超高压杀菌对液态鸡蛋微生物和理化特性影响研究进展

张根生，孙维宝，岳晓霞，吕云雄

（哈尔滨商业大学食品工程学院，黑龙江哈尔滨 150028）

鸡蛋含有人体营养所需的所有氨基酸，也是水溶性和脂溶性维生素的来源[1]。液态鸡蛋属于蛋制品，指的是鲜鸡蛋去壳后的包含鸡蛋清和鸡蛋黄的液体状鸡蛋，具有便于运输、储存和加工利用的优点。由于液态鸡蛋失去了蛋壳和膜的保护，并且蛋清和蛋黄混合后抑制溶菌酶活性，减少了鸡蛋自身抑菌能力，使得液态鸡蛋更易受微生物污染。此外液态鸡蛋富含多种营养成分，会促进腐败和致病微生物生长繁殖[2-3]。从液态鸡蛋中检出的微生物有：肠炎沙门氏菌（Salmonella enterica）、鼠伤寒沙门氏菌（Salmonella typhymurium）、大肠埃希氏菌（Escherichia coli）、李斯特菌（Listeria）和葡萄球菌（Staphylococcus）等[4-8]。食品企业多采用巴氏杀菌法来杀灭液态鸡蛋中的有害微生物，但这一热加工技术会对其品质产生负面影响[9]，并且一些耐热微生物在热杀菌后仍可以存活[10]。

超高压属于非热杀菌技术，通常以水为传压介质，使用100～1000 MPa的高压，对柔性材料密封包装的食品进行加压杀菌[11-12]。现有资料普遍认为超高压主要通过破坏细胞膜细胞壁[13]、破坏蛋白质稳态[14]、影响酶活[15]、影响遗传机制[16]和改变细胞形态[17]来杀灭食品中的有害微生物。该技术一方面能够在-5～50 ℃下有效杀大肠杆菌、沙门氏菌、李斯特菌等常见有害微生物，满足微生物限量要求，并延长保质期。另一方面，高压不会改变共价键，对食品质量的关键成分破坏性较小；不会使热不稳定营养素（维生素）变质；不会改变低分子量化合物（风味化合物）[18]。此外，高压条件还不利于美拉德反应或酶促褐变[19]。因此经超高压杀菌后的食品，其感官品质和营养特性仅会略有改变。

目前，学者们做了大量液态鸡蛋超高压杀菌保鲜的研究，本文综述了超高压技术对液态鸡蛋中微生物的杀灭效果，对液态鸡蛋理化特性和功能特性影响的研究现状，分析了目前存在的问题并提出了对策。

1 超高压对液态鸡蛋微生物的影响

1.1 超高压对液态鸡蛋中菌落总数的影响

近几年，关于超高压对液态鸡蛋中菌落总数影响的研究方法可分为未建立和建立染菌模型两类。未建立染菌模型，即未人为添加微生物，菌落总数为液态鸡蛋中原有微生物数。夏远景等[20]对液态鸡蛋进行超高压杀菌后发现，致死率随压力和保压时间的增加而增加，pH为6.4时，400 MPa保压20 min可将菌落总数降至符合国标要求的水平；马先红[21]发现300 MPa保压5 min后，菌落总数减少了约4.5个数量级，也能达到国标要求的水平；类似的，苏娅等[22]发现300 MPa保压15 min可将菌落总数降低至符合国标要求；Tóth等[23]研究发现200～250 MPa保压5 min后将菌落总数降低1～3 lg CFU/mL；白洁等[24]发现在更低的压力条件下，200 MPa保压10 min即可将菌落总数控制在国标要求范围内。这些研究得出的结论初步证明了超高压杀菌的有效性。但受鸡场卫生条件和运输环境卫生条件影响，不同鲜鸡蛋的染菌程度不同，所以上述研究得出的杀菌条件出入较大。

