Инактивация микроорганизмов в среде сверхкритического CO2

ÓÄÊ 566.264-31, 664.8.022
ÈÍÀÊÒÈÂÀÖÈß ÌÈÊÐÎÎÐÃÀÍÈÇÌÎÂ Â ÑÐÅÄÅ
ÑÂÅÐÕÊÐÈÒÈ×ÅÑÊÎÃÎ CO2
À. Â. Ñóñëîâ, 1 È. Í. Ñóñëîâà, 1 Á. Ô. ßðîâîé, 2À. Þ. Øàäðèí*,
À. À. Ìóðçèí, 2Í. Â. Ñàïîæíèêîâà, 2À. À. Ëóìïîâ, 2À. Ñ. Äîðìèäîíîâà
1
2
2
1
ÏÈßÔ ÐÀÍ èì. Á.Ï. Êîíñòàíòèíîâà, Ãàò÷èíà, Ðîññèÿ
ÔÃÓÏ «ÍÏÎ “Ðàäèåâûé èíñòèòóò èì. Â.Ã. Õëîïèíà”», Ñàíêò-Ïåòåðáóðã, Ðîññèÿ
*[email protected]
Ïîñòóïèëà â ðåäàêöèþ 29.06.2008 ã.
 îáçîðå ïðåäñòàâëåíû ðåçóëüòàòû èññëåäîâàíèé âîçìîæíîñòåé ïðèìåíåíèÿ ÑÎ2
ïîä äàâëåíèåì â êà÷åñòâå ýêîëîãè÷íîãî («green»), àëüòåðíàòèâíîãî òðàäèöèîííûì,
ñòåðèëèçóþùåãî àãåíòà. Îáñóæäàþòñÿ ïðåäëîæåííûå â ëèòåðàòóðå ìåõàíèçìû
èíàêòèâàöèè ìèêðîîðãàíèçìîâ â ñðåäå ÑÎ2 è çàâèñèìîñòü åå ýôôåêòèâíîñòè îò
äàâëåíèÿ, òåìïåðàòóðû, ïðîäîëæèòåëüíîñòè îáðàáîòêè, âèäà ìèêðîîðãàíèçìîâ,
îáðàáàòûâàåìîãî ìàòåðèàëà è ðÿäà äðóãèõ ôàêòîðîâ.
Ê ë þ ÷ å â û å ñ ë î â à: ñâåðõêðèòè÷åñêèé CO2, èíàêòèâàöèÿ, ñòåðèëèçàöèÿ, ìèêðîîðãàíèçìû.
ÂÂÅÄÅÍÈÅ
Èñïîëüçîâàíèå ÑÎ2 ïîä äàâëåíèåì ÿâëÿåòñÿ îäíèì èç ñàìûõ ïåðñïåêòèâíûõ
ñïîñîáîâ õîëîäíîé ïàñòåðèçàöèè è/èëè ñòåðèëèçàöèè æèäêèõ è òâåðäûõ ìàòåðèàëîâ,
êîòîðûå ñïîñîáíû ïîëíîñòüþ èëè ÷àñòè÷íî çàìåíèòü øèðîêî èñïîëüçóåìóþ òåðìîîáðàáîòêó. Íåñìîòðÿ íà òî, ÷òî ñïîñîáíîñòü ÑÎ2 èíàêòèâèðîâàòü ìèêðîîðãàíèçìû èçâåñòíà ñ 20-õ ãîäîâ ïðîøëîãî âåêà [1], òîëüêî â ïîñëåäíèå 15 ëåò áûë
ïðîÿâëåí îñîáûé íàó÷íûé è ýêîíîìè÷åñêèé èíòåðåñ ê ïðàêòè÷åñêîìó ïðèìåíåíèþ äàííîãî ìåòîäà.
Ïîä èíàêòèâàöèåé ïîíèìàåòñÿ ÷àñòè÷íàÿ èëè ïîëíàÿ ïîòåðÿ áèîëîãè÷åñêè
àêòèâíûì âåùåñòâîì èëè àãåíòîì åãî àêòèâíîñòè, â òîì ÷èñëå ïðîëèôåðàöèÿ, ò. å.
ïîòåðÿ ñïîñîáíîñòè ê ðàçìíîæåíèþ, è êàê ñëåäñòâèå ýòîãî — ïîòåðÿ ïàòîãåííîñòè è ñïîñîáíîñòè ê ñèíòåçó âðåäíûõ âåùåñòâ. Îíà ÿâëÿåòñÿ ÷ðåçâû÷àéíî âàæíûì ôàêòîðîì äëÿ ïèùåâîé è ôàðìàöåâòè÷åñêîé ïðîìûøëåííîñòåé, à òàêæå äëÿ
äðóãèõ îáëàñòåé, ñâÿçàííûõ ñ ñîõðàíåíèåì çäîðîâüÿ íàñåëåíèÿ. Íåñìîòðÿ íà òî,
÷òî â òå÷åíèå äîëãîãî âðåìåíè ðàçðàáàòûâàëèñü íîâûå òåõíîëîãèè ñòåðèëèçàöèè,
â òîì ÷èñëå õèìè÷åñêèå è ôèçè÷åñêèå ìåòîäû [2], ñàìûì ýôôåêòèâíûì ìåòîäîì
èíàêòèâàöèè ìèêðîîðãàíèçìîâ äî ñèõ ïîð ÿâëÿåòñÿ òåðìè÷åñêàÿ ñòåðèëèçàöèÿ.
Ñëåäóåò îòìåòèòü, ÷òî òåðìîîáðàáîòêà ñóùåñòâåííî âëèÿåò íà êà÷åñòâî ïðîäóêòîâ,
óìåíüøàÿ êîëè÷åñòâî âèòàìèíîâ, óõóäøàåò ïèòàòåëüíûå ñâîéñòâà, âíåøíèé âèä,
öâåò, âêóñ è ò.ä. Ïîýòîìó â òåõ ñëó÷àÿõ, êîãäà òåðìîîáðàáîòêà íåâîçìîæíà, îáû÷íî
ïðèõîäèòñÿ èñïîëüçîâàòü àëüòåðíàòèâíûå íåòåðìè÷åñêèå ìåòîäû, òàêèå êàê äåãèäðàòàöèÿ, õîëîäíîå êîíñåðâèðîâàíèå è áðîæåíèå. Îäíàêî äàííûå ìåòîäû îñòàþòñÿ ìàëîýôôåêòèâíûìè â ïîäàâëåíèè ðàçìíîæåíèÿ ìèêðîîðãàíèçìîâ [3].
 ïîñëåäíåå âðåìÿ âñëåäñòâèå áåñïðåöåäåíòíîãî ðîñòà ïðîèçâîäñòâà ñâåæèõ
ïðîäóêòîâ ïèòàíèÿ è ôàðìàöåâòè÷åñêèõ èçäåëèé âîçðîñëà íåîáõîäèìîñòü â ðàç«Ñâåðõêðèòè÷åñêèå Ôëþèäû: Òåîðèÿ è Ïðàêòèêà». Òîì 3. ¹ 3. 2008
3
À.Â. Ñóñëîâ, È. Í. Ñóñëîâà, Á. Ô. ßðîâîé,
À. Þ. Øàäðèí, À. À. Ìóðçèí, Í. Â. Ñàïîæíèêîâà, À. À. Ëóìïîâ, À. Ñ. Äîðìèäîíîâà
ðàáîòêå áîëåå ýôôåêòèâíûõ íåòåðìè÷åñêèõ ìåòîäîâ ñòåðèëèçàöèè, óäîâëåòâîðÿþùèõ ïîòðåáíîñòÿì ðûíêà. Èñïîëüçîâàíèå âûñîêîãî ãèäðîñòàòè÷åñêîãî äàâëåíèÿ, èíòåíñèâíûõ ïóëüñèðóþùèõ ýëåêòðè÷åñêèõ ïîëåé, ðàäèàöèîííîãî îáëó÷åíèÿ èëè ñî÷åòàíèå ýòèõ ìåòîäî⠗ òîëüêî íåêîòîðûå èç íåòåðìè÷åñêèõ ìåòîäîâ,
èññëåäîâàííûõ â ïîñëåäíåå âðåìÿ â êà÷åñòâå àëüòåðíàòèâíûõ òåðìîîáðàáîòêå [3].
