對超高壓殺菌技術現狀及影響殺菌效果因子的研究
■ 叢立生 丹東出入境檢驗檢疫局
王鐵龍 中國檢驗檢疫科學研究院
付 楠 中國檢驗檢疫科學研究院
田世民 中國檢驗檢疫科學研究院
張天軍 中國質量認證中心
摘 要：本文介紹我國超高壓殺菌技術研究的現狀，及其影響殺菌效果的關鍵因子：壓力大小和加壓時間、加壓方式、處理溫度、微生物、食物本身組成和添加物、pH 值、水分活度等等，通過研究關鍵因子，希望為以後的超高壓殺菌的研究起到推動和借鑒的作用。
關鍵詞：超高壓殺菌 現狀 殺菌效果 影響
隨著人們生活水平的提高，人們對食品的質量及產品的品質要求越來越高。人們總是去追求色澤好、形狀好、yingyangfengfudechanpin，erqiexiwangjinkenengdebaozhengchanpinanquan，butianjiafangfujiheqitahuaxuetianjiaji。zaiguantoushipinshajunfazhandelishichanghezhong，relishajunshiwomenzuichangshiyong、最為經濟的、最(zui)為(wei)有(you)效(xiao)的(de)殺(sha)菌(jun)方(fang)式(shi)，但(dan)是(shi)由(you)於(yu)其(qi)自(zi)身(shen)有(you)一(yi)定(ding)的(de)局(ju)限(xian)性(xing)，因(yin)此(ci)，我(wo)們(men)在(zai)不(bu)停(ting)的(de)追(zhui)尋(xun)新(xin)的(de)殺(sha)菌(jun)方(fang)式(shi)。利(li)用(yong)超(chao)高(gao)壓(ya)技(ji)術(shu)加(jia)工(gong)產(chan)品(pin)就(jiu)是(shi)其(qi)發(fa)展(zhan)的(de)一(yi)個(ge)方(fang)向(xiang)。它(ta)能(neng)夠(gou)有(you)效(xiao)地(di)克(ke)服(fu)傳(chuan)統(tong)熱(re)加(jia)工(gong)處(chu)理(li)方(fang)法(fa)帶(dai)來(lai)的(de)很(hen)多(duo)弊(bi)端(duan)，能(neng)夠(gou)較(jiao)好(hao)的(de)保(bao)持(chi)物(wu)料(liao)原(yuan)有(you)的(de)營(ying)養(yang)成(cheng)分(fen)，而(er)且(qie)加(jia)工(gong)活(huo)食(shi)品(pin)的(de)口(kou)感(gan)適(shi)宜(yi)、色澤鮮豔、保bao質zhi期qi較jiao長chang，而er且qie整zheng個ge食shi品pin加jia工gong過guo程cheng的de能neng量liang消xiao耗hao也ye較jiao傳chuan統tong的de加jia工gong工gong藝yi有you著zhe很hen大da程cheng度du地di降jiang低di。本ben文wen結jie合he研yan究jiu了le超chao高gao壓ya殺sha菌jun技ji術shu現xian狀zhuang及ji殺sha菌jun的de特te點dian ，旨在推動我們國家在罐頭食品超高壓殺菌技術方麵的研究和應用。
1 超高壓殺菌技術現狀
超高壓加工技術（Ultra high-pressure processing）, 又稱高靜水壓加工技術（High hydrostatic pressure processing）或高壓加工技術（High-pressure processing）, 是指媒介物（通常是液體介質，如水）在極高的壓力（例如100~1000MPa）下產生蛋白質變性、澱粉糊化，進而引起酶鈍化、微生物滅活、組織改性等物理化學生物效應，從而達到食品安全保藏及改性。
