超高压杀菌的杀菌效果与诸多因素有关，包括压力大小和加压时间、施压方式、处理温度、微生物种类、食物本身的组成和添加物、pH值、水分活度等等，现讨论如下：

 

1、压力的大小和加压时间对杀菌效果的影响

 

　　在一定范围内，压力越高，灭菌效果越好。在相同压力下，灭菌时间延长，灭菌效果也有一定程度的提高。300MPa以上的压力可使细菌、霉菌、酵母菌消灭，病毒在较低的气压下失去活力。

 

　　对于非芽孢类微生物，施压范围为300-600MPa时有可能全部致死。对于芽孢类微生物，有的可在1000MPa的压力下生存，对于这类微生物，施压范围在300MPa以下时，反而会促进芽孢发芽。

 

　　Watanable等人研究了高压处理菠萝欧文氏菌用于延长食品的保藏期，随着压力的增大，灭菌效果提高。

 

　　L.A.LUCORE 等人研究了环境条件对抑制大肠杆菌 0157：H7的作用，用300、500、700MPa压力处理，加压时间较长的话，大肠杆菌0157：H7会被抑制5个数量级。

 

　　池元斌等人研究了高压对鲜牛奶中细菌行为的影响，鲜牛奶中细菌菌落尺寸取决于处理压力的高低以及保压时间的长短。保压时间越长，处理压力越高，细菌菌落直径越小。

 

　　H.CALIK等人研究了高静水压对牡蛎中副溶血弧菌的作用，用平皿计数法测定了牡蛎加压前后的副溶血弧菌数，最佳条件是50kpsi，施压30sec.，此处理条件能将含菌量从10⁹cfu/ml 降至10cfu/ml，如果压力降低，要取得同样的效果，则加压时间加长，如将上述压力降至35kpsi，则需要14.5min.才能将含菌量降到10cfu/ml。

 

　　Mitsumasa Yasumoto 等人研究了 100~600MPa 的压力对番茄汁中的凝结芽孢杆菌和酵母菌的灭菌效果，找出了保压时间和施压大小的关系，对于Bacillus coagulans：Z=512-152logX（5<X<100），对于Saccharomyces bailii：Z=354-104logX，其中X为保压时间（从一开始到微生物数开始减少的时间），单位为min.，Z为压力，单位为MPa。

 

2、施压方式对杀菌效果的影响

 

　　超高压灭菌方式有连续式、半连续式、间歇式。G.D.Aleman研究报道，同持续静压处理相比，阶段性压力变化处理可使得菠萝汁中的酵母菌大幅度减少。

 

　　I.Hayakawa等人研究了嗜热脂肪芽孢杆菌的失活情况，得出重复的压力处理比较有效，600MPa的压力、70℃条件下处理5min，如此重复6次，可使含嗜热脂肪芽孢杆菌量为10⁶/g的样品全部灭菌。

 

　　Sojka和Ludwig对枯草杆菌进行了研究，使用两组压力，首先是60MPa，温度为60℃，1min；然后500MPa，1min，这样循环 10 次，加压后马上进行微生物检验，37℃的试管中培养10天，无菌。

 

　　Wilson和Baker使用两段式加压处理，将含枯草杆菌、嗜热脂肪芽孢杆菌、生芽孢梭菌各为106/g的肉乳液，先用621MPa，85℃，30min.处理，再用621MPa，95℃，5min.处理，可达灭菌。

 

　　Mayer报道了在低酸食物中使用间歇高压来灭菌，初始温度为90℃，690MPa，加压1min，然后在大气压下停1min.，再用690MPa的压力加压1min，通过这样的处理可使含生芽孢梭菌10⁶/g的通心粉和干酪灭菌，用同样的方法处理其中的蜡状芽孢杆菌，也能取得灭菌效果。

 

　　J.YUSTE研究了间歌式高压加工对于抑制禽肉中的微生物作用，一种是用60MPa的低压处理30、60、90、120min，再用450MPa的高压处理5、10、15min，高压处理总时间不超过15min，另一种是 450MPa 的压力连续处理 15min，一天后测定需氧嗜中温微生物和需氧嗜低温微生物，发现间歇式加压处理能抑制微生物。

