超臨界CO2在肉及肉制品殺菌中的應(yīng)用研究進(jìn)展

柴利 賀稚非 謝曉紅 韓薇 李洪軍

摘 要：超臨界CO2是一種綠色、環(huán)保和實(shí)用的超臨界流體，目前已廣泛用于提取各種生物活性物質(zhì)。近年來(lái)，隨著非熱殺菌技術(shù)的興起，超臨界CO2在殺菌方面的研究也顯著增加。與冷等離子體、高壓脈沖電場(chǎng)和高壓CO2等非熱殺菌技術(shù)相比，超臨界CO2的操作溫度和壓力相對(duì)較低，能最大限度保留食品中的營(yíng)養(yǎng)成分和提高食品的微生物安全性。本文綜述超臨界CO2對(duì)細(xì)菌、芽孢、真菌和病毒的滅活機(jī)理和影響其殺菌效率的因素。此外，還對(duì)超臨界CO2殺菌技術(shù)的優(yōu)勢(shì)以及在肉及肉制品中的應(yīng)用進(jìn)行總結(jié)，并對(duì)目前存在的問(wèn)題和未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行闡述，旨在為該技術(shù)在肉及肉制品中的進(jìn)一步研究和應(yīng)用提供參考。

關(guān)鍵詞：超臨界CO2;肉及肉制品;微生物安全;殺菌機(jī)理;聯(lián)合殺菌

Advances in the Application of Supercritical Carbon Dioxide in the Sterilization of Meat and Meat Products

CHAI Li1， HE Zhifei1，2， XIE Xiaohong3， HAN Wei1， LI Hongjun1，2，*

（1.College of Food Science， Southwest University， Chongqing 400715， China; 2.Chongqing Engineering Technology Research

Centre of Regional Foods， Chongqing 400715， China; 3.Sichuan Academy of Animal Science， Chengdu 610000， China）

Abstract： Supercritical carbon dioxide is a green， environmentally friendly and practical supercritical fluid. At present， it is used to extract various bioactive substances. With the rise of non-thermal sterilization technology， research on the application of supercritical carbon dioxide in sterilization has increased significantly in recent years. Compared with non-thermal sterilization technologies such as cold plasma， high-voltage pulsed electric field and high-pressure carbon dioxide， supercritical carbon dioxide is operated at relatively low temperature and pressure， and thus can preserve nutrients in foods to the maximum extent while improving the microbiological safety of foods. This article reviews the inactivation mechanism of bacteria， spores， fungi and viruses by supercritical carbon dioxide and the factors affecting the sterilization efficiency. In addition， this paper not only summarizes the advantages of supercritical carbon dioxide technology for microbial inactivation and its applications on meat and meat products， but also discusses existing problems and future development trends. We anticipate that this review will provide a reference for further application of supercritical carbon dioxide technology on meat and meat products.

Keywords： supercritical carbon dioxide; meat and meat products; microbiological safety; sterilization mechanism; combined sterilization

DOI：10.7506/rlyj1001-8123-20210924-214

中圖分類號(hào)：TS205.9? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1001-8123（2022）02-0046-07

引文格式：

柴利， 賀稚非， 謝曉紅， 等. 超臨界CO2在肉及肉制品殺菌中的應(yīng)用研究進(jìn)展[J]. 肉類研究， 2022， 36（2）： 46-52. DOI：10.7506/rlyj1001-8123-20210924-214.? ? http：//www.rlyj.net.cn

CHAI Li， HE Zhifei， XIE Xiaohong， et al. Advances in the application of supercritical carbon dioxide in the sterilization of meat and meat products[J]. Meat Research， 2022， 36（2）： 46-52. DOI：10.7506/rlyj1001-8123-20210924-214.? ? http：//www.rlyj.net.cn

肉及肉制品是人類飲食中蛋白質(zhì)、脂肪、維生素和礦物質(zhì)的主要來(lái)源。肉類中豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)以及適宜的水分活度和pH值非常適合微生物生存[1]。微生物導(dǎo)致的腐敗變質(zhì)是影響肉類色澤、風(fēng)味、氣味和質(zhì)地等感官品質(zhì)和貨架期的主要原因[2-3]，所以微生物一直是影響肉及肉制品安全的重要因素，控制肉及肉制品中的微生物安全也是當(dāng)今食品加工業(yè)中極為重要的環(huán)節(jié)。食品殺菌技術(shù)可分為熱力殺菌和非熱力殺菌。傳統(tǒng)的熱力殺菌，如巴氏殺菌、低溫殺菌、高溫殺菌和超高溫瞬時(shí)殺菌已廣泛用于果蔬汁、乳制品、肉及肉制品等食品中微生物和酶的滅活。熱處理雖然能保證食品中的微生物安全，但其經(jīng)常會(huì)對(duì)產(chǎn)品的色澤、風(fēng)味等產(chǎn)生不利影響，這使得超臨界流體、高靜水壓、紫外光、脈沖電場(chǎng)和超聲等非熱殺菌技術(shù)成為目前食品領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

