張 凡 王永濤 廖小軍

（中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院 北京100083）

食源性病原微生物引起的食源性疾病是全球食品安全的核心問(wèn)題。根據(jù)國(guó)家衛(wèi)生計(jì)生委統(tǒng)計(jì)，2011—2015年我國(guó)食物中毒類突發(fā)公共衛(wèi)生事件共報(bào)告844 起，累計(jì)中毒人數(shù)32 151 人，死亡623 人，其中由微生物引起的食源性疾病暴發(fā)事件數(shù)、患者數(shù)和死亡人數(shù)分別占36.5%，60%和6.4%[1]。由此可見(jiàn)，微生物引起的食品安全問(wèn)題不容忽視，如何在食品加工過(guò)程中最大程度地殺滅病原性微生物，從而保障食品的安全成為食品加工業(yè)研究的重點(diǎn)[2]。

傳統(tǒng)的食品熱殺菌技術(shù)雖然可以有效殺死微生物，但是加工過(guò)程中較高的溫度會(huì)導(dǎo)致食品發(fā)生一系列的物理和化學(xué)變化，使食品的質(zhì)構(gòu)、顏色、風(fēng)味和營(yíng)養(yǎng)等品質(zhì)發(fā)生劣變，從而降低食品原有的感官及營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，限制了熱殺菌技術(shù)的進(jìn)一步應(yīng)用[3-4]。非熱殺菌技術(shù)可以避免高溫處理帶來(lái)的食品品質(zhì)劣變問(wèn)題，近年來(lái)成為新的研究熱點(diǎn)[5]。超高壓（High hydrostatic pressure，HHP）是非熱殺菌技術(shù)中商業(yè)化應(yīng)用較為成功的一種殺菌技術(shù)，它是指用柔性材料將食品進(jìn)行包裝后，以水或者其它液體介質(zhì)為媒介傳遞壓力，使食品在常溫或者較低溫度下經(jīng)100～1 000 MPa 的高壓處理一段時(shí)間，從而達(dá)到滅菌、鈍酶、改善食品品質(zhì)以及延長(zhǎng)食品貨架期的新型殺菌技術(shù)[6-7]。而對(duì)于大部分食品來(lái)說(shuō)，300～600 MPa 的超高壓處理即可滅活霉菌、酵母菌以及絕大多數(shù)食源性病原菌[8]。

在商業(yè)化的食品超高壓加工中，由于獲得良好的殺菌效果是該技術(shù)產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的必要條件，因此很多研究集中在超高壓殺菌條件的優(yōu)化。影響超高壓殺菌效果的因素有很多，如處理溫度、壓力、保壓時(shí)間等。不斷有研究表明，超高壓升/卸壓過(guò)程也能顯著影響微生物的殺滅效果。本文重點(diǎn)討論了不同超高壓升/卸壓過(guò)程對(duì)殺菌效果的影響，旨在推進(jìn)我國(guó)在超高壓殺菌技術(shù)上的研究和應(yīng)用，進(jìn)而保障超高壓食品的安全。

1 影響超高壓殺菌效果的因素

目前普遍認(rèn)為，影響超高壓殺菌效果的因素主要有：處理溫度、壓力、保壓時(shí)間、微生物的種類和生長(zhǎng)狀態(tài)以及微生物生長(zhǎng)環(huán)境（樣品性質(zhì)）等[9-10]。

1.1 處理溫度

環(huán)境溫度是微生物生長(zhǎng)代謝的重要外部條件之一，溫度條件的設(shè)置顯著影響超高壓殺菌的效果。有學(xué)者發(fā)現(xiàn)，室溫（15～30 ℃）條件下微生物對(duì)壓力具有最大抗性，對(duì)食物進(jìn)行高壓處理并結(jié)合溫度的控制（高于或低于室溫）能夠提高其表面或內(nèi)部微生物的高壓敏感性，從而可以在較低壓力下迅速完成殺菌過(guò)程[11-12]。通常300～400 MPa 下，微生物的膜結(jié)構(gòu)（如線粒體外膜、核膜及細(xì)胞膜）遭到破壞，通透性變化，同時(shí)低溫或高溫會(huì)影響微生物細(xì)胞內(nèi)生物大分子間的疏水作用、范德華力和氫鍵等作用，微生物細(xì)胞內(nèi)正常代謝活動(dòng)被破壞。通過(guò)超高壓技術(shù)予以適當(dāng)溫度控制，將有助于提高其殺菌效果[13]。

