超臨界CO2在肉及肉制品殺菌中的應用研究進展

柴利 賀稚非 謝曉紅 韓薇 李洪軍

摘 要：超臨界CO2是一種綠色、環保和實用的超臨界流體，目前已廣泛用于提取各種生物活性物質。近年來，隨著非熱殺菌技術的興起，超臨界CO2在殺菌方面的研究也顯著增加。與冷等離子體、高壓脈沖電場和高壓CO2等非熱殺菌技術相比，超臨界CO2的操作溫度和壓力相對較低，能最大限度保留食品中的營養成分和提高食品的微生物安全性。本文綜述超臨界CO2對細菌、芽孢、真菌和病毒的滅活機理和影響其殺菌效率的因素。此外，還對超臨界CO2殺菌技術的優勢以及在肉及肉制品中的應用進行總結，并對目前存在的問題和未來的發展趨勢進行闡述，旨在為該技術在肉及肉制品中的進一步研究和應用提供參考。

關鍵詞：超臨界CO2;肉及肉制品;微生物安全;殺菌機理;聯合殺菌

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：TS205.9? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：A 文章編號：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用研究進展[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、脂肪、維生素和礦物質的主要來源。肉類中豐富的營養物質以及適宜的水分活度和pH值非常適合微生物生存[1]。微生物導致的腐敗變質是影響肉類色澤、風味、氣味和質地等感官品質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今食品加工業中極為重要的環節。食品殺菌技術可分為熱力殺菌和非熱力殺菌。傳統的熱力殺菌，如巴氏殺菌、低溫殺菌、高溫殺菌和超高溫瞬時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，但其經常會對產品的色澤、風味等產生不利影響，這使得超臨界流體、高靜水壓、紫外光、脈沖電場和超聲等非熱殺菌技術成為目前食品領域的研究熱點。

在眾多新興的非熱殺菌技術中，超臨界CO2殺菌技術以其獨特的優勢受到了廣泛關注。超臨界流體狀態下的CO2具有安全、廉價、非易燃、無毒、擴散速度快和傳質效果好等特點[4]，還具有非常低的黏度和表面張力，增強了超臨界CO2對微生物細胞的滲透作用[5]。另外，超臨界CO2殺菌技術的操作溫度和壓力較低，易于調節，能最大限度地減少不耐熱營養素的降解，保持肉及肉制品的感官和營養特性。目前，超臨界CO2殺菌技術已經用于液體（如果汁、啤酒和牛乳）和固體（如畜禽肉、魚類、水果、蔬菜和香料）食品的殺菌[6-7]。有研究還表明，超臨界CO2對多種細菌[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展潛力的非熱殺菌技術。目前關于超臨界CO2殺菌技術在肉及肉制品中的研究較多，但對其應用和殺菌機理的總結還缺乏較為全面的概述。基于此，本文綜述超臨界CO2殺菌技術的機理及影響滅菌效率的因素，總結超臨界CO2殺菌技術在肉及肉制品中的應用，以期為超臨界CO2殺菌技術在肉及肉制品加工業中的進一步研究和應用提供理論支撐。

1 超臨界CO2滅活微生物的機理研究及影響殺菌效率的因素

1.1 超臨界CO2滅活微生物的機理研究

超臨界流體是指溫度和壓力均高于其臨界點的流體，CO2的臨界溫度和臨界壓力分別為31.26 ℃和7.29 MPa，此狀態下的CO2具有類似氣體的擴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，其殺菌流程與萃取非常相似，主要是通過高壓泵將CO2和產品泵入系統，再混合并保持一段時間以實現殺菌目的。總的來說，超臨界CO2滅活微生物的作用來自多因素的組合，主要包括細胞質的酸化、CO32-濃度的提高、滲透脅迫、CO2萃取作用導致細胞膜通透性的增加和泄漏以及細胞的破裂等[14]。

