高媛　周先漢　曾慶構(gòu)

摘要：高壓C0處理技術(shù)在有效地殺滅微生物和酶的同時(shí)，能很好地保持食品原有的營(yíng)養(yǎng)成分、色澤、氣味，同時(shí)因成本低廉、安全無(wú)毒等優(yōu)點(diǎn)受到廣泛關(guān)注。在高壓C0殺菌中，最難殺滅的是芽孢類細(xì)菌，相對(duì)細(xì)菌來(lái)說(shuō)具有更高的抗熱、抗壓及抗輻射性能。因此對(duì)芽孢的殺滅效果常作為衡量食品滅菌效果的重要指標(biāo)。本文回顧了國(guó)內(nèi)外研究狀況，提出了高壓C0殺滅芽孢類細(xì)菌需解決的基礎(chǔ)問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：高壓C0;芽孢;殺菌

由于常用的熱力殺菌用于液態(tài)食品存在難以克服的弊端及食品保鮮加工的迫切需要，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者以及食品科技界人士均致力于開(kāi)發(fā)新型殺菌技術(shù)。這類技術(shù)須兼具殺滅效果好、無(wú)化學(xué)殘留及毒副作用、成本低廉、便于大規(guī)模應(yīng)用等優(yōu)點(diǎn)。隨著科學(xué)技術(shù)手段的不斷進(jìn)步，有研究發(fā)現(xiàn)，高壓C0對(duì)多數(shù)的食品微生物有較好的殺滅作用。

一、高壓C0殺菌技術(shù)簡(jiǎn)介

高壓C0殺菌技術(shù)作為一種新興的“冷殺菌”技術(shù)受到廣泛關(guān)注，在有效地殺滅微生物、保證食品貯藏安全的同時(shí)，也能滿足消費(fèi)者對(duì)于“原汁原味”的追求，符合“最低加工”的理念。此外，其還具有操作壓力相對(duì)較低、經(jīng)濟(jì)可行、運(yùn)行成本低等優(yōu)點(diǎn)。

二、國(guó)內(nèi)外研究概況

國(guó)外研究現(xiàn)狀。1951年，F(xiàn)raser使用C02、N2、N20及Ar氣對(duì)大腸桿菌進(jìn)行試驗(yàn)，能夠達(dá)到95%到gg%的殺菌率[1]，但gg%的殺滅效果距離大多數(shù)場(chǎng)合大于6個(gè)對(duì)數(shù)的殺菌率要求相距甚遠(yuǎn)[2]。Foster于1962年使用高壓N2進(jìn)行了6種微生物殺菌試驗(yàn)，觀測(cè)到5 8.g%的微生物細(xì)胞破裂[3]。Kamihira等1987年發(fā)現(xiàn)，高壓C02對(duì)某些微生物有致死作用。Taniguchi等用C02氣體對(duì)一些熱敏性物質(zhì)進(jìn)行殺菌試驗(yàn)，并對(duì)嗜熱脂肪芽孢桿菌（Geobacillus stearothermophlilus）等產(chǎn)芽孢陽(yáng)性菌通過(guò)添加夾帶劑的方法，獲得了較好的殺菌效果[4-6]。Lin等人改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置，采用靜態(tài)加壓的方法對(duì)微生物的致死做了較為詳細(xì)的研究，酵母細(xì)胞的殺菌率達(dá)到7個(gè)對(duì)數(shù)值以上，或被完全殺滅[7]。Isenschmid等研究了高壓CO2對(duì)酵母細(xì)胞活性的影響，發(fā)現(xiàn)CO2在溶液中的濃度是影響酵母菌致死率的主要因素[8]。隨后Ballestra等針對(duì)大腸桿菌和真菌孢子的研究發(fā)現(xiàn)，提高溫度有助于增強(qiáng)CO：的殺菌作用[9-10]。Hong等研究了乳酸菌在高壓C02下的致死過(guò)程，推測(cè)高壓C02處理會(huì)給細(xì)胞膜帶來(lái)一定損傷。隨后幾年里，有許多學(xué)者針對(duì)不同的微生物展開(kāi)研究，在工藝條件合適的情況下，高壓C02能夠得到好的殺滅效果，滿足實(shí)用殺菌的要求[11-13]。