Capellas 等[14]在20 ℃下對(duì)牛肉中的大腸桿菌進(jìn)行400 MPa/15 min 處理，此時(shí)菌落總數(shù)降低僅約1 個(gè)對(duì)數(shù)，而在50 ℃下進(jìn)行400 MPa/15 min 處理，菌落總數(shù)可降低6 個(gè)對(duì)數(shù)，殺菌效果顯著增加。Meng J 等[15]研 究 發(fā) 現(xiàn)300 MPa/15 min/60 ℃處理磷酸緩沖液體系中的枯草芽孢桿菌，可使其菌落數(shù)下降6 個(gè)對(duì)數(shù)，而在300 MPa/15 min/40 ℃下，枯草桿菌只降低2.7 個(gè)對(duì)數(shù)。

此外，當(dāng)處理溫度較低（如10 ℃）時(shí)，普通商業(yè)化超高壓 400～600 MPa 殺菌條件很難殺滅食品中抗性極強(qiáng)的芽孢。將超高壓與較高溫度（如80 ℃）協(xié)同作用于芽孢則可以取得較好滅菌效果[16]。

1.2 壓力和保壓時(shí)間

在一定范圍內(nèi)，超高壓滅菌效果與壓力和保壓時(shí)間成正比。縱偉等[17]研究了不同壓力對(duì)蘋果醬中菌落總數(shù)的影響，結(jié)果表明：低于200 MPa 時(shí)超高壓殺菌效果不理想；400 MPa 高壓處理后果醬中菌落總數(shù)顯著降至30 CFU/mL；而經(jīng)600 MPa 處理后，果醬中的微生物完全被殺滅。張隱等[18]對(duì)泡椒鳳爪中的微生物進(jìn)行超高壓滅菌處理，研究表明300 MPa/5 min 處理后泡椒鳳爪中菌落總數(shù)為5.6×103CFU/mL，400 MPa/5 min 處理后菌落總數(shù)降至23 CFU/mL，符合國(guó)家GB 2726-2005《熟肉制品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》中菌落總數(shù)的要求。Calik H等[19]研究發(fā)現(xiàn)在500 MPa/30 s 下牡蠣中的副溶血性弧菌從109CFU/mL 降至10 CFU/mL，而在350 MPa 下只有持續(xù)加壓14.5 min 才能達(dá)到相同的殺菌效果。

鄧晶晶等[20]對(duì)珊瑚蘿卜表面的微生物進(jìn)行超高壓處理，發(fā)現(xiàn)200 MPa/5 min 處理后菌落總數(shù)降低240 CFU/g，將處理時(shí)間增加到15 min 后菌落總數(shù)降低420 CFU/g，此時(shí)仍有微生物殘留；而在350～500 MPa/5～15 min 下對(duì)其進(jìn)行殺菌處理后菌落總數(shù)小于2 CFU/g，絕大多數(shù)微生物被殺死，說(shuō)明殺菌效果與壓力和保壓時(shí)間呈正相關(guān)，且此時(shí)壓力大小更能影響超高壓對(duì)珊瑚蘿卜滅菌效果。然而，Yuste J 等[21]認(rèn)為在一定程度上延長(zhǎng)處理時(shí)間比提高處理壓力更能顯著殺滅緩沖液中的金黃色葡萄球菌。

1.3 微生物種類及其生長(zhǎng)狀態(tài)