早在1899 年，美國化學家Bert、Hite 就證明了牛奶、果蔬和其他食品、飲料中的微生物對壓力的敏感，並證明高壓處理能夠延長食品的貨架期。1914 年，美國物理學家Briagmum 提出了在靜水壓500MPa下蛋白質凝固，700MPa 形成凝膠的報告。高壓在食品工業上的應用，有日本京都大學林力丸教授於1986 年提出，並於1991 年4 月日本開發了首個高壓食品—果醬。直到今天，世界上許多國家都對高壓食品加工原理、方fang法fa和he技ji術shu細xi節jie及ji應ying用yong前qian景jing進jin行xing了le廣guang泛fan深shen入ru的de研yan究jiu，並bing應ying該gai開kai始shi向xiang市shi場chang供gong應ying超chao高gao壓ya食shi品pin。在zai歐ou洲zhou，已yi經jing開kai發fa出chu了le許xu多duo水shui果guo和he熟shu食shi等deng超chao高gao壓ya產chan品pin。近jin年nian來lai，我wo國guo也ye已yi經jing對dui高gao壓ya設she備bei和he超chao高gao壓ya食shi品pin進jin行xing研yan究jiu。
1.1 超高壓殺菌技術特點
根據帕斯卡原理，在食品殺菌過程中液體可以瞬間均勻地傳遞到整個食品，與食品的幾何尺寸、形狀、體ti積ji等deng無wu關guan，食shi物wu受shou壓ya均jun一yi，壓ya力li傳chuan遞di速su度du快kuai，而er且qie不bu存cun在zai壓ya力li梯ti度du，使shi得de殺sha菌jun過guo程cheng較jiao為wei簡jian單dan，能neng耗hao也ye明ming顯xian降jiang低di。固gu態tai食shi品pin和he液ye態tai食shi品pin的de處chu理li工gong藝yi不bu同tong。固gu態tai食shi品pin如ru肉rou、禽、魚、水果等需裝在耐壓、無毒、柔韌並能傳遞壓力的軟包裝內，進行真空密封包裝，以避免壓力介質混入，然後置於超高壓容器中，進行加壓處理。處理工藝是升壓—保壓—卸壓三個過程，通常進料、卸料為不連續方式生產。液態食品如果汁、奶、飲料、酒(jiu)等(deng)，一(yi)方(fang)麵(mian)可(ke)像(xiang)固(gu)態(tai)食(shi)品(pin)一(yi)樣(yang)用(yong)容(rong)器(qi)由(you)壓(ya)力(li)介(jie)質(zhi)從(cong)外(wai)圍(wei)加(jia)壓(ya)處(chu)理(li)。也(ye)可(ke)以(yi)直(zhi)接(jie)以(yi)被(bei)加(jia)工(gong)食(shi)品(pin)取(qu)代(dai)水(shui)作(zuo)為(wei)壓(ya)力(li)介(jie)質(zhi)，但(dan)密(mi)封(feng)性(xing)要(yao)求(qiu)嚴(yan)格(ge)，處(chu)理(li)工(gong)藝(yi)為(wei)升(sheng)壓(ya)—動態保壓—卸壓三個過程，用第二種方法可進行連續方式生產。
1.2 超高壓殺菌對微生物的影響
我們知道微生物的熱力致死是由於細胞膜結構變化（損傷）、酶的失活、蛋白質的變性、DNA 直接或間接的損傷等主要原因引起的。超高壓能破壞氫鍵之類的結合鍵，使基本物性變異，產生蛋白質的壓力凝固及酶的失活；還能使菌體內成分產生泄漏和細胞膜破裂等多種菌體損傷。
食品超高壓殺菌，即將食品物料以某種方式包裝好之後， 放人液體介質中，在100MPa ～1000MPa 壓力下作用一段時間， 使之達到滅菌要求。極高的靜壓會影響細胞的形態，高壓對細胞膜、xibaobidouyouyingxiang。zaiyalizuoyongxia，xibaomolinzhishuangfenzicengjiegouderongjisuizhemeiyilinzhifenzihengqiemianjidesuoxiaoershousuo。yaliyinqidexibaomogongnengliehuajiangdaozhianjisuanshequshouyi。
1.3 超高壓殺菌對酶的影響
蛋白質三級結構是形成酶活性中心的基礎，超高壓作用使維持蛋白質三級結構的鹽鍵、shushuijianyijiqingjiandenggezhongcijijianbeipohuai，daozhisanjijiegoubengkui，shimeidehuoxingzhongxinfashenggaibianhuosangshihuoxingzhongxin，congergaibianqimeicuihuahuoxing。meidehuoxingyibansuizheshijiayalidetigaoxianshangshenghouxiajiang，zaijiaodideyalixia，meideshihuotongchangshikenide，youshihaihuizaochengmeihuoxingdezengqiang。