在眾多新興的非熱殺菌技術(shù)中，超臨界CO2殺菌技術(shù)以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)受到了廣泛關(guān)注。超臨界流體狀態(tài)下的CO2具有安全、廉價(jià)、非易燃、無(wú)毒、擴(kuò)散速度快和傳質(zhì)效果好等特點(diǎn)[4]，還具有非常低的黏度和表面張力，增強(qiáng)了超臨界CO2對(duì)微生物細(xì)胞的滲透作用[5]。另外，超臨界CO2殺菌技術(shù)的操作溫度和壓力較低，易于調(diào)節(jié)，能最大限度地減少不耐熱營(yíng)養(yǎng)素的降解，保持肉及肉制品的感官和營(yíng)養(yǎng)特性。目前，超臨界CO2殺菌技術(shù)已經(jīng)用于液體（如果汁、啤酒和牛乳）和固體（如畜禽肉、魚(yú)類、水果、蔬菜和香料）食品的殺菌[6-7]。有研究還表明，超臨界CO2對(duì)多種細(xì)菌[8-9]、芽孢[10]、真菌[11]和病毒[12]都有滅活作用。因此超臨界CO2殺菌是一種非常有發(fā)展?jié)摿Φ姆菬釟⒕夹g(shù)。目前關(guān)于超臨界CO2殺菌技術(shù)在肉及肉制品中的研究較多，但對(duì)其應(yīng)用和殺菌機(jī)理的總結(jié)還缺乏較為全面的概述?；诖耍疚木C述超臨界CO2殺菌技術(shù)的機(jī)理及影響滅菌效率的因素，總結(jié)超臨界CO2殺菌技術(shù)在肉及肉制品中的應(yīng)用，以期為超臨界CO2殺菌技術(shù)在肉及肉制品加工業(yè)中的進(jìn)一步研究和應(yīng)用提供理論支撐。

1 超臨界CO2滅活微生物的機(jī)理研究及影響殺菌效率的因素

1.1 超臨界CO2滅活微生物的機(jī)理研究

超臨界流體是指溫度和壓力均高于其臨界點(diǎn)的流體，CO2的臨界溫度和臨界壓力分別為31.26 ℃和7.29 MPa，此狀態(tài)下的CO2具有類似氣體的擴(kuò)散性及液體的溶解能力[13]。超臨界CO2殺菌是一種新型的非熱殺菌技術(shù)，其殺菌流程與萃取非常相似，主要是通過(guò)高壓泵將CO2和產(chǎn)品泵入系統(tǒng)，再混合并保持一段時(shí)間以實(shí)現(xiàn)殺菌目的?？偟膩?lái)說(shuō)，超臨界CO2滅活微生物的作用來(lái)自多因素的組合，主要包括細(xì)胞質(zhì)的酸化、CO32-濃度的提高、滲透脅迫、CO2萃取作用導(dǎo)致細(xì)胞膜通透性的增加和泄漏以及細(xì)胞的破裂等[14]。