Îäíàêî ïðèìåíåíèå âûøåóêàçàííûõ ìåòîäîâ â ïðîìûøëåííûõ ìàñøòàáàõ îêàçàëîñü ìàëîïðèãîäíûì ïî ðÿäó îáúåêòèâíûõ ïðè÷èí: âûñîêèå êàïèòàëüíûå çàòðàòû,
äîðîãîñòîÿùàÿ ýêñïëóàòàöèÿ, íèçêàÿ ýôôåêòèâíîñòü èíàêòèâàöèè ìèêðîôëîðû è
íåäîñòàòî÷íàÿ áåçîïàñíîñòü íåïîñðåäñòâåííî âî âðåìÿ ðàáîòû. Òàê, íàïðèìåð, îáðàáîòêà
ïðè âûñîêîì ãèäðîñòàòè÷åñêîì äàâëåíèè èëè äèíàìè÷åñêîì äàâëåíèè äëÿ èíàêòèâàöèè Listeria monocytogenes, Salmonella typhimurium [4] è Esherichia coli (E. coli)
[5] ïðîâîäèëàñü ïðè 2000 è 6000 àòì. Â ñâÿçè ñ òåì, ÷òî â íàñòîÿùåå âðåìÿ òðåáîâàíèÿ ê ïðîìûøëåííîìó îáîðóäîâàíèþ íå ïîçâîëÿþò èñïîëüçîâàòü äàâëåíèå ñâûøå
4000 àòì, ýòîò ìåòîä êðàéíå ñëîæíî ïðèìåíèòü â ïðîìûøëåííîì ìàñøòàáå [6, 7].
Âëàæíàÿ òåðìîîáðàáîòêà — åùå îäèí ÷àñòî èñïîëüçóåìûé ìåòîä èíàêòèâàöèè
[8]. Õîòÿ ïðîâåäåíèå âëàæíîé òåðìîîáðàáîòêè ïðè òåìïåðàòóðå íèæå 100 °Ñ (äåçèíôåêöèÿ) [2] è ïðèâîäèò ê ðàçðóøåíèþ ðÿäà ïàòîãåííûõ èëè äðóãèõ îïàñíûõ
ìèêðîîðãàíèçìîâ, ñïîðû áàêòåðèé ïðè ýòîì íå ïîãèáàþò [9]. Ñ äðóãîé ñòîðîíû,
ýòîò æå ïðîöåññ ïðè òåìïåðàòóðàõ âûøå 121 °Ñ (ñòåðèëèçàöèÿ) [2] ðàçðóøàåò âñå
ôîðìû ìèêðîîðãàíèçìîâ [9]. Îäíàêî ñòîëü âûñîêèå òåìïåðàòóðû âëåêóò çà ñîáîé
âñå ñâÿçàííûå ñ òåðìîîáðàáîòêîé íåäîñòàòêè, îòìå÷åííûå âûøå [10].
 ñâÿçè ñ ýòèì ðàçâèòèå àëüòåðíàòèâíîãî ìåòîäà îáðàáîòêè â ñðåäå äèîêñèäà
óãëåðîäà (â ñâåðõêðèòè÷åñêîì, æèäêîì è ãàçîîáðàçíîì ñîñòîÿíèÿõ), êîòîðûé â
çíà÷èòåëüíîé ñòåïåíè ëèøåí ïåðå÷èñëåííûõ âûøå íåäîñòàòêîâ, ñâîéñòâåííûõ
òåðìè÷åñêèì è îñòàëüíûì ìåòîäàì, ïðåäñòàâëÿåò íåñîìíåííûé èíòåðåñ.  íàñòîÿùåå âðåìÿ îïóáëèêîâàíî áîëüøîå ÷èñëî ñòàòåé è îáçîðîâ íà òåìó èññëåäîâàíèé â
äàííîé îáëàñòè, ñðåäè êîòîðûõ ñëåäóåò îòìåòèòü îáçîðû Perrut [11], Spilimbergo
[12], Koutchma [13].
Áèîëîãè÷åñêîå âîçäåéñòâèå ÑÎ2 íà ìèêðîîðãàíèçìû
Äèîêñèä óãëåðîäà — ýòî íåòîêñè÷íûé ãàç ñ àíòèìèêðîáíûìè ñâîéñòâàìè,
êîòîðûé ÷àñòî ïðèñóòñòâóåò â ïèùåâûõ ïðîäóêòàõ è íàïèòêàõ [14]. Èçâåñòíî, ÷òî
àíòèìèêðîáíàÿ ýôôåêòèâíîñòü CO2 çàâèñèò íå òîëüêî îò äàâëåíèÿ è òåìïåðàòóðû
[15, 16], íî òàêæå îò åãî ôàçîâîãî ñîñòîÿíèÿ (ãàç, æèäêîñòü èëè ñâåðõêðèòè÷åñêèé
ôëþèä) è êîíöåíòðàöèè ðàñòâîðåííîãî CO2 â èññëåäóåìîì îáðàçöå [14]. Ñâåðõêðèòè÷åñêèé CO2 (ÑÊ-ÑÎ2) [17] îáëàäàåò õîðîøåé ðàñòâîðèìîñòüþ è ïðîíèêàþùåé
ñïîñîáíîñòüþ, ÷òî ïîçâîëÿåò åìó ïðîõîäèòü ÷åðåç êëåòî÷íóþ îáîëî÷êó è âíóòðü
ñïîð, ãäå çà ñ÷åò îáðàçîâàíèÿ ñëàáîé óãîëüíîé êèñëîòû ïîíèæàåòñÿ ðÍ âíóòðèêëåòî÷íîé ñðåäû [18—20]. Âîçìîæíî äàæå óäàëåíèå ÷àñòè ñîäåðæèìîãî áàêòåðèàëüíîé êëåòêè ÷åðåç ïåðôîðèðîâàííóþ ÑÊ-CO2 êëåòî÷íóþ ñòåíêó [21, 22].
Äàííûå ïåðâûõ ñèñòåìàòè÷åñêèõ èññëåäîâàíèé î òîì, ÷òî ÑÎ2 ïðè òåìïåðàòóðå è äàâëåíèè âûøå êðèòè÷åñêèõ (Òêð = 31,2 °C, Pêð = 71,1 àòì) îòëè÷íî çàùèùàåò
ïðîäóêòû îò îêèñëåíèÿ, èíàêòèâèðóåò âèðóñû è ïîäàâëÿåò ðîñò íåêîòîðûõ ìèêðîîðãàíèçìîâ, áûëè ïðåäñòàâëåíû ïðèìåðíî 100 ëåò íàçàä Jones [23] è Daniels
[14]. Îäíàêî òîëüêî áëàãîäàðÿ ýêîíîìè÷åñêèì ôàêòîðàì â ïîñëåäíåå âðåìÿ íàáëþäàåòñÿ îñîáûé íàó÷íûé èíòåðåñ ê ïðàêòè÷åñêîìó ïðèìåíåíèþ äàííîãî ìåòîäà îáðàáîòêè, ïðåæäå âñåãî, ïèùåâûõ ìàòåðèàëîâ è ìåäèöèíñêèõ ïðåïàðàòîâ.
 çàâèñèìîñòè îò ôàçîâîãî ñîñòîÿíèÿ CO2 íàñûùåíèå èì èññëåäóåìîãî ðàñòâîðà ìîæåò îñóùåñòâëÿòüñÿ íåñêîëüêèìè ïóòÿìè:
4
«Ñâåðõêðèòè÷åñêèå Ôëþèäû: Òåîðèÿ è Ïðàêòèêà». Òîì 3. ¹ 3. 2008
Èíàêòèâàöèÿ ìèêðîîðãàíèçìîâ â ñðåäå ñâåðõêðèòè÷åñêîãî CO2
— ïðîäóâêîé CO2 åìêîñòè ñ îáðàçöîì [24];
— ïîäà÷åé æèäêîãî CO2 â åìêîñòü ñ èññëåäóåìûì îáðàçöîì [25];
— âïðûñêîì ÑÊ-CO2 â ñîñóä ñ èññëåäóåìûì îáðàçöîì [18, 19, 26]; âàðèàíòîì
âïðûñêà ÿâëÿåòñÿ ïðîäóâêà CO2 ÷åðåç ìèêðîôèëüòð [18, 19, 27].
Äëÿ îïòèìèçàöèè ïåðèîäè÷åñêîãî ïðîöåññà èíàêòèâàöèè ðàçðàáàòûâàþòñÿ íîâûå,
áîëåå ýêîíîìè÷íûå òåõíîëîãèè.  ðàáîòå Spilimbergo [28] èíàêòèâàöèÿ ïðîâîäèëàñü â ïîëóíåïðåðûâíîì ðåæèìå. Ïîêàçàíî, ÷òî íåïðåðûâíûé ïîòîê ôëþèäà áîëåå ýôôåêòèâåí, ÷åì ñòàòè÷åñêèé ïðîöåññ [29]. Íàèáîëåå ýôôåêòèâíû äëÿ ðàáîòû
â íåïðåðûâíîì ðåæèìå ïðîòèâîòî÷íûå êîëîíêè èëè ìåìáðàíû (òàêèå êàê
POROCRIT) [30 — 32].  ðàáîòàõ Shimoda [21] è Ishikawa [30, 33] äëÿ áàðáîòèðîâàíèÿ ïîñòóïàþùåãî ÑÎ2 íà âõîäå áûë óñòàíîâëåí ñïåöèàëüíûé ôèëüòð, ïðè ýòîì
ýôôåêòèâíîñòü èíàêòèâàöèè çíà÷èòåëüíî óâåëè÷èëàñü.
