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1、食 品 工 艺 学 Food Processing,陶 谦 食品学院 D329室 85329082 13912470609 夏文水、陈洁、姜启兴,第三章 食品的热处理和杀菌 #,概述* 热杀菌理论* 热处理与产品质量* 热杀菌应用*,第一节 概述 #,热处理的作用* 关于罐藏食品* 罐藏食品发展史*,一、热处理的作用,保藏热处理在热处理过程中降低无益生物物质如微生物和酶的活性 转化热处理在热处理过程中发生一些物理特性的变化（如面团面包） 本章讨论保藏热处理 #,二、关于罐藏食品,罐藏食品能最完整地体现热杀菌技术 罐藏食品营养、安全、耐储、方便 罐藏食品列举 食品置于罐、瓶、盒、袋等容器中，密
2、封后加热杀菌，能在自然温度下长期存放 热处理杀灭容器内的微生物 密封的容器防止外界微生物的入侵 空罐；实罐 #,三、罐藏食品发展史,罐藏技术并非自然启发，乃是前人不断探索之结果 阿培尔的发明（Nicolas Appert） Appertis(z)ation，罐头杀菌，高温杀菌 黑暗中的进展 容器方面（焊封，卷封，电阻焊） 杀菌方面（沸水，盐水，高压锅）,巴斯德的证明（Louis Pasteur） Pasteuris(z)ation，巴氏杀菌，常压杀菌 理性的进步 开发西部 麻省理工学院 新中国罐头工业 抗美援朝 出口换汇 帮助农业高效发展 #,第二节 热杀菌理论 #,微生物的耐热性* 食品的传
3、热* 杀菌强度计算及评价*,一、微生物的耐热性 #,影响微生物耐热性的因素* 对热杀菌食品的pH值分类* 表示微生物耐热性的参数*,1、影响微生物耐热性的因素 #,污染微生物* 热处理温度* 罐内食品成分*,（1）污染微生物 #,种类* 污染量*,a.种类,菌种不同耐热程度不同：酵母和霉菌较不耐热，细菌较耐热。 同一菌种所处生长状态不同，耐热性也不同；处于生长繁殖状态的耐热菌比处于休眠期的芽孢的耐热性弱得多。 低酸性食品以耐热菌的芽孢为杀菌对象。,b.污染量,同一菌种单个细胞的耐热性基本一致，但微生物菌群的耐热性与一定容积中存在的微生物数量有关，数量越大，全部杀死所需时间越长，微生物菌群所表现
4、的耐热性越强（次页表）。 因此，食品工厂的卫生状况直接影响到产品的质量，并且也是该厂产品质量是否合格的标准之一。 #,（2）热处理温度,超过微生物正常生长温度范围的高温环境，可以导致微生物的死亡。 提高温度可以减少致死时间。,（3）罐内食品成分的影响 #,pH* 脂肪* 糖* 蛋白质* 盐* 植物杀菌素*,a. pH值,微生物在中性时的耐热性最强，pH偏离中性的程度越大，微生物耐热性越低，在相同条件下的死亡率越大。 如一种好气菌芽孢在pH4.6 的培养基中，在121经2 min就可致死，而在pH6.1时，同样温度则需要9 min才能致死。#,b. 脂肪,脂肪能增强微生物的耐热性。 原因：脂肪与
5、微生物细胞的蛋白质胶体接触，形成的凝结薄膜层妨碍了水分的渗入，使蛋白质凝固困难；脂肪是热的不良导体，阻碍了热的传入。 如大肠杆菌和沙门氏菌，在水中加热到60-65时即可死亡了，而在油中加热到100，需经30 min才能死亡。 #,c. 糖,糖浓度很低时，对微生物耐热性影响较小；糖的浓度越高，越能增强微生物的耐热性。 70的温度下，大肠杆菌在10%的糖液中的致死时间比无糖时增加了5 min，糖浓度为30%时，致死时间增加30 min。 机理：糖吸收微生物细胞中水分，导致细胞内原生质脱水，影响了蛋白质的凝固速度，增大了耐热性。 糖浓度高到一定程度（60%左右）时，高渗透压环境能抑制微生物生长。 #