 

　　笔者对豆浆进行超高压杀菌处理，发现间歌式处理效果明显好于同等压力的连续处理。对于芽孢菌为什么间歇式加压效果好于连续加压，研究者认为：第一次加压会引起芽孢菌发芽，第二加压则使这些发芽而成的营养细胞杀死。因而对于易受芽孢菌污染的食物用超高压多次重复短时处理，杀灭芽孢效果好。

 

3、温度对杀菌效果的影响

 

　　温度是微生物生长代谢最重要的外部条件，它对超高压灭菌的效果影响很大。由于微生物对温度有敏感性，在低温或高温下，高压对微生物的影响加剧，因此，在低温或高温下对食品进行高压处理具有较常温下处理更好的杀菌效果。

 

　　大多数微生物在低温下耐压程度降低，主要是因为压力使得低溢下细胞因冰晶析出而破裂程度加剧。蛋白质在低温下高压敏感性提高，致使此条件下蛋白质更易变性，而且人们发现低温下菌体细胞膜的结构也更易损伤。

 

　　低温对高压杀菌的促进效果特别引人瞩目，因为低温下高压处理对保持食品品质，尤其是减少热敏性成分的破坏较为有利。

 

　　高桥观二郎等人对包括芽孢菌等常见致病菌在内的16种微生物的低温高压杀菌研究显示，除了芽孢菌和金黄色葡萄球菌外，大多数微生物在-20℃下的高压杀菌效果较20℃下的好。

 

　　对一定浓度的糖溶液在不同温度下进行高压杀菌，在同样的压力下，杀死同等数量的细菌，则温度高，所需杀菌时间短。因为在一定温度下，微生物中蛋白质、酶等成分均会发生一定程度的变性。因此，适当提高温度对高压杀菌有促进作用。

 

　　Havakawa报道，当压力达到800MPa，施压时间60min，在 60℃条件下，可将嗜热芽孢杆菌的数量从初始的10⁶个/ml下降到10²个/ml，而在室温下，施加同样的压力，菌数不会发生变化。

 

　　Hitoshi Kinugasa等人研究了高压灭活茶提取物中的微生物时发现，耐热芽孢杆菌孢子在常温下进行加压处理时，不会被灭活，但在较高的温度下，在300~700MPa压力下会被灭活，彻底灭菌条件为700MPa，温度为70℃。

 

　　Horie等人发现，鲜草零中分离出来的平滑假丝酵母和热带假丝酵母的耐性耍高于存活在草莓酱中的啤酒酵母，配合 34-35℃的温度对平滑假丝酵母进行施压处理，可将初始数量为10⁶cfu/g 的该酵母菌迅速灭活，而所有用的时间远远低于单纯使用压力的时间。

 

　　P.ROVERE进行了高压与热处理灭菌效果的模型和计算，主要找出了高压对模拟体系中生芽孢梭菌杆菌的热钝化动力学，指出高压下进行热处理其效果会由于压力作用而放大，如果控制好温度，则可以减少加工时间和加工压力。

 

　　针对芽孢菌的高耐压性，就现阶段研究来看，结合温度处理则是一种十分有效的杀菌手段。

 

4、pH 值对杀菌效果的影响

 

　　每种微生物都有适应其生长的pH值范围，在压力作用下，介质的pH值会影响微生物的生命活动。据报道，一方面压力会改变介质的pH，且逐渐缩小微生物生长的pH范围。例如，在68MPa下，中性磷酸盐缓冲液的pH 值将降低0.4个单位，另外，在0.1MPa下，pH9.5时，粪链球菌的生长受到抑制，而在40MPa下，pH 9.0即可使其生长受抑制。

 

　　另一方面，在食品允许范围内，改变介质pH，使微生物生长环境劣化，也会加速微生物的死亡速率，使超高压杀菌的时间缩短，或可降低所需压力。存活于不同浓度的蔗糖溶液中的啤酒酵母，当溶液的PH值在3.5~6.5范围时，其灭菌率与pH值关系不大。

 