1.1.1 滅活細菌的機理

目前，關于超臨界CO2使細菌失活的機理主要有以下幾種：1）CO2溶于水后降低了細胞外的pH值，抑制了細菌的新陳代謝和生長[15]。但是，這并不足以解釋超臨界CO2對微生物細胞的致死作用，因為在相同pH值條件下，CO2與鹽酸相比具有更強的抑菌效果[16]。還有證據表明，緩沖液中的CO2對細菌的生長也有抑制作用[17]，這說明pH值的降低不是導致細菌細胞損傷的直接原因，而應該是pH值的降低增強了細胞的通透性，從而有利于CO2向細胞內擴散。2）通過質子轉運ATP酶來維持pH值穩態的能量消耗急劇增加，導致微生物對失活的抗性降低[18]。3）細胞結構及胞內的蛋白質和關鍵酶被破壞，其主要機理是超臨界CO2擴散到細胞內，并從細胞壁和細胞膜中提取出疏水化合物和磷脂等重要成分，從而使得蛋白質變性和酶失活。例如，Xu Feiyue等[8]發現超臨界CO2可用于滅活副溶血性弧菌，其作用機制是pH值的降低以及關鍵酶和細胞結構的破壞;趙玉芳等[19]也得到了類似的研究結果。Chen Yuanyao等[9]的研究結果也表明，大腸桿菌在高水分活度下經超臨界CO2處理后死亡的主要原因是CO2誘導了膜流化作用和膜通透性的改變。4）細菌的遺傳物質與變性的胞內蛋白纏繞在一起，轉錄和復制受到抑制。另外，細菌遺傳物質也可能直接受到低pH值的影響而發生變性。Yao Chunyan等[20]在用碘化丙啶進行膜通透性研究時得出，在低pH值條件下，大腸桿菌的DNA發生變性，雙螺旋展開，這表明核酸變性可能是超臨界CO2使大腸桿菌失活的一個重要原因。5）破壞細胞內的電解質平衡。當CO2進入細胞后可以形成H2CO3，H2CO3解離形成CO32-，而CO32-可以沉淀細胞內的Ca2+和Mg2+等無機電解質[21]。由于這些無機電解質在維持細胞和周圍環境的滲透平衡方面起著重要作用，因此這些離子的沉淀對整個細胞有不利影響。6）升壓和降壓過程會導致細胞內容物溢出，從而導致細胞死亡[8]。

1.1.2 滅活芽孢的機理

芽孢是細菌高度分化的休眠形式，對高溫、化學試劑和輻射都具有極強的抗性。超臨界CO2殺菌已成為一種很有前景的滅活芽孢的技術，在70 ℃以上的滅活量可達到6（lg（CFU/mL））[10]。但是，單獨使用超臨界CO2滅活芽孢需要相對較高的溫度（60～90 ℃），在實際應用過程中也很少單獨使用超臨界CO2來滅活芽孢，添加少量的H2O2、過氧乙酸（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Box-Behnken設計和響應面法（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，并且發現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。目前關于超臨界CO2使芽孢失活的機理主要有以下2 種：一種是基于動力學的萌發失活機制，另一種是基于形態學和芽孢結構損傷的失活機制[24]。前者是假設芽孢先被激活，然后在萌發時超臨界CO2使它們失活。然而，后來的研究表明，芽孢在超臨界CO2中沒有萌發，這與先前的假設相矛盾[24]。后者認為，芽孢失活是pH值降低導致休眠芽孢的內膜破壞和結構改變的結果[25]，并且Rao Lei等[24]通過透射電子顯微鏡也證實了超臨界CO2造成了芽孢皮層和內膜的損傷。綜上，超臨界CO2使芽孢失活的機理是超臨界CO2增加了細胞內膜的通透性，使得CO2進入細胞后破壞了內膜中與芽孢萌發相關的蛋白質，這些變化阻止了芽孢進一步萌發。

1.1.3 滅活真菌和病毒的機理

酵母菌和霉菌等真菌污染是食品加工業中一個嚴重的問題，給食品行業帶來了巨大的經濟損失。雖然超臨界CO2對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現，真菌表現出更強的抗性。例如，Garcia-Gonzalez等[11]發現，在相同條件下（10 MPa、35 ℃、20 min）真菌的敏感性明顯低于細菌，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2（lg（CFU/mL）），而細菌（如單增李斯特菌、鼠傷寒沙門氏菌、熒光假單胞菌和小腸結腸炎耶爾森菌）失活量為3.5～5.0（lg（CFU/mL））;但糞腸球菌和酸桿菌等細菌比真菌表現出更強的抗性（僅降低0.3（lg（CFU/mL）））。因此，超臨界CO2殺菌用于滅活真菌的機理還需要進一步的研究。