Çà ïîñëåäíèå íåñêîëüêî ëåò îïóáëèêîâàíî äîñòàòî÷íî áîëüøîå êîëè÷åñòâî ðàáîò ïî èíàêòèâèðóþùåìó äåéñòâèþ ÑÎ2 íà ðàçëè÷íûå ìèêðîîðãàíèçìû [34 — 38].
Íåêîòîðûå îïóáëèêîâàííûå äàííûå ïî èíàêòèâàöèè âåãåòàòèâíûõ êëåòîê áàêòåðèé è ñïîð ïîä äåéñòâèåì ÑÎ2 ïðåäñòàâëåíû â òàáëèöå.
Àíàëèç ëèòåðàòóðíûõ äàííûõ ïîêàçàë, ÷òî E. coli ÿâëÿåòñÿ íàèáîëåå ÷àñòî
èñïîëüçóåìûì ìèêðîîðãàíèçìîì äëÿ èññëåäîâàíèÿ èíàêòèâàöèè êàê â ñóá- [17,
20, 49], òàê è â ñâåðõêðèòè÷åñêèõ [20, 22, 31, 49—51] óñëîâèÿõ. Òàê, íàïðèìåð,
Kamihira ñ ñîàâòîðàìè [20] ïîêàçàëè, ÷òî íàèáîëåå âûñîêàÿ ýôôåêòèâíîñòü èíàêòèâàöèè, à èìåííî â 108 ðàç (8-log) ïàäåíèÿ âûæèâàåìîñòè (CFU/ml — Colony Forming Unit/ml) äëÿ E. coli, íàáëþäàåòñÿ â ôèçèîëîãè÷åñêèõ ðàñòâîðàõ (PS — physiological saline) ïðè îáðàáîòêå ñóá- èëè ñâåðõêðèòè÷åñêèì ÑÎ2 (100 ÷ 200 àòì,
30÷ 45 °Ñ, 25 ÷60 ìèí). Êðîìå òîãî, â ðàáîòå [20] íå îáíàðóæèëè îòëè÷èé â èíàêòèâàöèè îòäåëüíûõ êëåòîê E. coli (íå ñóñïåíçèè) ãàçîîáðàçíûì ÑÎ 2 (40 àòì, 35 °Ñ)
èëè æèäêèì ÑÎ2 (100 ÷ 200 àòì, 20 °Ñ). Îäíàêî êîãäà óñëîâèÿ áûëè èçìåíåíû íà
ñâåðõêðèòè÷åñêèå (100 ÷200 àòì, 35 °Ñ), èíàêòèâàöèÿ E. coli çíà÷èòåëüíî óâåëè÷èëàñü. Ïðè ýòîì àâòîðàì íå óäàëîñü îïðåäåëèòü, ÷òî èìåííî — äâóîêèñü óãëåðîäà
èëè áîëåå âûñîêîå äàâëåíèå — îêàçàëîñü ïðè÷èíîé ñòîëü âûñîêîé èíàêòèâàöèè.
Èíàêòèâàöèÿ E. coli ïðè îáðàáîòêå ïèùåâûõ ïðîäóêòîâ ìåíåå ýôôåêòèâíà.
Òàê, â ðàáîòå [31] ïîêàçàíî, ÷òî ïðè îáðàáîòêå àïåëüñèíîâîãî ñîêà (200 ÷ 1000 àòì,
34,5 °Ñ, 10 ìèí) ýôôåêòèâíîñòü èíàêòèâàöèè E. ñoli Î15:Í7 ñîñòàâèëà òîëüêî îò
2-log äî 5-log. Ñ äðóãîé ñòîðîíû, Rasanayagam ñ ñîàâòîðàìè [40] ïîêàçàëè, ÷òî
èñïîëüçîâàíèå âïðûñêà ÑÊ-ÑÎ2 ÷åðåç ìèêðîïîðèñòûé ôèëüòð (ìåìáðàííàÿ òåõíîëîãèÿ) ïîçâîëÿåò èíàêòèâèðîâàòü áîëåå ÷åì íà 6-log ïàòîãåííûõ è íåïàòîãåííûõ
áàêòåðèé (E. coli K12, äðîææåé, êèñëîìîëî÷íûõ áàêòåðèé, E. coli Î157:H7, Salmonella spp.
èëè L. monocytogenes) ïðè îáðàáîòêå àïåëüñèíîâîãî ñîêà â ÑÎ2 (79 àòì, 40 °Ñ, 2 ìèí).
Íåñìîòðÿ íà òî, ÷òî èíàêòèâàöèÿ ìèêðîîðãàíèçìîâ â ïèùåâûõ ïðîäóêòàõ ïðîõîäèò ñëîæíåå, ÷åì â âîäå è ôèçèîëîãè÷åñêèõ ðàñòâîðàõ, ìíîãî÷èñëåííûå èññëåäîâàíèÿ ïîäòâåðäèëè åå ýôôåêòèâíîñòü. Ðàçðàáîòàíû ìåòîäû è îáîðóäîâàíèå äëÿ
èíàêòèâàöèè â òàêèõ ïðîäóêòàõ, êàê àïåëüñèíîâûé ñîê [8, 27, 32, 40, 47, 52], ÿáëî÷íûé ñîê [7, 53—55], ìîëîêî [7, 27, 35, 48, 50], òîìàòíûé ñîê [44, 45], êîôå [27],
âèíîãðàäíîå âèíî [47, 56]. Ìåíüøàÿ, íî äîñòàòî÷íàÿ äëÿ ïðàêòè÷åñêîãî èñïîëüçîâàíèÿ ýôôåêòèâíîñòü èíàêòèâàöèè íàáëþäàåòñÿ è äëÿ òâåðäûõ ïðîäóêòîâ, òàêèõ
êàê ìÿñî, â òîì ÷èñëå òåðìè÷åñêè îáðàáîòàííîå [45, 46], îâîùè [8, 46], òîìàòíàÿ
ïàñòà [47], áèîïîëèìåðû [29, 38]. Íåñìîòðÿ íà òî, ÷òî áàêòåðèàëüíûå ñïîðû âåñüìà
óñòîé÷èâû ïî îòíîøåíèþ ê íàãðåâàíèþ, âûñûõàíèþ, äåéñòâèþ ðàäèàöèè, õèìè÷åñêèõ âåùåñòâ è âûñîêèõ äàâëåíèé (äî 8270 àòì ïðè òåìïåðàòóðàõ íèæå 35 °Ñ),
èçâåñòíû ìíîãî÷èñëåííûå óñïåøíûå èññëåäîâàíèÿ èíàêòèâàöèè ñïîð â ÑÊ-ÑÎ2
«Ñâåðõêðèòè÷åñêèå Ôëþèäû: Òåîðèÿ è Ïðàêòèêà». Òîì 3. ¹ 3. 2008
5
À.Â. Ñóñëîâ, È. Í. Ñóñëîâà, Á. Ô. ßðîâîé,
À. Þ. Øàäðèí, À. À. Ìóðçèí, Í. Â. Ñàïîæíèêîâà, À. À. Ëóìïîâ, À. Ñ. Äîðìèäîíîâà
Òàáëèöà
Âîçäåéñòâèå ÑÊ-ÑÎ2 íà ðàçëè÷íûå ìèêðîîðãàíèçìû è ñïîðû
Ìèêðîîðãàíèçìû
E. coli K12,
Lactobacillus plantarum
ATCC8014
25
0; 365 ÷ 600
E. coli K12
ATCC25253,
Listeria innocua137
35
300; 350;
400
80; 90
Bacillus subtilis
Bacillus coagulans,
Bacillus subtilis,
Bacillus cereus è äð.
L. monocytogenes
Âðåìÿ,
ìèí
1
Ñðåäà
0,1 % ïåïòîí
Ññûëêè
[24]
0; 1,7; Âîäà
3,3; 5
[25]
5
0 ÷ 15
Ðàñòâîð Ðèíãåðà
[26]
35; 65; 85
10; 200; 300
—
Ìîëîêî, àïåëüñèíîâûé
ñîê, êîôå, ñóï
[27]
35; 45
7÷ 21
0 ÷ 40
Ìîëîêî (öåëüíîå, ïîâûøåííîé æèðíîñòè,
îáåçæèðåííîå)
[33]
44 ÷ 52
5 ÷ 19
40
7,9
2,4
Àïåëüñèíîâûé ñîê
[40]
35; 55 ÷ 95
30
120
Âîäà
[27]
25
0 ÷ 600
15
Ïèòàòåëüíàÿ ñðåäà,
ðîñòîâàÿ ñðåäà
[41]
E. coli,
Micrococcus luteus
20 ÷ 65
50
–
Òêàíü
[42]
Salmonella Enteritidis
58 ÷ 60
0,95
Staphylococcus aureus,
Salmonella salford,
Legionella dunnifii è äð.
