《超高压灭菌的协同措施》由会员分享，可在线阅读，更多相关《超高压灭菌的协同措施（12页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第四节 超高压灭菌的协同措施 第四节 超高压灭菌的协同措施 单独使用超高压有时并不能完全确保食品的安全性，如果采取其它配合措施，或结合栅栏技术，能更有效地杀灭微生物。最常用的方法是与温度相配合、改变加压方式、使用添加剂、微波、超声波等。 1 脉冲加压 1 脉冲加压 在超高压杀菌处理中，由于不同微生物的耐压特性各异，而仅仅依靠延长保压时间往往对微生物的致死率影响不大。因此一些专家尝试用间歇、多次、重复加压的方式，发现灭菌效果比较明显。例如在室温条件下，用 500MPa 对牛奶加压 10min，不如 5min5min 的效果好。这种方式被称作脉冲加压，或交变加压。一般认为第一次加压导致大量微生物失
2、活，一部分微生物受到损伤，第二次加压会使一部分已经损伤的微生物再度受到压力的作用而致死， 如此反复多次加压能给予微生物多次剧烈的冲击，从而提高灭菌的效率。 Hayakawa等在富含营养成分介质中，密度为 106/g的脂肪嗜热芽孢杆菌芽孢(Bacillus stearothermophilusspore)进行了超高压杀菌研究。经过 600MPa，70(指加压过程中测出的实际温度，包括加压前加热和绝热压缩温升) ，加压5min，然后减压至大气压力，并重复脉冲加压处理 5 次。超高压处理后，立即用营养琼脂平板在 55下经过 7d 培养未能检出微生物，起到了完全杀灭作用。电子显微镜观察显示所有孢子都已
3、碎裂。而在 70以下进行同样压力和更长保压时间的超高压处理，也不能达到完全灭菌的效果。 Sojka和Ludwig对处于专用萌芽营养基，密度为 108/g的枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)ATCC 9372 芽孢进行了脉冲超高压处理。首先，在 60MPa，70( 加压前温度)，保压 1min；随后在 500MPa 下再保压 1min，并重复 1 0 次进行超高压脉冲处理。 超高压处理后， 立即用营养琼脂平板在 37下经过 10d 培养未能检出微生物，芽孢被完全杀灭。他们认为，60MPa压力下的第一个脉冲可以使枯草芽孢萌发；萌发的营养体在随后的 10 次 500MPa脉冲超高压处
4、理后相继地被破坏。而采用一次同样保压时间的超高压处理只能杀灭 50% 的芽孢。 Meyer 等认为，在690MPa 和90的条件下进行两个脉冲超高压处理，大部分食品能够达到完全无菌，而且通心面(Macaroni)、干酪(Cheese)、金枪鱼烤面1(Tuna noodle casserole)、 酸奶油牛肉(Beef stroganoff)、 意大利通心粉(Pasta dishes)等正餐食品质量不受超高压处理影响。意大利通心粉的由质构性质体现出来的口感“嚼劲”(al dente)保持完好。经上述处理的胡萝卜(Carrots)、芹菜(Celery)、洋葱(Onions)、绿豆(Greenbea
5、ns)和花椰菜(Cauliflower)保持原有的生脆口感。在966MPa 和60 的条件下进行两个脉冲超高压处理，芦笋(Asparagus)的生脆口感被破坏；土豆(Potatoes)具有像刚煮过的风味和口感；而鸡蛋则犹如煮得非常嫩，具有半生的口感。Krebbers 等人将绿豆用2次脉冲高压处理,经1个月的贮藏后,与常规保藏方法相比, 绿豆的硬度和维生素C保留较好,且能使99%以上的过氧化物酶失活。此外，针对各种不同类型的低酸食品还试验总结出经过两次脉冲超高压处理达到无菌状态的工艺参数选择方案。 脉冲加压强化超高压杀菌效果机理可以解释为， 脉冲加压可以造成被处理微生物的细胞壁、细胞膜、代谢酶和
