馬亞琴，賈蒙，成傳香，王鵬旭

(西南大學(xué)柑桔研究所，國(guó)家柑桔工程技術(shù)研究中心，重慶，400712)

隨著生活水平的提高，一些最少加工、即食(ready-to- eat，RTE)的新鮮食品越來(lái)越受到消費(fèi)者的青睞。同時(shí)，食品安全事故的頻發(fā)以及傳統(tǒng)殺菌工藝的局限性引發(fā)了大眾對(duì)新型食品安全的關(guān)心和非熱加工技術(shù)(如超高壓、高壓脈沖、紫外輻照、超聲波、微波技術(shù)等)的期待。在確保食品生產(chǎn)安全的同時(shí)滿足營(yíng)養(yǎng)、無(wú)添加的高品質(zhì)食品是當(dāng)今的消費(fèi)趨勢(shì)，非熱殺菌技術(shù)亦成為食品加工領(lǐng)域的主流研究熱點(diǎn)。其中，超高壓處理(high pressure processing，HPP) 能通過(guò)施加壓力(100～1 000 MPa)滅活食品中存在的致病菌及腐敗菌，從而延長(zhǎng)食品貨架期[1]。HPP是一種多靶點(diǎn)殺菌技術(shù)，其利用壓力改變分子間距，致使微生物細(xì)胞形態(tài)改變，并破壞生物高分子物質(zhì)(蛋白質(zhì)和碳水化合物等)立體結(jié)構(gòu)的非共價(jià)鍵，抑制酶活性和遺傳物質(zhì)復(fù)制等，從而引起細(xì)胞膜、細(xì)胞壁、核糖體等細(xì)胞器的功能改變或損失，這些損傷累積最終導(dǎo)致細(xì)胞死亡[2]。由于HPP不會(huì)使分子的共價(jià)鍵斷裂，對(duì)食品內(nèi)部化學(xué)變化影響較小；其非熱特性亦能較好地保留食品的感官品質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)成分[3]?；谶@一優(yōu)勢(shì)，全球已有近400套HPP設(shè)備投入到新型食品(有機(jī)食品、保健食品)的加工生產(chǎn)，HPP也成為最早商業(yè)化的非熱殺菌技術(shù)[4]。

但在HPP的工業(yè)化實(shí)施中，仍然存在一些重要的科學(xué)和技術(shù)難題懸而未決，除了生產(chǎn)中存在的殺菌效果不穩(wěn)定、間歇處理缺陷和工藝復(fù)雜性等問(wèn)題外，研究人員對(duì)超高壓加工中微生物(耐壓性芽孢以及亞致死菌等)失活機(jī)制的有限認(rèn)知也是制約因素之一[5]。因此，本文綜述了HPP技術(shù)對(duì)食品中微生物的影響，通過(guò)闡述HPP致死食品中微生物的內(nèi)外因子、發(fā)生機(jī)制以及與其他技術(shù)聯(lián)用增強(qiáng)微生物的致死作用或抑制作用，有助于HPP有效降低食品安全隱患和進(jìn)一步商業(yè)化。

1 HPP技術(shù)對(duì)食品中微生物的作用效果

食品中眾多營(yíng)養(yǎng)成分是微生物生長(zhǎng)繁殖的豐富營(yíng)養(yǎng)源，因此在HPP加工過(guò)程中，微生物滅活對(duì)提高其安全性和延長(zhǎng)貨架期至關(guān)重要。表1列出了HPP處理對(duì)食品中部分微生物的殺菌效果，除了HPP對(duì)干腌火腿切片的殺菌效果不顯著外，其余結(jié)果表明多數(shù)致病菌和腐敗微生物在HPP后能顯著減少。然而，HPP處理后可誘導(dǎo)部分微生物損傷，使其細(xì)胞完整性損失，同時(shí)保持一定的生理活性，在特定條件下能自我修復(fù)為正常細(xì)胞，這種現(xiàn)象被稱為微生物的亞致死效應(yīng)(sublethal effects)[6]。根據(jù)HPP處理后微生物的損傷程度，可將其分為3種不同的生理狀態(tài)，即死亡細(xì)胞、正常細(xì)胞和亞致死細(xì)胞[7]。由于亞致死細(xì)胞特性改變，以至于在常規(guī)檢測(cè)中常被低估或忽略，如果在殺菌過(guò)程中不對(duì)其完全殺滅，將會(huì)很大程度上給食品工業(yè)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失及安全隱患[6]，因此有必要對(duì)HPP引起微生物失活或亞致死效應(yīng)的作用條件進(jìn)行研究，進(jìn)一步改善其殺菌效果。

