高压处理对肉品中有害微生物的影响

　　摘要：主要阐述了高压处理使微生物失活的机制，影响微生物失活的因素以及高压作为一种贮藏技术在肉品保藏中应用的前景。

　　早在100多年前，人们就提出采用高压处理的方法来保存食品。高压处理最先应用于牛奶，此后才应用于果蔬和肉品等其他的食品。高压技术在肉类加工中的应用最早是在日本，1992年日本的Fujichiku公司开发出了高压处理生火腿的技术。这种技术不仅可以改善火腿的加工工艺和产品质量，还使冷藏货架期大大的提高了。现在越来越多的学者将高压处理技术和其他技术相结合，研究高压对肉品贮藏性的影响，对微生物的影响，最佳的高压处理参数等以期获得更多的试验数据，为高压作为一种保藏技术在肉品中的广泛应用提供理论依据。

　　沙门氏菌属为革兰氏阴性菌，呈短杆状，无芽孢，无荚膜，兼性厌氧，最适生长温度为37℃，对热的抵抗力很弱，不产生外毒素，但能产生内毒素。根据特有的抗体结构，沙门氏菌可细分为2000多个血清变种，主要是人和许多动物的肠内寄生虫。

　　大肠埃希氏菌属为革兰氏阴性菌，呈杆状，两端钝圆，一般无荚膜，无芽孢，需氧和兼性厌氧，最适生长温度为37℃，是人和动物肠道内的正常寄生菌，在肠道内一般不致病，但是当它侵入盲肠、胆囊、腹腔、泌尿系统时，则可引起炎症反应，有些菌株还可以使人类患细菌性食物中毒。

　　空肠弯曲杆菌为革兰氏阴性菌，呈弧型或S 型，不形成芽孢和荚膜，具有一根鞭毛，微需氧，在10%～20%CO2环境中生长良好，最适生长温度为37℃，最适pH值为7.0，抵抗力不强，58℃5min 可杀死，日光直射可迅速杀死，而对低温有抵抗力。是与人类腹泻有关的最常见的弯曲杆菌。

　　耶尔森氏肠炎杆菌为革兰氏阴性菌，属于短小杆菌，呈卵圆形，无芽孢，需氧或兼性厌氧，最适生长温度为28～29℃，最适pH 值为7.2～7.4，对热及常用消毒剂敏感，可引发人类肠胃炎和持久的关节炎。

　　金黄色葡萄球菌是葡萄球菌属中致病力最强的，为革兰氏阳性菌，属球菌，呈葡萄状，无芽孢，无鞭毛，需氧和兼性厌氧，最适生长温度为30～37℃，在20～37℃ 条件下，能产生引起食物中毒的肠毒素。

　　单核细胞增生李斯特菌为革兰氏阳性菌，呈短小杆状，无芽孢，无荚膜，需氧和兼性厌氧，最适生长温度为30～37℃，最适pH 值为7.0～8.0，对理化因素的抵抗力较强，可引发动物致病和人的食物中毒。

　　产气荚膜梭菌又称魏氏梭菌，为革兰氏阳性菌，呈大杆状，芽孢呈卵圆形，有荚膜，无鞭毛，不能运动，不十分严格的厌氧，对营养要求不高，可引起毒素型食物中毒，繁殖体的抵抗力不强，常用消毒方法很容易杀死，但芽孢的抵抗力较强。

　　肉毒梭状芽孢杆菌是一种腐生性细菌，为革兰氏阳性菌，呈杆状，最适生长温度为28～37℃，pH 值为6.8～7.6，可引起严重的毒素型食物中毒，繁殖体的抵抗力一般，经80℃30min 或100℃10min 即可杀死，但芽孢的抵抗力很大。

　　志贺氏菌又称痢疾杆菌，为革兰氏阴性菌，呈小杆菌，不形成芽孢，无荚膜，无鞭毛，最适生长温度为37℃，最适pH 值为6.4～7.8，需氧或兼性厌氧，抵抗力不强，一般消毒药物能很快杀死。

