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1、X X 大学毕业论文超高压技术在现代杀菌领域的应用姓 名：_2014 年 6 月 25 日超高压技术在现代杀菌领域的应用作者：王存林，张翠英，张瑛，王盛民 【摘要】 论述了超高压技术在现代杀菌领域的研究现状，对超高静压杀菌和超高压均质杀菌进行了比较，并介绍了一种新型的瞬时高压杀菌方法超高压水射流灭菌方法，经初步实验研究取得了较好的效果，表明有着广阔的发展前景。 【关键词】 超高压技术； 超高静压； 超高压均质； 超高压水射流Abstract：The paper describes the researchful actuality of the ultra-high pressure tech
2、nology in the modern sterilization field, compares the discrimination between the ultra-high static pressure and the ultra-high pressure homogen, and introduces a kind of new instantaneous high pressure sterilization methodthe ultra-high pressure water jet sterilization method, which has obtained we
3、ll result by initial experiment research, indicating a wide development prospect.Key words：The ultra-high pressure technology； The ultra-high static pressure； The ultra-high pressure homogen； The ultra-high pressure water jet sterilization 杀菌技术是人类发明的一项重要的应用技术，它广泛应用于医药卫生、工业和农业等行业，在减少人类遭受病菌折磨、防止食品腐败、延
4、长物品使用和保存期限等方面起着巨大的作用。超高压杀菌技术作为一种新型的冷杀菌技术，在我国的研究起步较晚。该技术属于物理杀菌技术，包括静态杀菌和动态杀菌，静态杀菌即超高静压杀菌，动态杀菌也称瞬时高压杀菌，目前研究较多的是超高压均质杀菌技术。本文论述了超高压技术在现代杀菌领域的研究现状，对超高静压杀菌和超高压均质杀菌作了比较，并介绍了一种新型的瞬时高压杀菌方法超高压水射流灭菌方法，旨在推进我国超高压技术在现代杀菌领域的研究应用。1 超高静压杀菌技术1.1 超高静压杀菌的基本原理及特点超高静压杀菌是将 1001 000 MPa的静态液体压力施加于食品、生物制品等物料上并保持一定的时间，起到杀菌、破坏
5、酶等作用。处理过程中的物料可以是包装的或未包装的，通常采用能够传递压力的柔性材料密封包装，一般在常温下进行。超高静压可改变微生物的细胞形态结构，使微生物体积减小，影响细胞的形态，使分化减慢；超高静压破坏了微生物细胞膜和细胞壁，使受压的细胞膜表现出通透性的变化，发生功能障碍，导致细胞内容物流失，可使细胞壁遭到不同程度的破坏；超高静压抑制了微生物的生化反应，压力改变了细胞内的物理化学平衡，阻遏了细胞的新陈代谢过程，细胞分裂减慢，导致微生物生长滞后，甚至停止；超高静压影响 DNA 复制，压力直接影响着微生物的遗传与变异，影响基因表达和蛋白质的合成；超高静压钝化酶的活性，破坏酶分子内部结构，使活性部位