1.1.1 滅活細(xì)菌的機(jī)理

目前，關(guān)于超臨界CO2使細(xì)菌失活的機(jī)理主要有以下幾種：1）CO2溶于水后降低了細(xì)胞外的pH值，抑制了細(xì)菌的新陳代謝和生長(zhǎng)[15]。但是，這并不足以解釋超臨界CO2對(duì)微生物細(xì)胞的致死作用，因?yàn)樵谙嗤琾H值條件下，CO2與鹽酸相比具有更強(qiáng)的抑菌效果[16]。還有證據(jù)表明，緩沖液中的CO2對(duì)細(xì)菌的生長(zhǎng)也有抑制作用[17]，這說(shuō)明pH值的降低不是導(dǎo)致細(xì)菌細(xì)胞損傷的直接原因，而應(yīng)該是pH值的降低增強(qiáng)了細(xì)胞的通透性，從而有利于CO2向細(xì)胞內(nèi)擴(kuò)散。2）通過(guò)質(zhì)子轉(zhuǎn)運(yùn)ATP酶來(lái)維持pH值穩(wěn)態(tài)的能量消耗急劇增加，導(dǎo)致微生物對(duì)失活的抗性降低[18]。3）細(xì)胞結(jié)構(gòu)及胞內(nèi)的蛋白質(zhì)和關(guān)鍵酶被破壞，其主要機(jī)理是超臨界CO2擴(kuò)散到細(xì)胞內(nèi)，并從細(xì)胞壁和細(xì)胞膜中提取出疏水化合物和磷脂等重要成分，從而使得蛋白質(zhì)變性和酶失活。例如，Xu Feiyue等[8]發(fā)現(xiàn)超臨界CO2可用于滅活副溶血性弧菌，其作用機(jī)制是pH值的降低以及關(guān)鍵酶和細(xì)胞結(jié)構(gòu)的破壞;趙玉芳等[19]也得到了類似的研究結(jié)果。Chen Yuanyao等[9]的研究結(jié)果也表明，大腸桿菌在高水分活度下經(jīng)超臨界CO2處理后死亡的主要原因是CO2誘導(dǎo)了膜流化作用和膜通透性的改變。4）細(xì)菌的遺傳物質(zhì)與變性的胞內(nèi)蛋白纏繞在一起，轉(zhuǎn)錄和復(fù)制受到抑制。另外，細(xì)菌遺傳物質(zhì)也可能直接受到低pH值的影響而發(fā)生變性。Yao Chunyan等[20]在用碘化丙啶進(jìn)行膜通透性研究時(shí)得出，在低pH值條件下，大腸桿菌的DNA發(fā)生變性，雙螺旋展開(kāi)，這表明核酸變性可能是超臨界CO2使大腸桿菌失活的一個(gè)重要原因。5）破壞細(xì)胞內(nèi)的電解質(zhì)平衡。當(dāng)CO2進(jìn)入細(xì)胞后可以形成H2CO3，H2CO3解離形成CO32-，而CO32-可以沉淀細(xì)胞內(nèi)的Ca2+和Mg2+等無(wú)機(jī)電解質(zhì)[21]。由于這些無(wú)機(jī)電解質(zhì)在維持細(xì)胞和周圍環(huán)境的滲透平衡方面起著重要作用，因此這些離子的沉淀對(duì)整個(gè)細(xì)胞有不利影響。6）升壓和降壓過(guò)程會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)容物溢出，從而導(dǎo)致細(xì)胞死亡[8]。

1.1.2 滅活芽孢的機(jī)理

芽孢是細(xì)菌高度分化的休眠形式，對(duì)高溫、化學(xué)試劑和輻射都具有極強(qiáng)的抗性。超臨界CO2殺菌已成為一種很有前景的滅活芽孢的技術(shù)，在70 ℃以上的滅活量可達(dá)到6（lg（CFU/mL））[10]。但是，單獨(dú)使用超臨界CO2滅活芽孢需要相對(duì)較高的溫度（60～90 ℃），在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中也很少單獨(dú)使用超臨界CO2來(lái)滅活芽孢，添加少量的H2O2、過(guò)氧乙酸（peracetic acid，PAA）或水就可以在更低的溫度和壓力下殺滅芽孢[22]。例如，Park等[23]通過(guò)Box-Behnken設(shè)計(jì)和響應(yīng)面法（10 MPa、44 ℃、12 min、231 μL H2O處理3 g大麥種子）證明了以水為輔助溶劑的超臨界CO2可以有效殺滅大麥種子中的草酸青霉芽孢，并且發(fā)現(xiàn)草酸青霉芽孢的失活率隨助溶劑（水）添加量的增加而顯著增加。目前關(guān)于超臨界CO2使芽孢失活的機(jī)理主要有以下2 種：一種是基于動(dòng)力學(xué)的萌發(fā)失活機(jī)制，另一種是基于形態(tài)學(xué)和芽孢結(jié)構(gòu)損傷的失活機(jī)制[24]。前者是假設(shè)芽孢先被激活，然后在萌發(fā)時(shí)超臨界CO2使它們失活。然而，后來(lái)的研究表明，芽孢在超臨界CO2中沒(méi)有萌發(fā)，這與先前的假設(shè)相矛盾[24]。后者認(rèn)為，芽孢失活是pH值降低導(dǎo)致休眠芽孢的內(nèi)膜破壞和結(jié)構(gòu)改變的結(jié)果[25]，并且Rao Lei等[24]通過(guò)透射電子顯微鏡也證實(shí)了超臨界CO2造成了芽孢皮層和內(nèi)膜的損傷。綜上，超臨界CO2使芽孢失活的機(jī)理是超臨界CO2增加了細(xì)胞內(nèi)膜的通透性，使得CO2進(jìn)入細(xì)胞后破壞了內(nèi)膜中與芽孢萌發(fā)相關(guān)的蛋白質(zhì)，這些變化阻止了芽孢進(jìn)一步萌發(fā)。