有学者通过建立染菌模型来解决这一问题。建立染菌模型指的是人为刻意添加一定数量的微生物，使液态鸡蛋中菌落总数达到较高水平（多为超过国标），以此评价超高压杀菌效果。杨瑞香[25]通过建立染菌模型（染菌数为简单随机抽样获取的50枚鲜鸡蛋的平均菌落总数），发现300 MPa保压15 min后菌落总数由4×104CFU/mL降至12 CFU/mL。Nemeth等[26-27]建立高染菌模型（菌落总数为108CFU/mL），发现200～400 MPa保压3～14 min后，菌落总数显著减少，最低约为100 CFU/mL；张根生等[28]也建立了高染菌模型（菌落总数为106CFU/mL），发现300 MPa保压7.5 min后，菌落总数达到国标微生物限量要求。更进一步地，还有学者借鉴栅栏技术，将超高压协同其他杀菌技术或条件对液态鸡蛋进行杀菌。如凌欣等[29]结合弱酸性电位水，200～500 MPa保压5～8 min，发现杀菌效果优于巴氏杀菌；12.5 W超声预处理40 min后、300 MPa保压10 min，菌落总数减少了2.5 lg CFU/mL[30]。现有的研究已证实了超高压杀灭液态鸡蛋中菌落总数的有效性，并且在研究方法上也有了一定的完善。

1.2 超高压对沙门氏菌的影响

超高压对细胞表面造成物理损伤，改变细胞形态特征，使细胞膜或细胞壁部分崩解，细胞质流出，最终杀灭沙门氏菌[31]。现有关于杀灭液态鸡蛋中沙门氏菌也均在建立染菌模型的基础上评价杀菌效果。在上世纪末，Ponce等[32]发现350～450 MPa保压5～15 min可将沙门氏菌数降低0.8～8 lg CFU/mL（彻底杀灭）。值得关注的是，该研究用胰蛋白胨大豆琼脂、煌绿磺胺吡啶琼脂和沙门氏菌志贺氏菌琼脂检测同一杀菌条件下肠炎沙门氏菌在不同的培养基上的生长情况，发现在不同的培养基上呈现出了不同的杀灭效果，胰蛋白胨大豆琼脂培养基上呈现的杀灭效果最差。Yuste等[33]也发现了类似的情况，在400 MPa、5 min下胰蛋白胨大豆琼脂、木糖赖氨酸去氧胆酸琼脂和薄琼脂层培养基中均未检出鼠伤寒沙门氏菌，经过脑心浸液肉汤富集培养后才能检出，出现了亚致死损伤现象，遗憾的是其他研究并未注意到这一问题。如Nemeth等[26]使用营养琼脂培养基检测在200～400 MPa保压3～1.7 min后沙门氏菌的杀灭情况，发现减少了4.5～6.11 lg CFU/mL。在张根生等[28]的研究中，使用亚硫酸铋琼脂，发现300 MPa保压7.5 min可将沙门氏菌杀灭至无法检出。但近几年的研究也有一定的发展，通过借鉴栅栏技术，将超高压协同其他杀菌方式，实现在较低压力强度下杀灭沙门氏菌。Bari等[34]在50 ℃下350 MPa保压11.4 min，期间使用压力脉冲每次2 min、共4次处理后，沙门氏菌数降低8 lg CFU/mL（彻底杀灭）；Isiker等[35]发现在20 ℃下250 MPa保压5 min后经0.5%（v/v）H2O2处理1 h可使肠炎沙门氏菌减少7～8 lg CFU/mL（彻底杀灭）；Huang等[36]发现单独使用超高压，可使沙门氏菌数减少0.43～2.20 lg CFU/mL，在超高压（20 ℃下138 MPa保压4～8 min）协同超声（55 ℃下40 W处理5 min）后，沙门氏菌数减少3.23 lg CFU/mL。综上，超高压对杀灭沙门氏菌有较好效果，研究方法上可以借鉴栅栏技术与其他杀菌手段结合，但也应该注意完善评价杀菌效果的方法，液态鸡蛋营养丰富，会促进亚致死的微生物复活，有必要使用高营养的培养基来检测生残菌数量，否则会高估实际杀菌效果。

