超高壓殺菌的殺菌效果與諸多因素有關(guān)，包括壓力大小和加壓時(shí)間、施壓方式、處理溫度、微生物種類(lèi)、食物本身的組成和添加物、pH值、水分活度等等，現(xiàn)討論如下：

 

1、壓力的大小和加壓時(shí)間對(duì)殺菌效果的影響

 

　　在一定范圍內(nèi)，壓力越高，滅菌效果越好。在相同壓力下，滅菌時(shí)間延長(zhǎng)，滅菌效果也有一定程度的提高。300MPa以上的壓力可使細(xì)菌、霉菌、酵母菌消滅，病毒在較低的氣壓下失去活力。

 

　　對(duì)于非芽孢類(lèi)微生物，施壓范圍為300-600MPa時(shí)有可能全部致死。對(duì)于芽孢類(lèi)微生物，有的可在1000MPa的壓力下生存，對(duì)于這類(lèi)微生物，施壓范圍在300MPa以下時(shí)，反而會(huì)促進(jìn)芽孢發(fā)芽。

 

　　Watanable等人研究了高壓處理菠蘿歐文氏菌用于延長(zhǎng)食品的保藏期，隨著壓力的增大，滅菌效果提高。

 

　　L.A.LUCORE 等人研究了環(huán)境條件對(duì)抑制大腸桿菌 0157：H7的作用，用300、500、700MPa壓力處理，加壓時(shí)間較長(zhǎng)的話，大腸桿菌0157：H7會(huì)被抑制5個(gè)數(shù)量級(jí)。

 

　　池元斌等人研究了高壓對(duì)鮮牛奶中細(xì)菌行為的影響，鮮牛奶中細(xì)菌菌落尺寸取決于處理壓力的高低以及保壓時(shí)間的長(zhǎng)短。保壓時(shí)間越長(zhǎng)，處理壓力越高，細(xì)菌菌落直徑越小。

 

　　H.CALIK等人研究了高靜水壓對(duì)牡蠣中副溶血弧菌的作用，用平皿計(jì)數(shù)法測(cè)定了牡蠣加壓前后的副溶血弧菌數(shù)，最佳條件是50kpsi，施壓30sec.，此處理?xiàng)l件能將含菌量從10⁹cfu/ml 降至10cfu/ml，如果壓力降低，要取得同樣的效果，則加壓時(shí)間加長(zhǎng)，如將上述壓力降至35kpsi，則需要14.5min.才能將含菌量降到10cfu/ml。

 

　　Mitsumasa Yasumoto 等人研究了 100~600MPa 的壓力對(duì)番茄汁中的凝結(jié)芽孢桿菌和酵母菌的滅菌效果，找出了保壓時(shí)間和施壓大小的關(guān)系，對(duì)于Bacillus coagulans：Z=512-152logX（5<X<100），對(duì)于Saccharomyces bailii：Z=354-104logX，其中X為保壓時(shí)間（從一開(kāi)始到微生物數(shù)開(kāi)始減少的時(shí)間），單位為min.，Z為壓力，單位為MPa。

 

2、施壓方式對(duì)殺菌效果的影響

 

　　超高壓滅菌方式有連續(xù)式、半連續(xù)式、間歇式。G.D.Aleman研究報(bào)道，同持續(xù)靜壓處理相比，階段性壓力變化處理可使得菠蘿汁中的酵母菌大幅度減少。

 

　　I.Hayakawa等人研究了嗜熱脂肪芽孢桿菌的失活情況，得出重復(fù)的壓力處理比較有效，600MPa的壓力、70℃條件下處理5min，如此重復(fù)6次，可使含嗜熱脂肪芽孢桿菌量為10⁶/g的樣品全部滅菌。

 

　　Sojka和Ludwig對(duì)枯草桿菌進(jìn)行了研究，使用兩組壓力，首先是60MPa，溫度為60℃，1min；然后500MPa，1min，這樣循環(huán) 10 次，加壓后馬上進(jìn)行微生物檢驗(yàn)，37℃的試管中培養(yǎng)10天，無(wú)菌。

