二氧化碳協(xié)同食品超高壓殺菌研究.pdf

1、超高壓殺菌可以保持食品的營(yíng)養(yǎng)成分、質(zhì)構(gòu)、色澤和新鮮的口感，避免了傳統(tǒng)熱殺菌對(duì)熱敏性營(yíng)養(yǎng)成分、色澤和風(fēng)味的破壞。然而，要?dú)⑺朗称分心承┠蛪旱闹虏【透瘮【枰^高的壓力（500MPa以上），導(dǎo)致設(shè)備造價(jià)及運(yùn)行費(fèi)用昂貴，阻礙了食品超高壓殺菌技術(shù)的應(yīng)用，為了降低殺菌壓力，各種超高壓協(xié)同措施的研究成為熱點(diǎn)。其中包括添加天然抗菌化合物如nisin、Lactoperoxidase、CO2等，包括中等溫度協(xié)同，循環(huán)脈沖壓力的采用等，但由于抗菌化合物主

2、要作用于革蘭氏陽(yáng)性菌的細(xì)胞壁，這類化合物對(duì)具有外膜保護(hù)的革蘭氏陰性菌的作用效果較弱，且違背零添加的原則;而中溫協(xié)同依然會(huì)造成熱敏性果汁營(yíng)養(yǎng)成分和口感的破壞。CO2作為天然的抑菌物質(zhì)，廉價(jià)易得，使用安全，與超高壓協(xié)同可以提高殺菌效果，以降低殺菌壓力，但在超高壓過(guò)程中應(yīng)用CO2有協(xié)同濃度過(guò)低，且不穩(wěn)定的問(wèn)題，不能有效提高協(xié)同殺菌效果，因此限制了這種協(xié)同方法的研究和應(yīng)用。另外，CO2協(xié)同超高壓殺菌機(jī)理尚未明確，其中包括超高壓對(duì)細(xì)菌細(xì)胞的作用、

3、高壓下CO2對(duì)細(xì)胞作用的機(jī)理以及二者協(xié)同的機(jī)理。
　　 本論文以CO2為協(xié)同物質(zhì)，設(shè)計(jì)和構(gòu)建一種全新的CO2協(xié)同超高壓試驗(yàn)方法和裝置，實(shí)現(xiàn)在設(shè)定的CO2濃度協(xié)同超高壓殺菌，以達(dá)到預(yù)期的協(xié)同效果，并且研究了CO2協(xié)同濃度、超高壓壓力、溫度等因素對(duì)殺菌效果的影響。同時(shí)對(duì)CO2協(xié)同超高壓殺菌的機(jī)理進(jìn)行探索，涉及高壓下CO2對(duì)細(xì)胞膜的滲透作用，對(duì)細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的變性作用等。然后針對(duì)果蔬汁中常見(jiàn)的致病菌和腐敗菌，采用協(xié)同處理對(duì)果汁進(jìn)行巴氏殺

4、菌，探索果汁pH值和基質(zhì)對(duì)CO2協(xié)同超高壓處理的影響，為超高壓技術(shù)和工藝的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用提供依據(jù)。主要研究成果如下:
　　 1、在細(xì)胞懸浮液中添加3～5.5NL/LCO2，能使金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的超高壓殺菌壓力比無(wú)協(xié)同殺菌降低200～250MPa。
　　 金黃色葡萄球菌的有效協(xié)同殺菌（＞7對(duì)數(shù)級(jí)）條件為3.8NL/LCO2、350MPa、30℃、10分鐘，大腸桿菌的有效協(xié)同殺菌條件為3.2NL/LCO2、250MPa、

5、30℃、10分鐘，與單獨(dú)超高壓相比，降低了殺菌壓力200～250MPa。滅活率隨CO2增加而增加，當(dāng)CO2濃度提高到5NL/L左右時(shí)，對(duì)殺菌效果的增強(qiáng)呈現(xiàn)飽和趨勢(shì)。溫度顯著影響協(xié)同殺菌效果，在30℃或更高的溫度時(shí)，有良好的殺菌效果，在低于20℃時(shí)，CO2協(xié)同效果降低，適當(dāng)提高壓力，或者采用循環(huán)壓力也可以得到有效的殺菌效果。作為真正的冷殺菌方法，可以選擇處理溫度為25-35℃。CO2協(xié)同超高壓造成細(xì)菌滅活的同時(shí)，也增加亞致死損傷。CO2協(xié)