25 ÷ 45
Bacillus subtilis
Streptococcus faecalis,
Bacillus subtilis
Aspergillus niger
(ñïîðû)
E. coli,
Salmonella enteritidis,
L. monocytogenes è äð.
Bacillus coagulans,
Bacillus subtilis,
Bacillus cereus è äð.
Bacillus subtilis,
Staphylococcus aureus
0,25 ÷ 2,1 Ôèçèîëîãè÷åñêèé
ðàñòâîð
[39]
30 ÷ 35 Ñêîðëóïà îò ÿèö
[43]
140 ÷ 210
36; 360 Ïîëèìåðíûå ìàòåðèàëû, ìåäèêàìåíòû,
èìïëàíòàíòû
[29]
7 ÷ 45
75 ÷ 150
75 ÷ 120 Òîìàòíûé ñîê
[44]
20 ÷ 80
500 ÷ 4000
60
Æàðåíàÿ ñâèíèíà
[45]
50
4000
30
Ñâèíèíà, ìîðêîâü,
ãîðîõ
[46]
Bacillus subtilis,
Lactobacillus genus,
Candida è äð.
26; 40
80 ÷ 110
Pseudomonas fluorescens,
Alcaligenes Bacillus,
Pseudomonas è äð.
15; 30;
35; 40
103; 483
Enterococcus faecalis,
Staphylococcus aureus,
Clostridium spp. è äð.
6
Òåìïåðàòóðà, Äàâëåíèå,
î
Ñ
àòì
30 ÷ 55 Ôèçèîëîãè÷åñêèé ðàñòâîð, âèíîãðàäíîå
âèíî, àïåëüñèíîâûé ñîê,
òîìàòíàÿ ïàñòà
—
Ìîëîêî
[47]
[48]
«Ñâåðõêðèòè÷åñêèå Ôëþèäû: Òåîðèÿ è Ïðàêòèêà». Òîì 3. ¹ 3. 2008
Èíàêòèâàöèÿ ìèêðîîðãàíèçìîâ â ñðåäå ñâåðõêðèòè÷åñêîãî CO2
[19, 20, 26, 27, 38, 39, 57, 58]. Òàê, íàïðèìåð, â ðàáîòå [39] ïîêàçàíî, ÷òî îáðàáîòêà
â ÑÊ-ÑÎ2 ïîçâîëÿåò èíàêòèâèðîâàòü äàæå ñïîðû Aspergillus niger, êîòîðûå óñòîé÷èâû ê äðóãèì ìåòîäàì âîçäåéñòâèÿ.
Òàêæå èçâåñòíî, ÷òî ïîñëå ÑÊ-ÑÎ2 îáðàáîòêè ñåìÿí ïðîðîñøåé ïøåíèöû [52],
ðèñîâûõ îòðóáåé [59, 60] ïîñëåäíèå ñòåðèëüíû è íå òðåáóþò äîïîëíèòåëüíîé
îáðàáîòêè. Îäíàêî âàæíî ïîìíèòü, ÷òî ýêñïåðèìåíòû ïî èíàêòèâàöèè ìèêðîîðãàíèçìîâ ïîêàçàëè: ïðèðîäà îáðàáàòûâàåìîé ïîâåðõíîñòè èëè ñðåäû ìîæåò îêàçûâàòü ñóùåñòâåííîå âëèÿíèå íà ýôôåêòèâíîñòü âîçäåéñòâèÿ [61—64].
Àíàëèç îïóáëèêîâàííûõ äàííûõ ïîêàçûâàåò, ÷òî ñ ðîñòîì äàâëåíèÿ ÑÎ2 ñòåïåíü èíàêòèâàöèè, êàê ïðàâèëî, âîçðàñòàåò [22, 25, 43, 52, 65]. Â òî æå âðåìÿ ðÿä
àâòîðîâ ïîêàçàë, ÷òî àíàëîãè÷íûå ðåçóëüòàòû ïîëó÷åíû è äëÿ ñóáêðèòè÷åñêîãî
ÑÎ2 [38, 50, 52]. Íå ìåíåå î÷åâèäíî, ÷òî ïîâûøåíèå òåìïåðàòóðû ïðîöåññà ïðèâåäåò
ê óâåëè÷åíèþ ýôôåêòèâíîñòè èíàêòèâàöèè [26, 27, 38]. Íåîáõîäèìî îòìåòèòü, ÷òî
ïðîöåññ èíàêòèâàöèè ñïîð ñóá-/ñâåðõêðèòè÷åñêèìè ôëþèäàìè ïðîòåêàåò ñëîæíåå,
÷åì ó áàêòåðèé, è, ïî ìíåíèþ ìíîãèõ àâòîðîâ [20, 27, 38, 57], ýôôåêòèâíàÿ èíàêòèâàöèÿ âåñüìà óñòîé÷èâûõ ñïîð ìîæåò áûòü äîñòèãíóòà òîëüêî ïðè ñî÷åòàíèè âûñîêîãî
äàâëåíèÿ è âûñîêîé òåìïåðàòóðû. Êðîìå òîãî, ìîæíî ñäåëàòü âûâîä, ÷òî ÷óâñòâèòåëüíîñòü ìèêðîîðãàíèçìîâ, ïðèñóòñòâóþùèõ â ñðåäå, óñëîâèÿ è ïàðàìåòðû îáðàáîòêè
íåîáõîäèìî îïðåäåëÿòü äëÿ êàæäîãî êîíêðåòíîãî òåõíîëîãè÷åñêîãî ïðîöåññà.
Óñëîâèÿ è ïàðàìåòðû ïðîöåññà
Ìíîãî÷èñëåííûå èññëåäîâàíèÿ ïîêàçàëè [64, 66—70], ÷òî äàâëåíèå, òåìïåðàòóðà è ïðîäîëæèòåëüíîñòü îáðàáîòêè ÿâëÿþòñÿ áàçîâûìè ïàðàìåòðàìè, êîíòðîëèðóþùèìè ñòåïåíü âûæèâàíèÿ ìèêðîîðãàíèçìîâ.  [26] Ballestra è Cuq âûñêàçàíî
ïðåäïîëîæåíèå, ÷òî ðåøàþùåå âëèÿíèå íà ñòåïåíü èíàêòèâàöèè îêàçûâàåò êîíöåíòðàöèÿ ðàñòâîðåííîãî â âîäå ÑÎ2 (dÑÎ2), äà è ñàìè êëåòêè ìèêðîîðãàíèçìîâ
ñîäåðæàò âîäó. Ýòî ïðåäïîëîæåíèå ïðîâåðÿëîñü íà ïðèìåðå Geobacillus
stearothermophilus, Bacillus subtilis, àñêîñïîð Bacillus fulva è êîíèäèé Aspergillus niger
[71, 26, 37]. Àâòîðû äîñòîâåðíî ïîêàçàëè, ÷òî êîíöåíòðàöèÿ ðàñòâîðåííîãî ÑÎ2
âëèÿåò íà ýôôåêòèâíîñòü èíàêòèâàöèè ìèêðîîðãàíèçìîâ. Îäíàêî ìàòåìàòè÷åñêèõ êîððåëÿöèé ïîñòðîèòü íå óäàëîñü, ïîñêîëüêó çàâèñèìîñòü dCO2 îò òåìïåðàòóðû è äàâëåíèÿ ìîæåò áûòü ñëîæíîé.
Ðåçóëüòàòû îïèñàííûõ âûøå èññëåäîâàíèé, â ñî÷åòàíèè ñ ðàíåå îáíàðóæåííûì ôàêòîðîì [20] ìàëîýôôåêòèâíîé èíàêòèâàöèè ñóõèõ êëåòîê E. coli, ïîçâîëèëè ïðåäïîëîæèòü, ÷òî äëÿ ýôôåêòèâíîé èíàêòèâàöèè íåîáõîäèìî ïðèñóòñòâèå
âîäû â ñèñòåìå. Âïîñëåäñòâèè áîëåå 30 ïóáëèêàöèé ïîäòâåðäèëè ðîëü âîäû â
ïðîöåññàõ èíàêòèâàöèè ìèêðîîðãàíèçìîâ (ñì., íàïðèìåð, [22, 49, 72 —75]).
 îïóáëèêîâàííûõ ñòàòüÿõ è ïàòåíòàõ [21, 50, 56, 72 — 74, 76, 77] ïîêàçàíî, ÷òî
èñïîëüçîâàíèå ÑÊ-ÑÎ2 ìîæåò ñòàòü áîëåå ýêîíîìè÷íûì ïðîöåññîì ïðè äîáàâëåíèè íå òîëüêî âîäû, íî è ýòàíîëà, ìåòàíîëà, ïåðåêèñè âîäîðîäà èëè äðóãèõ äîáàâîê. Kamihira ñ ñîàâòîðàìè [20] ïîêàçàëè, ÷òî äëÿ ýôôåêòèâíîé èíàêòèâàöèè
ñóõèõ êîíèäèé À. niger ìîãóò áûòü èñïîëüçîâàíû äîáàâêè íåçíà÷èòåëüíûõ êîëè÷åñòâ ýòàíîëà èëè óêñóñíîé êèñëîòû. Íåîáõîäèìî îòìåòèòü, ÷òî ïåðåêèñü âîäîðîäà, äîáàâëåííàÿ äàæå â ñàìûõ íåçíà÷èòåëüíûõ êîíöåíòðàöèÿõ, ðåçêî ïîâûøàåò
ýôôåêòèâíîñòü èíàêòèâàöèè ìèêðîîðãàíèçìîâ â ñðåäå ÑÎ2 [57, 67, 78 — 80].