6、上的构象发生变化，致使主要酶类变性失活1 。1.2 超高静压杀菌的研究现状1.2.1 在乳制产品中的研究鲍志英研究了超高压对牛乳的杀菌效果，结果表明，500 MPa 处理 20 min，大肠埃希氏菌致死率为 99.998 1%，猪霍乱沙门氏菌猪霍乱亚种致死率为 99.999 4%（2004 年内蒙古农业大学硕士论文集） 。田晓琴等2研究鲜牛奶时发现，在 200500 MPa 时，随着压力的升高，杀菌效果直线上升；在 500600 MPa 时，压力升高，杀菌效果增幅不明显。超高压处理鲜牛奶的最优工艺是 500 MPa 下处理 30 min。多数对牛乳的研究证实，100600 MPa 作用 510
7、 min 可杀灭一般细菌和酵母菌，但孢子有一定耐受性，当压力达 600 MPa 并结合一定的温度处理1520 min 可完全杀菌3 。1.2.2 在果类制品中的研究赵玉生等4对猕猴桃汁的超高压杀菌效果研究表明，在 100400 MPa 时，保压的前 5 min 大肠菌群的杀灭效果十分显著，但保压 5 min 后大肠菌群的灭亡速率，在 200MPa 与 300MPa 时变得平缓，而400 MPa 时依然强势，在保压 10min 后大肠菌群的死亡率达到理想值。Bull 等5研究发现经过超高压处理过的 Valencia and Navel 橙汁在 600 MPa 能够将微生物降低到理想的水平；黄丽等
8、6 研究发现，超高压处理对荔枝果汁中的细菌有明显的杀灭作用，400 MPa 以上压力处理后可达到商业无菌的要求；吴万贵等7研究了超高压对哈密瓜汁的杀菌作用，发现哈密瓜汁灭菌压力达 400450 MPa 后尚不能达到商业无菌要求。1.2.3 在肉制产品中的研究高压配合中等温度处理碎猪肉，414 MPa，50处理 6 min 可使单核细胞增多性李斯特菌的数量减少 1010cfu/g。高压对鲜肉中沙门氏菌和单核细胞增多性李斯特菌也有良好的灭活作用8 ；Hugas 等9研究了醋渍牛肉、煮制火腿和干腌火腿经 600 MPa，31，6 min高压处理后的结果显示，降低水分活度可提高微生物对高压的抵抗能力。
9、1.2.4 在酒类产品中的研究超高压对米酒进行处理后可使酵母菌和乳酸菌得到有效抑制。对啤酒在 350 MPa，20下处理 35 min，对酒中酵母菌、乳酸菌等细菌的杀灭作用显著10 。1.2.5 在水产品中的研究 Cruz-Romero11研究表明，在 207345 MPa 对生牡蛎加压 2 min 能够消除 S 形霍乱菌，高压处理过的牡蛎在 2下可稳定保藏 41 d，未经高压处理的样品只能保存 13 d。对章鱼的超高压研究表明：200 MPa，7能杀死大肠杆菌和金黄色葡萄球菌，而对乳酸杆菌基本不影响。在 7和 40下，用 400 MPa 连续处理 15 min 后发现，在 7时章鱼肉中所含的
10、微生物数量大大低于对照组12 。1.2.6 在生物制品中的研究超高压对病毒的灭活作用可用于制备疫苗，加压处理后病毒所产生的抗体同未加压的病毒产生的抗体是一样有效的13 。超高压能杀死血浆中包括突变株在内的所有病毒，而且不影响血浆主要成分的生物活性。血浆中的 HIV 经 400 MPa，25，10 min 处理后，对 CD4+-T 细胞的感染性降低 5 个数量级单位，因子 100%恢复，-球蛋白 100%恢复14 。1.2.7 其他研究高瑀珑等15研究发现，超高压处理时随着大豆分离蛋白浓度的增加或蔗糖浓度的增加枯草芽孢杆菌死亡数量级降低，而豆油浓度的变化对枯草芽孢杆菌死亡数量变化不明显。国外科研
11、人员通过电镜观察发现，经过高压处理过的酵母细胞，细胞核膜、溶菌体、液泡发生了严重的分裂，而细胞膜、细胞壁只受到轻微的损坏16 。1.3 影响超高静压杀菌效果的因素超高静压杀菌的影响因素包括微生物的种类、压力大小和加压时间、施压方式、处理温度、pH 值、介质成分等。革兰阳性菌比革兰阴性菌对压力更具对抗性，芽孢菌的芽孢耐压性强于非芽孢类细菌；在一定范围内压力越高灭菌效果越好，在相同压力下灭菌时间越长灭菌效果也有一定程度的提高；超高静压的灭菌方式中，对于芽孢菌，间歇式循环加压灭菌效果好于连续式加压；温度是微生物生长代谢最重要的外部条件，不同温度与超高静压的协同灭菌有利于杀灭细菌芽孢；压力会改变介质的
