行的消费方式是用利刀将嫩椰子切一小口，用吸管吸取或倒出至容器中饮用。非椰子产区的消费则以“椰青”和瓶装2种方式实现：“椰青”是为减少运输负担，切除部分果皮，经漂白剂处理、晾干后，外包保鲜膜的产品；而瓶装则用食品包装材料盛放椰子水，以冷冻或冷藏的形式贮运，显然，从运输成本、流通和消费的方便性以及进出口检验检疫要求的角度看，瓶装产品为最佳。

图1 嫩椰子水的消费方式

嫩椰子水在果实中无菌，一旦倒出，易因微生物而腐败变质，尽管热杀菌确保瓶装椰子水的微生物安全，但易变色和变味，故低温（-18 ℃或4 ℃）成为椰子水贮运的最佳方式，而非冻结状态（4 ℃）饮用方便，更适合市场流通，但货架期仅4～6 d[2]，此外，未经消毒的嫩椰子水曾检测出大肠杆菌、沙门菌、蜡样芽胞杆菌、金黄色葡萄球等，故美国FDA规定，其国内及进口的果蔬汁生产除执行HACCP的规范外，须有能杀灭99.999%相关致病菌的措施[28]，因此合适的消毒技术是必须。

3.1 嫩椰子水的产品标准

低温型嫩椰子水的产品标准包括菲律宾、加勒比地区及粮农组织制定的标准（表3）。

表3 低温型嫩椰子水的产品标准

理化指标及化学组成的规定因椰子产区不同而有差别，但微生物限量方面差异不大，国内虽无理化及化学组成标准，但微生物限量须符合GB 7101—2015《食品安全国家标准 饮料》规定。从表3可看出，加勒比地区的标准最全面。

3.2 低温型嫩椰子水的生产

为达到表3的标准，尤其是微生物限量，须有规范化的生产过程。Gordon等[2]推荐适合中小型企业生产低温型嫩椰子水的简易流程：采摘（适时、无伤、不落地）→清洗（清洗、消毒、晾干）→破壳取水（破壳、过滤、降温）→装瓶与贮运（0～4 ℃）。

3.2.1 采摘（适时、无伤和不落地）

适时：6～9个月（表3），采摘后24 h内完成加工。

无伤：破损的嫩椰子易受微生物污染，椰子水具有更低的pH和更高含量的游离脂肪酸，所以避免采摘时破损，并在加工前剔除破损椰子。

不落地：李斯特菌（Listeriamonocytogenes）是一种致病菌，环境中无处不在。椰子果实不落地，就是减少椰子果实带菌的概率，L.monocytogenes在椰子水中，35 ℃的滞后时间仅3 h，微生物的滞后时间越短，就越容易生长繁殖。

3.2.2 清洗（清洗、消毒和晾干）

食品加工用水洗去椰子果实表面的污物后，浸入至150～200 mg/L的次氯酸盐中消毒，并保持其中的氯离子浓度，确保消毒效果，再用清水洗去消毒剂。

3.2.3 破壳取水和装瓶与贮运

所用器具需消毒，过滤后的椰子水及时降温至4 ℃，分装于消毒的容器，密封，于4 ℃贮运，-18 ℃亦可。

3.3 冷杀菌技术

嫩椰子水的冷杀菌技术主要有膜过滤、高压处理（high pressure processing，HPP）、高压二氧化碳（high pressure carbon dioxide，HPCD）、紫外（ultra violet，UV）和空气低温等离子体（atmospheric cold plasma，ACP）和强脉冲光技术（Pulsed Light，PL），见表4。

表4 嫩椰子水的冷杀菌技术

3.3.1 膜过滤

Karmakar等[29]通过自制的能截留44 kDa相对分子质量的膜处理经150 μm（约100目）尼龙纱布过滤的嫩椰子水，过滤前后粒径分布见图2。滤前粒径300～600 nm，滤后0.3～1.0 nm，滤液中保持56%可溶固形物，60% Na，80% K及多酚，30%蛋白质，澄清度显著提高，pH改变不明显，此嫩椰子水在5 ℃保存126 d。也有试验结果[30]表明，嫩椰子水依次经无菌的0.8 μm和0.4 μm的膜过滤后，总糖降13.4%，蛋白降13.0%，还原糖降21.5%，其余无显著变化，于4 ℃可保存190 d。

图2 嫩椰子水经截留44 kDa相对分子质量膜过滤前（实线后（虚线）粒径变化[29]

3.3.2 HPP

HPP通过超高压使微生物的细胞壁膜、基因机制、形态结构等方面发生变化，从而使微生物的生理活动机能被破坏或发生不可逆变化进而死亡。Raghubeer等[31]将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处理3 min，结果显示，致病菌被杀灭，但不能完全杀灭酵母和乳酸菌，尽管如此，在4 ℃，120 d的贮藏中，霉菌、酵母菌和总大肠菌群的数量皆小于10 CFU/mL，总菌落数10～100 CFU/mL。程磊晶[32]的HPP（30 ℃、400 MPa、10 min）的结果显示，嫩椰子水的菌落总数从4.6×106CFU/mL降至15 CFU/mL。超高压处理后，维生素、蛋白质和氨基酸含量以及抗氧化能力显著减少，椰子的香味成分种类及数量都有改变，但并不影响整体的风味。