　　蜡状芽孢杆菌为革兰氏阳性菌，呈大杆状，可形成芽孢，不形成荚膜，有周生鞭毛，能运动，需氧菌，生长温度为25～37℃，以32℃为最适，对营养要求不高，繁殖体不耐热。

　　高压处理使细菌失活可能是多种因素共同作用的结果，根据高压的作用不同，可分为与细胞膜形成有关的作用，促使细胞发生变化的作用，与微生物的生物化学变化有关的作用，与微生物的遗传机制有关的作用。

　　细胞膜是压力损害的首要部位，主要是高压使膜中的磷脂结晶化从而使细胞膜的通透性改变。还可影响细胞离子交换、脂肪酸组成、核糖体形态、细胞形态，降低DNA 复制复合体的稳定，影响膜上的转运蛋白，造成细胞的亚致死损伤。

　　最重要的是，高压可使蛋白质变性，直接影响酶的活性，从而间接地影响细胞内的一些生化反应和与蛋白质及酶相关的功能性质。在很大程度上，蛋白质对压力的反应不同。这主要是因为在压力下，蛋白质内在的疏水相互作用是一种特殊的作用方式。当压力增加到100MPa 时，疏水相互作用使蛋白质体积膨胀，但是，超出这个压力范围时，体积减小。这与疏水相互作用和压力使这些反应趋于稳定有关系。除了蛋白质变性使酶失活外，酶分子活性部位的分子内结构和构象的变化、pH 值、培养基浓度和酶分子亚结构等因素也会影响酶的活性。而造成微生物细胞高压失活的另一个重要位点就是酶，特别是ATP 酶的膜区。在一些微生物中，高压处理导致

　　关键性酶的变性对微生物的致死和损伤起着重要作用。

　　在高压处理中，不同的微生物对高压的耐受性不同。微生物对高压的耐受性规律一般是: 革兰氏阳性菌和细菌的芽孢比革兰氏阴性菌耐高压; 细胞的形态不同，微生物的耐压性不同，球菌比杆菌耐高压; 处于稳定期的微生物比处于对数生长期的微生物有较高的耐压性; 处于最适生长温度条件下的微生物比处于高于或低于最适温度下的微生物对高压的耐压性强。

　　李宗军研究了在压力( 300MPa，15min) 和温度( 5、20、35、50℃) 处理条件下，肉制品中细菌总数，乳酸细菌，葡萄球菌，假单胞菌和肠杆菌的失活效果。结果表明，压力温度处理可以明显降低猪肉中微生物数量，并且革兰氏阴性菌比革兰氏阳性菌对压力更敏感。

　　3.2 高压处理后食品成分对微生物存活的影响

　　在真正的食品体系中，食品成分在两个阶段对微生物的安全性和稳定性起作用: 一个是在高压处理过程中，另一个是在高压处理后，在微生物恢复的过程中。微生物所在的介质的性质对微生物的耐压性有重要的影响。在复杂的，低酸性食品体系

　　中，可以增强微生物的抗压性能。碳水化合物和蛋白质在高压处理过程中，可以保护细菌不受高压的损害，提高细菌的存活能力。

　　单独使用高压并不是一种很安全、有效、经济的技术，所以将栅栏技术中的一个或多个因素与高压协同，可以增强灭菌效果。

　　高压处理和抗菌剂的结合使用是一种较常用的协同增效方法。细菌对抗菌剂的敏感性分为两种:一种是暂时性敏感，仅仅在高压处理过程中细菌对抗菌剂敏感，当压力取消，细菌对抗菌剂的抗性会恢复，例如对溶解酵素和Nisin 的敏感性，可能是因为它们不能渗入细菌的细胞膜内部。另外一种是持久性敏感，在高压处理后至少几个小时内，细菌对抗菌剂仍然敏感。这主要包括一些可扩散的抗菌剂化合物，它们可以渗入细菌的细胞膜内部。

