高壓二氧化碳殺菌

高壓二氧化碳殺菌

高壓二氧化碳( High Pressure Carbon Dioxide，HPCD)殺菌就是指在低溫下利用高於0.1MPa(1個大氣壓)、通常高於7MPa以上的CO2進行殺菌的技術，當殺菌溫度和殺菌壓力達到臨界點(31.1℃、7.38Mpa)以上時又叫超臨界CO2殺菌(Supereritical Carbon Dioxide,簡稱SC-CO2)。

作為一種新型的非熱力殺菌方式，HPCD殺菌除具有所有非熱力殺菌方式所具有的優點：如殺菌溫度低、無殘留、無污染、營養損失少、安全性高等。

基本介紹

  • 中文名：高壓二氧化碳殺菌
  • 外文名：High Pressure Carbon Dioxide
  • 縮寫：HPCD
  • 條件：通常高於7MPa以上的CO2
  • 優點：溫度低、營養損失少、安全性高
  • 領域：食品安全
定義,優勢,影響因素,殺菌機制,套用,存在問題,

定義

高壓二氧化碳殺菌是將C02溶解於懸浮介質中，進行超高壓（通常高於7MPa以上）處理，發現C02對髙壓有一定的協同效果，目前國內外對高壓二氧化碳殺菌開展的研究不多。
高壓二氧化碳殺菌
隨著人們對食品營養的追求，新鮮和最少加工食品(minimally processed foods)深受消費者歡迎，但這類食品沒有經過高溫殺菌，使消費者感染致病菌的風險提高了，如由E.coliO157:H7引起的美國“毒疲菜”風波和德國的“毒芽菜”事件。非熱殺菌技術因其良好的殺菌效果及對食品品質的有效保留而引起了廣泛關注，主要包括超高壓(high hydrostatic pressure, HHP)、輻射(irradiation)、高壓脈衝電場(pulsed electric fields,PEF)、振盪磁場(oscillating magnetic field)和高壓二氧化碳等。作為新興的非熱殺菌技術,HPCD集壓力、酸化、爆炸、厭氧、超臨界等綜合效應,己成為國內外食品加工領域的研究熱點。

優勢

作為一種新型的非熱力殺菌方式，HPCD殺菌除具有所有非熱力殺菌方式所具有的優點：如殺菌溫度低、無殘留、無污染、營養損失少、安全性高等之外，還具有其他非熱力殺菌方式所不具有的優點，如與超高壓殺菌(400MPa-800MPa)相比,HPCD殺菌壓力更低、時間更短；與射線殺菌(易引起維生素損失、脂肪氧化、公眾恐懼)相比，HPCD殺菌對食品品質影響更小、安全性更高。

影響因素

影響HPCD殺菌效果的因素可分為三類，為加工因素、微生物因素和產品因素。在加工因素中，壓強、溫度和時間對HPCD殺菌效果影響的研究最多。一般來說,殺菌效果會隨著壓強的增大、溫度的提高及處理時間的延長而增加。在微生物因素中，微生物的種類、生長狀態和初始濃度是影響HPCD殺菌效果的三個主要方面。通常來說，微生物對HPCD的敏感度順序為：革蘭氏陰性菌>革蘭氏陽性菌>酵母菌>黴菌，而且微生物營養體對HPCD的敏感度要高於芽孢或孢子；就微生物的生長狀態而言，HPCD對對數生長期細胞的殺菌效果要好於對穩定期細胞的殺菌效果；而且在較低的初始菌濃度下HPCD的殺菌效果會較好。在產品因素中，影響HPCD殺菌效果的三個主要產品性質包括含水量、初始pH值及成分複雜程度。通常來說，產品含水量越高則HPCD殺菌效果越好；較低初始pH值能提高HPCD的殺菌效果；而且，由於具有複雜成分的產品對微生物具有較強的保護作用,因此HPCD對較單一成分的產品具有較好的殺菌效果。

殺菌機制

有關HPCD的殺菌機制己有很多假說，但精確的殺菌機制仍在探索中。最早系統性概括HPCD殺菌機制的是Daniels等人，他們將殺菌機制概括為四個方面：(1) CO2對處理釜中O2的排除作用,這會抑制好氧微生物的生長；(2) CO2滲透入微生物而對微生物體內新陳代謝過程的影響；(3) CO2對細胞內外pH值的降低會影響微生物的代謝活性；(4) CO2可能對微生物的酶系統產生影響。
隨著HPCD殺菌研究的進展，Damar和Balaban於2006年完善了 HPCD殺菌機制，他們把HPCD殺菌機制概括為：(1)微生物細胞內外pH值降低所引起的殺菌作用；(2)分子態CO2對脫羧酶活性的抑制及產生的碳酸鹽對細胞帶來的鈍化作用；(3)加壓和卸壓過程對微生物細胞造成的物理損壞；(4)對細胞膜的改性及細胞內容物的流失。
在2007年，Garcia-Gonzalez等人將HPCD殺菌機制用示意圖的方式總結為七個步驟：(1) CO2溶解於微生物外部的介質中；(2)細胞膜的改性；(3)微生物細胞內部pH值的降低；(4)細胞內部pH值的降低引起關鍵酶的鈍化,進而使細胞內的新陳代謝受到抑制；(5)分子態CO2和碳酸氯根離子對新陳代謝的直接抑制效應；(6)微生物內部的電解質平衡被打破；(7)細胞或細胞膜中重要組分的流失。但作者指出,這七個步驟中的大部分步驟並不是完全按順序進行的，而是以非常複雜和相關的方式同時發生。

套用

1951年，Fraser發現釋放加壓的CO2可殺滅E. coli ，從此開創了採用加壓CO2殺菌的新紀元。研宄表明，HPCD可對細菌、黴菌和酵母產生殺滅作用,而且對細菌所產生的芽孢及黴菌和酵母所產生的孢子也有一定的殺滅效果;在致病菌中研究較多的是 E. coli、S. typhimiiriim、L. monocytogenes、和S. aereus在食品殺菌研宄中，HPCD 主要用於液態食品的殺菌,尤其是果蔬汁製品，還包括牛奶、啤酒等其他液態食品；當然HPCD也被套用於肉製品和一些鮮切果疏產品等固態食品的滅菌中。目前，對於HPCD殺菌方面的研究主要集中在殺菌效果、殺菌動力學和殺菌機制這三個方面。
高壓二氧化碳殺菌

存在問題

CO2雖然是一種安全、廉價和易得的協同超高壓殺菌的物質，但由於常壓下CO2的溶解度有限(<lmlCO2/ml溶液)，一般在低壓下溶解CO2，然後轉移到超高壓處理所需要的能夠傳遞壓力的軟包裝中，在轉移過程中CO2會從溶液中逸出，導致協同濃度過低,且不能穩定,不能有效提高協同殺菌效果，CO2濃度不穩定也影響其測定，限制了這種協同的研究和套用。
CO2協同超高壓殺菌機理尚未明確，其中包括超高壓對細菌細胞的作用、高壓下CO2對細胞作用的機理以及二者協同的機理。

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