超高压杀菌：食品加工的有效方法

高压杀菌就是将食品物料置于高压装置中加压处理，以达到杀菌要求。高压导致微生物形态结构、生物化反应、基因机制及细胞壁膜发生多方面的变化，从而影响微生物原有的生理活动机能，甚至使原有功能破坏或发生不可逆的变化，从而使高压处理后的食品得以长期保存。

（一）超高压对微生物的影响

实验证明，高压可以引起微生物的致死作用，高压导致微生物的形态结构、生物化学反应、基因机制以及细胞壁膜的结构和功能发生多方面的变化，从而影响微生物原有的生理活动功能，甚至使原有的功能破坏或发生不可逆变化。

1.超高压灭菌机理

超高压可以破坏细菌的细胞壁和细胞膜，抑制酶的活性和DNA等遗传物质的复制，破坏蛋白质氢键、二硫键和离子键的结合，使蛋白质四维立体结构崩溃，基本物性发生变异，产生蛋白质的压力凝固及酶的失活，最终造成微生物的死亡。由于高压处理时料温随着加压（卸压）而升高（降低），一般高压处理每增加100MPa压力，温度升高2～4 ℃，故近年来也认为超高压对微生物的致死作用是压缩热和高压联合作用的结果。

2.影响超高压杀菌效果的因素

超高压杀菌效果与处理温度、压力大小、加压时间、施压方式、微生物种类、pH、水分活度和食品组成等许多因素有关。

（1）温度的影响 温度是微生物生长代谢重要的外部条件，受压时的温度对灭菌效果有显著影响。常温以上温度范围内，高压杀菌效果随温度升高而增强。比如一定质量浓度的糖溶液在同样的压力下，杀死同等数量的细菌，温度升高杀菌效果增强，因为在一定温度下，微生物中的蛋白质和酶等成分会发生一定程度的变性。低温下高压处理也具有较常温下高压处理更好的杀菌效果，因为0℃以下，压力使细胞因冰晶析出而破裂的程度加剧，蛋白质对高压敏感性提高，更易变性，而且发现低温下菌体细胞膜的结构更易损伤。

（2）压力和时间的影响 一定范围内，压力越高灭菌效果越好。相同压力下，灭菌效果随灭菌时间的延长也有一定程度的提高。对于非芽孢类微生物，施压范围为300～600MPa时有可能全部致死。对于芽孢类微生物，有的可在1000MPa的压力下生存，对于这类微生物，施压范围在300MPa以下时，反而会促进芽孢发芽。(www.xing528.com)

（3）施压方式 超高压杀菌方式有连续式、半连续式、间歇式。对于芽孢菌，间歇式循环加压效果好于连续加压。第一次加压会引起芽孢菌发芽，第二次加压则使这些发芽而成的营养细胞灭活。因此，对于易受芽孢菌污染的食物，用超高压多次重复短时处理，杀灭芽孢的效果比较好。

（4）微生物的种类和生长期培养条件 微生物的种类不同，其耐压性不同，超高压杀菌的效果也会不同。革兰氏阳性菌比革兰氏阴性菌对压力更具抗性。和非芽孢类的细菌相比，芽孢菌的芽孢耐压性很强，革兰氏阳性菌中的芽孢杆菌属和梭状芽孢杆菌属的芽孢最为耐压。不同生长期的微生物对超高压的反应不同。一般而言，处于对数生长期的微生物比处于静止生长期的微生物对压力反应更敏感。食品加工中菌龄大的微生物通常抗压性较强。

（5）pH的影响 超高压杀菌受pH的影响很大。低pH和高pH环境，都有助于杀死微生物。一方面，压力会改变介质的pH，逐渐缩小适宜微生物生长的pH范围。另一方面，在食品允许的范围内改变介质的pH，使微生物生长环境劣化，也会加速微生物的死亡速率，缩短和降低超高压杀菌的时间及所需压力。

（6）水分活度的影响 食物中的水分活度对微生物的耐压性非常关键。对于任何干物质，即使处理压力再高都不能将其中的细菌杀死，如果在干物质中添加一定量的水分，则灭菌效果大大增强。因此，对于固体和半固体食品的超高压杀菌，考虑水分活度的大小是十分重要的。

（7）食品组成成分的影响 食品的化学成分对杀菌效果也有明显的影响，在营养丰富的环境中，微生物耐压性较强。蛋白质、碳水化合物、脂类和盐分对微生物具有保护作用。研究发现，细菌在蛋白质和盐分浓度高时，其耐压性就高，随着营养成分的丰富，耐压性有增高的趋势。一般来说，蛋白质和油脂含量高的食品杀菌效果差。食品中的氨基酸和维生素等营养物质，更增强了微生物的耐压性。如果添加脂肪酸酯、蔗糖酯或乙醇等添加剂，将提高加压杀菌的效果。

（二）超高压对食品中酶的影响

酶的化学本质是蛋白质，其生物活性产生于活性中心，活性中心是由分子的三维结构产生的。超高压作用可使维持蛋白质三级结构的盐键、疏水键以及氢键等各种次级键被破坏，导致酶蛋白三级结构崩溃，使酶活性中心的氨基酸组成发生改变或丧失活性中心，从而改变其催化活性。蛋白质的二级和三级结构的改变与体积分数的变化有关，因此会受到高压的影响，而蛋白质的一级结构不受高压作用的影响。另有研究表明，虽然酶活力损失在加压时取决于氧气的体积分数，但活性中心的氧化是压力失活的主要原因。不同条件下酶的失活情况不同，根据酶活性的损失和恢复，将酶在压力下失活模式分为4类：完全不可逆失活、完全可逆失活、不完全可逆失活和不完全不可逆失活。

压力对酶的作用效果表现在：在较低的压力下，酶的失活是可逆的，有时还会使某些在常压下受到抑制的酶活性增强；而在较高的压力下，酶活性显著下降，且多为不可逆失活。酶的活性一般随施加压力值的提高先上升后下降，并在此过程中存在一个最适合压力。当压力低于这个值，酶就不会失活，当压力超过这个值（在特定时间内），酶失活速度会加速，直到永久性不可逆失活。对于一些酶又存在一个最高压力，当压力高于最高压力时，也不会导致酶的失活，一般认为是由酶的一小部分不可逆失活转化为非常耐压的部分，当解除压力后耐压的部分恢复原来状态，而不可逆失活的部分保持不变。由此可见，对于特定酶的最低压力和最高压力的研究是保证超高压灭活酶的关键。