2 影響HPP殺菌效果的內(nèi)外因子

為了研究HPP作用于微生物的效果，需要針對(duì)HPP新技術(shù)開(kāi)發(fā)出有關(guān)其預(yù)測(cè)模型、動(dòng)力學(xué)參數(shù)以及規(guī)范化工藝流程的廣泛數(shù)據(jù)庫(kù)。但此前有關(guān)HPP加工食品的大多數(shù)動(dòng)力學(xué)信息(kinetics information)比較分散，且研究人員對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析通常依賴于線性動(dòng)力學(xué)模型，即假設(shè)在等壓和等溫條件下，微生物數(shù)量變化與其濃度成正比。此外，大多數(shù)關(guān)于HPP誘導(dǎo)微生物失活的研究都集中在壓力效應(yīng)上，而忽略了食品基質(zhì)、加壓媒介及其與容器壁和食品之間熱交換的影響[15]。因此研究人員報(bào)道了一些與線性模型存在顯著偏差的失活曲線，如凸型曲線(失活曲線上存在肩部現(xiàn)象)、凹型曲線(失活曲線上存在拖尾現(xiàn)象)、S型曲線(肩部現(xiàn)象和拖尾現(xiàn)象同時(shí)存在)等，并開(kāi)發(fā)出一些非線性失活曲線模型如Weibull模型、Baranyi模型、修正Gompertz模型以及對(duì)數(shù)邏輯函數(shù)，以便更準(zhǔn)確地描述HPP在各種食品中的微生物滅活效果[14]。如PELRG等[16]首先將Weibull模型用于模擬微生物的失活曲線，表明微生物的失活曲線上存在肩部現(xiàn)象是由于微生物在失活前存在損傷累積的過(guò)程，當(dāng)其超過(guò)了微生物可承受的臨界水平，就會(huì)造成微生物的大量失活；而曲線上存在拖尾現(xiàn)象是因?yàn)闅埩舻奈⑸飳?duì)壓力(或溫度)存在了抗性。造成微生物非線性失活曲線現(xiàn)象的原因可能與微生物種類以及各種不同處理參數(shù)的差異相關(guān)[17]。其他的非線性模型也解釋了微生物受到多種致死效應(yīng)的共同作用，其中壓力誘導(dǎo)細(xì)胞膜損傷是HPP致死微生物的主導(dǎo)因素，在復(fù)雜的加工環(huán)境中，微生物失活還受到工藝參數(shù)、食品基質(zhì)、微生物特征等因素的影響，具體如表2所示。

表1 HPP處理對(duì)不同食品樣品中微生物的影響Table 1 Effects of HPP treatment on microorganisms in different media.

表2 影響HPP滅活微生物的因素Table 2 Factors affecting HPP inactivated microorganisms

2.1 工藝參數(shù)

2.1.1 壓力

微生物在HPP下的失活同時(shí)受到多種因素影響，其中壓力是致死微生物的主要因素，壓力可能導(dǎo)致細(xì)胞膜中脂質(zhì)從凝膠向水合物的晶體結(jié)構(gòu)改變，從而降低膜流動(dòng)性；當(dāng)高壓破壞細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)時(shí)，微生物對(duì)營(yíng)養(yǎng)的吸收受到影響，細(xì)胞內(nèi)積累的廢物清除受阻，正常代謝途徑被破壞[14]。因此，低壓水平(20～180 MPa)通常導(dǎo)致細(xì)胞亞致死性損傷；高壓(200～400 MPa)會(huì)使微生物細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)或酶發(fā)生不可逆變性，胞內(nèi)物質(zhì)泄漏，最終導(dǎo)致微生物失活[18]；ATES等[19]在35 ℃用400 MPa的壓力處理李斯特菌(L.monocytogenes)5 min后，其數(shù)量從5 lgCFU/mL降低到檢測(cè)限以下(<1 lgCFU/mL)，但在4℃貯藏6周后，其數(shù)量上升至2.00～3.2 lg CFU/mL；當(dāng)壓力升高至685 MPa時(shí)，李斯特菌在貯藏期間未被檢出。EVERT-ARRIAGADA等[12]也報(bào)道了隨著壓力的降低，李斯特菌數(shù)量能夠在貯藏期間迅速提升，說(shuō)明低壓引起的應(yīng)激能夠誘導(dǎo)亞致死細(xì)胞修復(fù)系統(tǒng)表達(dá)，使微生物在逐漸修復(fù)為正常狀態(tài)，或者對(duì)壓力適應(yīng)，對(duì)食品造成了潛在危害(如圖1所示)[3]。因此應(yīng)用HPP對(duì)食品殺菌時(shí)，適當(dāng)?shù)靥嵘龎毫捎行嵘⑸锏闹滤缆?，但壓力過(guò)高則會(huì)對(duì)食品感官品質(zhì)造成不利影響，同時(shí)需要將耗能問(wèn)題考慮在內(nèi)。