1.1.3 滅活真菌和病毒的機(jī)理

酵母菌和霉菌等真菌污染是食品加工業(yè)中一個(gè)嚴(yán)重的問(wèn)題，給食品行業(yè)帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。雖然超臨界CO2對(duì)真菌的滅活作用尚未得到廣泛的研究，但比較大腸桿菌和真菌所需的滅活條件發(fā)現(xiàn)，真菌表現(xiàn)出更強(qiáng)的抗性。例如，Garcia-Gonzalez等[11]發(fā)現(xiàn)，在相同條件下（10 MPa、35 ℃、20 min）真菌的敏感性明顯低于細(xì)菌，其中真菌（如克福爾蒂青霉、黑曲霉、釀酒酵母和白色念珠菌）失活量不超過(guò)2（lg（CFU/mL）），而細(xì)菌（如單增李斯特菌、鼠傷寒沙門(mén)氏菌、熒光假單胞菌和小腸結(jié)腸炎耶爾森菌）失活量為3.5～5.0（lg（CFU/mL））;但糞腸球菌和酸桿菌等細(xì)菌比真菌表現(xiàn)出更強(qiáng)的抗性（僅降低0.3（lg（CFU/mL）））。因此，超臨界CO2殺菌用于滅活真菌的機(jī)理還需要進(jìn)一步的研究。

除了細(xì)菌和真菌外，病毒也可能會(huì)污染食品。對(duì)食品安全造成威脅的病毒主要有諾如病毒、甲型和戊型肝炎病毒、輪狀病毒、朊病毒和禽流感病毒等。目前關(guān)于超臨界CO2滅活病毒的研究主要集中在醫(yī)用生物材料方面。有研究者發(fā)現(xiàn)，CO2比N2O具有更好的抗病毒活性，說(shuō)明病毒滅活可能與酸化有關(guān);進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，H2CO3解離產(chǎn)生的H+可以穿透噬菌體的蛋白質(zhì)外殼并溶解磷脂，從而導(dǎo)致病毒死亡[12]。

1.2 影響超臨界CO2殺菌效率的因素

超臨界CO2的殺菌效率受多種因素的影響，如壓力、溫度、時(shí)間、食品種類、加工介質(zhì)、水分含量、CO2的比例和污染水平等。一般來(lái)說(shuō)，隨著壓力和溫度的增加，微生物的失活速率也會(huì)增加。這主要是因?yàn)镃O2在較高的壓力下溶解能力也會(huì)增強(qiáng)，這有助于CO2溶解細(xì)胞和細(xì)胞膜中的重要成分，從而使微生物失活。而高溫會(huì)促進(jìn)CO2的擴(kuò)散，還可以使細(xì)胞膜的流動(dòng)性增強(qiáng)，甚至?xí)?dǎo)致細(xì)胞膜發(fā)生不可逆的改變[26]。侯思涵等[27]將哈密瓜汁于35～55 ℃、10～35 MPa條件下進(jìn)行超臨界CO2殺菌，發(fā)現(xiàn)隨著溫度和壓力的升高，大腸桿菌的滅活速率逐步上升;并且在35 MPa條件下處理的大腸桿菌有明顯的胞漿泄漏、細(xì)胞結(jié)構(gòu)層次感完全消失和部分細(xì)胞壁消失的現(xiàn)象。Castillo-Zamudio等[28]在不同壓力（15、25、35 MPa）和時(shí)間（5、10、15 min）條件下用超臨界CO2處理干腌火腿樣品，也發(fā)現(xiàn)溫度的升高顯著增加了大腸桿菌的滅活水平（P<0.05）。此外，快速的壓力循環(huán)也會(huì)增加微生物的失活率[7]。

水的存在也極大提高了CO2的殺菌效果，這可能與pH值效應(yīng)有關(guān)。Kamihira等[29]發(fā)現(xiàn)，CO2殺菌僅對(duì)水分含量70%～90%的細(xì)胞有效，而水分含量2%～10%的細(xì)胞則具有較強(qiáng)的抗性。Setlow等[30]也發(fā)現(xiàn)，干芽孢比濕芽孢具有更強(qiáng)的抗性。除上述參數(shù)外，時(shí)間、攪拌次數(shù)也是影響超臨界CO2殺菌效率的關(guān)鍵因素。Silva等[31]用超臨界CO2處理接種7（lg（CFU/mL））干酪乳桿菌的蘋(píng)果汁，發(fā)現(xiàn)干酪乳桿菌的失活速率隨處理時(shí)間的延長(zhǎng)而增大，而壓力的改變則對(duì)其滅活效率沒(méi)有顯著影響。Gonzalez-Alonso等[32]在40 ℃條件下用超臨界CO2處理雞肉，發(fā)現(xiàn)微生物滅活與處理時(shí)間有很強(qiáng)的相關(guān)性，處理15 min后大腸桿菌的減少量可達(dá)1.4（lg（CFU/g）），45 min后可達(dá)5（lg（CFU/g）），而壓力從8 MPa增加到14 MPa對(duì)微生物的滅活影響不大。在一定范圍內(nèi)，攪拌次數(shù)與微生物失活數(shù)量成正比，因?yàn)樵诓贿M(jìn)行攪拌的情況下，只有存在于食品表面的細(xì)胞直接受到超臨界CO2的影響，而其余細(xì)胞的失活只能依賴于CO2的擴(kuò)散作用。