3.3.3 HPCD

HPCD是将二氧化碳（CO2）与压力相结合，在相对温和的温度（＜60 ℃）和压力（＜50 MPa）下，细胞机械性破裂和生理性失活，从而达到杀菌的目的。为证实高压CO2对椰子水中的杀菌效果，Cappelletti等[38]将椰子水置于30 ℃延长至18 h来提高其中的带菌量（嗜温微生物、乳酸菌和总菌落数皆为8.5 log CFU/mL，酵母菌和霉菌为6.0 log CFU/mL），此时再经HPCD处理（40 ℃，12 MPa，30 min）后发现，嗜温微生物、乳酸菌、霉菌和酵母菌可下降5.0 Log，而总菌落数则可下降7.0 Log，处理前后，基本理化指标、维生素和氨基酸含量没有明显变化，尽管挥发性成分有所下降且产生烤香和麦芽味，但感官评分上却没有差别，但在4 ℃，4周保存试验中却发现，残存的嗜温微生物、霉菌和酵母、乳酸菌增殖很快。如果在HPCD处理（25 ℃、34.5 MPa、13% CO2、6 min）前，用苹果酸将椰子水pH调至4.30，在4 ℃货架期延长至9周[33]。

3.3.4 UV-C

紫外波长范围100～400 nm，用于杀菌的波长为200～275 nm，即紫外C波段，简称UV-C，而C波段的254 nm最易被有机体的嘧啶基团吸收，引发嘧啶形成二聚体导致失活。处理液的浊度、色度及厚度会影响紫外线的穿透能力，穿透能力越强，杀灭微生物的效果越佳。美国FDA于2000年批准UV可用于果汁的消毒[34]。椰子水经0.45 μm膜过滤后经15 W的UV处理可以杀灭致病菌。杀菌效果与单批次处理量及是否搅拌有关，处理量越大，时间越长，搅拌可缩短时间[39]，采用图3装置使椰子水被UV循环处理以获得预期效果，该装置可实现连续化生产。相较热消毒（95 ℃、100 s），UV处理嫩椰子水的总酚显著下降，但色泽变化显著低于热消毒[34]。

图3 嫩椰子水UV杀菌装置[34,39]

3.3.5 ACP

O2、N2等中性气体在外界高能量作用下电离为高能状态的带电粒子、中性粒子及各种自由基组成的高度电离的混合气体，电离过程中，正负离子数值相等且总是以一种成对的方式出现，整体呈电中性状态，故称为等离子体，在非热平衡状态下，离子温度低于电子温度且整个体系宏观上表现为常温，故称低温等离子体，低温等离子体中的活性氧、活性氮、紫外光、带电粒子等组分具有杀菌作用。

椰子水在18 kV处理2.85 min，随着电压增加，维生素C、抗氧化性和透光率的下降遵循零级反应，而总脂肪酸含量的增加和菌落总数的下降遵循一级反应。经处理的椰子水6 ℃可保存8 d，经过ACP处理的椰子水有“化学味”，而ACP处理后加入巴氏消毒的橙汁（添加量1%）和维生素C（20 mg/100 mL），不但消除“化学味”，还使保存期延长至35 d[35]。Porto等[36]用15～20 kV，200～730 Hz处理椰子水15 min后发现，处理前后pH、可溶固形物、总酸及色泽变化不明显，通过分析1H NMR的数据，表明没有新的物质生成。

3.3.6 PL

PL主要由动力单元和氙灯单元组成，产生脉冲光的光谱包括紫外光区（200～400 nm）、可见光区（400～700 nm）和近红外光区（800～1 100 nm），通过光热反应、光化学反应和光物理作用达到杀菌而不升温的效果，尽管光热反应使物体表面温度升高50～150 ℃，但不会显著提高物体内部的温度。在2.5 kV、2.5 min处理4～5 mm深度的椰子水，可使其中的测试菌E.coli，Bacilluscereus，Listeriamonocytogenes下降5 Log，处理的椰子水除还原糖明显增加以外，其他指标如pH、可溶固形物、总酸、抗坏血酸和总酚含量变化不明显，感官评分区别也不明显[37]。

4 结语与展望

嫩椰子水营养丰富，具有诸多的生理功能，为保持其“天然性”，低温冷杀菌技术及低温贮运似乎是必然选择。由研究发现经，HPP或者膜过滤的嫩椰子水在4 ℃的货架期可延长至少4个月，相较HPP，膜过滤可以实现生产的连续化，从产品微生物安全性上看，尽管膜过滤的4 ℃货架期可长达190 d[30]，但倘若要工业化应用，应考虑膜在使用过程中因膜污染而造成的渗透通量下降的问题，还应考虑潜在致病菌及嫩椰子水中普遍存在的乳酸菌是否被过滤膜有效去除的问题。尽管热杀菌会影响椰子水的感官品质和一些营养物质的损失，但热处理的嫩椰子水的整体生理功能是否受影响，有待进一步研究。相较老椰子，嫩椰子能被利用的只有椰子水，其余则被废弃，产生的经济价值低，老椰子水是否与嫩椰子水一样具有诸多的生理功能也有待研究。