圖1 微生物在壓力下的損傷、修復(fù)和抵抗反應(yīng)[3]Fig.1 Microbial damage, repair and resistance under stress

2.1.2 溫度

溫度是影響HPP致死微生物效果的另一重要因素，其對(duì)微生物生長(zhǎng)代謝和存活與否有著重要的影響。在常溫條件下，隨著溫度升高，HPP能明顯提高微生物的致死率；胡友棟[20]選用不同溫度梯度(20～60℃)在相同壓力下(400 MPa)處理胡柚汁10 min后，發(fā)現(xiàn)溫度上升導(dǎo)致了菌落總數(shù)下降了3.00～4.20 lg CFU/g；酵母菌和霉菌下降了2.60～4.10 lg CFU/g，致死率明顯提升。ATES等[19]發(fā)現(xiàn)提高壓力/溫度(20～50℃)能夠提高亞致死菌比率。這可能是因?yàn)檩^低溫度導(dǎo)致了可逆的細(xì)胞滲透，使其耐鹽性喪失而發(fā)生損傷。此外，低溫條件(≤0℃)也有助于提升HPP的殺菌效果，因?yàn)榈蜏芈?lián)合壓力處理能使微生物細(xì)胞內(nèi)冰晶析出，細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)被破壞，蛋白質(zhì)更容易發(fā)生變性[21]?？傊?，在溫度協(xié)同壓力條件下，增加溫度可使壓力所導(dǎo)致可逆的細(xì)胞膜損傷或結(jié)構(gòu)損傷轉(zhuǎn)換為不可逆的蛋白質(zhì)變性或代謝損傷，最終導(dǎo)致微生物死亡[22]。

2.1.3 保壓時(shí)間

壓力條件相同時(shí)，延長(zhǎng)保壓時(shí)間對(duì)微生物致死率也有一定程度的提高。這是因?yàn)槲⑸锛?xì)胞體積隨著保壓時(shí)間的增加而逐漸減小，水和溶液(如Ca2+和Mg2+)向細(xì)胞外擴(kuò)散，從而對(duì)微生物的生理過(guò)程產(chǎn)生重要影響，最終導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)發(fā)生不可逆的滲漏，造成微生物死亡[23]。孫兆遠(yuǎn)等[24]采用不同保壓時(shí)間的HPP條件(400 MPa，30℃)對(duì)鮮切蓮藕殺菌，發(fā)現(xiàn)HPP能在5～10 min迅速殺死絕大部分微生物，當(dāng)保壓時(shí)間>15 min，菌落總數(shù)下降速度明顯減緩；同樣，孫新生[25]應(yīng)用HPP對(duì)低溫火腿殺菌時(shí)也發(fā)了這一現(xiàn)象。因此，在殺菌過(guò)程中具體的保壓時(shí)間設(shè)定可能基于各種內(nèi)外因素而異，而微生物只有在最初施加壓力的一段時(shí)間內(nèi)才能大幅度減少，過(guò)長(zhǎng)的施壓時(shí)間會(huì)導(dǎo)致部分微生物通過(guò)應(yīng)激反應(yīng)來(lái)適應(yīng)壓力[26]。為此，加壓方式也被考慮作為一種影響殺菌效果的因素。

