2024年5月31日发(作者：濮成济)
第二节 超高压灭活微生物的机理
目前对UHP灭活微生物的机理有各种各样的解释，很可能这些解释都是正确的，而且更
大的可能是各种因素协同作用导致微生物失活，其主次关系还难以断定。一般认为超高压导
致微生物失活的原因有以下几种原因： 蛋白质变性、破坏微生物细胞的形态、微生物遗传
机制发生变化、细胞膜破裂、菌体内物质泄漏、酶的失活、生化反应等。
1 蛋白质变性引起微生物失活
蛋白质是微生物体内最主要的成分之一，有的可达50% 。UHP导致蛋白质变性，破坏了
菌体内组织的活性，引起微生物失活。最有力的证据之一是，微生物灭活的曲线几乎与蛋白
质变性曲线一致。
2 超高压破坏微生物细胞的形态
细胞在挤压力的作用下，其形态和结构会发生改变，例如球菌在压力作用下会发生伸长
变形，成为杆状。Zobell和Cobet等人发现， 许多在40MPa 的压力下个体大小从l～2
μm 变成l0～l00μm；一些能运动的(尤其是原核微生物)微生物失去了运动的特性， 主要
是因为高压力破坏了细胞结构。同时，部分微生物还能可逆地恢复正常形态和运动的特性。
Kriss等利用电镜在30～40MPa的压力下来观察假单胞菌（pseudomonas）的形态变化： 细胞
外形变长、细胞质壁分离、细胞壁变厚及细胞膜消失、细胞质出现一些明显的网状区域、核
糖体数目减少、细胞分裂减慢、细胞内膜在45MPa的压力下较0.1MPa的压力更清晰可见。
Larsen等研究高压力对细胞生长的作用， 高压力阻碍细胞生长，干扰细胞内部的诸多加工
过程，影响细胞的个体大小，细胞内的气泡破裂等，甚至引起细胞死亡。
在压力不够高时，这种形态结构只是发生一些变形，不会导致细胞死亡。当压力超过一
定值，有些菌体细胞会发生破裂，菌体内容物完全暴露出来（图3.1 ），细胞质泄漏，从而
造成细胞死亡。
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图3.1 超高压处理丝衣霉
Byssochlamys nivea
电镜照片
左图：未加压
右图：加压后菌体破碎（70℃，700Mpa,60min）
Chong和Cossins 指出，在高静压条件下细胞膜磷脂分子的横切面会减小，细胞膜双层
结构的体积也随之降低，细胞膜的通透性发生改变，从而使微生物死亡。许多微生物对压力
反应的实验结果表明存在种间差异。例如：鱼产品中常见的细菌Vibrio Pauahaemolyticus，
对压力非常敏感，只需200MPAa/20min处理就可以使该菌数目下降10
倍；而其他革兰氏阴
性菌则需要300MPa以上的压力处理20min才能取得相当的灭菌效果。
3 超高压对微生物遗传机制的作用
有研究认为30-50MPa之间的静压能影响基因的表达和蛋白质的合成。例如，高压能导致
啤酒酵母产生四倍体，证明高压能影响DNA的复制。在100MPa压力下，酵母的核膜会受到影
响，在大于400-600MPa压力时，线粒体和细胞质会发生改变，尤其在大于300MPa压力下有金
属离子释出。
嗜热甲烷球菌、紫串状酵母属和埃希氏大肠杆菌代表了三个生命领域，它们在经过压力
处理后都发现了诱导蛋白。DNA和RNA对压力非常有抗性，但有研究表明单核李斯特氏菌和伤
寒沙门氏菌菌体经压力处理后发现有核物质大量凝结，分析认为在高压条件下，DNA与核酸
内切酶得以充分接触，核酸内切酶打开了DNA双螺旋结构，但这一过程可回复。根据推测，
这一过程与一种负责回复活性的酶有关。如果这种酶被超高压灭活，则细胞就不能再继续增
殖，这对杀灭细菌非常有利，可以大大延长食品的保藏期。
再如，把大肠杆菌、埃希氏杆菌用生理盐水制成悬浊液(约10
个／m1)，加压处理后，
溶液易发泡．且产生明显沉淀。薄层色谱法分析，有香芹酮和磷脂质存在；高速液相色谱定
性分析，有260nm吸收物质，确认为核酸类物质，且不仅仅是染色体DNA。
利用电子显微镜观察到超高压对大肠杆菌的DNA有显著的影响。正常情况下,遗传物质和
核糖体均匀地分布在整个细胞。但是受压后,遗传物质凝集成块,胞浆RNA 漏出,胞浆内部分
区域没有核糖体,而且出现了密度斑;这是由于核糖体亚单位或胞浆蛋白质聚集而成,这些明
显的变化发生在细胞静止期和对数生长中期。细胞中DNA和RNA 断裂用凝胶电泳测得,而且
Paul 等还首次证实在压力达到1000MPa ,24 小时对体外DNA 完全无影响。对DNA 突变体的
进一步研究表明,在核酸内切酶A 缺乏的突变体中的DNA 受压并不发生链的断裂,因此可以
认为超高压致死细胞是使原本分开的遗传物质和核酸内切酶结合在一起,因此核酸的破坏是
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2024年5月31日发(作者：濮成济)