不同種微生物之間耐壓性差異較大，同一種屬微生物的不同菌株之間也有一定差異。通常情況下，微生物結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，對(duì)壓力越為敏感，原核生物通常比真核生物有更強(qiáng)的耐壓能力[22]。細(xì)菌營(yíng)養(yǎng)體的耐壓性與細(xì)菌種類有關(guān)，革蘭氏陰性菌（G-）耐壓性較差，200～400 MPa 的壓力即可將其殺滅，而革蘭氏陽(yáng)性菌（G+）細(xì)胞壁含有豐富的肽聚糖，相對(duì)較厚，結(jié)構(gòu)機(jī)械性強(qiáng)，耐壓性較高，需要400 MPa 以上的壓力才能將其殺滅[23]。然而，也存在特例，如明串珠菌（革蘭氏陽(yáng)性菌）比大腸桿菌、鼠傷寒沙門氏菌和痢疾志賀菌（革蘭氏陰性菌）更不耐壓[24]。細(xì)菌芽孢具有較厚的芽孢衣和皮層等特殊結(jié)構(gòu)，使其在常溫下具有極強(qiáng)的抗壓能力，能夠耐受1 200 MPa 以上的超高壓處理，通常需要結(jié)合一定溫度的熱協(xié)同作用才能更好地殺滅芽孢類微生物[25]。

細(xì)菌整個(gè)生長(zhǎng)周期包括調(diào)整期、對(duì)數(shù)期、穩(wěn)定期及衰亡期，總體而言處于穩(wěn)定期的細(xì)菌具有更強(qiáng)的耐壓性[26]。有報(bào)道稱在高壓條件下，處于穩(wěn)定期的大腸桿菌和單核細(xì)胞增多性李斯特菌可分別合成RpoS 和SigB 蛋白，這屬于細(xì)菌的應(yīng)激反應(yīng)，有助于其抵抗不良環(huán)境，從而使表現(xiàn)出一定的耐壓性[27]。

1.4 微生物存在環(huán)境

微生物的生存環(huán)境也會(huì)影響超高壓的殺菌效果。首先，每種微生物都有其最適生長(zhǎng)pH 范圍，不同pH 條件下微生物的耐壓性不同，有研究認(rèn)為在酸性環(huán)境下對(duì)微生物進(jìn)行超高壓處理可獲得更好的滅活效果[28]。其次，微生物的培養(yǎng)基質(zhì)也會(huì)影響超高壓殺菌效果。比起非營(yíng)養(yǎng)型基質(zhì)，營(yíng)養(yǎng)型基質(zhì)中的微生物更耐壓[29]。這主要是由于營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)中多含蛋白質(zhì)、碳水化合物以及脂類等物質(zhì)，在壓力傳遞過(guò)程中這些物質(zhì)可對(duì)微生物起到緩沖保護(hù)作用，提高其抗壓性?；|(zhì)中存在的鹽離子也會(huì)對(duì)微生物起到保護(hù)作用。例如Patterson[30]發(fā)現(xiàn)，比起甘油或蔗糖溶液，NaCl 或CaCl2溶液中的凝結(jié)芽孢桿菌耐壓性增強(qiáng)。此外，環(huán)境中水分活度降低可以增強(qiáng)微生物的抗性，而向體系中加入細(xì)菌素、溶菌酶、殼聚糖、天然香精油等抗菌劑，則能與超高壓殺菌產(chǎn)生協(xié)同作用，提高殺菌效果。周頔[31]發(fā)現(xiàn)超高壓協(xié)同溶菌酶、殼聚糖處理對(duì)鹵牛肉有顯著的抑菌作用，且此時(shí)超高處理后牛肉色澤鮮亮，硬度適中，咀嚼性較好。

2 超高壓升/卸壓過(guò)程對(duì)殺菌效果的影響

除上述影響超高壓殺菌效果的因素外，有研究發(fā)現(xiàn)，超高壓升壓過(guò)程及卸壓過(guò)程也會(huì)對(duì)殺菌效果產(chǎn)生影響，而這一影響因素的研究在現(xiàn)有文獻(xiàn)中主要集中在升/卸壓速率的影響以及升壓方式的影響兩方面。由于相關(guān)研究文獻(xiàn)較少，本文僅對(duì)已有的研究結(jié)論進(jìn)行總結(jié)、分析和比較。