　　在当前的研究中，Nisin 作为一种生物杀菌剂，对食品的危害性较小，所以倍受研究者的青睐。已有研究者将nisin 和高压结合处理，对肉品中有害微生物的失活进行研究。

　　Garriga 等人通过在肉的模拟体系中添加enterocinsA and B，sakacin K，pediocin AcH 和Nisin 等抗菌剂，在400 MPa，10min，17℃条件下处理，研究了几种病原菌在冷藏过程中的变化。结果表明，与添加了其它抗菌剂的体系相比，最耐压的葡萄球菌在添加nisin 的体系中的存活总数最少。埃希氏大肠杆菌的结果与葡萄球菌一致，它在添加Nisin 的体系中失活率最大(＞6log10) ，并且在4℃贮藏61d 后，存活总数不变。单核细胞增生李斯特菌在添加sakacin，enterocins 或pediocin 的体系中，经过61d 的贮藏后，存活总数都保持在＜102 cfu /g。Salmonella entericasubsp． enterica ser London 和Salmonella enterica

　　subsp． enterica ser Schwarzengrund 高压处理后，在冷藏过程中，所有处理的结果都保持在最低检测限。

　　Yuste 等人的研究表明，添加100×10－6Nisin 和1%GdL(glucono －delta－ lactone) 的MＲPM( mechanicallyrecovered poultry meat) 经过350MPa，15min，2℃压力处理，足可使产品在冷藏条件的货架期延长。

　　因为不同的微生物对高压的耐受性不同，所以应用高压处理使微生物失活的条件也不同。另一方面，因为食品是一个复杂的体系，食品成分在高压处理过程中对微生物的耐压性也有影响，因此在实际的应用中，对不同的食品进行灭菌，最佳的处理条件须通过试验获得。高压处理的条件参数一般包括压力水平、处理温度和处理时间。

　　Carlez 等人将弗氏柠檬酸杆菌，荧光假单胞菌和无害李斯特菌接种至新鲜碎牛肉，然后在50～400MPa，4、20、35、50℃，处理20min。研究结果表明，在20℃，弗氏柠檬酸杆菌在高于200MPa的压力下可以完全失活，荧光假单胞菌在高于280MPa 压力下可完全失活，无害李斯特菌在高于400MPa 的压力下可完全失活。在试验设定的温度条件下，较高的温度( 35℃或50℃) 或较低的温度( 4℃) 都可以提高高压灭菌的效果，并且在50℃可使细菌达到最大的失活率。在特定的压力条件下，随着处理时间的延长，微生物的失活率增大。每种微生物的D值可以通过计算得到，例如在150MPa 弗氏柠檬酸杆菌的D值为23.8min，在230MPa 荧光假单胞菌的D值为14.7min，在330MPa 无害李斯特菌的D值为6.5min。

　　Yuste 等人向MＲPM ( mechanically recoveredpoultry meat) 中接种浓度大约为108 cfu /g 的李斯特菌910CECT．样品真空包装后，在350、400、450、500MPa 结合2、10、20℃ 的温度条件下处理5、10、15、30min，然后在2℃的条件下贮藏2个月。并在1、4、7、15、30、60d 检测李斯特菌和嗜温好氧菌。结果表明，在2℃的几个压力处理条件下，嗜温菌的失活效果最好。在对李斯特菌的检测中发现，它的最高失活数量可达到7.5 log 单位。在500MPa，30min，2℃的条件下处理的样品在冷藏60d，总细菌数只有2.3 log 单位，这说明高压处理可以提高MＲPM 在贮藏过程中的微生物方面的品质。

　　一般300～600MPa之间的压力就可使许多微生物繁殖体包括许多非感染性食源性病原菌失活。但是细菌孢子需要在50～300MPa的压力下预处理，使其萌芽，然后在相对适宜的热处理或压力处理下，就可以将萌芽的孢子杀死。