2.1.4 加壓方式

HPP根據(jù)其加壓方式可分為連續(xù)性加壓和間歇性加壓2種方式。間歇性加壓又稱為循環(huán)壓力或脈沖壓力，即在一個(gè)循環(huán)過(guò)程中，通過(guò)快速、反復(fù)地施加壓力并釋放壓力，使微生物在多次循環(huán)壓力下更容易發(fā)生亞致死損傷，且這種損傷在循環(huán)壓力下不斷加大，最終導(dǎo)致微生物死亡[3]。因此相對(duì)于延長(zhǎng)保壓時(shí)間(連續(xù)性加壓)，間歇性加壓對(duì)微生物的致死率更大[27]。WANG等[11]發(fā)現(xiàn)同樣HPP條件(300 MPa，0 ℃，5 min)下，連續(xù)壓力對(duì)大腸桿菌的破壞作用更大，但產(chǎn)生了大量亞致死細(xì)胞，而2次循環(huán)壓力的累積有效增加了大腸桿菌的致死效果。此外，HPP在誘導(dǎo)芽孢萌發(fā)的過(guò)程中，芽孢會(huì)對(duì)壓力敏感。此時(shí)應(yīng)用循環(huán)壓力處理芽孢，相比持續(xù)加壓更有效，因?yàn)橹貜?fù)的快速減壓會(huì)對(duì)其造成更高的傷害，滅活萌發(fā)的芽孢[28]。但有關(guān)循環(huán)壓力的報(bào)道較少，可能是因?yàn)檠h(huán)壓力耗能更高，且會(huì)縮短設(shè)備使用壽命。因此還需要將加壓和減壓速率等因素考慮在內(nèi)并對(duì)其深入研究，以綜合評(píng)估HPP應(yīng)用于食品工業(yè)化生產(chǎn)的有效性和適應(yīng)性。

2.2 食品基質(zhì)

在復(fù)雜的食品基質(zhì)中，食品的組成成分及其性質(zhì)對(duì)HPP作用于微生物的效果密切相關(guān)，因而被認(rèn)為是提高微生物耐壓性和降低滅活程度的重要因素，并會(huì)進(jìn)一步導(dǎo)致亞致死性受損細(xì)胞在貯藏期間恢復(fù)[29]。NASIOWSKA等[30]發(fā)現(xiàn)HPP處理的胡蘿卜汁對(duì)亞致死性損傷李斯特菌的生長(zhǎng)和再生有一定促進(jìn)作用，而HPP處理的甜菜根汁相對(duì)比較安全。此外，由于食品中某些成分對(duì)微生物細(xì)胞具有保護(hù)作用，因此HPP處理緩沖液或培養(yǎng)基中微生物的失活數(shù)據(jù)并不能直接應(yīng)用于HPP食品加工中。

2.2.1 食品成分

食物中各種成分，如蛋白質(zhì)、糖和鹽含量在一定程度上可能對(duì)微生物起到保護(hù)作用，增加它們對(duì)壓力的抵抗力。高濃度的糖可降低食品水分活度(aw)，從而間接為微生物提供壓力保護(hù)(baroprotection)[17]。脂肪含量對(duì)HPP處理微生物的影響仍存在爭(zhēng)議。一些研究表明，脂肪含量增加可能導(dǎo)致微生物的耐壓性增加[30]；而SYED等[31]發(fā)現(xiàn)，在0～15 min施加300～800 MPa的壓力條件下，較高的(約17%)脂肪含量才能對(duì)火腿中李斯特菌細(xì)胞產(chǎn)生壓力保護(hù)作用。因此食品中脂肪含量對(duì)HPP致死微生物的影響可能取決于壓力強(qiáng)度。在實(shí)際HPP殺菌中，食品成分影響可能更為復(fù)雜，因此需進(jìn)一步探明食品成分間的相互作用對(duì)HPP下微生物致死效果的影響。