 

　　Wilson和Baker使用兩段式加壓處理，將含枯草桿菌、嗜熱脂肪芽孢桿菌、生芽孢梭菌各為106/g的肉乳液，先用621MPa，85℃，30min.處理，再用621MPa，95℃，5min.處理，可達(dá)滅菌。

 

　　Mayer報(bào)道了在低酸食物中使用間歇高壓來(lái)滅菌，初始溫度為90℃，690MPa，加壓1min，然后在大氣壓下停1min.，再用690MPa的壓力加壓1min，通過(guò)這樣的處理可使含生芽孢梭菌10⁶/g的通心粉和干酪滅菌，用同樣的方法處理其中的蠟狀芽孢桿菌，也能取得滅菌效果。

 

　　J.YUSTE研究了間歌式高壓加工對(duì)于抑制禽肉中的微生物作用，一種是用60MPa的低壓處理30、60、90、120min，再用450MPa的高壓處理5、10、15min，高壓處理總時(shí)間不超過(guò)15min，另一種是 450MPa 的壓力連續(xù)處理 15min，一天后測(cè)定需氧嗜中溫微生物和需氧嗜低溫微生物，發(fā)現(xiàn)間歇式加壓處理能抑制微生物。

 

　　筆者對(duì)豆?jié){進(jìn)行超高壓殺菌處理，發(fā)現(xiàn)間歌式處理效果明顯好于同等壓力的連續(xù)處理。對(duì)于芽孢菌為什么間歇式加壓效果好于連續(xù)加壓，研究者認(rèn)為：第一次加壓會(huì)引起芽孢菌發(fā)芽，第二加壓則使這些發(fā)芽而成的營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞殺死。因而對(duì)于易受芽孢菌污染的食物用超高壓多次重復(fù)短時(shí)處理，殺滅芽孢效果好。

 

3、溫度對(duì)殺菌效果的影響

 

　　溫度是微生物生長(zhǎng)代謝最重要的外部條件，它對(duì)超高壓滅菌的效果影響很大。由于微生物對(duì)溫度有敏感性，在低溫或高溫下，高壓對(duì)微生物的影響加劇，因此，在低溫或高溫下對(duì)食品進(jìn)行高壓處理具有較常溫下處理更好的殺菌效果。

 

　　大多數(shù)微生物在低溫下耐壓程度降低，主要是因?yàn)閴毫κ沟玫鸵缦录?xì)胞因冰晶析出而破裂程度加劇。蛋白質(zhì)在低溫下高壓敏感性提高，致使此條件下蛋白質(zhì)更易變性，而且人們發(fā)現(xiàn)低溫下菌體細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)也更易損傷。

 

　　低溫對(duì)高壓殺菌的促進(jìn)效果特別引人矚目，因?yàn)榈蜏叵赂邏禾幚韺?duì)保持食品品質(zhì)，尤其是減少熱敏性成分的破壞較為有利。

 

　　高橋觀二郎等人對(duì)包括芽孢菌等常見(jiàn)致病菌在內(nèi)的16種微生物的低溫高壓殺菌研究顯示，除了芽孢菌和金黃色葡萄球菌外，大多數(shù)微生物在-20℃下的高壓殺菌效果較20℃下的好。

 

　　對(duì)一定濃度的糖溶液在不同溫度下進(jìn)行高壓殺菌，在同樣的壓力下，殺死同等數(shù)量的細(xì)菌，則溫度高，所需殺菌時(shí)間短。因?yàn)樵谝欢�溫度下，微生物中蛋白質(zhì)、酶等成分均會(huì)發(fā)生一定程度的變性。因此，適當(dāng)提高溫度對(duì)高壓殺菌有促進(jìn)作用。

 

　　Havakawa報(bào)道，當(dāng)壓力達(dá)到800MPa，施壓時(shí)間60min，在 60℃條件下，可將嗜熱芽孢桿菌的數(shù)量從初始的10⁶個(gè)/ml下降到10²個(gè)/ml，而在室溫下，施加同樣的壓力，菌數(shù)不會(huì)發(fā)生變化。

