Hva skjer i en mikroorganisme som følge av trykkbehandling?

Hvor påvirket en mikroorganisme blir som følge av eksponering for høyt trykk er sterkt avhengig av mengden trykk som benyttes, behandlingstiden, temperaturen under prosessering og hvilket medium mikroorganismen er i. 

Inaktivering av en rekke mikroorganismer som følge av høytrykksprosessering er en kombinasjon av ulike faktorer. De største endringer og skader skjer i cellemembraner. Videre oppstår det endringer i cellepermeabilitet og transportsystemer, tap av osmotisk tilstand, organelleforstyrrelser og manglende evne til å bevare pH inni cellene.

Bakterier

Det høye trykket dreper bakteriene ved å påføre skader i cellene. Hvor godt bakteriene tåler HP varierer, både mellom ulike arter bakterier (species) og mellom stammer (strains). Generelt har Gram-positive bakterier og bakterier i stasjonær vekstfase høyere resistens mot høytrykk enn Gram-negative og bakterier som er i eksponensiell vekstfase.

Høytrykk brukes for å inaktivere både kvalitetsødeleggende bakterier og sykdomsfremkallende bakterier, slik som Listeria monocytogenes, Escheichia coli, Salmonella, Vibrio og en rekke andre bakterier. Hvor høyt trykk som brukes avgjør om bakterier bare blir skadet, eller om de blir drept. Blir de bare skadet, kan bakteriene etter en periode komme seg og begynne å vokse i et matprodukt under lagring. Hvor vidt dette skjer og eventuelt hvor raskt, kommer an på blant annet hvilken matvare eller vekstmedium de er i, lagringstemperatur og type bakterie.

De eksakte mekanismene bak inaktivering av bakterier og andre mikroorganismer under høyt trykk er ikke kjent i detalj. Høytrykk berører ingen spesifikk mekanisme, men har innvirkning på en rekke mekanismer som inaktivering av enzymer, ødeleggelse av cellemembran og endringer i cellestrukturer. Generelt vil en hos bakterier som er utsatt for et trykk over 400 MPa få både reversible og irreversible endringer i cellemembranen. 

Noen bakterier er barotolerante. For å kompensere for trykkforskjeller på innsiden og utsiden av cellemembranen så gjør disse bakteriene endringer i fosfolipidene i cellemembranen.

Sporedannende bakterier

Det å inaktivere sporer er en utfordring ved all type prosessering. Sporer tåler mye mer enn bakterier, og er kjent for å være svært trykkresistente. For å drepe sporer må en ofte kombinere HP med varme, eller benytte en to-trinns høytrykksprosessering.

Sporer fra flere Clostridium og Bacillus-arter har vist seg å ha en svært høy toleranse for trykk over 1000 MPa ved romtemperatur. Kombinasjonen høyt trykk og varme kan ha en gunstig effekt på sporedrap. Generelt kan en si at høytrykk kombinert med varme, ofte over 50 oC, inaktiverer både Bacillus og Clostridium-sporer i både vekstmedium og mat. En rekke kombinasjoner med HP, antimikrobielle stoffer og lav pH er blitt testet. Noe har vist seg å øke inaktivering av sporer, mens andre har liten eller ingen effekt. Mediet og maten som sporene er i kan også ha stor innvirkning på deres inaktivering.

For å inaktivere sporer, kan det se ut som at høytrykk i kombinasjon med varme er det som må til. Selv om man da må ta i bruk varme, vil høytrykksprosessen likevel kunne være et godt alternativ til konvensjonell varmesterilisering eller bruk av autoklaver. Dette fordi denne prosessen er vel så effektiv og påvirker i mindre grad smak, tekstur og næringsverdi sammenlignet med tradisjonell varmebehandling.

Bilde

Gjær og mugg

Generelt er gjær og mugg mer sensitive for høyt trykk enn bakterier. Inaktiveringsmekanismene for gjær er nesten lik som for bakterier ved at det er cellemembranen og cellulære strukturer som blir berørt, og at det oppstår endringer i proteinene.
Noen muggsopp kan danne ascosporer, og flere av disse kan være trykkresistente. Disse kan inaktiveres ved for eksempel en kombinasjon av høyt trykk og varme.

Virus

Ulike virus har forskjellig evne til å tåle høyt trykk. Virus deles gjerne i to grupper; de med kapsid (proteinkappe) og de uten. Mekanismene er ikke kjent, men man antar at årsaken til at virus inaktiveres med høyt trykk er at kapsidproteiner blir ødelagt.
Hvilken matvare viruset befinner seg i eller på, påvirker også om det overlever HP. Matkomponenter som fett, proteiner, karbohydrater og temperatur kan ha en beskyttende effekt for viruset.

Parasitter

Det fins lite dokumentasjon på effekten av høytrykk på parasitter. I de studiene som er gjort, har man fokusert på protozoa-parasitter og nematoder. Oocyster er de resistente formene til protozoa-parasittene. Oocyster fra parasitter som Cryptosporidium parvum, som er vannbåren og kan finnes i skalldyr, og Toxoplasma gondii, kan enkelt bli inaktivert med trykk som benyttes for matvarer i dag, mellom 340-550 MPa, med relativt kort holdetid (3 min. eller mindre).

Studier av kveis (nematoden Anisakis simplex) har vist at relativt lave trykk (ca. 200-400 MPa) på relativt kort tid (mindre enn 3 min) er nok til å inaktivere disse parasittene.

Noen vitenskapelige artikler på dette feltet:

Georget et al. (2015) Inactivation of microorganisms by high isostatic pressure processing in complex matrices: A review. 

Podolak et al. (2020) Factors Affecting Microbial Inactivation during High Pressure Processing in Juices and Beverages: A Review. 

Woldemariam and Emire (2019) High Pressure Processing of Foods for Microbial and Mycotoxins Control: current trends and future prospects. 

Sehrawat et al. (2021) Microbial inactivation by high pressure processing: principle, mechanism and factors responsible. 

Huang et al. (2014) Responses of microorganisms to high hydrostatic pressure processing. 

Yamamoto et al. (2021) Bacterial Injury Induced by High Hydrostatic Pressure.

Evelyn and Silva (2019) Heat assisted HPP for the inactivation of bacteria, moulds and yeasts spores in foods: Log reductions and mathematical models.