第二节 超高压灭活微生物的机理
目前对UHP灭活微生物的机理有各种各样的解释，很可能这些解释都是正确的，而且更
大的可能是各种因素协同作用导致微生物失活，其主次关系还难以断定。一般认为超高压导
致微生物失活的原因有以下几种原因： 蛋白质变性、破坏微生物细胞的形态、微生物遗传
机制发生变化、细胞膜破裂、菌体内物质泄漏、酶的失活、生化反应等。
1 蛋白质变性引起微生物失活
蛋白质是微生物体内最主要的成分之一，有的可达50% 。UHP导致蛋白质变性，破坏了
菌体内组织的活性，引起微生物失活。最有力的证据之一是，微生物灭活的曲线几乎与蛋白
质变性曲线一致。
2 超高压破坏微生物细胞的形态
细胞在挤压力的作用下，其形态和结构会发生改变，例如球菌在压力作用下会发生伸长
变形，成为杆状。Zobell和Cobet等人发现， 许多在40MPa 的压力下个体大小从l～2
μm 变成l0～l00μm；一些能运动的(尤其是原核微生物)微生物失去了运动的特性， 主要
是因为高压力破坏了细胞结构。同时，部分微生物还能可逆地恢复正常形态和运动的特性。
Kriss等利用电镜在30～40MPa的压力下来观察假单胞菌（pseudomonas）的形态变化： 细胞
外形变长、细胞质壁分离、细胞壁变厚及细胞膜消失、细胞质出现一些明显的网状区域、核
糖体数目减少、细胞分裂减慢、细胞内膜在45MPa的压力下较0.1MPa的压力更清晰可见。
Larsen等研究高压力对细胞生长的作用， 高压力阻碍细胞生长，干扰细胞内部的诸多加工
过程，影响细胞的个体大小，细胞内的气泡破裂等，甚至引起细胞死亡。
在压力不够高时，这种形态结构只是发生一些变形，不会导致细胞死亡。当压力超过一
定值，有些菌体细胞会发生破裂，菌体内容物完全暴露出来（图3.1 ），细胞质泄漏，从而
造成细胞死亡。
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图3.1 超高压处理丝衣霉
Byssochlamys nivea
电镜照片
左图：未加压
右图：加压后菌体破碎（70℃，700Mpa,60min）
Chong和Cossins 指出，在高静压条件下细胞膜磷脂分子的横切面会减小，细胞膜双层
结构的体积也随之降低，细胞膜的通透性发生改变，从而使微生物死亡。许多微生物对压力
反应的实验结果表明存在种间差异。例如：鱼产品中常见的细菌Vibrio Pauahaemolyticus，
对压力非常敏感，只需200MPAa/20min处理就可以使该菌数目下降10
倍；而其他革兰氏阴
性菌则需要300MPa以上的压力处理20min才能取得相当的灭菌效果。
3 超高压对微生物遗传机制的作用
有研究认为30-50MPa之间的静压能影响基因的表达和蛋白质的合成。例如，高压能导致
啤酒酵母产生四倍体，证明高压能影响DNA的复制。在100MPa压力下，酵母的核膜会受到影
响，在大于400-600MPa压力时，线粒体和细胞质会发生改变，尤其在大于300MPa压力下有金
属离子释出。
嗜热甲烷球菌、紫串状酵母属和埃希氏大肠杆菌代表了三个生命领域，它们在经过压力
处理后都发现了诱导蛋白。DNA和RNA对压力非常有抗性，但有研究表明单核李斯特氏菌和伤
寒沙门氏菌菌体经压力处理后发现有核物质大量凝结，分析认为在高压条件下，DNA与核酸
内切酶得以充分接触，核酸内切酶打开了DNA双螺旋结构，但这一过程可回复。根据推测，
这一过程与一种负责回复活性的酶有关。如果这种酶被超高压灭活，则细胞就不能再继续增
殖，这对杀灭细菌非常有利，可以大大延长食品的保藏期。
再如，把大肠杆菌、埃希氏杆菌用生理盐水制成悬浊液(约10
个／m1)，加压处理后，
溶液易发泡．且产生明显沉淀。薄层色谱法分析，有香芹酮和磷脂质存在；高速液相色谱定
性分析，有260nm吸收物质，确认为核酸类物质，且不仅仅是染色体DNA。
利用电子显微镜观察到超高压对大肠杆菌的DNA有显著的影响。正常情况下,遗传物质和
核糖体均匀地分布在整个细胞。但是受压后,遗传物质凝集成块,胞浆RNA 漏出,胞浆内部分
区域没有核糖体,而且出现了密度斑;这是由于核糖体亚单位或胞浆蛋白质聚集而成,这些明
显的变化发生在细胞静止期和对数生长中期。细胞中DNA和RNA 断裂用凝胶电泳测得,而且
Paul 等还首次证实在压力达到1000MPa ,24 小时对体外DNA 完全无影响。对DNA 突变体的
进一步研究表明,在核酸内切酶A 缺乏的突变体中的DNA 受压并不发生链的断裂,因此可以
认为超高压致死细胞是使原本分开的遗传物质和核酸内切酶结合在一起,因此核酸的破坏是
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