2.2.2 酸堿度

食品酸堿度對(duì)微生物耐壓性有顯著影響。在HPP處理時(shí)，微生物在中性食品中最具耐壓性，當(dāng)酸堿度升高或降低時(shí)，微生物細(xì)胞的耐壓性降低[31]。如大腸桿菌O157:H7在酸櫻桃汁(pH=3.3)中對(duì)壓力的敏感性要高于杏汁(pH=3.8)[33]。而李斯特菌在pH為 7.0的食品基質(zhì)中，能夠承受較高的壓力水平(高達(dá)600 MPa)[34]。然而VERCAMMEN等[35]研究了HPP(100～800 MPa，25、45、75℃)對(duì)緩沖液(pH=4.0、5.0、7.0)和番茄醬(pH=4.2、5.0)中凝結(jié)芽孢桿菌(B.coagulans)和酸熱脂環(huán)酸芽孢桿菌(A.acidocaldarius)的影響，發(fā)現(xiàn)與酸性食品系統(tǒng)相比，微生物在中性食品系統(tǒng)中的耐壓性較低，這可能與芽孢萌發(fā)有關(guān)，因?yàn)樵谒嵝詶l件下壓力誘導(dǎo)的芽孢萌發(fā)受到抑制，因此不容易被殺滅。此外，HPP可能通過(guò)誘導(dǎo)弱酸電離而降低食品的pH值[23]。因此，考慮到pH在微生物失活中的作用，應(yīng)開(kāi)發(fā)具有pH探針的HPP設(shè)備，以測(cè)量壓力下食品樣品的pH變化[31]。

2.2.3 水分活度(aw)

高aw通常有利于微生物的生長(zhǎng)，低aw也會(huì)增加微生物對(duì)HPP的耐壓能力。MARTNEZ-ONANDI等[36]采用HPP(600 MPa，6 min，21℃)處理不同aw的火腿，發(fā)現(xiàn)嗜冷菌(Psychrophile)和微球菌(Micrococcaceae)在低aw下有更多的殘留，而其他微生物則不受aw的顯著影響。同樣地，RUBIO等[26]發(fā)現(xiàn)低aw(0.79)對(duì)李斯特菌有保護(hù)作用，使其在400 MPa的壓力下不會(huì)顯著地減少。這可能是因?yàn)榈蚢w可維持蛋白質(zhì)(尤其是酶)的穩(wěn)定性，從而降低了壓力誘導(dǎo)蛋白質(zhì)變性的可能性。

2.2.4 抗菌劑

食品中添加的一些抗菌劑能增加HPP對(duì)微生物的作用效果。DAS等[37]利用添加了山梨酸鉀(質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.1%)的印度白蝦在HPP條件(350 MPa)下處理20 min后，發(fā)現(xiàn)其李斯特菌減少約6個(gè)對(duì)數(shù)周期。ISHIMORI等[38]發(fā)現(xiàn)HPP聯(lián)合輕度熱處理并添加氨基酸協(xié)同促進(jìn)了生孢梭菌芽孢生長(zhǎng)，并且在熱殺菌(80 ℃，10 min)后可以實(shí)現(xiàn)5個(gè)對(duì)數(shù)周期以上的芽孢失活。然而也有研究發(fā)現(xiàn)一些抗菌劑能夠?qū)ξ⑸锾峁毫ΡＷo(hù)。BOVER-CID等[39]發(fā)現(xiàn)添加了乳酸鉀和二乙酸鈉(2.0%+0.11%或2.0%+0.45%)的超高壓加工火腿在貯藏期間，其李斯特菌增生率比相同濃度有機(jī)酸的非加壓產(chǎn)品快4倍，說(shuō)明有機(jī)酸的存在使這些細(xì)胞能夠抵抗壓力，并從亞致死性損傷狀態(tài)恢復(fù)為正常細(xì)胞，這可能是因?yàn)榭咕鷦┡c食品基質(zhì)相互作用并影響了HPP對(duì)微生物的致死率，但其機(jī)理尚不清楚，有待深入研究。

2.3 微生物特征

微生物具有較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)性。利用HPP加工食品時(shí)，微生物通過(guò)利用多種保護(hù)機(jī)制，如適應(yīng)環(huán)境、進(jìn)入休眠狀態(tài)(芽孢)、激活抗應(yīng)激基因的調(diào)節(jié)或產(chǎn)生自適應(yīng)變異(adaptive mutation)等。因此，微生物的抗壓能力并不是固定的，其還與自身種類特征有關(guān)，如種類和形態(tài)、生長(zhǎng)階段等[31]。

2.3.1 微生物種類和形態(tài)