Ìåõàíèçìû èíàêòèâàöèè ìèêðîîðãàíèçìîâ ÑÊ-ÑÎ2
Êàê âèäíî èç ïðåäñòàâëåííûõ âûøå äàííûõ, àíòèìèêðîáíûé ýôôåêò çàâèñèò
îò ìíîæåñòâà ôàêòîðîâ, òàêèõ êàê òåìïåðàòóðà, äàâëåíèå, ïðîäîëæèòåëüíîñòü îáðàáîò«Ñâåðõêðèòè÷åñêèå Ôëþèäû: Òåîðèÿ è Ïðàêòèêà». Òîì 3. ¹ 3. 2008
7
À.Â. Ñóñëîâ, È. Í. Ñóñëîâà, Á. Ô. ßðîâîé,
À. Þ. Øàäðèí, À. À. Ìóðçèí, Í. Â. Ñàïîæíèêîâà, À. À. Ëóìïîâ, À. Ñ. Äîðìèäîíîâà
êè è íàëè÷èå äîáàâîê, à òàêæå îò âèäà ìèêðîîðãàíèçìà è ñðåäû, ÷òî óæå ñàìî ïî
ñåáå ïîçâîëÿåò ïðåäïîëîæèòü ÷ðåçâû÷àéíî ñëîæíûé ìåõàíèçì èíàêòèâàöèè. È
äåéñòâèòåëüíî, íåñìîòðÿ íà îãðîìíîå êîëè÷åñòâî ýêñïåðèìåíòàëüíûõ äàííûõ, äî ñèõ
ïîð íå ñôîðìèðîâàí åäèíûé âçãëÿä íà ìåõàíèçì àíòèìèêðîáíîãî äåéñòâèÿ CO2.
 ïðîöåññå èññëåäîâàíèé ãèáåëü êëåòîê îáúÿñíÿëàñü ðàçëè÷íûìè ïðè÷èíàìè:
ê ïðèìåðó, çàêèñëåíèåì (àöèäèôèêàöèåé) ðàñòâîðåííûì CO2, ïðèâîäÿùèì ê
èíàêòèâàöèè êëþ÷åâûõ ôåðìåíòîâ, îïðåäåëÿþùèõ õîä âàæíåéøèõ ìåòàáîëè÷åñêèõ ïðîöåññîâ [7, 8, 10, 35, 81, 82], è ýêñòðàêöèåé âíóòðèêëåòî÷íûõ ñóáñòàíöèé,
òàêèõ êàê ãèäðîôîáíûå ñîåäèíåíèÿ â êëåòî÷íîé ñòåíêå è öèòîïëàçìàòè÷åñêîé
ìåìáðàíå, ïðèâîäÿùåé ê ãèáåëè ìèêðîîðãàíèçìà [20]. Ðàçðûâû êëåòî÷íîé îáîëî÷êè ïðè ïðîíèêíîâåíèè CO2 âíóòðü êëåòêè ìîãóò óìåíüøàòü åå âûæèâàåìîñòü
[21, 22], à ïîâðåæäåíèå êëåòî÷íîé ìåìáðàíû ïðè íàáóõàíèè ïîä äåéñòâèåì ñæàòîãî
CO2 ìîæåò óáèâàòü êëåòêè èëè âûçûâàòü èíãèáèðîâàíèå ìåòàáîëè÷åñêèõ ñèñòåì
[37, 71, 78]. Èññëåäîâàíèÿ ïîêàçàëè, ÷òî ýôôåêòèâíîñòü âîçäåéñòâèÿ îêàçûâàåòñÿ çíà÷èòåëüíî âûøå ïðè äëèòåëüíîé îáðàáîòêå ïîä âûñîêèì äàâëåíèåì CO2 è áûñòðîé
äåêîìïðåññèè, ÷åì ïðè öèêëè÷åñêîé îáðàáîòêå è ìåäëåííîé äåêîìïðåññèè [21].
Ïðè äëèòåëüíîé îáðàáîòêå ðîñò âåëè÷èíû èíàêòèâàöèè ìîã áûòü ñâÿçàí ñ âçðûâîì
ìåìáðàíû ïðè ðåçêîì ïðîíèêíîâåíèè â êëåòêè ñæàòîãî CO2. Debs-Louka è ñîòðóäíèêè [22] íå íàáëþäàëè çíà÷èòåëüíîãî âëèÿíèÿ ñêîðîñòè äåêîìïðåññèè íà êîëè÷åñòâî âûæèâøèõ ìèêðîîðãàíèçìîâ ïîñëå ñóáêðèòè÷åñêîé îáðàáîòêè êëåòîê CO2
ïðè òðåõ ðàçëè÷íûõ âðåìåíàõ äåêîìïðåññèè (0,4 ñ, 15 ìèí, 50 ìèí). Àâòîðû äðóãèõ
ðàáîò [27, 50, 51] ïîêàçàëè, ÷òî ýòà çàâèñèìîñòü ñóùåñòâóåò (÷åì ìåíüøå âðåìÿ
äåêîìïðåññèè, òåì âûøå èíàêòèâàöèÿ). Âîçìîæíî, ïðè áûñòðîé äåêîìïðåññèè ðàñïðîñòðàíåíèå ÑÎ2 âíóòðè êëåòêè ìîãëî ïðèâåñòè ê ðàçðóøåíèþ ïîñëåäíåé. Îäíàêî äàííîå ïðåäïîëîæåíèå î ìåõàíèçìå èíàêòèâàöèè òðåáóåò ïðîâåðêè.
Äëÿ îáúÿñíåíèÿ äåéñòâèÿ ñæàòîãî CO2 â ðÿäå ðàáîò [51, 71] èñïîëüçîâàëè
îäíîóäàðíûé õàðàêòåð çàâèñèìîñòè êðèâîé âûæèâàåìîñòè êëåòîê (çàâèñèìîñòü
ëîãàðèôìà ÷èñëà âûæèâøèõ ìèêðîîðãàíèçìîâ îò âðåìåíè, òåìïåðàòóðû èëè äàâëåíèÿ). Îäíàêî òàêàÿ îäíîóäàðíàÿ çàâèñèìîñòü õîðîøî îïèñûâàåò ëèøü ôàçó
êëåòî÷íîé ãèáåëè íà ïîñëåäíåé ÷àñòè êðèâîé. Ýòî îáúÿñíÿåòñÿ òåì, ÷òî ñíà÷àëà
ÑÊ-CO2 ðàñòâîðÿåòñÿ â ñóñïåíçèè êëåòîê è ëèøü çàòåì ïðîíèêàåò ÷åðåç êëåòî÷íóþ ìåìáðàíó. Äëÿ òîãî ÷òîáû áîëåå ÷åòêî ïðåäñòàâèòü çàâèñèìîñòü êèíåòèêè
ãèáåëè êëåòîê â ðåàëüíîé ñèòóàöèè, ìàòåìàòè÷åñêèå ìîäåëè èíàêòèâàöèè êëåòîê
ÑÊ-CO2 äîëæíû ó÷èòûâàòü îáå ñòàäèè. Êàê ñîîáùàëîñü â [18, 34, 35, 81, 82], íà
êðèâûõ èíàêòèâàöèè íàáëþäàëèñü äâå ÷åòêèå ôàçû ñ ðàçíûìè ñêîðîñòÿìè èíàêòèâàöèè âñåõ øòàììîâ E. ñoli, êîòîðûå îáðàáàòûâàëèñü ÑÊ-CO2. Èíàêòèâàöèÿ
êëåòîê E. coli ìåäëåííî ðîñëà íà íà÷àëüíîé ñòàäèè (ôàçà íàêîïëåíèÿ), à çàòåì
êîëè÷åñòâî æèçíåñïîñîáíûõ êëåòîê ñòðåìèòåëüíî ïàäàëî (ôàçà ãèáåëè).