除了細菌和真菌外，病毒也可能會污染食品。對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。目前關于超臨界CO2滅活病毒的研究主要集中在醫用生物材料方面。有研究者發現，CO2比N2O具有更好的抗病毒活性，說明病毒滅活可能與酸化有關;進一步的研究發現，H2CO3解離產生的H+可以穿透噬菌體的蛋白質外殼并溶解磷脂，從而導致病毒死亡[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、時間、食品種類、加工介質、水分含量、CO2的比例和污染水平等。一般來說，隨著壓力和溫度的增加，微生物的失活速率也會增加。這主要是因為CO2在較高的壓力下溶解能力也會增強，這有助于CO2溶解細胞和細胞膜中的重要成分，從而使微生物失活。而高溫會促進CO2的擴散，還可以使細胞膜的流動性增強，甚至會導致細胞膜發生不可逆的改變[26]。侯思涵等[27]將哈密瓜汁于35～55 ℃、10～35 MPa條件下進行超臨界CO2殺菌，發現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、細胞結構層次感完全消失和部分細胞壁消失的現象。Castillo-Zamudio等[28]在不同壓力（15、25、35 MPa）和時間（5、10、15 min）條件下用超臨界CO2處理干腌火腿樣品，也發現溫度的升高顯著增加了大腸桿菌的滅活水平（P<0.05）。此外，快速的壓力循環也會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值效應有關。Kamihira等[29]發現，CO2殺菌僅對水分含量70%～90%的細胞有效，而水分含量2%～10%的細胞則具有較強的抗性。Setlow等[30]也發現，干芽孢比濕芽孢具有更強的抗性。除上述參數外，時間、攪拌次數也是影響超臨界CO2殺菌效率的關鍵因素。Silva等[31]用超臨界CO2處理接種7（lg（CFU/mL））干酪乳桿菌的蘋果汁，發現干酪乳桿菌的失活速率隨處理時間的延長而增大，而壓力的改變則對其滅活效率沒有顯著影響。Gonzalez-Alonso等[32]在40 ℃條件下用超臨界CO2處理雞肉，發現微生物滅活與處理時間有很強的相關性，處理15 min后大腸桿菌的減少量可達1.4（lg（CFU/g）），45 min后可達5（lg（CFU/g）），而壓力從8 MPa增加到14 MPa對微生物的滅活影響不大。在一定范圍內，攪拌次數與微生物失活數量成正比，因為在不進行攪拌的情況下，只有存在于食品表面的細胞直接受到超臨界CO2的影響，而其余細胞的失活只能依賴于CO2的擴散作用。

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，這主要與食品內部CO2的濃度和其他食品成分（如蛋白質和脂肪）的保護作用有關。另外，微生物的不同生長階段對超臨界CO2的抗性也存在差異。例如，大腸桿菌和釀酒酵母隨著生長期的延長，對超臨界CO2的抗性也越強[33]。總的來說，除了初始細胞數和食物基質的影響外，隨著工藝參數（如壓力、溫度和時間）的增加，微生物失活率也會有所提高。

2 超臨界CO2殺菌在肉及肉制品中的應用

傳統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養成分、感官品質和風味等方面都會有所下降。許多新興的非熱殺菌技術也會對肉類的食用品質帶來不利影響，并且還存在成本過高的問題。例如，高壓處理已經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）以及高昂的設備投資和運營成本[35]。高電場強度（>20 kV/cm）下的脈沖電場對肉類中的許多腐敗微生物和致病菌都有滅活作用，但高強度電場會對肉類的感官和營養品質產生不利影響[36]。Zhuang Hong等[37]發現，非熱高壓介質阻擋放電對嗜冷菌也有一定的抑制效果，但該處理后的雞胸肉呈現蒼白色，大大降低了雞胸肉的感官品質。輻照殺菌也可以用于肉類的低溫殺菌，但也會引起感官上的不良變化和異味，并且輻照標簽有時會受到消費者的抵制[38]。而超臨界CO2殺菌技術是一種節能環保的非熱殺菌技術，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[36]，其主要是通過CO2的快速擴散來降低肉及肉制品中的微生物水平，并且在滅菌的同時最大限度地保持肉類原本的質地、風味和營養成分。該技術已經用于水產品（如三文魚、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類食品的一種有效技術，因為許多食品成分（如游離氨基酸、蛋白質、脂肪、維生素和多糖等）的共價鍵能夠抵抗高壓帶來的影響[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用

肉類的腐敗變質是由化學反應和微生物污染導致的，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中的金黃色葡萄球菌，并且壓力是滅活過程中最重要的因素，其最佳實驗條件為22.5 MPa，降壓速率為10 MPa/min，三文魚與CO2的質量比為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]采用正交法優化超臨界CO2在鮮牛肉中的滅菌條件，結果顯示，在14 MPa、50 ℃、滅菌時間為10 min時滅菌效果最優，滅菌率可達99%。在眾多生鮮肉中，超臨界CO2殺菌技術在雞肉中的應用最為廣泛。在過去幾十年中，禽肉的消費量在全球范圍內不斷增加，并以年均2%的增長率主導市場[43]。但鮮禽肉由于具有較高的pH值，并且在屠宰過程中，胃腸道、肺部、皮膚和羽毛中存在的微生物可以通過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的主要來源之一，但其極易受到高溫的影響，因為當溫度為23～80 ℃時，雞肉中的可溶性蛋白、肌原纖維蛋白和雞肉的質量都會減少[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養物質的流失，但仍可能會影響雞肉的感官品質。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，結果顯示，與對照組相比，雞肉的質地變硬，顏色也發生改變。Jauhar等[46]也得到了類似的結果，其中，經14 MPa、45 ℃、40 min的超臨界CO2處理后，雞肉中的菌落總數、酵母菌總數和霉菌總數都有所下降，但在貯藏7 d后，顏色和質地等感官品質也有所下降。Jauhar等[47]在后續的研究中采用更溫和的條件（11.4 MPa、31 ℃、10 min），發現處理后雞肉的質地和顏色有所改善。因此，應用超臨界CO2來改善雞肉的品質需要在較低的溫度和壓力以及較短的時間條件下進行。