 

　　Hitoshi Kinugasa等人研究了高壓滅活茶提取物中的微生物時(shí)發(fā)現(xiàn)，耐熱芽孢桿菌孢子在常溫下進(jìn)行加壓處理時(shí)，不會(huì)被滅活，但在較高的溫度下，在300~700MPa壓力下會(huì)被滅活，徹底滅菌條件為700MPa，溫度為70℃。

 

　　Horie等人發(fā)現(xiàn)，鮮草零中分離出來(lái)的平滑假絲酵母和熱帶假絲酵母的耐性耍高于存活在草莓醬中的啤酒酵母，配合 34-35℃的溫度對(duì)平滑假絲酵母進(jìn)行施壓處理，可將初始數(shù)量為10⁶cfu/g 的該酵母菌迅速滅活，而所有用的時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于單純使用壓力的時(shí)間。

 

　　P.ROVERE進(jìn)行了高壓與熱處理滅菌效果的模型和計(jì)算，主要找出了高壓對(duì)模擬體系中生芽孢梭菌桿菌的熱鈍化動(dòng)力學(xué)，指出高壓下進(jìn)行熱處理其效果會(huì)由于壓力作用而放大，如果控制好溫度，則可以減少加工時(shí)間和加工壓力。

 

　　針對(duì)芽孢菌的高耐壓性，就現(xiàn)階段研究來(lái)看，結(jié)合溫度處理則是一種十分有效的殺菌手段。

 

4、pH 值對(duì)殺菌效果的影響

 

　　每種微生物都有適應(yīng)其生長(zhǎng)的pH值范圍，在壓力作用下，介質(zhì)的pH值會(huì)影響微生物的生命活動(dòng)。據(jù)報(bào)道，一方面壓力會(huì)改變介質(zhì)的pH，且逐漸縮小微生物生長(zhǎng)的pH范圍。例如，在68MPa下，中性磷酸鹽緩沖液的pH 值將降低0.4個(gè)單位，另外，在0.1MPa下，pH9.5時(shí)，糞鏈球菌的生長(zhǎng)受到抑制，而在40MPa下，pH 9.0即可使其生長(zhǎng)受抑制。

 

　　另一方面，在食品允許范圍內(nèi)，改變介質(zhì)pH，使微生物生長(zhǎng)環(huán)境劣化，也會(huì)加速微生物的死亡速率，使超高壓殺菌的時(shí)間縮短，或可降低所需壓力。存活于不同濃度的蔗糖溶液中的啤酒酵母，當(dāng)溶液的PH值在3.5~6.5范圍時(shí)，其滅菌率與pH值關(guān)系不大。

 

　　Kanjiro Takahashi 研究了溶液中大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、啤酒酵母的高壓滅菌效果，發(fā)現(xiàn)常溫下高壓處理時(shí)，pH為7.0時(shí)，滅菌效果最差，而低溫下pH值高低對(duì)滅菌效果無(wú)影響。

 

　　看來(lái)，對(duì)酵母菌類(lèi)而言，采用超高壓處理時(shí)pH值并不是重要的因素。Ogawa等人也發(fā)現(xiàn)，高壓滅活桔汁中原有的霉菌時(shí)，pH 2.4~4.5范圍時(shí)，滅菌效果與pH值無(wú)關(guān)。當(dāng)試驗(yàn)無(wú)酸果汁時(shí)，外加獨(dú)立的有機(jī)酸調(diào)度時(shí)，它不會(huì)成為一種影響因素。

 

　　酸性食品的高壓殺菌研究較多，而低酸性食品的高壓殺菌研究較少，對(duì)于中性pH的食物進(jìn)行殺菌處理時(shí)，單純依靠高壓處理是不理想的。

 

5、微生物的種類(lèi)和特性對(duì)殺菌效果的影響

 