不同種類微生物對(duì)壓力表現(xiàn)出不同的敏感性。一般情況下，芽孢是最具抗性的；原核微生物對(duì)壓力的抵抗能力高于真核微生物；革蘭氏陽(yáng)性菌的抗壓能力高于革蘭氏陰性菌；球菌的抗壓能力強(qiáng)于桿菌[40]。酵母菌和一些霉菌是對(duì)HPP處理最敏感的微生物，但是革蘭氏陽(yáng)性細(xì)菌(芽孢桿菌、李斯特菌和金黃色葡萄球菌等)的細(xì)胞壁比革蘭氏陰性細(xì)菌的細(xì)胞壁厚，且可以生成芽孢。芽孢的滅活受到多種內(nèi)外因素的影響(如圖2所示)，若僅考慮壓力因素，一些芽孢甚至能在1 000 MPa的壓力下存活[1]。因此在滅活芽孢時(shí)需要根據(jù)實(shí)際情況綜合考慮。

圖2 HPP下芽孢失活的非保護(hù)性和保護(hù)性因素[4]Fig.2 Non protective and protective factors of spore inactivation during high pressure processing

2.3.2 微生物細(xì)胞的結(jié)構(gòu)

在HPP條件下，微生物細(xì)胞膜被認(rèn)為是壓力導(dǎo)致微生物失活的主要靶點(diǎn)。如果壓力不能達(dá)到使細(xì)胞膜遭受不可逆損傷的水平，則微生物可以在施加壓力后使細(xì)胞膜恢復(fù)完整性；同時(shí)，細(xì)胞膜的流動(dòng)性特征也會(huì)增加微生物對(duì)HPP的抵抗能力[41]。孔曉雪等[42]發(fā)現(xiàn)500 MPa的超高壓處理引起大腸桿菌O157:H7細(xì)胞膜產(chǎn)生顯著損傷，而細(xì)胞膜上Ca2+、Mg2+流失以及ATP酶失活是導(dǎo)致大腸桿菌O157:H7死亡的主要原因。HPP導(dǎo)致微生物失活的另一個(gè)靶點(diǎn)是核糖體，細(xì)胞死亡與否和核糖體完整性是密切相關(guān)的，因?yàn)镠PP會(huì)導(dǎo)致微生物核糖體中的亞單位解離，抑制微生物細(xì)胞的活性[43]。此外，核酸具有極強(qiáng)的耐壓性，其結(jié)構(gòu)在高達(dá)1 000 MPa的壓力下仍能保持完好[44]。目前關(guān)于核酸在超高壓下處理的文獻(xiàn)較少，但不能忽略其重要性。

2.3.3 微生物濃度

微生物失活率與產(chǎn)品中初始微生物數(shù)量直接相關(guān)。初始微生物數(shù)量越高，處理后的存活率也就越高[31]。EVERT-ARRIAGADA等[12]發(fā)現(xiàn)李斯特菌在較低和較高的接種水平下，經(jīng)500 MPa壓力后分別降低1.5和2 lgCFU/g；在600 MPa下觀察到更好的結(jié)果，低和高接種水平分別達(dá)到3.9和4.3 lgCFU/g的滅活。而無(wú)害李斯特菌CECT 4031是對(duì)壓力敏感的菌株，與接種水平無(wú)關(guān)。

2.3.4 生長(zhǎng)階段

微生物的生長(zhǎng)周期分為延遲期、指數(shù)期、穩(wěn)定期和衰亡期4個(gè)階段。一般來(lái)說(shuō)，微生物在穩(wěn)定期比指數(shù)期具有更高的抗壓能力。這是因?yàn)槲⑸镌谥笖?shù)期經(jīng)歷了連續(xù)細(xì)胞分裂和合成，因此在不利環(huán)境中的耐壓性較低；而處于穩(wěn)定期的微生物具有完整的細(xì)胞結(jié)構(gòu)，并受到細(xì)胞膜的保護(hù)，因此具有更高的抗壓能力[45]。此外，穩(wěn)定生長(zhǎng)期的微生物細(xì)胞會(huì)表達(dá)一種替代性σ因子(革蘭氏陽(yáng)性細(xì)胞的σb因子和革蘭氏陰性細(xì)胞的σs因子)，這些σ因子控制著與抗應(yīng)激有關(guān)的基因轉(zhuǎn)錄(如蛋白酶和過(guò)氧化氫酶的基因)，這些基因可能在HPP下發(fā)揮作用[40]。因此，處于穩(wěn)定期的微生物對(duì)HPP殺菌工藝參數(shù)的建立具有較可靠的參考價(jià)值。