2.2 超臨界CO2殺菌在肉制品中的應用

在歐洲國家，干腌火腿是一種獲得消費者廣泛認可的傳統食品。其中，腌制是火腿加工中非常重要的加工環節，能賦予火腿獨特的風味，并且還能抑制腐敗微生物的生長。隨著社會的進步和經濟的發展，目前市場的趨勢是降低火腿中的鹽含量，但這可能會降低火腿的微生物安全性，縮短保質期。而超臨界CO2殺菌技術可以在降低火腿中鹽含量的同時維持微生物安全性和穩定性。Ferrentino等[48]研究超臨界CO2對切丁熟火腿中天然微生物菌群的影響，響應面分析表明，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到了檢測限以下水平。Ferrentino等[49]還研究了超臨界CO2對接種于干腌火腿表面的單增李斯特菌滅活的可行性，發現在12 MPa、50 ℃、15 min條件下，單增李斯特菌的總失活量為7（lg（CFU/g）），并且該處理對火腿的色澤和感官品質幾乎沒有影響。Benedito等[50]用超臨界CO2處理火雞火腿時發現，當壓力從15 MPa增加到35 MPa（46 ℃）時，大腸桿菌數量減少6.6（lg（CFU/g）），處理時間從30 min減少到20 min，還發現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殺菌技術對肉及肉制品中微生物的影響如表1所示。總的來說，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，為了開發和利用超臨界CO2殺菌生產出高品質的肉及肉制品，還要進一步研究各種微生物在不同肉及肉制品中的失活機制。此外，加工不同肉類所涉及的工藝參數也會存在差異，因此研究不同工藝參數對肉及肉制品中的微生物失活水平、營養成分和感官品質的影響也是十分必要的。

3 超臨界CO2與其他技術或添加劑聯合殺菌的研究進展

雖然單獨使用超臨界CO2可以消除食品中的細菌營養細胞，但需要較長的時間才能達到與熱處理相似的滅活水平，難以滿足企業的生產要求。因此，超臨界CO2與其他添加劑或其他非熱技術的結合使用是超臨界CO2殺菌技術的發展趨勢。近年來，有關聯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的聯合使用。

3.1 超臨界CO2與超聲波聯合殺菌的研究進展

超聲波是最常與超臨界CO2聯用的技術，其原理是超聲波激發交替的低壓和高壓液體波，導致真空氣泡的形成和破裂，這些氣泡會使細菌或酵母菌的細胞壁和細胞膜遭到破壞，從而加速超臨界CO2對重要成分的提取以及微生物的死亡[53]。超臨界CO2與超聲波聯用還可以減少滅菌所需的時間。Benedito等[50]發現，在培養基中僅用超臨界CO2（35 MPa、36 ℃）處理時，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聯合用于干腌火腿滅菌的最佳條件為35 MPa、51 ℃、5 min，此時大腸桿菌減少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），并且在貯藏過程中顏色、質地和pH值均無明顯變化。同樣，Morbiato等[51]將其應用在雞胸肉中也得到相似的結果，超臨界CO2條件10 MPa、40 ℃、15 min，結果表明，在40 ℃以下就可以達到干燥和滅活全部微生物的效果，并且除VB12外，該產品的營養特性與原料肉相似。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，產生比單獨使用超臨界CO2更強的空化效應，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與添加劑聯合殺菌的研究進展

香菜精油對細菌的生長有明顯抑制效果，其可以有效抑制或殺滅大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、黑曲霉、釀酒酵母和沙門氏菌等微生物[55]。同樣，迷迭香的主要成分迷迭香酸對革蘭氏陰性菌和革蘭氏陽性菌都具有較強的抑制作用，還可以抑制金黃色葡萄球菌的生長和生物膜的形成[56]。PAA可以通過改變微生物細胞內的pH值和依靠強氧化使酶失活，從而使微生物死亡[57]。因此，在超臨界CO2殺菌過程中加入香菜精油、迷迭香和PAA等化學物質也能極大增強殺菌效果。例如，Gonzalez-Alonso等[32]優化香菜精油的濃度，實現了超臨界CO2與香菜精油對雞肉中大腸桿菌的協同滅活。Huang Shirong等[58]用超臨界CO2抑制冷藏豬肉糜中微生物的生長，發現超臨界CO2與迷迭香混合處理后的菌落總數略低于單獨使用超臨界CO2的菌落總數。超臨界CO2與PAA也可以聯用，并且PAA的濃度對微生物的失活率有顯著影響[59]。