1.3 超高压对大肠杆菌的影响

超高压会造成大肠杆菌细胞形态改变、细胞膜破裂和穿孔、细胞脂质膜的双层被压缩、细胞流动性降低、细胞质聚集或离子泄漏、降低Na+K+-ATPase和Ca2+Mg2+-ATPase活性，降低不饱和脂肪酸（主要为C16：1）含量，进而杀灭大肠杆菌[37]。早些年的研究发现，5～25 ℃下250～400 MPa保压0.38～14.77 min可杀灭0.2～8 lg CFU/mL（无法检出），由于大肠杆菌细胞壁较厚、有较强的抗压性[38-39]，所以在200 MPa时杀灭数较低。类似地，Yuste等[33]的研究结果发现，20 ℃下200～400 MPa保压1～5 min可降低2.03～5.5 lg CFU/mL（彻底杀灭）；杨瑞香[25]发现在300 MPa保压15 min可杀灭4.6 lg CFU/mL（残菌数已符合国标要求）；张根生等[28]发现在300 MPa保压7.5 min可杀灭至无法检出。然而与上述研究结论不同的是，白洁等[24]发现200 MPa保压5 min后无法检出大肠杆菌，认为大肠杆菌对压力敏感，其原因未知。随着研究的不断深入，杀灭液态鸡蛋中大肠杆菌的研究也与其他杀菌方式结合进行协同杀菌，如Monfort等[40]发现，在液态鸡蛋中添加2%柠檬酸三乙酯后，20 ℃下300 MPa保压3 min大肠菌群降低超过5 lg CFU/mL。综上，多数研究认为在300 MPa以上的压力才能对大肠杆菌有较好的杀灭效果，并且在与其他方法协同处理后，可在较低压力强度下使大肠菌群符合安全标准要求。

1.4 超高压对李斯特菌的影响

超高压通过引起细胞内部和外部结构形态变化、破坏细胞壁和细胞膜、降解膜蛋白来杀灭李斯特菌[41]。Lee等[42]研究发现在5～25 ℃下400 MPa保压14.77 min可将李斯特菌杀灭至无法检出；在20 ℃，300～500 MPa下保压1～5 min可杀灭李斯特菌0.39～5 lg CFU/mL。Nemeth等[26-27]研究发现在200～400 MPa下保压3～17 min可杀灭李斯特菌0.7～2.1 lg CFU/mL。因为李斯特菌是革兰氏阳性菌，细胞壁较厚、肽聚糖含量较高且其分子交联度较紧密，对机械力有一定抵抗力，所以呈现出来的杀灭效果较差。对比后可以得出短时高压比长时低压能杀灭更多的李斯特菌。此外，也有学者研究了协同杀菌对李斯特菌的影响，在Monfort等[40]的研究中，添加2%的柠檬酸三乙酯后，20 ℃下300 MPa保压3 min，杀灭数大于5 lg CFU/mL。综上，虽然李斯特菌具有一定的抗压性，降低杀菌效果，但可以通过添加协同剂来增强杀菌效果。

1.5 超高压对其他微生物的影响

除了上述微生物外，学者们对其他杀灭微生物也进行了一定研究。Yuste等[33]研究了对金黃葡萄球菌和小肠结肠炎耶尔森菌的影响，发现在20 ℃下、300～500 MPa保压1～5min后，分别减少了0.26～0.38 lg CFU/mL和0.32～3.34 lg CFU/mL，证实了革兰氏阴性菌对压力更敏感，更易受影响。Lee等[42]研究了对荧光假单胞菌和多粘类芽孢杆菌的影响，发现在5～25 ℃下、250～400 MPa保压14.77 min后，菌群数均减少了5 lg CFU/mL。在Nemeth等[26-27]的研究中，200～400 MPa保压3～17 min后，金黃葡萄球菌减少了0.92～2.63 lg CFU/mL，认为压力诱导微生物细胞结构性损伤和代谢损伤，降低了菌数。

2 超高压对液态鸡蛋理化特性的影响

2.1 超高压对蛋白变性的影响

目前，应用于研究压力对蛋白质影响的技术有差示扫描量热法、凝胶电泳法、傅里叶红外光谱、圆二色谱、紫外光谱、荧光光谱、核磁共振光谱等。不同学者在超高压对蛋白质的影响方面存在争议，Tóth等[23]以蛋清为原料，研究了200～350 MPa压力下蛋白质变性情况，差示扫描量热分析结果表明处理后的蛋清蛋白未变性。而Hoppe等[43]报道称压力使水进入蛋白质分子，进而诱导蛋白质变性。Andrassy等[44]报道称250～400 MPa的压力会导致蛋清蛋白凝聚变性；Yamamoto[45]也报道称300 MPa的压力会导致蛋白质凝聚变性。张根生等[28]研究发现300 MPa保压7.5 min后蛋白变性率约为25%。此外Frydenberg等[46]报道称变性后的蛋白质经稀释可能会促进未折叠蛋白质重新折叠成天然状态。综上，在已知的有效杀菌条件下液态鸡蛋蛋白质是否变性尚未有统一的结论，且缺乏关于压力诱导蛋白质变性的系统可靠的研究。国内对超高压处理后液态鸡蛋、蛋白质结构变化方面的研究也较少。