 ëèòåðàòóðå ïðåäëîæåíî íåñêîëüêî ìåõàíèçìîâ, ñâÿçàííûõ ñ ïîäàâëåíèåì
êëåòî÷íîãî äåëåíèÿ ýêñòðàêöèåé è îêèñëåíèåì. Îäíà èç ïåðâûõ ãèïîòåç, îáúÿñíÿþùàÿ èíàêòèâèðóþùåå äåéñòâèå ÑÎ2, ïðåäñòàâëÿëà ñîáîé òåîðèþ ïîäàâëåíèÿ,
ñîãëàñíî êîòîðîé ÑÎ2 îáåäíÿåò êëåòêè êèñëîðîäîì. Îäíàêî ýòîò ìåõàíèçì áûë
ïîçäíåå îïðîâåðãíóò, êîãäà áûëî îáíàðóæåíî, ÷òî ÑÎ2 èíàêòèâèðóåò òàêæå àíàýðîáíûå áàêòåðèè [14].
Ñîãëàñíî ìåõàíèçìó ýêñòðàêöèè èíàêòèâàöèÿ ñ ïîìîùüþ ÑÎ2 îñóùåñòâëÿåòñÿ çà ñ÷åò åãî ïðîíèêíîâåíèÿ ñêâîçü êëåòî÷íóþ ìåìáðàíó, ðàñòâîðåíèÿ â êëåòî÷íîé æèäêîñòè è çàòåì ýêñòðàãèðîâàíèÿ âíóòðèêëåòî÷íîãî ñîäåðæèìîãî. Park ñ
êîëëåãàìè [41] èçìåðÿëè êîëè÷åñòâî ýêñòðàãèðóåìîãî âíóòðèêëåòî÷íîãî ìàòåðèàëà â çàâèñèìîñòè îò ðîñòà äàâëåíèÿ è îáíàðóæèëè íàëè÷èå ïîâðåæäåíèé ìåìá8
«Ñâåðõêðèòè÷åñêèå Ôëþèäû: Òåîðèÿ è Ïðàêòèêà». Òîì 3. ¹ 3. 2008
Èíàêòèâàöèÿ ìèêðîîðãàíèçìîâ â ñðåäå ñâåðõêðèòè÷åñêîãî CO2
ðàí èíàêòèâèðîâàííûõ êëåòîê. Enomoto ñ êîëëåãàìè [19], ñðàâíèâàÿ ìåäëåííóþ è
áûñòðóþ äåêîìïðåññèþ, îáíàðóæèëè áîëüøåå êîëè÷åñòâî ïðîòåèíîâ, âûøåäøèõ
èç êëåòîê ïðè áûñòðîì îñâîáîæäåíèè îò ÑÎ2, îäíàêî ñî÷ëè, ÷òî ñêîðîñòü äåêîìïðåññèè íå âëèÿåò íà âûæèâàåìîñòü êëåòîê. Ýòî ïðåäïîëàãàåò, ÷òî èíàêòèâàöèÿ
äîñòèãàåòñÿ íà ýòàïå ðîñòà äàâëåíèÿ ÑÎ2.
Òåîðèÿ çàêèñëåíèÿ (àöèäèôèêàöèè) ïðåäïîëàãàåò, ÷òî ÑÎ2 ðåàãèðóåò ñ âîäîé
ñ îáðàçîâàíèåì óãîëüíîé êèñëîòû è óìåíüøàåò ðÍ êàê â îêðóæàþùåé ñðåäå, òàê
è âíóòðè êëåòîê ìèêðîîðãàíèçìîâ [18]. Äàííàÿ òåîðèÿ ïîëó÷èëà ïîäòâåðæäåíèå
ïðè èññëåäîâàíèè ñûðûõ è ñóõèõ êëåòîê [21, 72]. Îäíàêî ñóùåñòâóþò èññëåäîâàíèÿ, êîòîðûå ïîêàçûâàþò, ÷òî ÑÎ2 äåéñòâóåò è íà íå÷óâñòâèòåëüíûå ê êèñëîòå
áàêòåðèè, òàêèå êàê Listeria [24, 25]. Íåêîòîðûå äàííûå ïîêàçûâàþò, ÷òî ïðè ýòîì
ïðîöåññå íå äîñòèãàþòñÿ äîñòàòî÷íî íèçêèå çíà÷åíèÿ ðÍ, êîòîðûå ýôôåêòèâíî
óáèâàþò áàêòåðèè, à âàæåí òèï êèñëîòû [14, 83].  [83] èññëåäîâàëè èçìåíåíèå ðÍ
áóôåðà â ÿáëî÷íîì ñîêå ïóòåì äîáàâëåíèÿ ÑÎ2 èëè óãîëüíîé êèñëîòû è îáíàðóæèëè, ÷òî êèñëîòà áîëåå ýôôåêòèâíà, ÷åì ÑÎ2. Daniels ñ êîëëåãàìè [14] ïðèøëè ê
çàêëþ÷åíèþ, ÷òî èíàêòèâàöèÿ íå ìîæåò áûòü ðåçóëüòàòîì òîëüêî çàêèñëåíèÿ.
Óâåëè÷åíèå êèñëîòíîñòè ìîæåò ëèøü ïîìî÷ü ðîñòó êëåòî÷íîé ïðîíèöàåìîñòè,
÷òî îáëåã÷èò ïðîíèêíîâåíèå ôëþèäà âíóòðü êëåòêè [84]. Êàê ïðåäïîëàãàþò Haas
è ñîòðóäíèêè [70], ýòî ïàäåíèå pH áóäåò íåîáðàòèìî èíãèáèðîâàòü âàæíåéøèå
ìåòàáîëè÷åñêèå ñèñòåìû. Íåäàâíî áûëî ïîêàçàíî, ÷òî àíòèìèêðîáíûé ýôôåêò
ñâÿçàí íå ñ äàâëåíèåì CO2, à ñ åãî êîíöåíòðàöèåé âî âíóòðåííåé ñðåäå êëåòêè —
ñ dCO2 [71]. Ýêñïåðèìåíòû ïðîâîäèëèñü ñ íàñûùàþùèìè êîíöåíòðàöèÿìè CO2
ïðè ðàçëè÷íûõ êîìáèíàöèÿõ äàâëåíèÿ è òåìïåðàòóðû.
Shimoda ñ ñîàâòîðàìè [39] çàêëþ÷àþò, ÷òî ëèøü êîìáèíàöèÿ ðàçëè÷íûõ ìåõàíèçìîâ ïðèâîäèò ê èíàêòèâàöèè êëåòîê. Èç ñêàçàííîãî ìîæíî ñäåëàòü âûâîä, ÷òî
òðåáóþòñÿ äàëüíåéøèå èññëåäîâàíèÿ ìåõàíèçìîâ èíàêòèâàöèè ìèêðîîðãàíèçìîâ
ÑÎ2 ïîä äàâëåíèåì.
ÇÀÊËÞ×ÅÍÈÅ
 çàêëþ÷åíèå ñëåäóåò îòìåòèòü, ÷òî äèîêñèä óãëåðîäà ïðè óìåðåííûõ äàâëåíèÿõ (äî 100 àòì) è òåìïåðàòóðàõ (äî 40 °Ñ) ñïîñîáåí ýôôåêòèâíî èíàêòèâèðîâàòü ìíîãèå ìèêðîîðãàíèçìû â âîäíûõ ðàñòâîðàõ.  íàñòîÿùåå âðåìÿ èíòåíñèâíûå èññëåäîâàíèÿ âçàèìîäåéñòâèÿ ÑÊ-ÑÎ2 ñ ìèêðîîðãàíèçìàìè âåäóòñÿ âî ìíîãèõ
ñòðàíàõ ìèðà (Èòàëèÿ, Èñïàíèÿ, Áåëüãèÿ, ßïîíèÿ, ÑØÀ, Òàéâàíü, Òóðöèÿ, Êîðåÿ è
äð.). Â ðàáîòàõ ìíîãèõ èññëåäîâàòåëåé ïîêàçàíà ýôôåêòèâíîñòü è âîçìîæíîñòü
èñïîëüçîâàíèÿ ýòîãî ìåòîäà â ïèùåâîé è ôàðìàöåâòè÷åñêîé ïðîìûøëåííîñòÿõ
êàê àëüòåðíàòèâíîãî òðàäèöèîííûì ìåòîäàì ñòåðèëèçàöèè/ïàñòåðèçàöèè.
Òðóäíî ïåðåîöåíèòü çíà÷åíèå âîçìîæíîñòè ïðîèçâîäñòâà áåçîïàñíûõ ïðîäóêòîâ ïèòàíèÿ è íàïèòêîâ áåç ïðèìåíåíèÿ òåðìîîáðàáîòêè. Îäíàêî íàèáîëüøåå ðàñïðîñòðàíåíèå äàííàÿ òåõíîëîãèÿ ïîëó÷èò ëèøü ïîñëå äîñòèæåíèÿ ïîëíîãî ïîíèìàíèÿ ìåõàíèçìîâ èíàêòèâàöèè ìèêðîîðãàíèçìîâ ïîä äåéñòâèåì ñæàòîãî ÑÎ2.