4 結 語

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，不僅破解了傳統熱殺菌能耗大、污染嚴重、食品不耐熱營養素降解和感官品質下降等問題，而且還能廣泛應用于各種肉及肉制品中細菌、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的運行成本和初始投資。因此，超臨界CO2殺菌具有很大的發展潛力，對該技術進行深入研究對促進肉及肉制品行業的發展具有深遠意義。但是，超臨界CO2應用于肉及肉制品中的殺菌大多還處于實驗研究階段，為了該技術在實際生產中廣泛應用，未來還需在以下幾方面進行研究：1）目前，超臨界CO2殺菌技術在食品中的研究和應用主要集中在蘋果汁、橙汁和牛乳等液體食品，在肉及肉制品中的應用還相對較少。因此，未來還需更深入的研究來闡明超臨界CO2對不同肉及肉制品的感官特性和營養成分的影響，以期完善肉及肉制品的加工工藝，使超臨界CO2殺菌技術在肉及肉制品中實現工業化。2）在微生物的機理研究方面，現大多集中在大腸桿菌、單增李斯特菌、沙門氏菌和金黃色葡萄球菌等細菌上，對真菌、芽孢和病毒的研究還較少，其失活機理尚不明確。為了完善超臨界CO2在肉及肉制品中的作用機制，研究人員還需進行系統、深入的研究和探討。3）超臨界CO2與其他非熱技術或添加劑的聯合殺菌是目前非熱殺菌中的一大熱點，但目前很多研究者僅局限于超臨界CO2與超聲波的聯用研究，這非常不利于非熱技術在肉及肉制品中的轉化和利用。為了加快超臨界CO2殺菌技術的工業化步伐，以及降低企業的投資成本，未來可以加大超臨界CO2與精油、殼聚糖和黃酮類等天然抗菌劑聯用的研究。

參考文獻：

[1] Aminzare M， Hashemi M， Azar H H， et al. The use of herbal extracts and essential oils as a potential antimicrobial in meat and meat products： a review[J]. Journal of Human， Environment， and Health Promotion， 2016， 2（1）： 63-74. DOI：10.29252/jhehp.1.2.63.

[2] Chmiel M， Roszko M， Ha?-Szymańczuk E， et al. Time evolution of microbiological quality and content of volatile compounds in chicken fillets packed using various techniques and stored under different conditions[J]. Poultry Science， 2020， 99（2）： 1107-1116. DOI：10.1016/j.psj.2019.10.045.

[3] XIONG Qiang， ZHANG Muhan， WANG Ting， et al. Lipid oxidation induced by heating in chicken meat and the relationship with oxidants and antioxidant enzymes activities[J]. Poultry Science， 2020， 99（3）： 1761-1767. DOI：10.1016/j.psj.2019.11.013.

[4] 劉延青. 靈芝子實體生物活性成分的分析及口服液開發[D]. 泰安： 山東農業大學， 2021： 7-8. DOI：10.27277/d.cnki.gsdnu.2021.000198.

[5] Wrona O， Rafińska K， Mo?eński C， et al. Optimization and upscaling of the supercritical carbon dioxide extraction of Solidago gigantea Ait. of an industrial relevance[J]. Industrial Crops and Products， 2019， 142： 111787. DOI：10.1016/j.indcrop.2019.111787.

[6] Silva E K， Meireles M A A， Salda?a M D A. Supercritical carbon dioxide technology： a promising technique for the non-thermal processing of freshly fruit and vegetable juices[J]. Trends in Food Science and Technology， 2020， 97： 381-390. DOI：10.1016/j.tifs.2020.01.025.

[7] Perrut M. Sterilization and virus inactivation by supercritical fluids （a review）[J]. The Journal of Supercritical Fluids， 2012， 66： 359-371. DOI：10.1016/j.supflu.2011.07.007.

[8] XU Feiyue， FENG Xiaomei， SUI Xiao， et al. Inactivation mechanism of Vibrio parahaemolyticus via supercritical carbon dioxide treatment[J]. Food Research International， 2017， 100： 282-288. DOI：10.1016/j.foodres.2017.08.038.

[9] CHEN Yuanyao， Temelli F， G?nzle M G. Mechanisms of inactivation of dry Escherichia coli by high-pressure carbon dioxide[J]. Applied and Environmental Microbiology， 2017， 83（10）： 1-13. DOI：10.1128/AEM.00062-17.

[10] Soares G C， Learmonth D A， Vallejo M C， et al. Supercritical CO2 technology： the next standard sterilization technique？[J]. Materials Science and Engineering C： Materials for Biological Applications， 2019， 99： 520-540. DOI：10.1016/j.msec.2019.01.121.

[11] Garcia-Gonzalez L， Geeraerd A H， Elst K， et al. Influence of type of microorganism， food ingredients and food properties on high-pressure carbon dioxide inactivation of microorganisms[J]. International Journal of Food Microbiology， 2009， 129（3）： 253-263. DOI：10.1016/j.ijfoodmicro.2008.12.005.