2.1 升/卸壓速率對(duì)殺菌效果的影響

2.1.1 對(duì)細(xì)菌營(yíng)養(yǎng)體殺滅的影響

1）升/卸壓速率共同影響殺菌效果 在初期，研究者發(fā)現(xiàn)同時(shí)改變處理過(guò)程中的升壓和卸壓速率，可以得到不同的殺菌效果。Herdegen[32]發(fā)現(xiàn)相比0.83 MPa/s 的升壓速率和6.7 MPa/s 的卸壓速率，6.7 MPa/s 的升壓速率和0.83 MPa/s 的卸壓速率更有利于殺滅無(wú)害李斯特菌。不同于以上試驗(yàn)結(jié)果，Rademacher 等[33]發(fā)現(xiàn)，在室溫條件下對(duì)接種在緩沖液中的無(wú)害李斯特菌采用不同的升/卸壓速率處理后，快速升壓/慢速卸壓（8.3 MPa/s，1.7 MPa/s）與慢速升壓/快速卸壓（1.7 MPa/s，8.3 MPa/s）相比，在加壓過(guò)程中溫度變化不予考慮的情況下，兩者殺菌動(dòng)力學(xué)并無(wú)顯著差異，即升/卸壓速率不影響殺菌效果。此外，F(xiàn)erriera 等[34]在HHP（300～400 MPa/1～5 min）處理下，對(duì)比3 種升/卸壓速率，發(fā)現(xiàn)在300 MPa/5 min 下慢速升壓（1.5 MPa/s）結(jié)合慢速卸壓（3.2 MPa/s）可以顯著提高無(wú)害李斯特菌的殺滅效果。

以上研究結(jié)果均表明，超高壓處理過(guò)程中的升/卸壓速率可以共同影響殺菌效果，而升壓或卸壓速率對(duì)殺菌效果的單一影響則還需進(jìn)一步明確。

2）升壓速率單一影響（固定卸壓速率）殺菌效果 在明確了升/卸壓速率能夠共同影響殺菌效果之后，研究者在固定卸壓速率的條件下，繼續(xù)對(duì)升壓速率單一的作用進(jìn)行研究。其中，Syed 等[35]研究表明，無(wú)論是接種在橘子汁、脫脂牛奶還是緩沖溶液中的大腸桿菌，在卸壓速率一定的情況下，比起1.3 MPa/s 的慢速升壓過(guò)程，11.4 MPa/s 的快速升壓過(guò)程能產(chǎn)生更好的殺滅效果。隨后，Syed等[36]分別以33，10，5 MPa/s 的快、中、慢升壓速率對(duì)3 種基質(zhì)中的金黃色釀膿葡萄球菌進(jìn)行滅菌處理，得到相同的試驗(yàn)結(jié)論，即快速升壓更有利于殺滅微生物。王永濤[37]在相同卸壓條件下（＜3 s），研究HHP（400～600 MPa/2.5～25 min）不同升壓速率（2 MPa/s 和1 MPa/s）對(duì)紫甘薯汁中天然菌群的殺滅效果，結(jié)果表明更快的升壓速率能夠顯著提高紫甘薯汁中自然菌群的殺滅效果。王永濤[37]以大腸桿菌和金黃色葡萄球菌為對(duì)象進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)相比于慢速升壓（1 MPa/s），快速升壓（2 MPa/s）能夠提高微生物細(xì)胞形態(tài)結(jié)構(gòu)的破壞程度以及膜的通透性。如圖1所示，王永濤[37]發(fā)現(xiàn)快速升壓下大腸桿菌及金黃色葡萄球菌的細(xì)胞膜破裂，細(xì)胞質(zhì)流失，原生質(zhì)團(tuán)聚，大面積空白細(xì)胞數(shù)量和程度增加。Chapleau 等[38]也表示快速升壓過(guò)程中，微生物受到更為顯著的壓力刺激，細(xì)胞破壞程度更大，殺菌效果更明顯。此外，Jppm[39]還提出慢速升壓方式可能會(huì)引起細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)的應(yīng)激反應(yīng)，使其耐壓性提高，從而降低超高壓殺菌的效果，也就是說(shuō)快速升壓過(guò)程可能更有利于殺滅微生物。