超臨界CO2殺菌的有效性在很大程度上還取決于食品的類型，一般液體食品比固體食品的殺菌效率要高，這主要與食品內(nèi)部CO2的濃度和其他食品成分（如蛋白質(zhì)和脂肪）的保護(hù)作用有關(guān)。另外，微生物的不同生長(zhǎng)階段對(duì)超臨界CO2的抗性也存在差異。例如，大腸桿菌和釀酒酵母隨著生長(zhǎng)期的延長(zhǎng)，對(duì)超臨界CO2的抗性也越強(qiáng)[33]。總的來(lái)說(shuō)，除了初始細(xì)胞數(shù)和食物基質(zhì)的影響外，隨著工藝參數(shù)（如壓力、溫度和時(shí)間）的增加，微生物失活率也會(huì)有所提高。

2 超臨界CO2殺菌在肉及肉制品中的應(yīng)用

傳統(tǒng)的熱殺菌雖然能有效殺滅肉及肉制品中的有害微生物，但熱處理后的肉及肉制品在營(yíng)養(yǎng)成分、感官品質(zhì)和風(fēng)味等方面都會(huì)有所下降。許多新興的非熱殺菌技術(shù)也會(huì)對(duì)肉類的食用品質(zhì)帶來(lái)不利影響，并且還存在成本過(guò)高的問(wèn)題。例如，高壓處理已經(jīng)用于不同肉制品的低溫巴氏殺菌[34]，但是它需要非常高的壓力條件（>300 MPa）以及高昂的設(shè)備投資和運(yùn)營(yíng)成本[35]。高電場(chǎng)強(qiáng)度（>20 kV/cm）下的脈沖電場(chǎng)對(duì)肉類中的許多腐敗微生物和致病菌都有滅活作用，但高強(qiáng)度電場(chǎng)會(huì)對(duì)肉類的感官和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)產(chǎn)生不利影響[36]。Zhuang Hong等[37]發(fā)現(xiàn)，非熱高壓介質(zhì)阻擋放電對(duì)嗜冷菌也有一定的抑制效果，但該處理后的雞胸肉呈現(xiàn)蒼白色，大大降低了雞胸肉的感官品質(zhì)。輻照殺菌也可以用于肉類的低溫殺菌，但也會(huì)引起感官上的不良變化和異味，并且輻照標(biāo)簽有時(shí)會(huì)受到消費(fèi)者的抵制[38]。而超臨界CO2殺菌技術(shù)是一種節(jié)能環(huán)保的非熱殺菌技術(shù)，它能夠在中等壓力（7.3～50.0 MPa）和溫度（35～55 ℃）條件下阻止肉及肉制品中病原微生物和腐敗微生物的生長(zhǎng)[36]，其主要是通過(guò)CO2的快速擴(kuò)散來(lái)降低肉及肉制品中的微生物水平，并且在滅菌的同時(shí)最大限度地保持肉類原本的質(zhì)地、風(fēng)味和營(yíng)養(yǎng)成分。該技術(shù)已經(jīng)用于水產(chǎn)品（如三文魚(yú)、蝦和海螺）、牛肉、雞肉、豬肉和火腿等肉及肉制品中微生物的滅活。此外，超臨界CO2殺菌本身就是加工蛋白質(zhì)類食品的一種有效技術(shù)，因?yàn)樵S多食品成分（如游離氨基酸、蛋白質(zhì)、脂肪、維生素和多糖等）的共價(jià)鍵能夠抵抗高壓帶來(lái)的影響[39]。因此，超臨界CO2有可能成為提高肉及肉制品中微生物安全性的一種新型加工方式。

