パスカライゼーション

パスカリゼーション、ブリッジマン処理、高圧処理（HPP）^[1]または高静水圧（HHP）処理^{[2]は、食品の}保存および殺菌の方法であり、非常に高い圧力下で製品を処理し、食品内の特定の微生物および酵素を不活性化します。^[3] HPPは食品内の共有結合に限定的な影響を及ぼし、製品の官能的側面と栄養的側面の両方を維持します。^[4]この技術は、圧力が流体に与える影響を詳細に研究した17世紀のフランスの科学者、ブレーズ・パスカルにちなんで名付けられました。 パスカリゼーション中は、1平方インチあたり50,000ポンド（340 MPa、3.4 kbar）を超える圧力が約15分間適用され、酵母、カビ、栄養型細菌、^{[5] [6]}および一部のウイルスと寄生虫が不活性化されます。^[7]パスカリゼーションはブリッジマン化としても知られており、^[8]物理学者 パーシー・ウィリアムズ・ブリッジマンにちなんで名付けられました。^[9]

温度と圧力の設定に応じて、HPP は低温殺菌と同等の対数減少を達成するか、またはさらに進んで胞子の死滅を含む滅菌を達成することができます。低温殺菌と同等の HPP は冷却温度で行うことができますが、滅菌には少なくとも 90 °C (194 °F) の加圧が必要です。低温殺菌と同等の方法は一般に単に HHP (および上記の同義語) と呼ばれ、加熱滅菌法は高圧温度 (high pressuretemperature ) の略で HPT と呼ばれます。HPT の同義語には、圧力補助加熱滅菌 (PATS)、圧力強化滅菌 (PES)、高圧加熱滅菌 (HPTS)、高圧高温 (HPHT) などがあります。^[7]

腐敗微生物や一部の酵素はHPPによって不活性化できるため、製品の官能的および栄養的特性を維持しながら賞味期限を延ばすことができます。^[10]リステリア、大腸菌、サルモネラ、ビブリオなどの病原性微生物も、HPP中に使用される400～1000MPaの圧力に敏感です。 [11]したがって、HPPは処理時間を短縮し、エネルギー使用量を減らし、廃棄物を減らしながら食品を低温殺菌することができます。^{[10 ]}

この処理は低温で行われ、食品添加物は使用されません。1990年以降、日本ではジュース、ゼリー、ジャムなどがパスカリゼーション法で保存されています。現在、この技術は魚や肉、サラダドレッシング、餅、ヨーグルトの保存に使用されています。果物、野菜スムージー、肉などの他の製品も保存され、英国で販売されています。^{[12] [13]}

アメリカにおけるパスカリゼーションの初期の使用は、ワカモレの処理でした。ソースの味、食感、色は変わりませんでしたが、製品の賞味期限は3日から30日に延びました。 ^{[5]パスカリゼーションではすべての}タンパク質を破壊できないため、処理された食品の中には冷蔵保存が必要なものもあります。一部のタンパク質は酵素活性を示し^[14]、賞味期限に影響します。^[15]

近年、HPPは生のペットフードの加工にも使用されています。現在、市販の冷凍およびフリーズドライの生の食事のほとんどは、潜在的な細菌やウイルスの汚染物質を破壊するために包装後のHPP処理を受けており、サルモネラ菌は大きな懸念事項の1つです。^[16]

低酸性食品は、保存性を高めるために胞子の殺菌が必要です。HPTのように、圧力に加えて熱を加えることでこの目的を達成できます。^[7] 2009年、FDAは、マッシュポテトにHPT、特にPATSと呼ばれるタイプのHPTを使用するという申請に対して異議を唱えませんでした。^[17] 2015年、FDAは、魚介類に別のタイプのHPTであるPESを使用するという別の申請に対しても異議を唱えませんでした。 ^[7] HPTの他の種類の果物への適用はまだ研究中です。^[18]

HHPを短時間使用すると、貝類の身を殻から分離することができ、手で剥くのがはるかに簡単になります。^{[19] HHPは}ビブリオ菌も不活性化します。HHPは魚介類や貝類の7%に使用されています。^[7]

圧力が微生物に与える影響に関する実験は、1884年にすでに記録されており^[1]、1897年以降は成功した実験が記録されています。1899年、BHハイトは圧力による微生物の不活性化を初めて決定的に実証しました。彼が高圧が微生物に与える影響を報告した後、圧力が食品に与える影響についての報告がすぐに続きました。ハイトは牛乳の腐敗を防ごうとしましたが、彼の研究は牛乳を高圧にかけることで微生物を不活性化できることを示しました。彼はまた、防腐剤が不要で味が変わらないなど、食品を圧力処理することの利点についても言及しました。^[20]