3）卸壓速率單一影響（固定升壓速率）殺菌效果 在明確了快速升壓下細(xì)菌營(yíng)養(yǎng)體受損更嚴(yán)重后，研究者在固定升壓速率的條件下，繼續(xù)對(duì)卸壓速率單一的作用進(jìn)行研究。其中，Noma 等[40]通過(guò)快速（1 ms）、慢速（＞30 s）卸壓過(guò)程對(duì)大腸桿菌、鼠傷寒沙門氏菌、綠膿假單胞菌、副溶血性弧菌的菌懸液進(jìn)行HHP（70～400 MPa/0～60 min/-20～25℃）殺菌效果分析，發(fā)現(xiàn)前者D 值（殺滅90%微生物所需時(shí)間）顯著小于后者（P＜0.05），即快速卸壓可使滅菌效果更加顯著。此外，Noma 等[41]以接種在蘋果汁、橘子汁以及緩沖液中的大腸桿菌為目標(biāo)菌，研究HHP（150 MPa/20 min）快速（2 ms）、慢速（＞30 s）卸壓過(guò)程后的殺滅效果。試驗(yàn)結(jié)果表明，對(duì)于接種在果汁以及緩沖液中的大腸桿菌，快速卸壓均比慢速卸壓更能殺死目標(biāo)菌。同時(shí)，Noma等[40]指出，在相同的升壓速率條件下，快速卸壓過(guò)程往往伴隨著由水產(chǎn)生的膨脹沖力，對(duì)微生物造成更大的損傷。也有學(xué)者認(rèn)為，超高壓升壓伴隨著傳壓介質(zhì)水的壓縮，且壓縮程度與目標(biāo)壓強(qiáng)大小成正比。當(dāng)系統(tǒng)突然快速卸壓時(shí)，水產(chǎn)生較大的絕熱膨脹沖力，此時(shí)細(xì)菌細(xì)胞壁受到更嚴(yán)重的影響，一些細(xì)胞發(fā)生空穴現(xiàn)象，即細(xì)胞內(nèi)容物丟失，從而獲得更好的滅菌效果。

圖1 不同速率超高壓處理前、后大腸桿菌（a，250 MPa/5 min）和金黃色葡萄球菌（b，450 MPa/5 min）的TEM 圖（40 000×）Fig.1 TEM images of E.coli and S.aureus treated by HHP（40 000×）

與Noma 等[40-41]結(jié) 論 不 同，Syed 等[36]研 究 發(fā)現(xiàn)，更長(zhǎng)時(shí)間的慢速卸壓過(guò)程殺菌效果更好。Syed 等[36]通過(guò)對(duì)接種在脫脂牛奶、橙汁、緩沖液體系的金黃色葡萄球菌進(jìn)行快、慢速卸壓的HHP（700 MPa/5 min）處理，得出慢速卸壓（5 MPa/s）相比于快速卸壓（70 MPa/s）更能有效殺滅金黃色葡萄球菌。同時(shí)，Syed 等[35]還比較了HHP（600 MPa/3 min）快、中、慢速卸壓（12.9，6.9，2.6 MPa/s）對(duì)脫脂牛奶、橙汁、緩沖液體系中大腸桿菌的影響，研究發(fā)現(xiàn)慢速卸壓下3 種體系中的大腸桿菌滅活效果好，即慢速卸壓更有利于殺菌。

由于儀器、設(shè)備以及試驗(yàn)條件的不可比性，針對(duì)快、慢速卸壓對(duì)殺菌效果的影響不同研究人員得到不同的試驗(yàn)結(jié)論。分析原因可能是：Noma等[40-41]的極快速卸壓（1～2 ms）條件下水可以產(chǎn)生膨脹沖力，對(duì)微生物造成損害，因而滅菌效果好；而Syed 等[35-36]在目標(biāo)壓力為600～700 MPa 時(shí)設(shè)置的卸壓速率分別為5，70 MPa/s，此時(shí)卸壓時(shí)間遠(yuǎn)大于毫秒級(jí)，水產(chǎn)生的膨脹沖力不再是影響滅菌效果的主要因素。相反，較高壓力條件下的慢速卸壓保證了長(zhǎng)時(shí)間高壓對(duì)微生物的破壞作用，可以達(dá)到更好的滅菌效果。