2.2 超高压对蛋白溶解度的影响

现有关于液态鸡蛋蛋白溶解性的研究均发现溶解性随着压力的增加而降低[47]。对此，学者普遍认为是压力破坏三、四级结构，使结构展开，从而使蛋白分子间的相互作用力大于蛋白质和水之间的作用力[48]。虽然已有研究表明压力会对卵清蛋白结构造成影响[49]，但这些研究的样本是从鸡蛋中分离纯化后再经压力处理，单从蛋白角度来说，这种研究可靠、分析合理，但鸡蛋复杂的成分会降低压力对蛋白的影响[50]，所以液态鸡蛋蛋白溶解性降低的机理有待深入研究。

2.3 超高压对其他理化特性的影响

目前，在对粘度的研究中，用于测定粘度仪器的有流变仪[31,40]和普通的粘度计[28]，研究结论均为液态鸡蛋经超高压处理后，粘度随压力升高而增加[47-48]。在对色度的研究中，颜色测定结果的表达形式有多种，如白度、色度、色差等，但测定结果普遍为L值随压力升高而增加[25]，即亮度增加；a值（红/绿）随压力升高而降低，即偏绿；b值（黄/蓝）随压力升高而升高[27-29]，即偏黄。总体而言，液态鸡蛋经超高压处理后，颜色泛白、偏黄[51-53]。关于表面巯基含量的研究中，Wang等[53]研究发现巯基含量在100 MPa时最高，在200～400 MPa下不断降低；杨瑞香[25]也得出了类似的结论，在100 MPa内巯基含量先增加，但随着压力在升高，200～400 MPa下巯基开始被包埋，巯基含量降低。总言之，液态鸡蛋受压后表面巯基含量先增加，在200 MPa后出现逐渐降低。表面疏水性随着压力的增加，蛋白结构被破坏，维持三级结构的疏水相互作用减弱作用、同时疏水集团被包埋[25,47]，疏水性区域减小[54-55]，蛋白的疏水性降低[56-57]。对凝胶性能的研究发现，压力促进了蛋白聚集、产生凝胶，同时改变溶胶-凝胶转变的线性粘弹性行为。杨瑞香[25]发现凝胶强度随压力增大而增加。Singh等[57]对此作了进一步研究，发现液态鸡蛋在所使用的频率范围（0.1～10 Hz）内表现出固态行为。压力和保压时间对液态鸡蛋凝胶化有显著影响；鸡蛋成分在凝固、变性时呈现出液-固凝胶转变；随着稠度行为的增加和流动行为指数的降低，流体表现为假塑性流体；随着压力强度的增加，液态鸡蛋从流动的类液体行为逐渐过渡到半粘性行为，再到高粘性行为[51,57]。关于超高压对液态鸡蛋发泡性能的影响，以往的研究认为起泡性和发泡稳定性随着压力水平强度的增加而增加[25,56-57]，但最新的研究发现当压力在300～400 MPa范围内，起泡性随压力增加而降低。这与以往的研究结论不同，对此，该学者认为是设备泄压速率不同，出现空化效应，降低巯基暴露，进而影响起泡性[28]。综上，液态鸡蛋蛋白受压后结构变化影响发泡性能的机理也有待进一步深入研究。学者们研究了压力对液态鸡蛋乳化性、乳化稳定性、乳化活性指数的影响，普遍发现随着压力的升高，乳化性[25]、乳化稳定性[40,57]、乳化活性指数降低[58-60]。Andrassy等[44]使用电子鼻研究受压后液态鸡蛋产生的挥发性化合物，发现样品的质量点与初始对照样品的质量点相似，认为没有异味产生。

3 结语

目前已有大量研究证实了超高压技术对杀灭液态鸡蛋中沙门氏菌和大肠杆菌等有害微生物有较好杀灭效果，同时对液态鸡蛋理化特性和功能特性有一定的影响。但也存在评价杀菌的方法不全面，未考虑亚致死损伤的外生物、缺乏研究压力对液态鸡蛋中蛋白质结构影响的研究，更重要的是缺乏与热巴氏杀菌作比较的研究。所以之后的研究可以借鉴现有的经验，建立染菌模型，将超高压协同其他杀菌技术，使用高营养的培养基研究杀菌效果；液态鸡蛋超高压处理后分离纯化蛋白，进行蛋白结构研究，探讨对理化特性和功能特性影响的机理。超高压技术属于非热加工技术，有着巨大的发展潜力，在进一步完善后，应用到液态鸡蛋生产加工中，必将会有广阔的发展前景。