2.1 超臨界CO2殺菌在生鮮肉中的應(yīng)用

肉類的腐敗變質(zhì)是由化學(xué)反應(yīng)和微生物污染導(dǎo)致的，特別是肉類的脂肪氧化。超臨界CO2能有效抑制微生物繁殖并防止脂肪氧化，因此可用于保存鮮肉制品。研究表明，超臨界CO2可以有效殺滅三文魚(yú)中的金黃色葡萄球菌，并且壓力是滅活過(guò)程中最重要的因素，其最佳實(shí)驗(yàn)條件為22.5 MPa，降壓速率為10 MPa/min，三文魚(yú)與CO2的質(zhì)量比為5∶3，在33 ℃下處理2 h[40]。Chen Manhua等[41]用超臨界CO2處理蝦和海螺，使蝦（15 MPa、53 ℃、40 min）和海螺（14 MPa、55 ℃、42 min）中的好氧菌分別減少3.69、3.31（lg（CFU/g））。羅亞蘭等[42]采用正交法優(yōu)化超臨界CO2在鮮牛肉中的滅菌條件，結(jié)果顯示，在14 MPa、50 ℃、滅菌時(shí)間為10 min時(shí)滅菌效果最優(yōu)，滅菌率可達(dá)99%。在眾多生鮮肉中，超臨界CO2殺菌技術(shù)在雞肉中的應(yīng)用最為廣泛。在過(guò)去幾十年中，禽肉的消費(fèi)量在全球范圍內(nèi)不斷增加，并以年均2%的增長(zhǎng)率主導(dǎo)市場(chǎng)[43]。但鮮禽肉由于具有較高的pH值，并且在屠宰過(guò)程中，胃腸道、肺部、皮膚和羽毛中存在的微生物可以通過(guò)多種途徑在肌肉組織中定植[44]，因此鮮禽肉比豬肉或牛肉更容易腐敗。雞肉是人類飲食中蛋白質(zhì)的主要來(lái)源之一，但其極易受到高溫的影響，因?yàn)楫?dāng)溫度為23～80 ℃時(shí)，雞肉中的可溶性蛋白、肌原纖維蛋白和雞肉的質(zhì)量都會(huì)減少[45]。超臨界CO2處理雖然能最大限度降低雞肉的蒸煮損失和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的流失，但仍可能會(huì)影響雞肉的感官品質(zhì)。例如，González-Alonso等[32]在14 MPa、40 ℃、15～45 min的條件下用超臨界CO2處理雞肉，結(jié)果顯示，與對(duì)照組相比，雞肉的質(zhì)地變硬，顏色也發(fā)生改變。Jauhar等[46]也得到了類似的結(jié)果，其中，經(jīng)14 MPa、45 ℃、40 min的超臨界CO2處理后，雞肉中的菌落總數(shù)、酵母菌總數(shù)和霉菌總數(shù)都有所下降，但在貯藏7 d后，顏色和質(zhì)地等感官品質(zhì)也有所下降。Jauhar等[47]在后續(xù)的研究中采用更溫和的條件（11.4 MPa、31 ℃、10 min），發(fā)現(xiàn)處理后雞肉的質(zhì)地和顏色有所改善。因此，應(yīng)用超臨界CO2來(lái)改善雞肉的品質(zhì)需要在較低的溫度和壓力以及較短的時(shí)間條件下進(jìn)行。

2.2 超臨界CO2殺菌在肉制品中的應(yīng)用

在歐洲國(guó)家，干腌火腿是一種獲得消費(fèi)者廣泛認(rèn)可的傳統(tǒng)食品。其中，腌制是火腿加工中非常重要的加工環(huán)節(jié)，能賦予火腿獨(dú)特的風(fēng)味，并且還能抑制腐敗微生物的生長(zhǎng)。隨著社會(huì)的進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，目前市場(chǎng)的趨勢(shì)是降低火腿中的鹽含量，但這可能會(huì)降低火腿的微生物安全性，縮短保質(zhì)期。而超臨界CO2殺菌技術(shù)可以在降低火腿中鹽含量的同時(shí)維持微生物安全性和穩(wěn)定性。Ferrentino等[48]研究超臨界CO2對(duì)切丁熟火腿中天然微生物菌群的影響，響應(yīng)面分析表明，在12 MPa、50 ℃、5 min的條件下，中溫好氧菌、嗜冷菌和乳酸菌的減少量分別為3.0、1.6、2.5（lg（CFU/g））;酵母菌、霉菌和大腸桿菌則達(dá)到了檢測(cè)限以下水平。Ferrentino等[49]還研究了超臨界CO2對(duì)接種于干腌火腿表面的單增李斯特菌滅活的可行性，發(fā)現(xiàn)在12 MPa、50 ℃、15 min條件下，單增李斯特菌的總失活量為7（lg（CFU/g）），并且該處理對(duì)火腿的色澤和感官品質(zhì)幾乎沒(méi)有影響。Benedito等[50]用超臨界CO2處理火雞火腿時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)壓力從15 MPa增加到35 MPa（46 ℃）時(shí)，大腸桿菌數(shù)量減少6.6（lg（CFU/g）），處理時(shí)間從30 min減少到20 min，還發(fā)現(xiàn)溫度顯著提高了樣品中大腸桿菌的失活率（P<0.05）。