[12] Vo H T， Imai T， Ho T T， et al. Inactivation effect of pressurized carbon dioxide on bacteriophage Qβ and ΦX174 as a novel disinfectant for water treatment[J]. Journal of Environmental Sciences， 2014， 26（6）： 1301-1306. DOI：10.1016/S1001-0742（13）60603-8.

[13] 孫睿. 花椒籽油的制備及α-亞麻酸的純化技術研究[D]. 成都： 成都大學， 2020： 6-8. DOI：10.27917/d.cnki.gcxdy.2020.000079.

[14] 錢靜亞， 張咪， 孫文敬， 等. 蛋白質組學在食品非熱殺菌中的應用研究進展[J]. 食品科學， 2020， 41（3）： 288-294. DOI：10.7506/spkx1002-6630-20190120-240.

[15] Spilimbergo S， Dehghani F， Bertucco A， et al. Inactivation of bacteria and spores by pulse electric field and high pressure CO2 at low temperature[J]. Biotechnology and Bioengineering， 2003， 82（1）： 118-125. DOI：10.1002/bit.10554.

[16] LIN Hongmei， CAO Nengjie， CHEN Linfeng. Antimicrobial effect of pressurized carbon dioxide on Listeria monocytogenes[J]. Food Science， 1994， 59（3）： 657-659. DOI：10.1111/j.1365-2621.1994.tb05587.x.

[17] WAN Rui， CHEN Yinguang， ZHENG Xiong， et al. Effect of CO2 on microbial denitrification via inhibiting electron transport and consumption[J]. Environmental Science and Technology， 2016， 50（18）： 9915-9922. DOI：10.1021/acs.est.5b05850.

[18] 呂懿超， 李香澳， 王凱博， 等. 乳酸菌作為生物保護菌的抑菌機理及其在食品中應用的研究進展[J]. 食品科學， 2021， 42（19）： 281-290. DOI：10.7506/spkx1002-6630-20200620-279.

[19] 趙玉芳， 許飛躍， 韓玉謙. 超臨界CO2對副溶血性弧菌殺菌機理的研究[C]//第十二屆全國超臨界流體技術學術及應用研討會暨第五屆海峽兩岸超臨界流體技術研討會. 大連： 中國化工學會超臨界流體技術專業委員會， 2018： 1.

[20] YAO Chunyan， LI Xiaodong， BI Weiwei， et al. Relationship between membrane damage， leakage of intracellular compounds and inactivation of Escherichia coli treated by pressurized CO2[J]. Journal of Basic Microbiology， 2014， 54（8）： 858-865. DOI：10.1002/jobm.201200640.

[21] LIN Hongmei， YANG Zhanying， CHEN Linfeng. Inactivation of Leuconostoc dextranicum with carbon dioxide under pressure[J]. The Chemical Engineering Journal， 1993， 52（1）： 29-34. DOI：10.1016/0300-9467（93）80047-R.

[22] RAO Lei， WANG Yongtao， CHEN Fang， et al. The synergistic effect of high pressure CO2 and nisin on inactivation of Bacillus subtilis spores in aqueous solutions[J]. Frontiers in Microbiology， 2016， 7： 1-7. DOI：10.3389/fmicb.2016.01507.

[23] Park H S， Choi H J， Kim K H. Effect of supercritical CO2 modified with water cosolvent on the sterilization of fungal spore-contaminated barley seeds and the germination of barley seeds[J]. Journal of Food Safety， 2013， 33（1）： 94-101. DOI：10.1111/jfs.12027.

[24] RAO Lei， BI Xiufang， ZHAO Fang， et al. Effect of high-pressure CO2 processing on bacterial spores[J]. Critical Reviews in Food Science and Nutrition， 2016， 56（11）： 1808-1825. DOI：10.1080/10408398.2013.787385.

[25] RAO Lei， WANG Yongtao， CHEN Fang， et al. High pressure CO2 reduces the wet heat resistance of Bacillus subtilis spores by perturbing the inner membrane[J]. Innovative Food Science and Emerging Technologies， 2020， 60： 102291. DOI：10.1016/j.ifset.2020.102291.

[26] WANG Weixin， RAO Lei， WU Xiaomeng， et al. Supercritical carbon dioxide applications in food processing[J]. Food Engineering Reviews， 2021， 13（1）： 1-22. DOI：10.1007/s12393-020-09270-9.

[27] 侯思涵， 陳計巒， 裴龍英， 等. 超臨界CO2對哈密瓜汁中大腸桿菌的殺滅效果研究[J]. 保鮮與加工， 2020， 20（4）： 93-97.

[28] Castillo-Zamudio R I， Paniagua-Martínez I， Ortu?o-Cases C， et al. Use of high-power ultrasound combined with supercritical fluids for microbial inactivation in dry-cured ham[J]. Innovative Food Science and Emerging Technologies， 2021， 67： 102557. DOI：10.1016/j.ifset.2020.102557.