國(guó)內(nèi)研究狀況。賈世儒等以面包酵母為對(duì)象，考察了超臨界CO：對(duì)其活性影響[14]。結(jié)果表明，增加菌體含水量、延長(zhǎng)處理時(shí)間、提高壓力，均有利于提高殺滅效果。柏冰等報(bào)道，IMPa的CO2處理4min，可殺滅37.2%的啤酒酵母[15]，同時(shí)發(fā)現(xiàn)壓力、時(shí)間、酵母溶液濃度等參數(shù)對(duì)殺菌效果也有影響。廖小軍、胡曉松等于2006年開(kāi)展了超臨界C02對(duì)高純度辣根過(guò)氧化物酶（HRP）的酶活力及其二級(jí)和三級(jí)結(jié)構(gòu)的影響，揭示了酶失活機(jī)理[16]。廖小軍課題組還開(kāi)展了蘋果汁中接種大腸桿菌的殺菌試驗(yàn)研究，在合適的處理?xiàng)l件下（52℃，45MPa，30min）能夠達(dá)到7.66殺滅對(duì)數(shù)值。重慶大學(xué)鍋爐燃燒研究室與美國(guó)威斯康星大學(xué)的R.S.Amaon教授合作，設(shè)計(jì)并建造了高壓C02殺菌試驗(yàn)裝置，對(duì)高壓C02滅菌機(jī)理展開(kāi)了較為系統(tǒng)的試驗(yàn)研究[17]。

高壓CO2殺菌機(jī)理。關(guān)于高壓C02殺菌技術(shù)的研究報(bào)道很多，Garcia-Gonzalez等將高壓C02殺菌機(jī)制概括為以下7個(gè)步驟：二氧化碳溶解于微生物外部的介質(zhì)中;細(xì)胞膜的改性;微生物細(xì)胞內(nèi)部pH的降低;細(xì)胞內(nèi)部pH的降低引起關(guān)鍵酶的鈍化，進(jìn)而使細(xì)胞內(nèi)的新陳代謝受到抑制;分子態(tài)二氧化碳和碳酸氫根離子對(duì)新陳代謝的直接抑制效應(yīng);微生物內(nèi)部的電解質(zhì)平衡被打破;細(xì)胞或細(xì)胞膜中重要組分的流失。但這7個(gè)步驟中的大部分步驟并不是完全按順序進(jìn)行的，而是以非常復(fù)雜和相關(guān)的方式同時(shí)發(fā)生[18]。

三、高壓C02殺滅芽孢的效果

常規(guī)處理。Rao等對(duì)Bacillus subtilis使用高壓二氧化碳處理結(jié)合高溫（82℃以上）發(fā)現(xiàn)處理后芽孢的內(nèi)膜受到破壞，大量DPA釋放，孢核發(fā)生水合，芽孢失去抗性后被殺滅，并對(duì)高壓二氧化碳?xì)缪挎叩臋C(jī)制進(jìn)行總結(jié)，如圖1所示[19-20]。

協(xié)同處理。Spilimbergo等實(shí)驗(yàn)表明Bacillus subtilis在7.OMPa，75℃的條件下處理120min能夠達(dá)到7個(gè)對(duì)數(shù)值。其他協(xié)同方法還有添加乳酸鏈球菌素、抗菌素等物質(zhì)。Zhang等研究報(bào)道，高壓C02/H202協(xié)同處理（27.5MPa，60℃，240min，200ppm的H202）能夠殺滅Bacillus pumilus孢子超過(guò)6個(gè)對(duì)數(shù)值[21]。

四、小結(jié)

高壓C02殺菌還未形成系統(tǒng)的理論體系，技術(shù)研究較局限，成果不能共享，存在的問(wèn)題主要有以下方面：

實(shí)驗(yàn)條件模式化。研究者采用的對(duì)象偏向模式微生物，細(xì)胞懸液的制備都采用無(wú)菌水或緩沖液或轉(zhuǎn)接到指定基質(zhì)中進(jìn)行處理，與現(xiàn)實(shí)條件相差較大，應(yīng)根據(jù)具體加工對(duì)象更加有針對(duì)性地設(shè)計(jì)殺菌工藝參數(shù)，借鑒指示菌殺菌規(guī)律，使殺菌技術(shù)更貼近實(shí)際生產(chǎn)。

內(nèi)生芽孢的殺菌機(jī)制研究較少。由于芽孢核區(qū)含水量（40%）遠(yuǎn)低于營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞，細(xì)胞膜多且結(jié)構(gòu)致密，芽孢殼能夠阻止化學(xué)藥品滲入，對(duì)于營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞內(nèi)部pH降低的殺菌機(jī)制不適于解釋芽孢的殺菌處理。實(shí)現(xiàn)食品衛(wèi)生條件要求的6個(gè)對(duì)數(shù)值的殺菌要求，高壓C02處理芽孢和其他殺菌方法比不具優(yōu)勢(shì)。因此，采用相應(yīng)的協(xié)同方法就顯得重要。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)難以對(duì)結(jié)論形成有力支持。高壓C02可能直接殺滅微生物，也有可能造成的只是微生物損傷?，F(xiàn)有殺菌機(jī)理的大部分的結(jié)論是通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的觀察推測(cè)得到的，需要更明確的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的支持。

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