超臨界CO2殺菌技術(shù)對(duì)肉及肉制品中微生物的影響如表1所示?？偟膩?lái)說(shuō)，肉及肉制品中的水分含量越高，超臨界CO2殺菌的效率也就越高。但是，為了開(kāi)發(fā)和利用超臨界CO2殺菌生產(chǎn)出高品質(zhì)的肉及肉制品，還要進(jìn)一步研究各種微生物在不同肉及肉制品中的失活機(jī)制。此外，加工不同肉類所涉及的工藝參數(shù)也會(huì)存在差異，因此研究不同工藝參數(shù)對(duì)肉及肉制品中的微生物失活水平、營(yíng)養(yǎng)成分和感官品質(zhì)的影響也是十分必要的。

3 超臨界CO2與其他技術(shù)或添加劑聯(lián)合殺菌的研究進(jìn)展

雖然單獨(dú)使用超臨界CO2可以消除食品中的細(xì)菌營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞，但需要較長(zhǎng)的時(shí)間才能達(dá)到與熱處理相似的滅活水平，難以滿足企業(yè)的生產(chǎn)要求。因此，超臨界CO2與其他添加劑或其他非熱技術(shù)的結(jié)合使用是超臨界CO2殺菌技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。近年來(lái)，有關(guān)聯(lián)合殺菌的研究也顯著增多，其中研究最多的是超臨界CO2與超聲波、香菜精油、迷迭香和PAA的聯(lián)合使用。

3.1 超臨界CO2與超聲波聯(lián)合殺菌的研究進(jìn)展

超聲波是最常與超臨界CO2聯(lián)用的技術(shù)，其原理是超聲波激發(fā)交替的低壓和高壓液體波，導(dǎo)致真空氣泡的形成和破裂，這些氣泡會(huì)使細(xì)菌或酵母菌的細(xì)胞壁和細(xì)胞膜遭到破壞，從而加速超臨界CO2對(duì)重要成分的提取以及微生物的死亡[53]。超臨界CO2與超聲波聯(lián)用還可以減少滅菌所需的時(shí)間。Benedito等[50]發(fā)現(xiàn)，在培養(yǎng)基中僅用超臨界CO2（35 MPa、36 ℃）處理時(shí)，大腸桿菌和釀酒酵母失活量為7～8（lg（CFU/g））需要25～140 min;而使用高功率超聲（high power ultrasound，HPU）輔助超臨界CO2將2 種微生物完全滅活僅需1～2 min。Castillo-Zamudio等[28]將超臨界CO2和HPU聯(lián)合用于干腌火腿滅菌的最佳條件為35 MPa、51 ℃、5 min，此時(shí)大腸桿菌減少3.2（lg（CFU/g）），處理后的干腌火腿脂肪含量顯著降低46%（P<0.05），并且在貯藏過(guò)程中顏色、質(zhì)地和pH值均無(wú)明顯變化。同樣，Morbiato等[51]將其應(yīng)用在雞胸肉中也得到相似的結(jié)果，超臨界CO2條件10 MPa、40 ℃、15 min，結(jié)果表明，在40 ℃以下就可以達(dá)到干燥和滅活全部微生物的效果，并且除VB12外，該產(chǎn)品的營(yíng)養(yǎng)特性與原料肉相似。另外，由于生理鹽水（saline solution，SS）具有較大的表面張力，可使氣泡以更大的力量破裂，產(chǎn)生比單獨(dú)使用超臨界CO2更強(qiáng)的空化效應(yīng)，從而提高微生物的致死率[54]。例如，Castillo-Zamudio等[28]用超臨界CO2+HPU+SS作用于干腌火腿，結(jié)果顯示，超臨界CO2+HPU+SS組的滅活率為（2.49±0.20）（lg（CFU/g）），顯著高于超臨界CO2+HPU組的（1.87±0.20）（lg（CFU/g））（P<0.05）。

