Інактивація мікроорганізмів високим гідростатичним тиском: огляд літератури

  • Отримано 21.08.2023

  • Доопрацьовано 01.11.2023

  • Прийнято 28.11.2023



  • 2 044 Перегляди

  • Взято з Том 5, № 4, 2023

  • Сторінки 53-61

Використання високого гідростатичного тиску призначене для здійснення нетермічної інактивації мікроорганізмів у харчових продуктах, забезпечення збереження їх свіжості та запобігання харчовим інфекціям. Останні впливають на систему охорони здоров›я, харчову промисловість та, безпосередньо, на споживачів. Метою даної роботи було проведення аналізу літературних даних стосовно ефективності високого гідростатичного тиску проти патогенних та умовно патогенних мікроорганізмів, які передаються через вживання контамінованої їжі. Для огляду обиралися наукові публікації за 2011-2023 роки. Було обрано 44 наукових публікації, інформацію з яких було критично проаналізовано, систематизовано та оформлено у вигляді огляду літератури. Зазначені механізми впливу високого гідростатичного тиску на клітини мікроорганізмів. Для ілюстрації ефективності високого гідростатичного тиску проти мікроорганізмів дані з вибраних публікацій щодо ефективності та параметрів обробки зібрано у таблицях. Продемонстрована інактивація таких клінічно значимих мікроорганізмів як Bacillus cereus, Campylobacter jejuni, Clostridium perfringens, Escherichia coli, Listeria monocytogenes, Salmonella spp., Staphylococcus aureus та Toxoplasma gondii у рідинах та продуктах харчування. Показано, що обробка високим тиском є нетермічним методом обробки харчових продуктів, що відрізняє цей метод від традиційних термічних методів обробки, таких як кип’ятіння або пастеризація. Однією з помітних переваг застосування високого гідростатичного тиску є нетермічна інактивація різних мікроорганізмів, при якій зберігаються поживні та смакові властивості обробленого продукту. Також зазначається, що харчові продукти можуть оброблятися в кінцевій упаковці, що зменшує ризик їх мікробної контамінації на етапах після обробки. Основними недоліками є неможливість повної інактивації бактеріальних спор та велика вартість обладнання для обробки високим тиском. Поєднання обробки високим тиском із іншими методами, наприклад, термічною обробкою може вирішити обмеження стосовно інактивації спор

високий тиск; збудники; знешкодження; нетермічна обробка

https://doi.org/10.61751/bmbr/4.2023.53

[1] Agregán R, Munekata PES, Zhang W, Zhang J, Pérez-Santaescolástica C, Lorenzo JM. High-pressure processing in the inactivation of Salmonella spp. in food products. Trends Food Sci Technol. 2021;107:31–37. DOI: 10.1016/j.tifs.2020.11.025

[2] Rocha-Pimienta J, Martillanes S, Ramírez R, Garcia-Parra J, Delgado-Adamez J. Bacillus cereus spores and Staphylococcus aureus sub. aureus vegetative cells inactivation in human milk by high-pressure processing. Food Control. 2020;113:e107212. DOI: 10.1016/j.foodcont.2020.107212

[3] Chuang S, Sheen S, Sommers CH, Sheen LY. Modeling the reduction of Salmonella and Listeria monocytogenes in ground chicken meat by high pressure processing and trans-cinnamaldehyde. LWT. 2021;139:e110601. DOI: 10.1016/j.lwt.2020.110601

[4] Wu CP, Wu SM, Lin YH, Wu YH, Huang BC, Huang HW, Wang CY. High pressure processing-based hurdle strategy for microbial shelf life of packed food in the Cold Chain. Food Packag Shelf Life. 2022;34:e100983. DOI: 10.1016/j.fpsl.2022.100983

[5] Chacha JS, Zhang L, Ofoedu CE, Suleiman RA, Dotto JM, Roobab U, et al. Revisiting non-thermal food processing and preservation methods – action mechanisms, pros and cons: A technological update (2016-2021). Foods. 2021;10(6):e1430. DOI: 10.3390/foods10061430

[6] Levy R, Okun Z, Shpigelman A. High-pressure homogenization: Principles and applications beyond microbial inactivation. Food Eng Rev. 2021;13(3):490–8. DOI: 10.1007/s12393-020-09239-8

[7] Rendueles E, Omer MK, Alvseike O, Alonso-Calleja C, Capita R, Prieto M. Microbiological food safety assessment of high hydrostatic pressure processing: A review. LWT. 2011;44(5):1251–60. DOI: 10.1016/j.lwt.2010.11.001

[8] Aganovic K, Hertel C, Vogel RF, Johne R, Schlüter O, Schwarzenbolz U, et al. Aspects of high hydrostatic pressure food processing: Perspectives on technology and food safety. Compr Rev Food Sci Food Saf. 2021;20(4):3225–66. DOI: 10.1111/1541-4337.12763

[9] Sheen S, Cassidy J, Scullen B, Uknalis J, Sommers C. Inactivation of Salmonella spp. in ground chicken using high pressure processing. Food Control. 2015;57:41–47. DOI: 10.1016/j.foodcont.2015.04.005