　　Kanjiro Takahashi 研究了溶液中大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、啤酒酵母的高压灭菌效果，发现常温下高压处理时，pH为7.0时，灭菌效果最差，而低温下pH值高低对灭菌效果无影响。

 

　　看来，对酵母菌类而言，采用超高压处理时pH值并不是重要的因素。Ogawa等人也发现，高压灭活桔汁中原有的霉菌时，pH 2.4~4.5范围时，灭菌效果与pH值无关。当试验无酸果汁时，外加独立的有机酸调度时，它不会成为一种影响因素。

 

　　酸性食品的高压杀菌研究较多，而低酸性食品的高压杀菌研究较少，对于中性pH的食物进行杀菌处理时，单纯依靠高压处理是不理想的。

 

5、微生物的种类和特性对杀菌效果的影响

 

　　不同生长期的微生物对高压的反应不同。一般地说，处于指数生长期的微生物比处于静止生长期的微生物对压力反应更敏感。革兰氏阳性菌比革兰氏阴性菌对压力更具抗性，革兰氏阴性菌的细胞膜结构更复杂而更易受压力等环境条件的影响而发生结构的变化。孢子对压力的抵抗力则更强。

 

　　芽孢类细菌，同非芽孢类的细菌相比，其耐压性很强，当静压超过100MPa时，许多非芽孢类的细菌都失去活性，但芽孢类细菌则可在高达1200MPa的压力下存活。革兰氏阳性菌中的芽孢杆菌属和梭状芽孢杆菌属的芽孢最为耐压。

 

　　对于梭状芽孢杆菌属的研究较少，缺少足够的数据来确切评价低酸性食品的超高压杀菌的安全性。芽孢壳的结构极其致密，使得芽孢类细菌具备了抵抗高压的能力，杀灭芽孢需更高的压力并结合其它处理方式。

 

6、食物本身的组成和添加物对杀菌效果的影响

 

　　超高压杀菌时，各种食品的物理、化学性质不同，使用的压力要求也不同，例如：用300MPa的压力可灭活猪肉糜中腐败菌和食物中毒菌，而且含菌量随着施压时间的延长而逐渐减少，而灭活橙汁中的酵母、霉菌，所需的压力低得多。

 

　　在高压下，食品的化学成分对灭菌效果有明显作用。蛋白质、脂类、碳水化合物对微生物有缓冲保护作用，而且这些营养物质加速了微生物的繁殖和自我修复功能。

 

　　Kanjiro Takahashi研究了低温下共存物对高压灭菌效果的影响，选用的物质分别为NaCl、蛋清、葡萄糖、猪油，在不同压力和不同温度下处理，均证明这些物质的存在使微生物（E.coli，s.cerrevisiae）存活率提高。

 

　　食品基质含有的添加剂组分对超高压灭菌影响很大，G.O.ADEGOKE研究了高压和植物油（单萜）的联合作用对啤酒酵母的作用。如果不使用压力，300μg/ml、600μg/ml的单萜对啤酒酵母无效果，但1250μg/ml的单萜有明显效果，如果使用1800kg/cm²的压力，200ug/ml、400ug/ml的单萜能使啤酒酵母抑制3个数量级。有些食品在高压杀菌时可考虑使用天然抑菌剂，其协同效应可使处理压力降低。

 

7、水分活度对杀菌效果的影响

 

　　水分活度（Aw）对灭菌效果影响也很大，J.J.Rodriguez 试验了高静水压与水分活度对大肠杆菌的抑制作用，Aw对杀菌效果有明显影响作用，其影响作用因压力大小而异，当压力为414MPa时，当Aw从0.99降到0.91时，杀菌作用减弱，呈二级反应动力学关系，而在较低的压力与Aw对接合酵母菌的杀菌效果，控制Aw能减低压力大小。根据研究表明Aw大小对微生物抵抗压力非常关键，对于固体与半固体食品的超高压杀菌，考虑Aw的大小十分重要。

 

　　由于超高压杀菌是一个非常复杂的过程、针对特定的食品要选择特定的杀菌工艺，为了获得较好的杀菌效果，必须优化以上过程，只有积累大量可靠的数据才能保证超高压食品的微生物安全，超高压杀菌技术才能实现商业化。