ハイト氏によると、1897年以来、ウェストバージニア農業試験場の化学者が圧力と肉、ジュース、牛乳の保存の関係を研究していた。初期の実験では、大きなネジをシリンダーに挿入して数日間そのままにしていたが、牛乳の腐敗を防ぐ効果はなかった。後に、より強力な装置で牛乳に高い圧力をかけられるようになり、処理した牛乳は未処理の牛乳よりも24～60時間長く甘いままであると報告された。牛乳のサンプルに1時間90米トン（82トン）の圧力をかけると、1週間甘いままだった。圧力をかけるために使用された装置は、研究者が他の製品への影響をテストしようとしたときに後に破損した。^[21]

炭疽菌、腸チフス、結核の実験も行われ、研究者にとって潜在的な健康リスクとなっていた。実験プロセスが改善される前に、実験ステーションの従業員1人が腸チフスに罹患した。^[21]

ハイトが報告した方法は、広範囲に使用できるものではなく、牛乳を完全に殺菌できるものではなかった。より広範囲な調査が続いたが、牛乳に関する当初の研究は、その有効性に対する懸念から、ほとんど中止された。ハイトは、「圧力では破壊できない酵素」に関連する「牛乳のゆっくりとした変化」について言及した。^[22]

ハイトらは1914年に圧力殺菌に関するより詳細な報告書を発表したが、そこには処理後に製品に残った微生物の数も含まれていた。果物、果汁、一部の野菜など、さまざまな食品で実験が行われた。牛乳での以前のテストで得られた結果と同様に、成功と失敗が混在していた。一部の食品は保存できたが、殺菌されなかった細菌胞子のせいか保存できなかったものもあった。^[23]

ハイトの1914年の研究は、圧力が微生物に与える影響に関する他の研究につながった。1918年、WPラーソンらがワクチンの開発に役立てることを目的として発表した研究。この報告書では、細菌の胞子は圧力によって必ずしも不活性化されるわけではないが、栄養細菌は通常は死滅することが示された。ラーソンらの研究は、二酸化炭素、水素、窒素ガスの圧力の使用にも焦点を当てていた。二酸化炭素は、微生物の不活性化に3つの中で最も効果的であることが判明した。^[24]

1970年頃、中程度の圧力を使用する方が高圧を使用するよりも効果的であることが発見された後、研究者は細菌胞子の研究に再び力を入れ始めました。以前の実験では保存が不十分だったこれらの胞子は、中程度の圧力によってより速く不活性化されましたが、その方法は栄養微生物で起こったものとは異なっていました。中程度の圧力にさらされると、細菌胞子は発芽し、生じた胞子は圧力、熱、または電離放射線を使用して簡単に殺すことができます。^{[25] [26]}初期圧力の量を増やすと、発芽に理想的な条件ではなくなるため、代わりに元の胞子を殺さなければなりません。中程度の圧力を使用することは常にうまくいくとは限らず、細菌胞子の中には圧力下での発芽に対してより抵抗力があるものもあり^[26]、それらのごく一部は生き残ります。^[27]圧力と別の処理（熱など）の両方を使用して胞子を殺す保存方法は、まだ確実には実現されていません。このような技術は、食品への圧力をより広く利用し、食品保存における他の潜在的な進歩を可能にするだろう。^{[28] [疑わしい–議論する]}

高圧が微生物に与える影響に関する研究は、1980年代にセラミック加工の進歩が起こるまで、主に深海生物に集中していました。その結果、食品を大規模に高圧で加工できる機械が製造され、特に日本でこの技術への関心が高まりました。^[25]パスカリゼーションで保存された市販品が初めて登場したのは1990年ですが、^[14]パスカリゼーションの技術は、広く使用できるようにまだ改良中です。^[5]以前よりも加工が最小限の製品に対する需要が高まっており、^[1]パスカリゼーションで保存された製品は、標準的な方法で処理された製品よりも大幅に高価であるにもかかわらず、商業的に成功しています。^[14]

2000年代初頭、パスカリゼーションによって貝類の身を殻から分離できることが発見されました。^[19]ロブスター、エビ、カニなどはパスカリゼーションすることができ、その後、生の身は割れた殻から簡単に丸ごと滑り出てきます。

パスカリゼーションでは、食品は密封され、液体（通常は水）の入った鋼鉄製の容器に入れられ、ポンプを使用して圧力をかけます。ポンプは、一定または断続的に圧力をかけます。^[1]食品に高静水圧（HHP）をかけると、多くの微生物が死滅しますが、胞子は破壊されません。^[10]パスカリゼーションは、ヨーグルトや果物などの酸性食品に特に効果的です。^{[3]圧力耐性胞子は、} pHレベルが低い環境では生存できないためです。^[29]この処理は、固体製品と液体製品の両方に同様に有効です。^[1]