　　不同生長(zhǎng)期的微生物對(duì)高壓的反應(yīng)不同。一般地說(shuō)，處于指數(shù)生長(zhǎng)期的微生物比處于靜止生長(zhǎng)期的微生物對(duì)壓力反應(yīng)更敏感。革蘭氏陽(yáng)性菌比革蘭氏陰性菌對(duì)壓力更具抗性，革蘭氏陰性菌的細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)更復(fù)雜而更易受壓力等環(huán)境條件的影響而發(fā)生結(jié)構(gòu)的變化。孢子對(duì)壓力的抵抗力則更強(qiáng)。

 

　　芽孢類(lèi)細(xì)菌，同非芽孢類(lèi)的細(xì)菌相比，其耐壓性很強(qiáng)，當(dāng)靜壓超過(guò)100MPa時(shí)，許多非芽孢類(lèi)的細(xì)菌都失去活性，但芽孢類(lèi)細(xì)菌則可在高達(dá)1200MPa的壓力下存活。革蘭氏陽(yáng)性菌中的芽孢桿菌屬和梭狀芽孢桿菌屬的芽孢最為耐壓。

 

　　對(duì)于梭狀芽孢桿菌屬的研究較少，缺少足夠的數(shù)據(jù)來(lái)確切評(píng)價(jià)低酸性食品的超高壓殺菌的安全性。芽孢殼的結(jié)構(gòu)極其致密，使得芽孢類(lèi)細(xì)菌具備了抵抗高壓的能力，殺滅芽孢需更高的壓力并結(jié)合其它處理方式。

 

6、食物本身的組成和添加物對(duì)殺菌效果的影響

 

　　超高壓殺菌時(shí)，各種食品的物理、化學(xué)性質(zhì)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(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸減少，而滅活橙汁中的酵母、霉菌，所需的壓力低得多。

 

　　在高壓下，食品的化學(xué)成分對(duì)滅菌效果有明顯作用。蛋白質(zhì)、脂類(lèi)、碳水化合物對(duì)微生物有緩沖保護(hù)作用，而且這些營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)加速了微生物的繁殖和自我修復(fù)功能。

 

　　Kanjiro Takahashi研究了低溫下共存物對(duì)高壓滅菌效果的影響，選用的物質(zhì)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(zhì)的存在使微生物（E.coli，s.cerrevisiae）存活率提高。

 

　　食品基質(zhì)含有的添加劑組分對(duì)超高壓滅菌影響很大，G.O.ADEGOKE研究了高壓和植物油（單萜）的聯(lián)合作用對(duì)啤酒酵母的作用。如果不使用壓力，300μg/ml、600μg/ml的單萜對(duì)啤酒酵母無(wú)效果，但1250μg/ml的單萜有明顯效果，如果使用1800kg/cm²的壓力，200ug/ml、400ug/ml的單萜能使啤酒酵母抑制3個(gè)數(shù)量級(jí)。有些食品在高壓殺菌時(shí)可考慮使用天然抑菌劑，其協(xié)同效應(yīng)可使處理壓力降低。

 

7、水分活度對(duì)殺菌效果的影響

 

　　水分活度（Aw）對(duì)滅菌效果影響也很大，J.J.Rodriguez 試驗(yàn)了高靜水壓與水分活度對(duì)大腸桿菌的抑制作用，Aw對(duì)殺菌效果有明顯影響作用，其影響作用因壓力大小而異，當(dāng)壓力為414MPa時(shí)，當(dāng)Aw從0.99降到0.91時(shí)，殺菌作用減弱，呈二級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)關(guān)系，而在較低的壓力與Aw對(duì)接合酵母菌的殺菌效果，控制Aw能減低壓力大小。根據(jù)研究表明Aw大小對(duì)微生物抵抗壓力非常關(guān)鍵，對(duì)于固體與半固體食品的超高壓殺菌，考慮Aw的大小十分重要。

 

　　由于超高壓殺菌是一個(gè)非常復(fù)雜的過(guò)程、針對(duì)特定的食品要選擇特定的殺菌工藝，為了獲得較好的殺菌效果，必須優(yōu)化以上過(guò)程，只有積累大量可靠的數(shù)據(jù)才能保證超高壓食品的微生物安全，超高壓殺菌技術(shù)才能實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。