erzaijiaogaodeyalixia，meihuoxingxianzhuxiajiang，qieweibukenideshihuo。meidehuoxingyibansuizheshijiayalishijiandeyanchangzhujianxiajiang，danchaoguobanxiaoshiyishangyingxiangbuzaixianzhu。jianxieshidejiayaduiyixiemeidedunhuaxiaoguoyaobidanchundelianxujiayahaoyixie。tixizhongcunzaidedanbaizhi、糖、脂肪和一些可溶性的鹽類等都對酶具有一定的保護作用，使酶的耐壓性有所提高。
1.4 超高壓殺菌對產品品質的影響
由於超高壓對共價鍵的影響較小，因此超高壓本身對產品品質，如顏色、fengweiheyingyangchengfenpohuaijiaoxiao，danshichaogaoyahuipohuaixibao，shiyuanbenfenqudediwuhemeiyouwanquanmiehuodejiechu，congeryinfayixieliefuzadehuaxuefanying。ciwai，bunengwanquanmiehuodeweishengwuduichanpinpinzhiyeyouzhongyaoyingxiang。
1.4.1 超高壓殺菌對食品營養成分的影響
目前已有很多的研究表明，除極端高壓外，一般強度的高壓不會影響產品中維生素的含量。Polydera 等比較了還原橙汁的超高壓處理（500MPa,35℃，5min）與傳統熱處理（80℃， 30sec）效果, 發現前者Vc 降解較慢，而且顏色幾乎沒有受到影響。同Vc 類似，維生素B 族在室溫的高壓下比較穩定，但是隨著溫度或是壓力的升高其分解加快。
總的來說，壓力對維生素等營養物質影響較小，但極端條件（如極高壓、高溫）會導致營養物質的大量損失。
1.4.2 超高壓殺菌對果蔬食品顏色的影響
常chang溫wen高gao壓ya不bu影ying響xiang葉ye綠lv素su，甚shen至zhi顏yan色se更geng深shen，但dan由you於yu細xi胞bao被bei破po壞huai，葉ye綠lv素su呈cheng遊you離li態tai，在zai貯zhu藏zang期qi間jian易yi發fa生sheng氧yang化hua使shi顏yan色se變bian化hua。相xiang比bi之zhi下xia，高gao溫wen高gao壓ya處chu理li使shi酶mei完wan全quan鈍dun化hua而er不bu會hui導dao致zhi貯zhu藏zang期qi間jian顏yan色se的de變bian化hua。同tong樣yang的de，花hua青qing素su在zai常chang溫wen高gao壓ya處chu理li下xia比bi較jiao穩wen定ding，但dan在zai貯zhu藏zang期qi會hui發fa生sheng變bian化hua。
除了色素的變化，貯藏期間的酚類物質的酶促褐變也是高壓果蔬變色的重要原因。Palou 等發現香蕉漿的PPO 活性與25℃貯藏的褐變率正相關。因此，PPO 的鈍化成為抑製褐變的關鍵。Lopez-Malo 等指出鱷梨汁的顏色變化依賴於超高壓處理後殘留的PPO 活性及貯藏溫度，超高壓結合低pH 可以有效抑製鱷梨汁的PPO 活性。另外超高壓處理使果蔬組織結構發生變化，組織結構和色素交互作用也影響著果蔬的顏色和透明度。
1.4.3 超高壓殺菌對果蔬食品風味的影響
通(tong)常(chang)認(ren)為(wei)超(chao)高(gao)壓(ya)處(chu)理(li)不(bu)會(hui)改(gai)變(bian)果(guo)蔬(shu)的(de)新(xin)鮮(xian)風(feng)味(wei)，因(yin)為(wei)超(chao)高(gao)壓(ya)殺(sha)菌(jun)不(bu)影(ying)響(xiang)風(feng)味(wei)分(fen)子(zi)的(de)共(gong)價(jia)結(jie)構(gou)。