3.2 超臨界CO2與添加劑聯(lián)合殺菌的研究進(jìn)展

香菜精油對(duì)細(xì)菌的生長(zhǎng)有明顯抑制效果，其可以有效抑制或殺滅大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、黑曲霉、釀酒酵母和沙門(mén)氏菌等微生物[55]。同樣，迷迭香的主要成分迷迭香酸對(duì)革蘭氏陰性菌和革蘭氏陽(yáng)性菌都具有較強(qiáng)的抑制作用，還可以抑制金黃色葡萄球菌的生長(zhǎng)和生物膜的形成[56]。PAA可以通過(guò)改變微生物細(xì)胞內(nèi)的pH值和依靠強(qiáng)氧化使酶失活，從而使微生物死亡[57]。因此，在超臨界CO2殺菌過(guò)程中加入香菜精油、迷迭香和PAA等化學(xué)物質(zhì)也能極大增強(qiáng)殺菌效果。例如，Gonzalez-Alonso等[32]優(yōu)化香菜精油的濃度，實(shí)現(xiàn)了超臨界CO2與香菜精油對(duì)雞肉中大腸桿菌的協(xié)同滅活。Huang Shirong等[58]用超臨界CO2抑制冷藏豬肉糜中微生物的生長(zhǎng)，發(fā)現(xiàn)超臨界CO2與迷迭香混合處理后的菌落總數(shù)略低于單獨(dú)使用超臨界CO2的菌落總數(shù)。超臨界CO2與PAA也可以聯(lián)用，并且PAA的濃度對(duì)微生物的失活率有顯著影響[59]。

4 結(jié) 語(yǔ)

超臨界CO2殺菌是一種提高肉及肉制品中微生物安全性的新型非熱加工技術(shù)，不僅破解了傳統(tǒng)熱殺菌能耗大、污染嚴(yán)重、食品不耐熱營(yíng)養(yǎng)素降解和感官品質(zhì)下降等問(wèn)題，而且還能廣泛應(yīng)用于各種肉及肉制品中細(xì)菌、真菌和芽孢等微生物的滅活。此外，其較低的工藝溫度和壓力降低了企業(yè)的運(yùn)行成本和初始投資。因此，超臨界CO2殺菌具有很大的發(fā)展?jié)摿?，?duì)該技術(shù)進(jìn)行深入研究對(duì)促進(jìn)肉及肉制品行業(yè)的發(fā)展具有深遠(yuǎn)意義。但是，超臨界CO2應(yīng)用于肉及肉制品中的殺菌大多還處于實(shí)驗(yàn)研究階段，為了該技術(shù)在實(shí)際生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用，未來(lái)還需在以下幾方面進(jìn)行研究：1）目前，超臨界CO2殺菌技術(shù)在食品中的研究和應(yīng)用主要集中在蘋(píng)果汁、橙汁和牛乳等液體食品，在肉及肉制品中的應(yīng)用還相對(duì)較少。因此，未來(lái)還需更深入的研究來(lái)闡明超臨界CO2對(duì)不同肉及肉制品的感官特性和營(yíng)養(yǎng)成分的影響，以期完善肉及肉制品的加工工藝，使超臨界CO2殺菌技術(shù)在肉及肉制品中實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。2）在微生物的機(jī)理研究方面，現(xiàn)大多集中在大腸桿菌、單增李斯特菌、沙門(mén)氏菌和金黃色葡萄球菌等細(xì)菌上，對(duì)真菌、芽孢和病毒的研究還較少，其失活機(jī)理尚不明確。為了完善超臨界CO2在肉及肉制品中的作用機(jī)制，研究人員還需進(jìn)行系統(tǒng)、深入的研究和探討。3）超臨界CO2與其他非熱技術(shù)或添加劑的聯(lián)合殺菌是目前非熱殺菌中的一大熱點(diǎn)，但目前很多研究者僅局限于超臨界CO2與超聲波的聯(lián)用研究，這非常不利于非熱技術(shù)在肉及肉制品中的轉(zhuǎn)化和利用。為了加快超臨界CO2殺菌技術(shù)的工業(yè)化步伐，以及降低企業(yè)的投資成本，未來(lái)可以加大超臨界CO2與精油、殼聚糖和黃酮類等天然抗菌劑聯(lián)用的研究。

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收稿日期：2021-09-24

基金項(xiàng)目：四川白兔優(yōu)良種質(zhì)資源擴(kuò)繁與健康養(yǎng)殖技術(shù)示范推廣項(xiàng)目（2020JDZH0029）;

國(guó)家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(xiàng)（CARS-43-E-2）;

重慶市特色食品工程技術(shù)研究中心能力提升項(xiàng)目（cstc2014pt-gc8001）

第一作者簡(jiǎn)介：柴利（1994—）（ORCID： 0000-0002-7478-2039），女，碩士研究生，研究方向?yàn)槿忸惪茖W(xué)與酶工程。

E-mail： 191730344@qq.com

通信作者簡(jiǎn)介：李洪軍（1961—）（ORCID： 0000-0002-6835-1822），男，教授，博士，研究方向?yàn)槿忸惪茖W(xué)與酶工程。

E-mail： 983362225@qq.com