橙汁（Orange juice,OJ）营养丰富、酸甜可口、价格适中,深受广大消费者喜爱。根据美国农业部数据显示:2020年全球橙汁产量为181.2万吨,较2019年的154.5万吨同比增长17.28%,橙汁产业具有巨大的市场前景。杀菌是橙汁加工过程中的关键环节,这是由于橙汁中含有多种致病菌、腐败菌和发酵菌,显著影响橙汁品质。其中,腐败菌中的酸土脂环酸芽孢杆菌（Alicyclobacillus acidoterrestris,AAT）会导致橙汁平酸腐败,产生刺鼻的类似药水或防腐剂的气味。而难闻气味主要是由AAT代谢产生的化合物所引起的,尤其是2-甲氧基苯酚（愈创木酚）和卤代苯酚类化合物（2,6-二氯苯酚和2,6-二溴苯酚）。巴氏杀菌广泛应用于防止橙汁及其浓缩液的腐败变质,但是研究发现,AAT难以被巴氏杀菌和热灌装等过程杀死。而生产过程中往往会忽略由AAT引起的异味,导致客户投诉产品质量。即便是轻微的异味也会影响果汁纯度、应用前景以及消费者满意度。AAT受酚类物质、乙醇、盐含量和防腐剂等物质影响,最终影响橙汁品质。往往在生产过程中很难权衡果汁品质且降低能耗,以及完全灭活AAT三者之间的关系。近年来,针对替代传统果汁生产的新方法已经开始了广泛研究。众多研究结果表明,低频高功率超声能够灭活细菌并增强橙汁的生物活性。其中,超声耦合加热技术（TS）是一种能在果汁加工中代替巴氏灭菌的有效方法。与此同时,与大多数研究中采用的单频超声相比,多频超声被认为是优化空化行为和灭活细菌的更加有效的方法,具有很强的协同作用。基于研究现状,本论文阐述了许多新发现:建立了单频和双频超声耦合加热技术灭活橙汁中AAT的最佳条件,提高了橙汁中生物活性化合物的含量并钝化酶活性,揭示了 AAT的灭活机理及其动力学预测,构建了处理后的橙汁在贮藏过程中的分子模型和AAT孢子萌发过程。主要研究内容和结果如下:（1）采用响应面分析,基于温度（45-75℃）、时间（20-40 min）和频率（20-60 kHz）三大变量,优化TS技术灭活AAT并提高橙汁的品质特性参数。结果表明,TS的最佳条件为47℃、30 min和20 kHz。为获得更高的R2值且更低的标准差值,选择二次模型预测橙汁的品质特性,每个响应面模型都高度显著（p<0.001）,其确定系数介于0.986-0.996之间。最佳条件结果显示:总酚含量（TPC）为490.85 mg GAE/100 mL、果胶甲酯酶（PME）失活94.77%和AAT数量减少1-log。此外,总黄酮含量为38.50mg/100mLER、抗坏血酸为441.70 mg/mL、颜色变化AE为1.85、多酚氧化酶为56%、抗氧化能力FRAP和DPPH分别为107.33（g/100 mL AEAC）和85.90%,与对照组相比,有显著性差异（p<0.05）。因此,TS显著提高了橙汁的品质特性。（2）研究了超声耦合温和加热技术（MTS）在室温和冷藏条件下24天贮藏过程中对接种了 AAT的OJ的理化特性、微生物、营养和感官品质的影响。研究表明,OJ生物活性和抗氧化活性随贮藏时间的增加而降低,而果胶甲酯酶（PME）却增加。尽管如此,从贮藏第12天起,pH和总可溶性固形物无明显差异（p>0.05）。为了确定OJ在贮藏过程中的营养和微生物质量特性,采用最小二乘拟合多项式和四参数对数-Logistic分布模型成功地拟合了非线性动力学曲线。（3）基于线性判别分析（LDA）的电子鼻传感器技术对未处理和处理OJ的香气进行了有效的鉴别。