Ðàññìîòðåííûå ëèòåðàòóðíûå äàííûå ïîêàçàëè, ÷òî ðàáîòû â îáëàñòè èíàêòèâàöèè ìèêðîîðãàíèçìîâ â ñðåäå æèäêîãî è ñâåðõêðèòè÷åñêîãî ÑÎ2 ïðîâîäÿòñÿ â
òðåõ îñíîâíûõ íàïðàâëåíèÿõ:
— èññëåäîâàíèå ìåõàíèçìîâ èíàêòèâàöèè ìèêðîîðãàíèçìîâ;
— èññëåäîâàíèÿ îáåççàðàæèâàíèÿ ðàçëè÷íûõ ïðîäóêòîâ è ìàòåðèàëîâ;
— ðàçðàáîòêà ìåòîäîâ è îáîðóäîâàíèÿ äëÿ ïðîìûøëåííîãî èñïîëüçîâàíèÿ
ñòåðèëèçàöèè â ñðåäå äèîêñèäà óãëåðîäà.
«Ñâåðõêðèòè÷åñêèå Ôëþèäû: Òåîðèÿ è Ïðàêòèêà». Òîì 3. ¹ 3. 2008
9
À.Â. Ñóñëîâ, È. Í. Ñóñëîâà, Á. Ô. ßðîâîé,
À. Þ. Øàäðèí, À. À. Ìóðçèí, Í. Â. Ñàïîæíèêîâà, À. À. Ëóìïîâ, À. Ñ. Äîðìèäîíîâà
Íà ñåãîäíÿ ìîæíî óòâåðæäàòü, ÷òî íèçêîòåìïåðàòóðíàÿ ñòåðèëèçàöèÿ æèäêèõ
ïèùåâûõ ïðîäóêòîâ íå òîëüêî îáåñïå÷èâàåò áåçîïàñíîå õðàíåíèå è èñïîëüçîâàíèå
ïðîäóêòîâ, íî è íå èçìåíÿåò èõ êà÷åñòâà. Ìîæíî äîáàâèòü, ÷òî ýôôåêòèâíîñòü
âîçäåéñòâèÿ ÑÎ2 íàèáîëåå âûñîêà äëÿ ïðîäóêòîâ, ñîäåðæàùèõ ëèáî ïðèðîäíûå
êèñëîòû (àïåëüñèíîâûé, ÿáëî÷íûé è äðóãèå ñîêè), ëèáî ýòèëîâûé ñïèðò (âèíî,
ïèâî, êóìûñ). Ìíîãèå ýêñïåðòû [85 — 88] ïîëàãàþò, ÷òî ïðîìûøëåííîãî èñïîëüçîâàíèÿ òàêîé îáðàáîòêè ñëåäóåò îæèäàòü â áëèæàéøåå âðåìÿ.
ÑÏÈÑÎÊ ËÈÒÅÐÀÒÓÐÛ
1. Donald J.R., Jones C.L., MacLean A.R.M. Am. J. Public Health. 1924. Vol. 14. P. 122.
2. Russell A.D. Princi ples of antimicrobial activity, in Disinfection, sterilization, and preservation
/ Ed. by S.S. Block. London: Lea, 2001. P. 31.
3. Juneja V.K., Thayer D.W. Irradiation and other physically based control strategies for
foodborne pathogens in Microbial Food Contamination / Ed. by C.L. Wilson, S. Droby. CRC,
Boca Raton, 2000. P. FL171.
4. Tholozan T.J.L., Ritz M., Jugiau F., Federighi M., Tissier J.P. J. Appl. Microbiol. 2000. Vol. 88.
P. 202.
5. Tahiri I., Makhlouf J., Paquin P., Fliss I. Food Res. Int. 2006. Vol. 39. P. 98.
6. Knorr D., Heinz V. Development of nonthermal methods for microbial control, in Disinfection,
sterilization, and preservation / Ed. by S.S. Block. London: Lea, 2001. P. 853.
7. Sonoike K. J. Jpn. Soc. Food Sci. Technol. 1997. Vol. 44. P. 522.
8. Walker H.W., LaGrange W.S. Sanitation in food manufacturing operations, in Disinfection,
sterilization, and preservation / Ed. by S.S. Block. London: Lea, 2001. P. 791.
9. Block S.S. Definition of terms, in Disinfection, sterilization, and preservation / Ed. by S.S. Block.
London: Lea, 2001. P. 19.
10. Joslyn L.J. Sterilization by heat, in Disinfection, sterilization, and preservation / Ed. by
S.S. Block. London: Lea, 2001. P. 695.
11. Perrut M. Sterilization and virus inactivation by Supercritical Fluids: A review, Separex,
Champigneulles. Proc. (M) 3rd International Symposium on Supercritical Fluids. Strasbourg
(France), October 1994.
12. Spilimbergo S., Bertucco A. Biothech. Bioeng. 2003. Vol. 84. No. 6. P. 627.
13. Koutchma T., Murakami E. Effect of Carbon Dioxide and Pressure Processing on Microbial
and Enzyme Inactivation in Food and Beverages. www.foodtech-international.com/papers/
effectofcarbondioxide.htm
14. Daniels J., Krishnamurthi R., Rizvi S. J. Food Protec. 1985. Vol. 48. P. 532.
15. Isenschmid A., Marison I.W., von Stockar U. J. of Biotechnology. 1995. Vol. 39. P. 229.
16. Spilimbergo S., Dehghani F., Bertucco A., Foster N.R. Biotechnol Bioeng. Apr. 5. 2003. Vol. 82.
P. 118.
17. Tomasula P.M. Supercritical fluid extraction of food // Encyclopedia of Agricultural, Food,
and Biological Engineering / Ed. by D. Heldman. New York: Dekker, 2003.
18. Ballestra P., Da Silva A.A., Cuq J.L. J. Food Sci. 1996. Vol. 61. P. 829.
19. Enomoto A., Nakamura K., Nagai K., Hashimoto T., Hakoda M. Biosci. Biotech. Biochem. 1997.
Vol. 61. No. 7. P. 1133.
20. Kamihira M., Taniguchi M., Kobayashi T. Agric. Biol. Chem. 1987. Vol. 51. P. 407.
21. Shimoda M., Yamamoto Y., Cocunubo-Castellanos J., Tonoike H., Kawano T., Ishikawa H.,
Osajima Y. J. Food Sci. 1998. Vol. 63. P. 709.
22. Debs-Louka E., Louka N., Abraham G., Chabot V., Allaf K. Appl. Envir. Microbiol. 1999. Vol. 65. P. 626.
23. Jones R., Greenfield P. Enzyme Microb. Technol. 1982. Vol. 4. P. 210.
24. Corwin H., Shellhammer T.H. J. Food Sci. 2002. Vol. 67. No. 2. P. 697.
25. Murakami E., Reddy N.R., Larkin J.W., Sizer C.E., Meneghel R., Ting E.Y., Takeuchi K., Chirtel S.J.
Proc. Inst. of Food Technol. Ann. Meet. Las Vegas, July 12—16, 2004. P. 135.
26. Ballestra P., Cuq J.L. Leben.-Wissen. Technol. 1998. Vol. 31. P. 84.
27. Watanabe T., Furukawa S., Hirata J., Koyama T., Ogihara H. Appl. Envir. Microbiol. 2003.
Vol. 6 9. No. 12. P. 7124.
10
«Ñâåðõêðèòè÷åñêèå Ôëþèäû: Òåîðèÿ è Ïðàêòèêà». Òîì 3. ¹ 3. 2008
Èíàêòèâàöèÿ ìèêðîîðãàíèçìîâ â ñðåäå ñâåðõêðèòè÷åñêîãî CO2
28. Spilimbergo S., Elvassore N., Bertucco A. Ital. J. Food. Sci. 2003. Vol. 15. No. 1. P. 115.
29. US Patent 6.149.864 (2000).
30. Ishikawa H., Shimoda M., Tamaya K., Yonekura A., Kawano T., Osajima Y. Biosci. Biotechnol.
Biochem. 1997. Vol. 61. No. 6. P. 1022.
31. Kincal D., Hill W.S., Balaban M., Portier K.M., Sims C.A., Wei C.I., Marshall M.R. J. Food Sci.
2006. Vol. 71. P. 338.
32. Sims M., Estigarribia E. Proc. VI Int. Symp. on Supercrit. Fluids. 2003. Vol. 2. P. 1457.
33. Ishikawa H., Shimoda M., Shiratsuchi H., Osajima Y. Biosci. Biotechnol. Biochem. 1995. Vol. 59.
No. 10. P. 1949.