6、同對(duì)動(dòng)態(tài)壓力的殺菌效果也有一定的增強(qiáng)作用，但與高靜壓不同，高壓均質(zhì)處理沒(méi)有造成細(xì)胞亞致死損傷。
　　 2、CO2主要是通過(guò)破壞細(xì)胞膜完整性、降低細(xì)胞內(nèi)pH、促進(jìn)蛋白質(zhì)聚集而發(fā)揮協(xié)同殺菌作用。
　　 通過(guò)細(xì)胞掃描電鏡(SEM)圖像觀察到協(xié)同處理的金黃色葡萄球菌和大腸桿菌細(xì)胞高度變形，表面凹陷，顯示出其細(xì)胞壁遭到破壞，大腸桿菌的細(xì)胞壁的破壞程度要大于金黃色葡萄球菌。而單獨(dú)高壓處理的細(xì)胞仍具有光滑連續(xù)的表面，表明CO2協(xié)同處理

7、增加了對(duì)細(xì)胞破壞的程度。
　　 通過(guò)激光共聚焦顯微鏡和流式細(xì)胞儀觀察細(xì)胞對(duì)PI的吸收，結(jié)果顯示協(xié)同處理比單獨(dú)高壓處理大大提高細(xì)胞膜通透比例，將大腸桿菌細(xì)胞吸收PI的比例從12％提高到87％，將金黃色葡萄球菌細(xì)胞吸收PI的比例從5％提高到69％，證實(shí)了CO2增加了細(xì)胞膜的通透性，是細(xì)胞滅活的關(guān)鍵因素之一。
　　 大腸桿菌細(xì)胞超薄切片的TEM圖像顯示，CO2協(xié)同高壓作用使細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)聚集，由于CO2滲透導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)pH下降，細(xì)

8、胞內(nèi)高濃度的蛋白質(zhì)包括核糖體因此在壓力作用下聚集，破壞了菌體內(nèi)組織的活性，引起微生物失活。細(xì)胞質(zhì)中蛋白質(zhì)的聚集是CO2協(xié)同滅活的另一關(guān)鍵因素。
　　 CO2滲透抑制試驗(yàn)表明，5mMPBS完全抑制0.2MCO2滲透，提出CO2對(duì)細(xì)胞膜的滲透模型如下:在細(xì)胞膜上吸附的HCO3-離子結(jié)合一個(gè)H+，生成CO2并滲透進(jìn)入細(xì)胞，當(dāng)H2PO4-取代HCO3-在細(xì)胞膜表面吸附，CO2滲透即被抑制，失去協(xié)同殺菌作用。
　　 3、采用4.5

9、NL/LCO2協(xié)同，對(duì)橙汁、番茄汁和胡蘿卜汁均可在低于或等于350MPa有效殺滅其中的大腸桿菌、李斯特菌和植物乳酸桿菌，同時(shí)發(fā)現(xiàn)CO2協(xié)同增加了細(xì)菌的亞致死損傷和儲(chǔ)存過(guò)程中的繼續(xù)滅活。
　　 在四種果汁中進(jìn)行了超高壓或CO2協(xié)同超高壓殺菌:橙汁（pH分別為3.4和3.8）、番茄汁(pH4.2)和胡蘿卜汁(pH6.3)，結(jié)果顯示，果汁的成分如可溶性固體和懸浮顆粒并沒(méi)有對(duì)CO2的協(xié)同作用產(chǎn)生明顯的影響，果汁pH的影響在pH＜4和pH

10、＞4時(shí)有不同表現(xiàn)，在pH4.2的番茄汁和pH6.3的胡蘿卜汁中，協(xié)同殺菌效果與在pH7.0的生理鹽水中相近，pH沒(méi)有明顯的影響(p＜0.05)，在pH3.8的橙汁中，超高壓本身的殺菌效果有一定提高，但pH3.8對(duì)CO2協(xié)同效應(yīng)則有更大的增強(qiáng)作用。而在pH3.4的橙汁中，幾種細(xì)菌都失去耐壓性，僅超高壓就可以在200MPa完全滅活大腸桿菌，在300MPa完全滅活李斯特?zé)o害菌和植物乳酸桿菌。
　　 協(xié)同處理造成的細(xì)胞亞致死損傷增加了細(xì)