6、,d. 蛋白质,蛋白质含量在5%左右时，对微生物有保护作用；含量到15%以上时，对耐热性没有影响。 例：将某种芽孢分别放在含有1-2%明胶及不含明胶的pH6.9的磷酸缓冲液中，含明胶溶液中的微生物耐热性比不加明胶的微生物耐热性增加2倍。 #,e. 盐类,食品中无机盐种类很多，使用量相对较多的是食盐。低浓度食盐（4%）时，微生物耐热性随浓度增长而明显降低。 低浓度盐可以使微生物细胞适量脱水而蛋白质难以凝固；高浓度的盐则可使微生物细胞大量脱水，蛋白质变性，导致微生物的死亡。并且，高浓度盐造成的水分活度的下降也会强烈地抑制微生物的生长。,f. 植物杀菌素,植物杀菌素是某些植物中含有的能抑制微生物生长
7、或杀死微生物的成分。 常见含有植物杀菌素的原料：葱、蒜、辣椒、罗卜、芥末、丁香、芹菜、胡罗卜、茴香等。 植物杀菌素的存在会削弱微生物的耐热性，并可降低原始菌量。 #,2、食品的pH值分类,分类的目的：利用微生物在不同的酸度环境中耐热性的显著差异，对不同酸度的食品采用不同程度的热处理。 常见的分类方式： 1、酸性4.6，低酸性4.6 2、高酸性4.6,酸性食品与低酸性食品pH值划分的依据,能产生致命毒素的肉毒梭状芽孢杆菌的生长习性。 该菌特点：有A、B、C、D、E、F、G七种类型，C、D、G型不产生毒素，E、F型主要存在于海洋湖泊环境，A、B型广泛存在于土壤中。罐藏食品中易污染的产毒素菌型为A、
8、B、E。其中E型不耐热，100即可死亡，A、B型较耐热。,pH4.8时，肉毒梭状芽孢杆菌的芽孢受到抑制，不会生长繁殖（即不能产生毒素）。为增强安全性，以4.6为界线。 当Aw0.85时，其芽孢也不能生长繁殖。 低酸性食品的条件：pH 4.6及Aw0.85 低酸性食品必须采用高压杀菌。 酸性食品则可采用常压杀菌。,酸性食品与高酸性食品pH值划分的依据,存在于酸性食品中较耐热的某些腐败菌，如酪酸菌、凝结芽孢杆菌，在 pH3.7时即不能生长。 高酸性食品中出现的主要腐败菌为耐热性较低的耐酸性细菌、酵母、霉菌，杀菌强度较低。但此类杀菌条件有时难以将酶钝化，故酶的钝化也是确定这类食品杀菌参数的主要依据。
9、,酸化食品,某些低酸性食品物料，因为感官品质的需要，不宜进行高强度的加热，可以采取加入酸或酸性食品的办法，使产品的最终平衡pH4.6。这类产品称为酸化食品。 酸化食品可按酸性食品进行杀菌处理。 例如，在以某些水果、蔬菜、水产品为原料的产品中，分别加入了柠檬酸、醋酸、番茄酱。 #,3、微生物耐热性的数学表示 #,热力致死温度* 热力致死时间曲线* F0值* Z值* 热力致死速率曲线* D值* F0 = nD*,（1）热力致死温度,过去：将某特定容器内一定量食品中的微生物全部杀死所需要的最低温度。 现在：微生物生长温度的上限。微生物在高于此温度的环境中会被杀灭。#,（2）热力致死时间曲线,又称热力
10、致死温时曲线，或TDT曲线。 热力致死时间曲线以热杀菌温度T为横坐标，以微生物全部死亡时间t（的对数值）为纵坐标，表示微生物的热力致死时间随热杀菌温度变化的规律。,TDT曲线图,Z值,F0值,则得到热力致死时间曲线方程：,lg t2 - lg t1 = k(T2 - T1) lg t1 - lg t2 = -k(T2 - T1) 令 Z = -1/k,TDT曲线指示了杀菌完成与否的界限 TDT曲线与环境条件有关，与微生物数量有关，与微生物的种类有关 该曲线还可用以比较不同的温度-时间组合的杀菌强度,例3.1,在某杀菌条件下，在116用5 min恰好将菌全部杀灭；若改用110、15 min处理，
11、问能否达到原定的杀菌目标？设Z=10。,例3.1解,已知：T1=116，t1=5 min；T2=110，Z=10，求t2。 利用TDT曲线方程，将116、5 min转化成110下的时间t2 ，则 说明110、15 min处理并不能全部杀灭细菌。,（3）F0值 #,指杀菌温度为121.1时的热力致死时间，是公认的标准参照温度。 利用热力致死时间曲线，可将各杀菌温度-时间组合换算成121.1时的杀菌时间，从而可以方便地加以比较（图）：,（4）Z值,当 lg(t1/t2)=1 时，Z=T2-T1（图） 因此，Z值是热力致死时间变化10倍所需要相应改变的温度数，单位为。 Z值与微生物的种类有关、与环境