34. Erkman O. Food Microbiol. 2000. Vol. 17. P. 589.
35. Lin H.-M., Cao N., Chen L.-F. J. Food Sci. 1994. Vol. 59. P. 657.
36. Hong S-I., Park W-S., Pyun Y-R. J. Food Sci. Technol. 1999. Vol. 34. No. 2. P. 125.
37. Isenschmid A., Marison I.W., von Stockar U. J. Biotechnol. 1995. Vol. 39. No. 3. P. 229.
38. Spilimbergo S. J. Supercrit. Fluids. 2002. Vol. 22. No. 1. P. 55.
39. Shimoda M., Kago H., Kojima N., Miyake M., Osajima Y., Hayakawa I. Appl. Environ. Microbiol.
2002. Vol. 68. No. 8. P. 4162.
40. Rasanayagam V., Yuan J.T. Proc. Inst. Food Technol. Ann. Meet. Las Vegas, July 12—16, 2004.
P. 136.
41. Park S.J., Park H.W., Park J. J. Food Sci. 2003. Vol. 68. No. 3. P. 976.
42. Cinquimani Ñ., Boyle C., Bach E., Schollmeyer E. Inactivation of Microbes using Compressed
Carbon Dioxide — an Environmentally Sound Disinfection Process. Proc. VIII Conf. on
Supercrit. Fluids. Ischia (Italy), May 28—31, 2006.
43. US Patent 6,800,315 (2004).
44. Parton T., Toniolo C., Elvassore N., Bertucco A. Proc. VI Int. Symp. on Supercrit. Fluids. 2003.
Vol. 2. P. 1477.
45. Moerman F., Mertens B., Demey L., Huyghebaert A. Meat Sci. 2001. Vol. 59. No. 2. P. 115.
46. Moerman F. Meat Sci. 2005. Vol. 69. No. 2. P. 225.
47. Parton T., Bertucco A., Elvassore N., Grimolizzi L. J. Food Eng. 2007. Vol. 79. No. 4. P. 1410.
48. Werner B.G., Hotchkiss J.H. Dairy Sci. 2006. Vol. 89. P. 872.
49. Dillow A.K., Dehghani F., Hrkach J.S., Foster N.R., Langer R. Proc. Nat. Acad. Sci. USA. 1999.
Vol. 96. No. 18. P. 10344.
50. Erkman O. Int. J. Food Microbiol. 2001. Vol. 65. P. 131.
51. Karaman H., Erkman O. Food Microbiol. 2001. Vol. 18. P. 11.
52. Gunes G., Blum L.K., Hotchkiss J.H. J. Food Protec. 2006. Vol. 69. P. 12.
53. Parton T., Elvassore N., Bertucco A., Bertoloni G. J. Supercrit. Fluids. 2007. Vol. 40. P. 490.
54. Spilimbergo S., Mantoan D., Dalser A. J. Supercrit. Fluids. 2007. Vol. 40. P. 485.
55. Spilimbergo S., Mantoan D. Int. J. Food Eng. 2006. Vol. 2. No. 1. Article 6.
56. Gunes G., Blum L.K., Hotchkiss J.H. J. Sci. Food Agric. 2005. Vol. 85. No. 14. P. 2362.
57. Zhang J., Dalal N., Matthews M.A., Waller L.N. J. Microbiol. Methods. 2007. Vol. 70. No. 3.
P. 442.
58. Reddy N.R., Solomon H.M., Fingerhut G.A., Rhodehamel E.J., Balasubramaniam V.M.,
Palaniappan S. J. Food Safety. 1999. Vol. 19. P. 277.
59. US Patent 3,483,005 (1966).
60. Tokuda K., Ito K., Imamura T., Taniguchi M., Kobayashi T., Aki T., Hara S., Brew J. Soc. Jpn.
1986. Vol. 81. P. 194.
61. Erkman O. J. Sci. Food Agric. 2000. Vol. 80. P. 465.
62. Erkman O. Leben.-Wissen. Technol. 1997. Vol. 30. P. 826.
63. Smelt J.P.P.M., Rijke G.G.E. In: High Pressure and Biotechnology / By ed. Balny et.al. John
Libbey Eurotext Ltd., 224, 1992. P. 461—463.
64. Wei C.I., Balaban M.O., Fernando S.Y., Peplow A.J. J. Foîd Protection. 1991. Vol. 54. No. 3. P. 189.
65. Erkman O. J. of Biosci. Bioeng. 2001. Vol. 92. No. 1. P. 39.
66. JPN Patent 62074270 (1985).
67. Stahl E., Quirin K.W., Gerard D. Dense Gases for Extraction and Refining. New York:
Springer, 1986. P. 220.
68. Taniguchi M., Suzuki H., Sato M., Kobayashi T. Agric. Biol. Chem. 1987. Vol. 51. No. 12. P. 3425.
69. Ger. pat. DE 3904513, 1989.
«Ñâåðõêðèòè÷åñêèå Ôëþèäû: Òåîðèÿ è Ïðàêòèêà». Òîì 3. ¹ 3. 2008
11
À.Â. Ñóñëîâ, È. Í. Ñóñëîâà, Á. Ô. ßðîâîé,
À. Þ. Øàäðèí, À. À. Ìóðçèí, Í. Â. Ñàïîæíèêîâà, À. À. Ëóìïîâ, À. Ñ. Äîðìèäîíîâà
70. Haas G.J., Prescott H.E., Dudley E., Dick R., Hintlian C., Keane L. J. Food Safety. 1989. Vol. 9.
P. 253.
71. Shimoda M., Cocunubo-Castellanos J., Kago H., Miyake M., Osajima Y., Hayakawa I. J. Appl.
Microbiol. 2001. Vol. 91. P. 306.
72. Kumagai H., Hata C., Nakamura K. Biosci. Biotech. Biochem. 1997. Vol. 61. No. 6. P. 931.
73. Perrut M. High Pres. Biotechnol. 1992. Vol. 224. P. 401.
74. Motta-Meira M., Arul J., Thibault J., Lavoie M. Proc. V Symp. High Pres. Food Sci. La Grande
Motte (France), 1992.
75. Venturi A., Dellaglio F., Dallacasa V., Pallado P., Bertucco A. Proc. V Conf. Supercrit. Fluids.
Garda (Italy), 1999. P. 335.
76. Kim S.R., Rhee M.S., Kim B.C., Kim K.H. Int. J. Food Microbiol. 2007. Vol. 118. No. 1. P. 52.
77. Clifford J.R., Williams A.A. Supercritical Fluid Methods and Protocols Human Press. Totowa,
New Jersey, 2000.
78. Hong S.-I., Pyun Y.-R. J. Food Sci. 1999. Vol. 64. P. 728.
79. Hemmer J.D., Drews M.J., LaBerge M., Matthews M.A. J. Biomed. Mat. Res. Appl. Biomat. 2007.
Vol. 80B. No. 2. P. 511.
80. Zhang J., Sarah B., Courtney G., Michael M., Michael D., Laberge M. J. Microbiol. Methods. 2006.
Vol. 66. No. 3. P
. 479.
81. Hong S.I., Park W.S., Pyun Y.R. LWT-Food Sci. Technol. 1997. Vol. 30. P. 681.
82. Erkman O. Food Microbiol. 2000. Vol. 17. P. 225.
83. Bang W. Combined effects of CO2, pH and high hydrostatic pressure on inactivation of
Saccharomyces cerevisiae and Escherichia coli in apple juice. Masters Thesis, Washington
State Univ., 1998.
84. Lin Ho-mu, Yang Z., Chen L.F. Chem. Eng. J. 1993. Vol. 52. P. B29.
85. Matser A.M., Krebbers B., van den Berg R.W., Bartels P.V. Trends in Food Science & Technology.
2004. Vol. 15. P. 79.
86. Zhang J., Dalal N., Gleason C., Matthews M.A., Waller L.N., Fox K.F., Fox A., Drews M.J. J. of
Supercritical Fluids. 2006. Vol. 38. P. 268.
87. Spilimbergo S., Bertucco A., Lauro F.M., Bertoloni G. Innovative Food Science and Emerging
Technologies. 2003. Vol. 4. P. 161.
88. Garcia-Gonzalez L., Geeraerd A.H., Spilimbergo S., Elst K., Van Ginneken L., Debevere J., Van
Impe J.F., Devlieghere F. Int. J. of Food Microbiology. 2007. Vol. 117. P. 1.
INACTIVATION OF MICROORGANISMS USING SUPERCRITICAL CO 2
À. V. Suslov, 1I. N. Suslova, 1 B. F. Yarovoy, 2 À. Yu. Shadrin*,
2
À. À. Murzin, 2 N. V. Sapozhnikova, 2 À. À. Lumpov, 2 À. S. Dormidonova
1
1
Konstantinov Institute of Nuclear Physics, Gatchina, Russia
2
Khlopin Radium Institute, Saint-Petersburg, Russia
The studies, in which the possibility of utilization of compressed CO2 as an environmentfriendly («green») alternative sterilizing agent is demonstrated, are reviewed. Also,
suggested in literature mechanisms of inactivating action of CO 2 onto various
microorganisms are analyzed as influenced by various operation factors such as pressure,
temperature, duration, type of microbes, and treated material.
K e y w o r d s: supercritical CO2, inactivation, sterilization, microorganisms.
«Ñâåðõêðèòè÷åñêèå Ôëþèäû: Òåîðèÿ è Ïðàêòèêà». Òîì 3. ¹ 3. 2008