[10] AL-Mamun M, Chowdhury T, Biswas B, Absar N. Food poisoning and intoxication: A global leading concern for human health [Internet]. In: Food Safety and Preservation; 2018. Chapter 11. Elsevier; p. 307–52. DOI: 10.1016/B978-0-12-814956-0.00011-1

[11] Lozova T. Modern scientific research of new methods of improving the quality and storage of bread. Her Lviv Univ Trade Econ Tech Sci. 2022;32:52–58. DOI: 10.36477/2522-1221-2022-32-07

[12] Bernyk I, Kots I, Novgorodska N. Hydropulse equipment for intensification of massage processes and saturation of meat raw material ingredients. Food Resour. 2021;(17):22–32. DOI: 10.31073/foodresources2021-17-03

[13] Podolak R, Whitman D, Black DG. Factors affecting microbial inactivation during high pressure processing in juices and beverages: A review. J Food Prot. 2020;83(9):1561–75. DOI: 10.4315/JFP-20-096

[14] Huang HW, Wu SJ, Lu JK, Shyu YT, Wang CY. Current status and future trends of high-pressure processing in food industry. Food Control. 2017;72(Part A):1–8. DOI: 10.1016/j.foodcont.2016.07.019

[15] de Alba M, Pérez-Andrés JM, Harrison SM, Brunton NP, Burgess CM, Kumar TB. High-pressure processing on microbial inactivation, quality parameters, and nutritional quality indices of mackerel fillets. Innov Food Sci Emerg Technol. 2019;55:80–87. DOI: 10.1016/j.ifset.2019.05.010

[16] Liu F, Wang Y, Bi X, Guo X, Fu S, Liao X. Comparison of microbial inactivation and rheological characteristics of mango pulp after high hydrostatic pressure treatment and high temperature short time treatment. Food Bioprocess Technol. 2013; 6(10):2675–84. DOI: 10.1007/s11947-012-0953-z

[17] Sehrawat R, Kaur BP, Nema PK, Tewari S, Kumar L. Microbial inactivation by high pressure processing: Principle, mechanism and factors responsible. Food Sci Biotechnol. 2021;30(1):19–35. DOI: 10.1007/s10068-020-00831-6

[18] Dumay E, Chevalier-Lucia D, Picart-Palmade L, Benzaria A, Gràcia-Julià A, Blayo C. Technological aspects and potential applications of (ultra) high-pressure homogenisation. Trends Food Sci Technol. 2013;31(1):13–26. DOI: 10.1016/j.tifs.2012.03.005

[19] Liu Y, Betti M, Gänzle MG. High pressure inactivation of Escherichia coli, Campylobacter jejuni, and spoilage microbiota on poultry meat. J Food Prot. 2012;75(3):497–3. DOI: 10.4315/0362-028X.JFP-11-316

[20] Bièche C, de Lamballerie M, Chevret D, Federighi M, Tresse O. Dynamic proteome changes in Campylobacter jejuni 81-176 after high pressure shock and subsequent recovery. J Proteomics. 2012;75(4):1144–56. DOI: 10.1016/j.jprot.2011.10.028

[21] Ceuppens S, Li D, Uyttendaele M, Renault P, Ross P, Van Ranst M, et al. Molecular methods in food safety microbiology: Interpretation and implications of nucleic acid detection. Compr Rev Food Sci Food Saf. 2014;13(4):551–77. DOI: 10.1111/1541-4337.12072

[22] Silva JL, Oliveira AC, Vieira TCRG, Oliveira GAP, Suarez MC, Foguel D. High-pressure chemical biology and biotechnology. Chem. Rev. 2014;114(14):7239–67. DOI: 10.1021/cr400204z

[23] Bolumar T, Orlien V, Sikes A, Aganovic K, Bak KH, Guyon C, et al. High-pressure processing of meat: Molecular impacts and industrial applications. Compr Rev Food Sci Food Saf. 2021;20(1):332–68. DOI: 10.1111/1541-4337.12670

[24] Soni A, Oey I, Silcock P, Bremer P. Bacillus spores in the food industry: A review on resistance and response to novel inactivation technologies. Compr Rev Food Sci Food Saf. 2016;15(6):1139–48. DOI: 10.1111/1541-4337.12231

[25] Sarker MR, Akhtar S, Torres JA, Paredes-Sabja D. High hydrostatic pressure-induced inactivation of bacterial spores. Crit Rev Microbiol. 2015;41(1):18–26. DOI: 10.3109/1040841X.2013.788475

[26] Mok JH, Sun Y, Pyatkovskyy T, Hu X, Sastry SK. Mechanisms of Bacillus subtilis spore inactivation by single- and multi-pulse high hydrostatic pressure (MP-HHP). Innov Food Sci Emerg Technol. 2022; 81:e103147. DOI: 10.1016/j.ifset.2022.103147

[27] Zhou Y, Karwe M V., Matthews KR. Differences in inactivation of Escherichia coli O157: H7 strains in ground beef following repeated high pressure processing treatments and cold storage. Food Microbiol. 2016;58:7–12. DOI: 10.1016/j.fm.2016.02.010

