[科普中国]-高压二氧化碳杀菌

定义

高压二氧化碳杀菌是将C02溶解于悬浮介质中，进行超高压（通常高于7MPa以上）处理，发现C02对髙压有一定的协同效果，目前国内外对高压二氧化碳杀菌开展的研究不多。

随着人们对食品营养的追求，新鲜和最少加工食品(minimally processed foods)深受消费者欢迎，但这类食品没有经过高温杀菌，使消费者感染致病菌的风险提高了，如由E.coliO157:H7引起的美国“毒疲菜”风波和德国的“毒芽菜”事件。非热杀菌技术因其良好的杀菌效果及对食品品质的有效保留而引起了广泛关注，主要包括超高压(high hydrostatic pressure, HHP)、辐射(irradiation)、高压脉冲电场(pulsed electric fields,PEF)、振荡磁场(oscillating magnetic field)和高压二氧化碳等。作为新兴的非热杀菌技术,HPCD集压力、酸化、爆炸、厌氧、超临界等综合效应,己成为国内外食品加工领域的研究热点。1

优势作为一种新型的非热力杀菌方式，HPCD杀菌除具有所有非热力杀菌方式所具有的优点：如杀菌温度低、无残留、无污染、营养损失少、安全性高等之外，还具有其他非热力杀菌方式所不具有的优点，如与超高压杀菌(400MPa-800MPa)相比,HPCD杀菌压力更低、时间更短；与射线杀菌(易引起维生素损失、脂肪氧化、公众恐惧)相比，HPCD杀菌对食品品质影响更小、安全性更高。1

影响因素影响HPCD杀菌效果的因素可分为三类，为加工因素、微生物因素和产品因素。在加工因素中，压强、温度和时间对HPCD杀菌效果影响的研究最多。一般来说,杀菌效果会随着压强的增大、温度的提高及处理时间的延长而增加。在微生物因素中，微生物的种类、生长状态和初始浓度是影响HPCD杀菌效果的三个主要方面。通常来说，微生物对HPCD的敏感度顺序为：革兰氏阴性菌>革兰氏阳性菌>酵母菌>霉菌，而且微生物营养体对HPCD的敏感度要高于芽孢或孢子；就微生物的生长状态而言，HPCD对对数生长期细胞的杀菌效果要好于对稳定期细胞的杀菌效果；而且在较低的初始菌浓度下HPCD的杀菌效果会较好。在产品因素中，影响HPCD杀菌效果的三个主要产品性质包括含水量、初始pH值及成分复杂程度。通常来说，产品含水量越高则HPCD杀菌效果越好；较低初始pH值能提高HPCD的杀菌效果；而且，由于具有复杂成分的产品对微生物具有较强的保护作用,因此HPCD对较单一成分的产品具有较好的杀菌效果。2

杀菌机制有关HPCD的杀菌机制己有很多假说，但精确的杀菌机制仍在探索中。最早系统性概括HPCD杀菌机制的是Daniels等人，他们将杀菌机制概括为四个方面：(1) CO2对处理釜中O2的排除作用,这会抑制好氧微生物的生长；(2) CO2渗透入微生物而对微生物体内新陈代谢过程的影响；(3) CO2对细胞内外pH值的降低会影响微生物的代谢活性；(4) CO2可能对微生物的酶系统产生影响。

随着HPCD杀菌研究的进展，Damar和Balaban于2006年完善了 HPCD杀菌机制，他们把HPCD杀菌机制概括为：(1)微生物细胞内外pH值降低所引起的杀菌作用；(2)分子态CO2对脱羧酶活性的抑制及产生的碳酸盐对细胞带来的钝化作用；(3)加压和卸压过程对微生物细胞造成的物理损坏；(4)对细胞膜的改性及细胞内容物的流失。

在2007年，Garcia-Gonzalez等人将HPCD杀菌机制用示意图的方式总结为七个步骤：(1) CO2溶解于微生物外部的介质中；(2)细胞膜的改性；(3)微生物细胞内部pH值的降低；(4)细胞内部pH值的降低引起关键酶的钝化,进而使细胞内的新陈代谢受到抑制；(5)分子态CO2和碳酸氯根离子对新陈代谢的直接抑制效应；(6)微生物内部的电解质平衡被打破；(7)细胞或细胞膜中重要组分的流失。但作者指出,这七个步骤中的大部分步骤并不是完全按顺序进行的，而是以非常复杂和相关的方式同时发生。2

应用1951年，Fraser发现释放加压的CO2可杀灭E. coli ，从此开创了采用加压CO2杀菌的新纪元。研宄表明，HPCD可对细菌、霉菌和酵母产生杀灭作用,而且对细菌所产生的芽孢及霉菌和酵母所产生的孢子也有一定的杀灭效果;在致病菌中研究较多的是 E. coli、S. typhimiiriim、L. monocytogenes、和S. aereus在食品杀菌研宄中，HPCD 主要用于液态食品的杀菌,尤其是果蔬汁制品，还包括牛奶、啤酒等其他液态食品；当然HPCD也被应用于肉制品和一些鲜切果疏产品等固态食品的灭菌中。目前，对于HPCD杀菌方面的研究主要集中在杀菌效果、杀菌动力学和杀菌机制这三个方面。2

存在问题CO2虽然是一种安全、廉价和易得的协同超高压杀菌的物质，但由于常压下CO2的溶解度有限(