12、 pH 值，影响微生物的生命活动；超高静压杀菌时，物料的化学成分对灭菌效果有显著影响1 。2 超高压均质杀菌技术2.1 超高压均质杀菌的作用机理及特点超高压均质杀菌是一种用物理方法动态连续进行的液态物料破碎的冷杀菌技术。在动力杀菌中，液态物料中的微生物受到压力瞬间释放产生的强烈剪切、高速撞击等动力作用，尽管这些作用产生的基本条件仍为高压，但形式已远不止超高静水压杀菌中单纯的挤压作用。超高压均质的杀菌机理是：利用超高压产生对液态物料的挤压，以及压力释放时强烈剪切和高速撞击等联合作用，使其中细菌的细胞结构发生破坏和改变，从而失去或钝化其生物活性，达到杀菌目的17 。2.2 超高压均质杀菌的研究现状
13、2.2.1 在乳制产品中的研究 杜军等17应用超高压均质处理牛乳后发现，在所采用的实验条件下，大肠菌群菌落数可以达到小于 10 ml-1 以下；即使是在杀菌效果较差的条件下，细菌总数最大也可以降低 3 个对数单位。2.2.2 在果类制品中的研究李菁等18应用超高压均质处理西瓜汁后发现，采用 150 MPa 压力处理 3 次，并控制料温不高于 4045，菌落总数和霉菌及酵母菌数均可达到要求。Neil H.Mermelstein 等19研究了超高压(45 000 Psi，约 310 MPa)均质处理的鲜橙汁，货架期可达 6 个月。2.2.3 其它研究刘成梅等20在牛奶、桔囊溶液、胡萝卜溶液中添加大
14、肠杆菌后的超高压均质处理实验结果显示，在 14 000 Psi(96.5 MPa)、流速 350400 ml/min时，牛奶处理 3 次后大肠杆菌下降率为 99.997%，桔囊溶液处理 4 次后下降率为 99.992%，胡萝卜溶液处理 4 次后下降率为 99.998%。钟业俊等21研究发现，在 120 MPa，25下对枯草杆菌瞬时高压处理 1 次，致死率为 93.82%；酸性和碱性条件下较中性下更有利于瞬时高压杀菌，酸性条件下杀菌效果最好。代元忠等22对大肠杆菌和酵母菌进行了实验破碎，以 103117 MPa处理一次可使大部分大肠杆菌中的细胞破裂；用 60 MPa 进行均质，使酵母菌微粒粒径
15、25 m，再用超高压均质机调压至 135 MPa 循环处理 3 次，最小粒径 0.010.05 m。2.3 影响超高压均质杀菌效果的因素杀菌效果影响因素基本同超高静压，但超高压均质杀菌的处理次数对杀菌效果影响较大。3 超高静压杀菌与超高压均质杀菌比较233.1 承受压力不同两者杀菌时的压力都很高，超高静压范围为 1001 000 MPa，超高压均质压力一般为 4060 MPa，最高可达 100200 MPa24 ，超高压均质杀菌的常用压力小于超高静水压常用处理压力。3.2 作用机理不同超高静水压杀菌的原理主要是高压对微生物的挤压致死作用，导致微生物原有功能破坏或发生不可逆的变化；超高压均质杀菌
16、是利用超高压对液体物料的挤压，以及压力释放产生的强烈剪切和高速撞击等动力作用，使细菌的结构发生破坏和改变。3.3 处理工艺不同超高静水压杀菌是在一定温度下，把物料装入柔性材料中密封后放于水中对水进行高压处理的过程，处理量较小，难以实现工业上的连续化。而超高压均质杀菌是呈流动状态，可以实现工业上的连续化操作。3.4 选用的设备不同超高静水压杀菌由专门的高压杀菌设备来完成，高压容器是整个加压装置的核心；超高压均质杀菌由超高压均质机同时完成了物料的均质乳化和杀菌作用。3.5 处理时间不同超高静水压的杀菌效果遵循施加压力越高，处理时间越短的规律，一般处理时间为 530 min。超高压均质杀菌由于连续化操作，处理时间极其短暂，整个过程只需 1