研究者たちは、液体食品の保存のための高圧処理の「連続」方法も開発しています。この技術は、超せん断技術 (UST) または高圧均質化として知られています。^[30]これは、液体食品を最大 400 MPa まで加圧し、その後せん断弁の小さな隙間を通過することで減圧するものです。流体がせん断弁から出ると、弁を挟んだ圧力差が大きいため、圧力エネルギーが運動エネルギーに変換されます。この運動エネルギーは、流体の温度を上げるための熱エネルギーとして、また周囲への熱損失として消散します。残りの運動エネルギーは、せん断、乱流、キャビテーションなどの強力な機械的力によって、サンプルの物理的および構造的変更 (混合、乳化、分散、粒子サイズ、酵素、微生物の減少) に費やされます。したがって、製品の初期温度とプロセス圧力に応じて、UST 処理は、処理された液体の構造変更とともに、低温殺菌または商業的殺菌効果をもたらす可能性があります。

細菌胞子は常温または冷却状態での圧力処理でも生き残ります。高圧温度（HPT）で追加の熱を使用すると、これらの胞子は死滅します。^{[31]食品は圧力室に入る前に約70℃（158℉）に予熱され、その後圧力によって}断熱加熱によって食品の温度が所望の温度（90℃（194℉）以上）まで上昇します。^[7]

パスカリゼーションでは、食品の水素結合が選択的に破壊されます。パスカリゼーションは熱を使わないため、共有結合は影響を受けず、食品の味に変化はありません。^[32]したがって、HPPはビタミンを破壊せず、食品の栄養価を維持します。^{[10]高い静水圧は、}脂質酸化の速度を上げて筋肉組織に影響を与える可能性があり、^[33]その結果、風味が悪くなり、健康上の利点が減少します。^[34]食品には、処理プロセス中に変化する化合物がいくつかあります。たとえば、炭水化物は、処理プロセス中に温度を上げるのではなく、圧力を上げることでゲル化されます。^[35]

静水圧は食品に素早く均一に作用するため、製品の容器の大きさや厚さはパスカリゼーションの効果に影響しません。このプロセスには、製品の甘さがわずかに増加するなど、いくつかの副作用がありますが、パスカリゼーションは栄養価、味、食感、外観に大きな影響を与えません。したがって、食品の高圧処理は化学防腐剤を使用しないため、「自然な」保存方法と見なされています。^[25]

地球化学者のアヌラグ・シャルマ氏、微生物学者のジェームズ・スコット氏、およびワシントンのカーネギー研究所の他の研究者らは、1ギガパスカルを超える圧力下での微生物活動を直接観察した。^[36]実験は1.6GPa（232,000psi）の圧力まで行われたが、これは通常の気圧の16,000倍以上、または最も深い海溝 であるマリアナ海溝の圧力の約14倍である。

実験は、大腸菌とシュワネラ・オネイデンシスのフィルムをダイヤモンドアンビルセル（DAC）に入れることから始まりました。その後、圧力は1.6GPaまで上げられました。この圧力まで上げて30時間維持したところ、少なくとも1%の細菌が生き残りました。その後、実験者は現場ラマン分光法を使用してギ酸代謝を監視し、細菌サンプル内でギ酸代謝が継続していることを示しました。

さらに、1.6GPaは非常に大きな圧力であるため、実験中にDACは溶液を氷VI（室温の氷）に変えました。細菌が氷の中のギ酸を分解すると、化学反応により液体ポケットが形成されます。^[37]

この実験には懐疑的な意見もあった。スクリプス海洋研究所の海洋学者アート・ヤヤノスによれば、生物は繁殖できる場合にのみ生きているとみなされる。DAC実験のもう1つの問題は、高圧が発生すると通常は高温も発生するが、この実験では高温がなかったことである。この実験は室温で行われた。実験では意図的に高温を作らなかったため、圧力が生命に及ぼす実際の影響は分離され、結果は生命が圧力にほとんど影響を受けないことを明確に示していた。^[37]

独立した研究グループによる新しい研究結果^[38]は、Sharmaら（2002）の研究結果を裏付けています。^[36]これは、実験を通じて環境の極限状態を研究するという古い問題に対する新しいアプローチの必要性を再確認する重要なステップです。微生物が600MPaまでの圧力に耐えられるかどうかについては、事実上議論の余地がなく、過去10年ほどの間に散発的な出版物を通じてその有効性が示されてきました。^[36]

ハイテックヨーロッパの消費者調査では、消費者はこの技術について否定的な連想表現よりも肯定的な連想表現を多く挙げており、これらの製品が広く受け入れられていることが示されています。^[39]

• コールドプレスジュース
• 桁数（圧力）
• 微生物の生命に影響を与える物理的要因
• 熱化