AAT腐败主要源于化合物愈创木酚。高效液相色谱法（HPLC）和气质联用（GC-MS）用于测定愈创木酚的含量,揭示OJ中AAT引起的腐败的主要原因。此外,基于电子鼻分析,并经HS-SPME-GC/MS分析证实,萜类化合物、酒精和部分芳香化合物是OJ在储存过程中的主要腐败指标。因此,MTS大大延长了在4℃下OJ的保质期。电子鼻-GC/MS融合为AAT微生物提供了气味指纹图谱,可以作为腐败指数,而无需使用传统的食品分析技术。该方法可作为快速检测OJ腐败微生物的替代工具。（4）研究了超声（US）和加热技术（TS）处理对AAT、营养物质和酶活性的影响。使用响应面分析优化了 TS,并与不同模式的US（单频和多频）比较,表明20/40 kHz、24 min和64℃是最佳条件。将AAT孢子和营养细胞灭活至4-log水平,此时橙汁没有变质。此外,AAT灭活表明与活性氧（Reactive oxygen species,ROS）的产生呈反比关系。红外光谱和紫外-可见光谱表征证实了处理过的橙汁中存在ROS,LF-NMR分析证实了AAT孢子的失活。研究结果表明,双频超声技术可应用于橙汁以及其他果汁生产中,包括微生物和酶的失活,并促进品质的有益变化,但对抗坏血酸没有任何显著影响。（5）针对高酸水果的耐孢子性和果汁易腐败等问题,提出了抑制AAT孢子和营养细胞的巴氏灭菌方法。确定脉冲多频超声的有效性,尽量减少悬浮中的AAT孢子和营养细胞。本文对活性氧种类和抗氧化活性进行了研究,以考察温度和频率对AAT孢子接种的影响。双频超声（DFUS）和双频热变性（DFTS）处理,AAT分别下降到5.99和5.74-Log,孢子分别下降至5.90和5.38-Log。US和TS处理中细胞损失百分比与O2·-和H2O2变化速率成反比。荧光显微镜显示DFTS的杀菌效果高于DFUS和对照。扫描电镜（SEM）和透射电镜（TEM）显示了超结构修饰,如超声作用引起的AAT菌膜结构中的空化和孔隙所致的细胞壁中断。经20/40/60、20/40和20 kHz处理的孢子比未经处理的孢子具有更高的电导率,分别提高了 7.94、5.68和3.72。红外光谱揭示了 AAT膜脂肪酸和蛋白质光谱区域的主要变化。同时,双频超声显著提高了 AAT的失活率。这项工作的重要结果提出脉冲DFUS作为一种替代单频US在饮料工业中的应用。（6）双频超声耦合加热技术（DFTS）是一种有效的灭活技术,最大限度地减少橙汁的营养损失,确保感官品质。DFTS可诱导萌发细菌孢子,使其更易失活,而营养物质如L-丙氨酸、L-缬氨酸和天冬酰胺、葡萄糖、果糖和钾离子混合物（AGFK）也可能引发萌发。本文的目的是确定活性物质,即DFTS、营养物质（L-丙氨酸和AGFK混合物）和非营养萌发剂（二皮酚酸钙、Ca-DPA）是否会影响孢子的萌发量。用原子力显微镜（AFM）、电导率和蛋白质含量对AAT孢子进行了研究。OJ中AAT孢子灭活4个log。在OJ和L-Ala的补充下,AAT表现出相同的萌发率,就像没有萌发剂的加入一样。然而,在DFTS处理的OJ中,处理和未处理的柠檬酸缓冲液和OJ样品中的AAT孢子与L-Ala均显著增加。因此,萌发能力可确定为:L-丙氨酸>无生殖子>Ca-DPA>AGFK>L-缬氨酸。结果表明,酸抑制孢子的萌发程度取决于菌株和培养基,而DFTS的能够增加孢子的萌发率。这项研究主要通过多频超声耦合热技术灭活橙汁中的AAT和果胶甲基酯酶,增加了橙汁中生物活性化合物的抗氧化性,从而确定了多频热超声的实际应用价值。