2.1.2 對(duì)芽孢殺滅的影響 與細(xì)菌營(yíng)養(yǎng)體不同，由于芽孢具有極強(qiáng)的抗逆性，對(duì)超高壓處理有著較強(qiáng)的耐受性，通常需要熱協(xié)同作用才能達(dá)到理想的滅菌效果[25，42]。正如超高壓升/卸壓過(guò)程會(huì)影響細(xì)菌營(yíng)養(yǎng)體的殺滅效果，不同速率升/卸壓對(duì)芽孢滅活效果也有影響，然而具體影響并無(wú)統(tǒng)一結(jié)論，仍需進(jìn)一步研究。

Hayakawa 等[43]認(rèn)為，卸壓過(guò)程中產(chǎn)生的水膨脹沖力會(huì)破壞芽孢的保護(hù)層——芽孢衣，且沖力大小主要取決于卸壓速率。快速卸壓下處理壓力越高，卸壓過(guò)程中芽孢受到的膨脹沖力越大，受損更嚴(yán)重；即便提高處理壓力，與快速卸壓相比，慢速卸壓過(guò)程無(wú)法產(chǎn)生較大的水膨脹沖力破壞芽孢結(jié)構(gòu)，殺菌效果較差。同時(shí)試驗(yàn)結(jié)果也表明，200 MPa/60 min/75 ℃處理下，相比于慢速卸壓（300 ms～2 400 s），快速卸壓過(guò)程（1.30～1.65 ms）可殺滅4 個(gè)對(duì)數(shù)的嗜熱脂肪芽孢桿菌芽孢，殺菌效果顯著[43]。

然而，Syed 等[44]在600 MPa/3 min/60～70 ℃的條件下研究了升/卸壓速率對(duì)枯草桿菌芽孢滅活的影響，結(jié)果表明當(dāng)溫度控制在70 ℃時(shí)，慢速升壓（3.6 MPa/s）比快速升壓（15 MPa/s）可使更多的芽孢滅活；在60～70 ℃時(shí)，相比快速卸壓（150 MPa/s），慢速卸壓過(guò)程（5.7 MPa/s）可以取得更為顯著的滅活效果。Syed 等[44]總結(jié)出在慢速升壓和卸壓條件下，芽孢滅活更充分。

不同于Hayakawa 等[43]認(rèn)為的快速卸壓（1.30～1.65 ms）下芽孢的結(jié)構(gòu)被破壞，進(jìn)而被殺滅，Syed等[44]研究中600 MPa 快/慢速卸壓耗時(shí)4～105 s，該條件下無(wú)法實(shí)現(xiàn)前者卸壓過(guò)程中產(chǎn)生的較大水膨脹沖力，即水膨脹沖力破壞芽孢結(jié)構(gòu)不再是使芽孢滅活的主要因素。有研究表明，在超高壓的作用下，芽孢內(nèi)部DPA-Ca2+通道打開(kāi)，DPA 被釋放，芽孢皮層在皮質(zhì)裂解酶的作用下發(fā)生裂解，隨后芽孢萌發(fā)，萌發(fā)后的芽孢失去應(yīng)對(duì)外界脅迫的抵抗力，在溫度和超高壓的作用下失活[45]。同時(shí)有研究表明較低（100～150 MPa）或中等（500～600 MPa）壓力條件有利于芽孢的萌發(fā)[46-47]。Syed 等[44]試驗(yàn)中600 MPa 的目標(biāo)壓力伴隨慢速升壓過(guò)程有利于提高芽孢萌發(fā)的數(shù)量，慢速卸壓過(guò)程則保證了已萌發(fā)芽孢受到更長(zhǎng)時(shí)間的高壓和熱作用，因而Syed等[44]的試驗(yàn)結(jié)果為慢速升、卸壓過(guò)程結(jié)合一定的超高壓及溫度作用，可以很好地使芽孢失活。

