Нет, вы не можете обновить среду в процессе вызова таким образом. Как правило, подпроцесс не может изменить среду родительского процесса. Одно заметное исключение - командные файлы в Windows при запуске из оболочки cmd. Исходя из приведенного вами примера, я полагаю, что вы не работаете в Windows.
Обычно то, что вы пытаетесь выполнить, выполняется с помощью сценария оболочки, который устанавливает среду и затем запускает намеченный вами процесс. Например, вы можете написать скрипт go.sh, например:
!#/bin/sh
AXIS2_HOME=/usr/local/axix2-1.4.1
JAVA_HOME=/usr/java/latest
CLASSPATH=foo foo
export AXIS2_HOME
export JAVA_HOME
export CLASSPATH
java MainClass
Сделайте go.sh исполняемым, и теперь вы можете запускать приложение как ./go.sh
. Вы также можете сделать свой сценарий более сложным, если хотите - например, вы можете сделать «MainClass» параметром сценария, а не жестко его кодировать.