[29] Kamihira M， Taniguchi M， Kobayashi T. Sterilization of microorganisms with supercritical carbon dioxide[J]. Agricultural and Biological Chemistry， 1987， 51（2）： 7-12. DOI：10.1080/00021369.1987.10868053.

[30] Setlow B， Korza G， Blatt K M S， et al. Mechanism of Bacillus subtilis spore inactivation by and resistance to supercritical CO2 plus peracetic acid[J]. Journal of Applied Microbiology， 2016， 120（1）：?57-69. DOI：10.1111/jam.12995.

[31] Silva E K， Alvarenga V O， Bargas M A， et al. Non-thermal microbial inactivation by using supercritical carbon dioxide： synergic effect of process parameters[J]. The Journal of Supercritical Fluids， 2018， 139： 97-104. DOI：10.1016/j.supflu.2018.05.013.

[32] Gonzalez-Alonso V， Cappelletti M， Bertolini F M， et al. Research note： microbial inactivation of raw chicken meat by supercritical carbon dioxide treatment alone and in combination with fresh culinary herbs[J]. Poultry Science， 2020， 99（1）： 536-545. DOI：10.3382/ps/pez563.

[33] Ortu?o C， Martínez-Pastor M T， Mulet A， et al. Supercritical carbon dioxide inactivation of Escherichia coli and Saccharomyces cerevisiae in different growth stages[J]. The Journal of Supercritical Fluids， 2012， 63： 8-15. DOI：10.1016/j.supflu.2011.12.022.

[34] Hygreeva D， Pandey M C. Novel approaches in improving the quality and safety aspects of processed meat products through high pressure processing technology： a review[J]. Trends in Food Science and Technology， 2016， 54： 175-185. DOI：10.1016/j.tifs.2016.06.002.

[35] Picart-Palmade L， Cunault C， Chevalier-Lucia D， et al. Potentialities and limits of some non-thermal technologies to improve sustainability of food processing[J]. Frontiers in Nutrition， 2019， 5： 1-14. DOI：10.3389/fnut.2018.00130.

[36] Bhat Z F， Morton J D， Mason S L， et al. Current and future prospects for the use of pulsed electric field in the meat industry[J]. Critical Reviews in Food Science and Nutrition， 2019， 59（10）： 1660-1674. DOI：10.1080/10408398.2018.1425825.

[37] Zhuang Hong， Rothrock M J， Hiett K L， et al. In-package antimicrobial treatment of chicken breast meat with high voltage dielectric barrier discharge-electric voltage effect[J]. Journal of Applied Poultry Research， 2019， 28（4）： 801-807. DOI：10.3382/japr/pfz036.

[38] Kawasaki S， Saito M， Mochida M， et al. Inactivation of Escherichia coli O157 and Salmonella enteritidis in raw beef liver by gamma irradiation[J]. Food Microbiology， 2019， 78： 110-113. DOI：10.1016/j.fm.2018.10.011.

[39] Taher H， Al-Zuhair S， AlMarzouqui A， et al. Extracted fat from lamb meat by supercritical CO2 as feedstock for biodiesel production[J]. Biochemical Engineering Journal， 2011， 55（1）： 23-31. DOI：10.1016/j.bej.2011.03.003.

[40] CUPPINI M， ZENI J， BARBOSA J， et al. Inactivation of Staphylococcus aureus in raw salmon with supercritical CO2 using experimental design[J]. Food Science and Technology， 2016，?36（Suppl 1）： 8-11. DOI：10.1590/1678-457x.0038.

[41] CHEN Muahua， SUI Xiao， MA Xixiu， et al. Application of response surface methodology to optimise microbial inactivation of shrimp and conch by supercritical carbon dioxide[J]. Journal of the Science of Food and Agriculture， 2015， 95（5）： 1016-1023. DOI：10.1002/jsfa.6783.

[42] 羅亞蘭， 張玉斌， 余群力， 等. 超臨界CO2處理對鮮牛肉滅菌效果及食用品質的影響[J]. 食品工業科技， 2017， 38（4）： 236-241. DOI：10.13386/j.issn1002-0306.2017.04.036.

[43] OECD-FAO. OECD-FAO agricultural outlook 2015[R]. Paris： Organisation for Economic Co-operation and Development， 2015： 1.

[44] Rouger A， Tresse O， Zagorec M. Bacterial contaminants of poultry meat： sources， species， and dynamics[J]. Microorganisms， 2017， 5（3）： 50. DOI：10.3390/microorganisms5030050.

[45] Murphy R Y， Marks B P. Effect of meat temperature on proteins， texture， and cook loss for ground chicken breast patties[J]. Poultry Science， 2000， 79（1）： 99-104. DOI：10.1093/ps/79.1.99.