2.1.3 試驗(yàn)結(jié)果差異性分析 如上所述，不同研究結(jié)果均表明超高壓升/卸壓速率確實(shí)會(huì)影響殺菌效果，然而現(xiàn)有的試驗(yàn)結(jié)論不完全統(tǒng)一，不同升/卸壓速率對(duì)細(xì)菌的殺滅效果影響見(jiàn)表1。導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)論不統(tǒng)一甚至完全相反的主要原因可以從下面幾方面分析：

1）微生物種類的不同 不同種類微生物間的抗壓性不同，會(huì)影響升/卸壓速率對(duì)其殺滅效果的表現(xiàn)。例如，細(xì)菌營(yíng)養(yǎng)體對(duì)不同升/卸壓速率的處理表現(xiàn)出殺菌效果的差異，而芽孢抗壓性要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于營(yíng)養(yǎng)體，使這種不同升/卸壓速率引起的差異在芽孢上不能表現(xiàn)出來(lái)。

2）微生物存在的基質(zhì)不同（樣品性質(zhì)）現(xiàn)有文獻(xiàn)中試驗(yàn)處理過(guò)程中微生物存在的基質(zhì)不同，這會(huì)在較大程度上影響試驗(yàn)結(jié)果，這是由于微生物在天然食品、肉湯培養(yǎng)基、緩沖液、生理鹽水等不同基質(zhì)中的耐壓性不同，因此經(jīng)不同升/卸壓速率處理后，取得的殺滅效果也不同。此外，若菌懸液介質(zhì)的密度較大，則細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)水的流動(dòng)性差，降壓過(guò)程中水對(duì)細(xì)胞內(nèi)表面產(chǎn)生的絕熱膨脹沖擊力被削弱，影響殺菌效果。同時(shí)，基質(zhì)中pH值的大小也會(huì)影響細(xì)菌的耐壓性，從而使試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生差異。

表1 不同升/卸壓速率對(duì)殺菌效果的影響Table1 Effect of different compression/ decompression rate on sterilization

（續(xù)表1）

3）試驗(yàn)條件的不可比性 超高壓設(shè)備不同，其所允許設(shè)定的升壓、卸壓速率不同。嚴(yán)格上講，快速、慢速升/卸壓過(guò)程在不同文獻(xiàn)研究之間沒(méi)有可比性。例如Noma 等[40-41]在其試驗(yàn)中控制快速卸壓1～2 ms，Hayakawa 等[43]控制快速卸壓1.30～1.65 ms，比其余試驗(yàn)中的卸壓速率快3 個(gè)數(shù)量級(jí)，加之不同試驗(yàn)中選擇的溫度、壓力、保壓時(shí)間、傳壓介質(zhì)等不同，均會(huì)對(duì)最終的試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響。Montserrat M 等[48]也指出，即使針對(duì)同種食物中的同一菌株，超高壓設(shè)備性能不同，操作程序不同，也會(huì)產(chǎn)生不同的殺菌效果。

2.2 升壓方式對(duì)殺菌效果的影響

超高壓設(shè)備的增壓方式分為兩種：內(nèi)部增壓和外部增壓。這兩種增壓方式的區(qū)別見(jiàn)表2。其中內(nèi)部增壓方式較多應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室的研究，外部增壓方式多用于實(shí)際生產(chǎn)中。外部增壓器分為單向和雙向增壓器兩種，且二者的增壓曲線不同，如圖2所示。單向增壓器在一次增壓過(guò)程中只能產(chǎn)生有限的壓力，增壓結(jié)束后需進(jìn)行換向（此時(shí)將出現(xiàn)一個(gè)壓力停滯期），而后再進(jìn)行后續(xù)的增壓過(guò)程，因而增壓曲線中會(huì)出現(xiàn)多個(gè)平臺(tái)，曲線表現(xiàn)為階梯狀樣式。雙向增壓器類似于將兩個(gè)水平運(yùn)動(dòng)相反的單向增壓器聯(lián)合使用，當(dāng)一向增壓器增壓時(shí)，另一向增壓器中的傳壓介質(zhì)可得到補(bǔ)充，因而一次增壓結(jié)束并換向后可以繼續(xù)增壓，中間沒(méi)有壓力停滯期，曲線表現(xiàn)為一條直線的樣式。