12、因素有关。 低酸性食品中的微生物，如肉毒杆菌等，Z=10；酸性食品中的微生物，Z=8。 Z值越大，一般说明微生物的耐热性越强。#,（5）热力致死速率曲线,“全部杀灭”的表达不科学。 大量的实验证明，如果有足够多的微生物，则这些微生物并不是同时死亡的，而是随着时间的推移，其死亡量逐步增加。 热力致死速率曲线以加热（恒温）时间为横坐标，以微生物数量（的对数值）为纵坐标，表示某一种特定的菌在特定的条件下和特定的温度下，其残留活菌总数随杀菌时间的延续所发生的变化。,D值,设原始菌数为a，经过一段热处理时间t后，残存菌数为b，直线的斜率为k，则：,lg b lg a = k ( t 0 ) t = -1
13、/k ( lg a lg b) 令 1/k = D，则： t = D(lg alg b) 热力致死速率曲线与菌种有关，与环境条件有关，与杀菌温度有关。,（6）D值,令 b = a 10-1，则 D = t （图） 表示在特定的环境中和特定的温度下杀灭90%特定的微生物所需要的时间。 D值与菌种有关、与环境条件有关、与杀菌温度有关。 D值越大，表示微生物的耐热性越强。,（7）F0=nD,TDT值（或F0值）建立在“彻底杀灭”的概念基础上。 已知在热处理过程中微生物并非同时死亡，即当微生物的数量变化时，达到“彻底杀灭”这一目标所需的时间也就不同。因此，必须重新考虑杀菌终点的确定问题。,设将菌数降低
14、到b =a 10-n为杀菌目标。,采用某一个杀菌温度T，根据热力致死速率曲线方程，所需理论杀菌时间： t = D lg a lg(a 10-n) 即 t = n D 在实际的杀菌操作中，若n足够大，则残存菌数b就足够小，达到某种可接受的安全“杀菌程度”，就可以认为达到了杀菌的目标。,这种程度的杀菌操作，称为“商业灭菌”；接受过商业灭菌处理的产品，即处于“商业无菌”状态。 商业无菌要求产品中的所有致病菌都已被杀灭，耐热性非致病菌的存活概率达到规定要求，并且在密封完好的条件下在正常的销售期内不可能生长繁殖。,若杀菌目标固定（即n固定），杀菌温度与所需时间之间的关系即符合TDT曲线方程,在TDT曲线
15、上，将温度为121.1时所需的杀菌时间记为F0，因此， F0 = n D121.1,由于F0值表示为D值的倍数，所以F0值似乎和D值一样，也是与菌种有关、与环境条件有关、与杀菌温度有关，而与原始菌数无关。 但F0中的n因素却与菌数有关，需根据实际原始菌数和允许的腐败率确定n值。,对于低酸性食品，因必须尽可能避免肉毒杆菌对消费者的危害，取n = 12。 对于易被平酸菌腐败的罐头，因嗜热脂肪芽孢杆菌的D值高达3-4 min，若仍取12D，则因加热时间过长，食品的感官品质不佳，所以一般取4-5D，最多为6D。 需要比较肉毒杆菌的12D和嗜热菌的4-6D的值，取较大者作为杀菌目标F0。,F0 = n
16、D的意义：,用适当的残存率值代替过去“彻底杀灭”的概念，这使得杀菌终点（或程度）的选择更科学、更方便，同时强调了环境和管理对杀菌操作的重要性。 通过F0 = n D，还将热力致死速率曲线和热力致死时间曲线联系在一起，建立起了D值、Z值和F0值之间的联系。,t = D (lga - lgb),F0=nD,仿热力致死曲线,例3.3,某产品净重454 g，含有D121.1=0.6 min、 Z=10的芽孢12只/g；若杀菌温度为110，要求效果为产品腐败率不超过0.1%。求： （1）理论上需要多少杀菌时间？ （2）杀菌后若检验结果产品腐败率为1%，则实际原始菌数是多少？此时需要的杀菌时间为多少？,例3.3解,（1）F0=D（lg a lg b） =0.6(lg 5448 lg 0.001)=4.042 min F110=F0 lg-1(121.1 110)/10=52.1 min （2）