[46] JAUHAR S， ISMAIL-FITRY M R， CHONG G H， et al. Application of supercritical carbon dioxide （SC-CO2） on the microbial and physicochemical quality of fresh chicken meat stored at chilling temperature[J]. International Food Research Journal， 2020， 27（1）： 103-110.

[47] Jauhar S， Ismail-Fitry M R， Chong G H， et al. Different pressures， low temperature， and short-duration supercritical carbon dioxide treatments： microbiological， physicochemical， microstructural， and sensorial attributes of chill-stored chicken meat[J]. Applied Sciences， 2020， 10（19）： 6629. DOI：10.3390/app10196629.

[48] Ferrentino G， Balzan S， Spilimbergo S. Optimization of supercritical carbon dioxide treatment for the inactivation of the natural microbial flora in cubed cooked ham[J]. International Journal of Food Microbiology， 2013， 161（3）： 189-196. DOI：10.1016/j.ijfoodmicro.2012.12.004.

[49] Ferrentino G， Balzan S， Spilimbergo S. Supercritical carbon dioxide processing of dry cured ham spiked with Listeria monocytogenes： inactivation kinetics， color， and sensory evaluations[J]. Food and Bioprocess Technology， 2013， 6（5）： 1164-1174. DOI：10.1007/s11947-012-0819-4.

[50] Benedito J， Ortu?o C， Castillo-Zamudio R I， et al.?Microbial inactivation by ultrasound assisted supercritical fluids[J]. Physics Procedia， 2015， 70： 824-827. DOI：10.1016/j.phpro.2015.08.168.

[51] Morbiato G， Zambon A， Toffoletto M， et al. Supercritical carbon dioxide combined with high power ultrasound as innovate drying process for chicken breast[J]. The Journal of Supercritical Fluids， 2019， 147： 24-32. DOI：10.1016/j.supflu.2019.02.004.

[52] Choi Y M， Bae Y Y， Kim K H， et al. Effects of supercritical carbon dioxide treatment against generic Escherichia coli， Listeria monocytogenes， Salmonella typhimurium， and E. coli O157：H7 in marinades and marinated pork[J]. Meat Science， 2009， 82（4）： 419-424. DOI：10.1016/j.meatsci.2009.02.016.

[53] Koubaa M， Mhemdi H， Fages J. Recovery of valuable components and inactivating microorganisms in the agro-food industry with ultrasound-assisted supercritical fluid technology[J]. The Journal of Supercritical Fluids， 2018， 134： 71-79. DOI：10.1016/j.supflu.2017.12.012.

[54] Martínez-Ramos T， Benedito-Fort J， Watson N J， et al.?Effect of solvent composition and its interaction with ultrasonic energy on the ultrasound-assisted extraction of phenolic compounds from mango peels （Mangifera indica L.）[J]. Food and Bioproducts Processing， 2020， 122： 41-54. DOI：10.1016/j.fbp.2020.03.011.

[55] 劉艷紅， 張蓮蓮， 陳云， 等. 香菜的有效成分提取、功能及應用研究進展[J]. 中國調味品， 2021， 46（5）： 179-184.

[56] 李兆亭. 迷迭香提取物對單增李斯特菌抑菌機理及在冷鮮肉中的應用研究[D]. 海口： 海南大學， 2019： 4-5. DOI：10.27073/d.cnki.ghadu.2019.000987.

[57] 肖琳. 解糖類芽孢桿菌的鑒定及殺滅實驗[D]. 廣州： 華南理工大學， 2020： 5-7. DOI：10.27151/d.cnki.ghnlu.2020.003943.

[58] HUANG Shirong， LIU Bin， GE Du， et al. Effect of combined treatment with supercritical CO2 and rosemary on microbiological and physicochemical properties of ground pork stored at 4 ℃[J]. Meat Science， 2017， 125： 114-120. DOI：10.1016/j.meatsci.2016.11.022.

[59] Sikin A M， Walkling-Ribeiro M， Rizvi S S H. Synergistic effect of supercritical carbon dioxide and peracetic acid on microbial inactivation in shredded Mozzarella-type cheese and its storage stability at ambient temperature[J]. Food Control， 2016， 70： 174-182. DOI：10.1016/j.foodcont.2016.05.050.

收稿日期：2021-09-24

基金項目：四川白兔優良種質資源擴繁與健康養殖技術示范推廣項目（2020JDZH0029）;

國家現代農業產業技術體系建設專項（CARS-43-E-2）;

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

第一作者簡介：柴利（1994—）（ORCID： 0000-0002-7478-2039），女，碩士研究生，研究方向為肉類科學與酶工程。

E-mail： 191730344@qq.com

通信作者簡介：李洪軍（1961—）（ORCID： 0000-0002-6835-1822），男，教授，博士，研究方向為肉類科學與酶工程。

E-mail： 983362225@qq.com