[28] Rode TM, Hovda MB. High pressure processing extend the shelf life of fresh salmon, cod and mackerel. Food Control. 2016;70:242–48. DOI: 10.1016/j.foodcont.2016.05.045

[29] Aaby K, Grimsbo IH, Hovda MB, Rode TM. Effect of high pressure and thermal processing on shelf life and quality of strawberry purée and juice. Food Chem. 2018;260:115–23. DOI: 10.1016/j.foodchem.2018.03.100

[30] Yu Y, Pan F, Ramaswamy HS, Zhu S, Yu L, Zhang Q. Effect of soaking and single/two cycle high pressure treatment on water absorption, color, morphology and cooked texture of brown rice. J Food Sci Technol. 2017;54(6):1655–64. DOI: 10.1007/s13197-017-2598-4

[31] Abera WG, Yildiz F. Review on high-pressure processing of foods. Cogent Food Agric. 2019;5(1):e1568725. DOI: 10.1080/23311932.2019.1568725

[32] Balasubramaniam VMB, Martínez-Monteagudo SI, Gupta R. Principles and application of high pressure-based technologies in the food industry. Annu Rev Food Sci Technol. 2015;6:435–62. DOI: 10.1146/annurev-food-022814-015539

[33] Stratakos AC, Inguglia ES, Linton M, Tollerton J, Murphy L, Corcionivoschi N, et al. Effect of high pressure processing on the safety, shelf life and quality of raw milk. Innov Food Sci Emerg Technol. 2019; 52:325–33. DOI: 10.1016/j.ifset.2019.01.009

[34] Yang D, Li R, Dong P, Rao L, Wang Y, Liao X. Influence of pressurization rate and mode on cell damage of Escherichia coli and Staphyloccocus aureus by high hydrostatic pressure. Front Microbiol. 2023;14:e1108194. DOI: 10.3389/fmicb.2023.1108194

[35] Allison A, Daniels E, Chowdhury S, Fouladkhah A. Effects of elevated hydrostatic pressure against mesophilic background microflora and habituated salmonella serovars in orange juice. Microorganisms. 2018;6(1):23. DOI: 10.3390/microorganisms6010023

[36] Jofré A, Aymerich T, Bover-Cid S, Garriga M. Inactivation and recovery of Listeria monocytogenes, Salmonella enterica and Staphylococcus aureus after high hydrostatic pressure treatments up to 900 MPa. Int Microbiol. 2010;13(3):105–12. DOI: 10.2436/20.1501.01.115

[37] Kameník J, Dušková M, Dorotíková K, Hušáková M, Ježek F. The effect of high-pressure processing on the survival of non-O157 shiga toxin-producing Escherichia coli in steak tartare: The good- or best-case scenario? Microorganisms. 2023;11(2):377. DOI: 10.3390/microorganisms11020377

[38] Jackowska-Tracz A, Tracz M. Effects of high hydrostatic pressure on Campylobacter jejuni in poultry meat. Pol J Vet Sci. 2015;18(2):261–66. DOI: 10.1515/pjvs-2015-0034

[39] Lee SH, Choe J, Shin DJ, Yong HI, Choi Y, Yoon Y, Jo C. Combined effect of high pressure and vinegar addition on the control of Clostridium perfringens and quality in nitrite-free emulsion-type sausage. Innov Food Sci Emerg Technol. 2019;52:429–37. DOI: 10.1016/j.ifset.2019.02.006

[40] Hsu HY, Sheen S, Sites J, Cassidy J, Scullen B, Sommers C. Effect of high pressure processing on the survival of Shiga toxin-producing Escherichia coli (Big Six vs. O157:H7) in ground beef. Food Microbiol. 2015;48:1–7. DOI: 10.1016/j.fm.2014.12.002

[41] Mukhopadhyay S, Sokorai K, Ukuku D, Fan X, Juneja V, Sites J, Cassidy J. Inactivation of Salmonella enterica and Listeria monocytogenes in cantaloupe puree by high hydrostatic pressure with/without added ascorbic acid. Int J Food Microbiol. 2016;235:77–84. DOI: 10.1016/j.ijfoodmicro.2016.07.007

[42] Gracia MJ, Lázaro R, Pérez-Arquillué C, Pagán R, Ramos S, Garcia JL, Bayarri S. High-pressure processing (HPP) of raw and dry-cured ham from experimentally infected pigs as a potential tool for the risk control of Toxoplasma gondii. Innov Food Sci Emerg Technol. 2020;61:e102315. DOI: 10.1016/j.ifset.2020.102315

[43] Argyri AA, Papadopoulou OS, Nisiotou A, Tassou CC, Chorianopoulos N. Effect of high pressure processing on the survival of Salmonella Enteritidis and shelf-life of chicken fillets. Food Microbiol. 2018;70:55–64. DOI: 10.1016/j.fm.2017.08.019

[44] Gunther NW, Abdul-Wakeel A, Ramos R, Sheen S. Evaluation of hydrostatic high pressure and cold storage parameters for the reduction of Campylobacter jejuni in chicken livers. J Food Prot. 2019;82(6):1039–44. DOI: 10.4315/0362-028X.JFP-18-469