3 HPP與其他技術(shù)聯(lián)用對(duì)微生物的致死效果

在HPP中，增加壓力通常會(huì)增加微生物的致死效果，但需要極高的處理強(qiáng)度，這不僅對(duì)食品外觀和質(zhì)地造成了不良影響，還會(huì)增加能耗，提高生產(chǎn)成本[41]。此外，芽孢以及高抗性微生物的存在也會(huì)影響單獨(dú)使用HPP技術(shù)的殺菌效果[46]。根據(jù)跨欄技術(shù)的概念，當(dāng)使用HPP進(jìn)行食品滅菌時(shí)，應(yīng)考慮將其與影響微生物生長(zhǎng)的不利環(huán)境條件結(jié)合(如低pH值和不適宜微生物生長(zhǎng)的溫度)，通過(guò)攻擊各種細(xì)胞靶點(diǎn)，使細(xì)胞修復(fù)過(guò)程變得更加困難，從而提高其致死率[47]。

HPP聯(lián)合溫度是最常用的處理方法[31]，壓力(400～600 MPa)與輕度熱處理(40 ℃左右)聯(lián)合可使各種致病性和引起腐敗的細(xì)菌、酵母菌和霉菌失活；與熱處理(>70℃)聯(lián)合處理能有效滅活芽孢[1]。而HPP結(jié)合其他非熱技術(shù)或添加某些抗菌劑也可以顯著提高殺菌效果：PYATKOVSKY等[10]報(bào)道了采用HPP和超聲聯(lián)合處理可觀察到協(xié)同效應(yīng)；HPP與4%乙酸聯(lián)合對(duì)嗜熱鏈球菌(S.thermophilus)生長(zhǎng)有很強(qiáng)的抑制作用，在300 MPa處理10 min或500 MPa處理5 min，即可使其在貯藏期間難以恢復(fù)生長(zhǎng)[48]。此外，將HPP與機(jī)械均質(zhì)相結(jié)合的方法，稱為高壓均質(zhì)化(high pressure homogenization,HPH)，通常用于在工業(yè)水平上滅活液態(tài)食品中的各種腐敗微生物。與使用高達(dá)600 MPa的HPP相比，HPH在100～350 MPa的壓力范圍內(nèi)工作，可以在極短的時(shí)間(<0.5 s)使用高溫(酵母細(xì)胞高達(dá)50℃，芽孢高達(dá)100℃)，以實(shí)現(xiàn)微生物的有效滅活[49]。表3列出了近年來(lái)HPP與其他技術(shù)聯(lián)合的殺菌效果，從表中可以看出，HPP結(jié)合不同的處理方法可以彌補(bǔ)單獨(dú)超高壓處理的缺陷，增強(qiáng)其對(duì)微生物的致死或抑制作用。

4 結(jié)論

HPP是一種有前景的非熱處理技術(shù)，其在食品的工業(yè)化生產(chǎn)中具有較大的應(yīng)用潛力和優(yōu)勢(shì)。在實(shí)際加工中，HPP的工藝參數(shù)對(duì)其殺菌效果至關(guān)重要，而食品基質(zhì)因素和微生物特征在超高壓殺菌過(guò)程中的影響亦不可忽視。因?yàn)橹豢紤]工藝參數(shù)的HPP處理可能會(huì)產(chǎn)生部分亞致死微生物，其在貯藏期間恢復(fù)生長(zhǎng)；此外，具有較高耐壓性的芽孢會(huì)導(dǎo)致所需的壓力負(fù)荷升高。這對(duì)食品安全和品質(zhì)構(gòu)成了不良的影響。為了使殺菌效果最大化，應(yīng)進(jìn)一步研究其特定因素，如優(yōu)化HPP工藝參數(shù)，了解亞致死微生物的保護(hù)機(jī)制和恢復(fù)條件，以確保其充分滅活。最后，HPP與其他殺菌技術(shù)聯(lián)合能在最小處理強(qiáng)度條件下達(dá)到最佳殺菌效果，符合“綠色加工理念”，將有助于該領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展。

表3 超高壓柵欄技術(shù)對(duì)不同食品樣品中微生物種群的影響Table 3 Combined effects of novel hurdles and high pressure processing on the microbial population in selected media