表2 兩種增壓方式的差異Table2 The difference of two compression mode

圖2 單向（a）和雙向（b）增壓器所產(chǎn)生的升壓曲線示意圖Fig.3 Pressure profile of one way（left）and two way（right）supercharger as a function of time

升壓過(guò)程中升壓方式的不同，也會(huì)對(duì)微生物的殺滅效果產(chǎn)生影響。王永濤[36]在升壓和卸壓速率一定的條件下，研究了升壓過(guò)程中不同升壓方式（直線式和階梯式）對(duì)紫甘薯汁中自然菌群的影響，當(dāng)目標(biāo)壓力為400～600 MPa、保壓時(shí)間2.5～25 min、升壓速率2 MPa/s 時(shí)，試驗(yàn)結(jié)果表明，直線式升壓方式能夠?qū)ψ匀痪寒a(chǎn)生更好的殺滅效果，且這一效果在一定程度上隨著目標(biāo)壓力及保壓時(shí)間的增大而增大。

從不同升壓方式對(duì)細(xì)菌造成的物理?yè)p傷看來(lái)，線性式升壓下細(xì)胞受損更為嚴(yán)重，殺菌效果好。而對(duì)于階梯狀升壓方式來(lái)說(shuō)，增壓過(guò)程中出現(xiàn)的若干個(gè)壓力停滯期可能對(duì)微生物產(chǎn)生一定的保護(hù)作用，有利于其內(nèi)部觸發(fā)應(yīng)激機(jī)制，提高微生物的耐壓性；而在直線式升壓過(guò)程中，微生物的細(xì)胞受到持續(xù)性損傷，因而直線升壓方式更有利于殺滅微生物。細(xì)菌內(nèi)具體哪種應(yīng)激機(jī)制對(duì)超高壓脅迫下自身的生存起到關(guān)鍵作用，還需進(jìn)一步研究。卸壓方式對(duì)殺菌效果的影響目前還未見(jiàn)相關(guān)報(bào)道。

3 結(jié)論與展望

超高壓殺菌是一個(gè)非常復(fù)雜的過(guò)程，既與超高壓設(shè)備、工藝流程、環(huán)境條件等有關(guān)，又涉及具體的食品體系、食品中天然微生物群落等。除此以外，超高壓的升壓和卸壓過(guò)程中不同參數(shù)的設(shè)置也會(huì)對(duì)殺菌效果產(chǎn)生顯著影響，在今后的超高壓殺菌的研究或?qū)嶋H應(yīng)用中需注意升/卸壓參數(shù)的設(shè)定。

現(xiàn)有對(duì)升/卸壓過(guò)程影響殺菌的研究主要集中在殺菌效果方面，相互之間的可比性較差。今后應(yīng)在統(tǒng)一影響因素條件（微生物種類、培養(yǎng)基質(zhì)、升/卸壓的速率和方式）下對(duì)升/卸壓過(guò)程影響殺菌進(jìn)行系統(tǒng)性研究，使試驗(yàn)結(jié)果有參考意義。此外，升/卸壓過(guò)程影響殺菌的機(jī)制還不完善。現(xiàn)有研究只關(guān)注了微生物的物理?yè)p傷，而不同升/卸壓過(guò)程會(huì)使微生物產(chǎn)生不同的應(yīng)激反應(yīng)，從而引起殺菌效果的差異性。后續(xù)應(yīng)開(kāi)展從應(yīng)激反應(yīng)角度研究升/卸壓過(guò)程影響殺菌的機(jī)制。

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2020年5月8日