　　Carlez 等人研究了碎肉在200、300、400、450MPa压力下并结合20℃的温度下处理20min 后，微生物总数在22d 的3℃的空气或真空下贮藏过程中的变化。研究结果表明，在200和300MPa 压力下处理可使微生物的生长推迟2～6d，在400和450MPa 压力下处理可使所有被检测菌失活。在高压加工过程中，温度对影响微生物的失活也起着重要的作用，处于最适生长温度的细胞的失活率要低于处于高于或低于最适生长温度的细胞。当细胞处于高于最适生长温度时，细胞膜的流动性很容易被破坏，并且当压力增大时，微生物细胞膜中的脂肪酸大多会变成不饱和脂肪酸; 如果细胞在高压处理前经过冷休克，它们对高压的抗性就会增强。

　　陈海强研究了接种于火鸡鸡胸肉中的单细胞增生李斯特菌在温度( 1、10、20、30、40、50、55℃) 和压力( 300MPa，2min; 400MPa，1min; 500MPa，1min) 结合处理下的失活。试验表明，单细胞增生李斯特菌在10℃和30℃的耐压性最强，但当温度低于10℃或高于30℃时，菌株对压力较敏感，并且在较高的温度下敏感性更高，这说明肉样在较高的温度下处理可以提高细菌的失活率。

　　Kural 和陈海强研究了接种于牡蛎上的最耐压的创伤弧菌MLT403 菌株达到总数减少5log 水平的压力处理条件。试验的处理条件是150MPa，4min 和200MPa，1min，处理温度分别为－2、1、5、10、20、30、40、45℃。结果表明，在较低的温度＜20℃和稍高的温度＞30℃下进行压力处理，可以增大创伤弧菌的失活率。在－2℃和40℃温度，150MPa 的条件下处理4min，就可使MLT403的总菌数分别减少4.7 和2.8log，但是在20℃的温度下，进行相同的处理就只能使总菌数减少0．5log。所以，要达到使总菌数的减少量＞5log，并且处理时间相对缩短( ≤4min) ，则需要的压力处理条件是≥250MPa，－2℃或1℃。

　　Garriga 等人研究了商业肉产品在600MPa，6min，31℃条件下处理后，在4℃冷藏过程中腐败菌和病原菌的形态。结果表明，这种处理方法可以有效地抑制酵母和肠杆菌属的生长。并且可以减小牛腰肉切片感染沙门氏菌和单核细胞增生李斯特菌的危险性。

　　另外，根据高压处理设备的不同，可以对肉品进行循环高压处理，并且也有试验表明，对肉品采用高压和低压相间处理的加工循环比单一的连续处理更有效。

　　Yuste 等人向MＲPM 肉中添加nisin( 0、12.055、100、200×10-6 ) 和GdL( 0、%),应用两种不同的高压条件处理，一种是在350MPa 或450MPa，2℃条件下持续增加处理15min; 另一种方法是这两种压力变化处理，进行三次循环，每次循环持续5min。然后在2℃条件下冷藏，并在第1、15、30 天测定细菌总数。试验结果表明，循环处理比持续处理效果好。

　　将高压技术作为一种贮藏方法应用于肉制品，这还只是处于研究阶段，并未应用于工业化生产。目前，将高压应用于肉品的工业化生产成功的例子是1999年西班牙Espuna 公司采用高压技术生产出切片熟火腿，这种火腿的货架期可以延长几个星期。但是，在经过国内外众多学者的研究证明，高压技术在灭菌、改善肉品嫩度等方面表现出独特的优势，并且最大的优点是作为一种物理处理方式，可以节省能源。若将其应用于工业化生产，可以为肉品的贮藏、加工和开发新产品提供广阔前景。

　　但是，目前还存在一些实际的问题，如设备的成本，与其他技术结合处理对食品安全性的影响等。所以，还需要对微生物失活的动力学建立适当的模型，研究压力处理对腐败性和致病性微生物的抑制和杀灭作用，并得出量化的动力学参数。为高压处理的工业化应用提供充足的数据和理论依据。