然(ran)而(er)，由(you)於(yu)超(chao)高(gao)壓(ya)會(hui)增(zeng)強(qiang)或(huo)是(shi)抑(yi)製(zhi)酶(mei)促(cu)及(ji)非(fei)酶(mei)促(cu)反(fan)應(ying)，因(yin)此(ci)可(ke)以(yi)間(jian)接(jie)地(di)改(gai)變(bian)一(yi)些(xie)風(feng)味(wei)物(wu)質(zhi)的(de)含(han)量(liang)並(bing)幹(gan)擾(rao)果(guo)蔬(shu)中(zhong)風(feng)味(wei)的(de)平(ping)衡(heng)，從(cong)而(er)間(jian)接(jie)地(di)導(dao)致(zhi)其(qi)他(ta)風(feng)味(wei)的(de)產(chan)生(sheng)。例(li)如(ru)800MPa20℃處理20min 改變了草莓漿的風味，產生一些顯得化合物，如r- 內酯，這種風味與桃子相似； 400MPa 室溫處理20min 草莓漿中乙醛含量翻倍。
盡管高壓不能完全保持果蔬原有的新鮮風味，但較之於對風味破壞更加嚴重的傳統熱加工來說，該方法依然有著很好的前景。
2 影響殺菌效果因素
和熱力殺菌一樣，超高壓殺菌效果也與諸多因素有關係， 這裏我們借鑒熱力殺菌中對這些因素的稱呼，也稱之為“關鍵因子”。超高壓殺菌中的關鍵因子主要有：壓力大小和加壓時間、加壓方式、處理溫度、微生物、食物本身組成和添加物、pH 值、水分活度等等。根據產品的不同這些關鍵因子影響的順序和大小是不一樣的，因此我們要對此進行評估。
2.1 壓力大小和加壓時間的影響
zaiyidingfanweinei，yaliyuegaomiejunxiaoguoyuehao，xiangtongyalixia，miejunxiaoguosuimiejunshijiandeyanchangyeyouyidingchengdudetigao。fuyufeiyabaoleiweishengwu，shiyafanweiweinei300 ～ 600MPa 時有可能全部致死， 對於芽孢類微生物，有的可在1000MPa 的壓力下生存，對於這類微生物，施壓範圍在300MPa 以yi下xia時shi，反fan而er會hui促cu進jin芽ya孢bao發fa芽ya。池chi元yuan斌bin研yan究jiu了le高gao壓ya對dui鮮xian牛niu奶nai中zhong細xi菌jun行xing為wei的de影ying響xiang，鮮xian牛niu奶nai中zhong細xi菌jun菌jun落luo的de尺chi寸cun取qu決jue於yu處chu理li壓ya力li的de高gao低di以yi及ji齙bao牙ya時shi間jian的de長chang短duan。保bao壓ya時shi間jian越yue長chang，處chu理li壓ya力li越yue高gao，細xi菌jun菌jun落luo直zhi徑jing越yue小xiao。
2.2 加壓方式
caiyongjianxieshijiayashajundefangshishajunxiaoguomingxianyouyulianxushijiayashajunxiaoguo，xuduoyanjiurenyuanrenweizheshiyouyudiyicijiayahuiyinqiyabaofaya，diercijiayazeshizhexiefayaerchengdeyingyangxibaoshasi。yinerduiyuyishouyabaojunwurandeshiwuyongchaogaoyaduocizhongfuduanshichuli， 殺滅芽孢的效果較好。
2.3 處理溫度
受shou壓ya時shi的de溫wen度du對dui於yu滅mie菌jun效xiao果guo有you明ming顯xian的de影ying響xiang。在zai高gao溫wen和he低di溫wen下xia，高gao壓ya對dui於yu微wei生sheng物wu的de活huo性xing影ying響xiang都dou比bi較jiao敏min感gan。微wei生sheng物wu本ben身shen就jiu怕pa高gao溫wen，因yin此ci有you高gao溫wen的de協xie同tong，高gao壓ya滅mie菌jun效xiao果guo大da大da提ti高gao。低di溫wen下xia， yalihuishidexibaoneibingjingxichuerpoliedechengdujiaju，suoyidiwenduiyugaoyamiejunyeyoucujinzuoyong。duiyidingnongdudetangrongye，zaibutongwenduxiajinxinggaoyashajun，zaitongyangdeyalixia，shasitongdengshuliangdexijun，zewendugao，suoxushajunshijianduan。yinweizaiyidingwenduxia，weishengwudanbaizhi、酶等成分均會發生一定程度的變性。因此，根據不同食品的需要， 在對食品各個方麵的品質沒有明顯影響的情況下，適當提高溫度對高壓殺菌有促進作用。