6、核酸的损伤累积。快速的升压和降压减小上述物质对环境条件的响应能力，从而降低适应性，微生物薄弱位点的损伤加剧。 2 温度协同超高压灭菌 2 温度协同超高压灭菌 如前所述，温度是影响超高压灭菌的一个重要因素，主动地采取温度控制手段协同超高压提高灭菌效果，是最可行的方法，目前它已成为高压食品加工研究的重要方向。 温度和压力会引起蛋白质变性，但是它们的机理不同。对不同的微生物，施加大小不同的温度和压力，其灭菌效果是不同的。这是很复杂的问题，需要通过实验和经验摸索灭菌参数。另外，加热和加压的顺序也会影响灭菌效果。 在本节暂且对温度范围做以下定义，低于0为低温，0-60为中温，高于60为高温，这样我们可方
7、便地阐述各个温度范围与超高压协同的效果。 中温协同灭菌 中温协同灭菌 Alpas等学者认为细菌细胞在2035下对超高压敏感性不强，当温度高于35时，由于细胞膜脂质(cell membrane lipids)发生相变(phase transition)，增强了细菌对压力的敏感性；而Hayakawa 等认为，脉冲加压(Oscillatory Pressurization，OP 法)结合温和加热条件下，芽孢死亡的主要原因是： 2(1)超高压的释放会引起芽孢菌细胞壁与水的绝热膨胀； (2)超高压下升温(2070)，会增大芽孢细胞壁内外的压力差，加快水分向细胞壁和细胞膜的渗透， 并导致水分粘度与表面张力
8、的下降， 及其它物理变化，从而强化了对芽孢的破坏能力。 在日本首先实现了高压食品上市。最初的产品是密饯和果昔。在保藏这类食品时酵母菌是主要考虑的对象。Horie等人发现从鲜草莓中分离出来的近平滑假丝酵母(Candida Parapsilosis)具有耐压性，它和热带假丝醉母的耐压性要高于存活在草莓酱中的啤酒酵母。 配合温度高达34一54对近平滑假丝酵母进行施压处理。可以将初始数量为106cfu /g的该酵母菌迅速灭活，而所用的时间远远短于单纯使用压力时的时间。 Hayakawa报道，当压力达到800MPa,施压时间60min，在60条件下，可将嗜热芽孢杆菌数量从初始的106下降到102个/毫升
9、。而在室温条件下，施加同样压力时，并不会发生明显变化。 图3.19 压力和温度对脂嗜热芽孢杆菌的作用 图中 (1) 60min ,20 (2) 60min, 60 低温协同灭菌 低温协同灭菌 低温超高压处理具有良好的杀菌效果，但其作用机理还不清楚，目前主要有两种观点：一是认为压力使得低温下细胞因冰晶析出而破裂程度加剧，降低了大多数微生物低温下的耐压能力；二是由于蛋白质在低温下对超高压的敏感性提高， 致使蛋白质在此条件下更易变性， 且低温超高压下菌体细胞膜结构更易损伤。总之，介质的相变对菌体死亡有一定的影响。但对酵母菌的研究显示，介质的冻结和解冻对酵母菌的死亡并没有太大的影响， 即低温超高压下介
10、质的相变并非酵3母菌死亡的主要原因。 这也就说明微生物在低温超高压下容易死亡可能还有其它原因，有待进一步研究。 高温协同灭菌 高温协同灭菌 超过60，热力灭菌的作用开始显现，与超高压协同会出现更好的效果。Wilson and Baker经过超高压杀菌研究并注册了一个专利(International Patent Filing WO 97/21361和美国专利U.S. patent 6,086,936)。专利中指出，在内汤营养液中，密度为106/g的枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)、嗜热脂肪芽孢杆菌芽孢(Bacillus stearothermophilus spore)和梭状
11、芽孢杆菌(Clostridium sporogenes)芽孢，经过621MPa，85，保压30min和621MPa，98，保压5min 两次超高压处理。超高压处理后，立即用营养琼脂平板在37下经过7d 和30d 培养未能检出微生物，芽孢被完全杀灭。进行30d 的培养是为了让可能残存或受伤的芽孢和营养体有充分的时间进行修复。 如果需要降低处理温度，只有相应地提高压力值才能达到相同的效果。 表3.3 高温协同灭活芽孢 表3.3 高温协同灭活芽孢 菌种 压力 MPa 温度 时间 min初始菌数 处理后菌数 枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis) 621 600 85 98 4060 30