2.4 微生物的種類與特性
不bu同tong生sheng長chang期qi的de微wei生sheng物wu對dui壓ya力li反fan應ying不bu同tong。一yi般ban地di說shuo，處chu於yu指zhi數shu生sheng長chang期qi的de微wei生sheng物wu比bi處chu於yu靜jing止zhi生sheng長chang期qi的de微wei生sheng物wu對dui壓ya力li反fan應ying更geng敏min感gan。革ge蘭lan氏shi陽yang性xing菌jun比bi革ge蘭lan氏shi陰yin性xing菌jun對dui壓ya力li更geng具ju抗kang性xing，革ge蘭lan氏shi陰yin性xing菌jun的de細xi胞bao膜mo結jie構gou更geng複fu雜za而er更geng易yi受shou壓ya力li等deng環huan境jing條tiao件jian的de影ying響xiang而er發fa生sheng結jie構gou的de變bian化hua。孢bao子zi對dui於yu壓ya力li的de抵di抗kang力li更geng強qiang。芽ya孢bao類lei細xi菌jun， 同非芽胞類的細菌相比，其耐壓性很強，當靜壓超過100MPa 時，許多非芽胞類的細菌都失去活性，但芽孢類細菌則可在高達1200MPa 的壓力下存活。革蘭氏陽性菌中的芽孢杆菌屬和梭狀芽孢杆菌屬的芽孢最為耐壓。
2.5 食物本身的組成和添加物
超高壓殺菌時，各種食品的物理、化學性質不同，使用的壓力要求也不同，例如：用300MPa 的壓力可滅活豬肉糜中腐敗菌和食物中毒菌，而且含菌量隨著施壓時間的延長而逐漸減少， 而滅活橙汁中的酵母、黴菌，所需的壓力低得多。在高壓下，食品的化學成分對滅菌效果有明顯作用。蛋白質、脂類、碳水化合物對微生物有緩衝保護作用，而且這些營養物質加速了微生物的繁殖和自我修複功能。Kanjiro Takahashi 研究了低溫下共存物對高壓滅菌效果的影響，選用的物質分別為NaCl、蛋清、葡萄糖、豬油，在不同壓力和不同溫度下處理，均證明這些物質的存在使微生物存活率提高。 食品基質含有的添加劑組分對超高壓滅菌影響很大，但有些食品在高壓殺菌時可考慮使用天然抑菌劑，其協同效應使處理壓力降低。
2.6 pH 值
每一種微生物生長繁殖所適應的pH 值都有一定的範圍， 氫離子濃度對其生命活動影響 很hen大da。高gao濃nong度du的de氫qing離li子zi可ke起qi菌jun體ti表biao麵mian蛋dan白bai質zhi和he核he酸suan水shui解jie，並bing破po壞huai酶mei類lei活huo性xing。因yin此ci酸suan性xing環huan境jing不bu利li於yu多duo數shu微wei生sheng物wu的de正zheng常chang生sheng長chang，這zhe也ye是shi第di一yi代dai高gao壓ya食shi品pin以yi酸suan性xing食shi品pin，如ru果guo醬jiang、果汁等為主的原因之一。Roberts 報道pH 4 ～ 7 的範圍內，以pH4 對凝結芽孢杆菌孢子的壓力致死效果最好。Kajiyama 以大腸杆菌苗懸液為對象，發現加壓時間相同時， pH 7 ～ 8.8，400MPa 的處理與pH 4.4 ～ 5，300MPa 具有相同的致死率。Cola 等人對杏蜜中的啤酒酵母施以700MPa 的高壓滅菌有pH 3.5 優於 pH 5.0 的結論。當然，也有不同結論。Oxen 用200 ～ 400MPa 處理魯伯紅酵母，結果pH3.0 ～ 8.0 的範圍內結果差別不大。這可能是由於該試驗中，水分活度的影響占了主要地位。總的來看，高壓酸性食品的研究比較全麵， 而關於超高壓對低酸性食品的作用則需要對更多的實驗數據進行評估。
2.7 水分活度