12、 5 1060 杀死 Wilson and Baker嗜热脂肪芽孢杆菌芽孢(Bacillus stearothermophilus spore) 621 800 85 98 60 30 5 60 106 1060 106Wilson and Baker梭状芽孢杆菌(Clostridium sporogenes)芽孢 621 85 98 30 5 1060 Wilson and Baker金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus) 207 50 5 下降67个数量级 埃希氏大肠杆菌(Esc he r i ch i a c ol i ) 207 50 5 下降67个数量级 单核细
13、胞增生李斯特氏菌(Lister ia monocytogenes) 207 50 5 下降67个数量级 肠炎沙门氏菌(Salmonellaenteritidis) 207 50 5 下降67个数量级 单核细胞增生李斯特氏CA 菌(Listeria monocytogenes 207 50 10 0 4CA) 预热处理和预冷处理预热处理和预冷处理 Seyderhelm 和 Knorr(1992)提出了嗜热脂肪芽孢杆菌孢子死灭率最高的处理工艺：100MPa，50 或 60预处理降至常压，20，停 45min200-400MPa，50 或 60处理。除高温区杀菌研究外，低温域的探讨也受到重视。高桥(
14、1991)指出，-20下的杀菌效果要比 20好。将试验菌在-20下预处理 24h 后再加压处理，也得出类似结论。低温预处理有助于杀灭大肠杆菌。当菌悬液的水相出现冰结晶，细跑受到机械损伤，又受到压力作用，杀菌效果自然增强。因此，寻求不同条件下温度与压力的最佳组合意义重大。 预热处理和后热处理 预热处理和后热处理 将受试样分成2组，分别在加压前和加压后进行45，20 min的热处理，其灭菌效果见图3.20。 对于嗜热脂肪芽孢杆菌的芽孢， 适当的热处理(45， 20 min)有助于超高压灭菌作用。两者协同作用的效果要优于单一方法处理，且预热处理结合超高压的灭菌作用要强于后序热处理与超高压的协同作用。
15、究其原因，我们认为这与芽孢菌的特性密切相关，芽孢菌孢子可以保持较多的休眠状态，在条件适合的情况下(如热刺激)，也可以在几分钟内破壁萌发成营养体。45是嗜热脂肪芽孢杆菌较适宜的生长温度，预热处理促使孢子液中的部分芽孢发芽(样品制片、染色后的显微镜检测结果证明了这一点，初始孢子含量达90以上，而经过适当加温后孢子含量降到65左右)。而营养体细胞对环境的敏感程度大大高于芽孢体，尤其在磷酸缓冲液中，比较容易受损致死，表现为死亡率高于同一条件下的单纯超高压灭菌率。 另外，对受试样分别经45，65，85及20min预热处理，对比不同温度预热处理与压力组合的效果，检测结果可看出间隔34h的2次检测的数据相差
16、甚大，近12个数量级。45，65表现出的协同超高压数据的灭菌率较好，65最高，而85相对较差。通过显微镜有观察，发现适当温度处理使芽孢含量90降到6545而产生的营养体细胞对环境敏感程度大大高于芽孢体，尤其在磷酸缓冲液中， 比较容易受压损致死， 表现为死亡率高于同条件下的单纯超高压灭菌率，但85在嗜热脂肪芽孢杆菌最高生长温度范围之外，不仅不能诱使孢子发芽，反5而抑制孢子，我们认为85的杀菌效果主要由于高温的作用，至于高温协同超高压杀菌实验研究及机理的探讨还有待于下一个阶段的研究。 我们认为这主要还是与嗜热脂肪芽孢杆菌的特性有关， 此孢子比其它任何嗜温种的孢子更抗热，相反，营养细胞对不良的条件非常敏感，冷至室温，它们立即失去活性。嗜热脂肪芽孢杆菌生长的温度最高6575，最低3045。 图3.20 热处理对嗜热脂肪芽孢杆菌芽孢耐压性的影响 图3.21 预热处理