shuifenhuodushizhishipinzhongshuidezhengqiyahegaiwenduxiachunshuidebaohezhengqiyadebizhi。butongleiqunweishengwushengchangfanzhidezuidishuifenhuodufanweibutong，daduoshuxijunwei0.99 ～ 0.94， 大多數黴菌為0.94～ 0.80， 大多數耐鹽細菌為0.75，耐幹燥黴菌和耐高滲透壓酵母為0.65 ～ 0.60。在水分活度低於0.60 時，絕大多數微生物就無法生長。所以 水分活度對滅菌效果影響很大。
阮征等的實驗是用蔗糖等調節水分活度，結果表明，水分活度低於0.94 時，室溫下400MPa 處理紅酵母15min 所產生的致死作用會受到抑製。30℃，水分活度為0.96，400MPa 時， 15min 的處理可使酵母細胞減少1 個數量級；當水分活度減至0.94，酵母失活不足兩個數量級；當水分活度低於0.91，jihumeiyoushihuoxianxiang。yanjiubiaoming，shuifenhuodudaxiaoduiweishengwudikangyalifeichangguanjian，duiyugutiyubangutishipindechaogaoyamiejun，kaolvshuifenhuodudedaxiaoshifenzhongyao。
三 結論
chaogaoyashajunjishuzaiguoneiwairiquchengshu，congzaiwoguoyingyongfangmianlaikan，yequdeleyidingdefazhan，yinqilerenmendeguangfanzhongshi。chaogaoyajishujuyouchuantongrejiagongjishuwufabinideyoushi，yinciyeshiwomenweilaifazhandefangxiangzhiyi。
針zhen對dui我wo國guo出chu口kou食shi品pin農nong產chan品pin逐zhu年nian增zeng加jia的de現xian狀zhuang，我wo們men迫po切qie需xu要yao提ti高gao我wo們men的de產chan品pin競jing爭zheng力li，那na麼me在zai高gao壓ya殺sha菌jun領ling域yu裏li麵mian，我wo們men怎zen麼me才cai能neng夠gou取qu得de更geng大da的de發fa展zhan。我wo們men針zhen對dui特te定ding食shi品pin選xuan擇ze特te定ding的de殺sha菌jun工gong藝yi，優you化hua殺sha菌jun參can數shu，積ji累lei數shu據ju，從cong而er保bao證zheng超chao高gao壓ya食shi品pin的de安an全quan性xing。同tong時shi，應ying積ji極ji研yan究jiu超chao高gao壓ya與yu關guan鍵jian因yin子zi的de關guan係xi，調tiao節jie好hao產chan品pin，關guan鍵jian因yin子zi，殺sha菌jun協xie同tong的de關guan係xi，從cong而er獲huo得de良liang好hao的de超chao高gao壓ya殺sha菌jun效xiao果guo。是shi超chao高gao壓ya處chu理li的de食shi品pin符fu合he21 世紀食品簡便、衛生、天(tian)然(ran)和(he)營(ying)養(yang)的(de)消(xiao)費(fei)要(yao)求(qiu)，不(bu)僅(jin)如(ru)此(ci)，超(chao)高(gao)壓(ya)殺(sha)菌(jun)技(ji)術(shu)還(hai)是(shi)我(wo)們(men)節(jie)能(neng)減(jian)排(pai)，節(jie)約(yue)成(cheng)本(ben)的(de)發(fa)展(zhan)方(fang)向(xiang)，同(tong)樣(yang)也(ye)可(ke)以(yi)提(ti)高(gao)我(wo)國(guo)產(chan)品(pin)在(zai)世(shi)紀(ji)商(shang)品(pin)中(zhong)的(de)競(jing)爭(zheng)力(li)。
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