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1、食品工艺学,工艺原理部分,食品科学技术学院 河南农业大学,第七 章 食品热处理 和杀菌,学习目标:掌握热加工的基本原理及对产品品质的影响； 掌握不同杀菌方法的特点以及不同产品杀菌的要求及不同杀菌工艺,知识点：热加工原理、热烫、巴氏杀菌、商业杀菌工艺。 所需讲授时间：12课时,第一节 食品加工与保藏个的热处理,一、食品热处理的作用,热处理（Thermal processing）是食品加工与保藏中用于改善食品品质、延长食品贮藏期的最重要的处理方法之一。食品工业中采用的热处理有不同的方式和工艺，不同种类的热处理所达到的主要目的和作用也有不问，但热处理过程对微生物、酶和食品成分的作用以及传热的原理和规
2、律却有相同或相近之处。,二、食品热处理的类型和特点,工业烹饪:一般作为食品加工的一种前处理过程，通常是为了提高食品的感官质量而采取的一种处理手段。烹饪通常有煮、焖(炖)、烘(焙)、炸(煎)、烤等。一般煮多在沸水中进行；焙、烤则以干热的形式加热，温度较高：而煎、炸也在较高温度的油介质中进行。,类型主要有：工业烹饪、热烫、热挤压和杀菌等,（一）工业烹饪（Industrial cooking,烹饪能杀灭部分微生物，破坏酶，改善食品的色、香、味和质感，提高食品的可消化性，并破坏食品中的不良成分(包括一些毒工素等)，提高食品的晏全性，也可使食品的耐贮性提高。 但也发现不适当的烘烤处理会给食品带来营养安全
3、方面的问题，如烧烤中的高温使油脂分解产生致癌物质。,热烫。又称烫漂、杀青、预煮，热烫的作用主要是破坏或钝化食品中导致食品质量变化的酶类，以保持食品原有的品质，防止或减少食品在加工和保藏中由酶引起的食品色、香、味的劣化和营养成分的损失，热烫处理土要应用于蔬菜和某些水果，通常是蔬菜和水果冷冻、干燥或罐藏前的一种前处地工序。,(二) 热烫 (Blanching or Scalding),导致蔬菜和水果在加工和保藏过程中质量降低的两类主要是氧化酶类和水解酶类，热处理是破坏或钝化酶活性的最主要和最有效方法之一。除此之外，热烫还有一定的杀菌和洗涤作用可以减少食品表面的微生物数量；可以排除食品组织中的气体，
4、使食品装罐后形成良好的真空度及减少氧化作用；热烫还能软化食品组织，方便食品往容器中装填；热烫也起到一定的预热作用，有利于装罐后缩短杀菌引温的时间。,对于果蔬的干藏和冷冻保藏，热烫的主要目的是破坏或钝化酶的活性。 但对于豆类的罐藏以及食品后杀菌采用(超)高温短时方法时，由于此杀菌方法对酶的破坏程度有限，热烫等前处理的灭酶作用应恃别注意。,(三)热挤压,挤压是将食品物料放入挤压机中，物料在螺杆的挤压下被压缩并形成熔融状态，然后在卸料端通过模具出被挤出的过程。热挤压则是指食品物料在挤压的过程中还被加热。热挤压也被称为挤压蒸煮（Extrusion cooking）。挤压是结合了混合、蒸煮、揉搓、剪切、
5、成型等几种单元操作的过程。,挤压可以产生不同形状、质地、色泽和风味的食品。热挤压是一种高温短时的热处理过程，它能够减少食品中的微生物数量和钝化酶，但无论是热挤压或是冷挤压，其产品的保藏主要是靠其较低的水分活性和其他条件。,特点：,挤压食品多样化，可以通过调整配料和挤压机的操作条件直接生产出满足消费者要求的各种挤压食品；挤压处理的操作成本较低；在短时间内完成多种单元操作，生产效率较高；便于生产过程的自动控制和连续生产。,(四)热杀菌,根据要杀灭微生物的种类的不同可分为巴氏杀菌(Pasteurisation)和商业杀菌(Sterilization)。 巴氏杀菌是一种较温和的热杀菌形式，巴氏杀菌的处
6、理温度通常在100以下，典型的巴氏杀菌的条件是62.8、30min，达到同样的巴氏杀菌效果，可以有不同的温度、时间组合。巴氏杀菌可使食品中的酶失活，并破坏食品中热敏性的微生物和致病菌。巴氏杀菌的目的及其产品的贮藏期主要取决于杀菌条件、食品成分(如PH值)和包装情况。对低酸性食品(pH4.6)，其主要目的是杀灭致病菌，而对于酸性食品，还包括杀灭腐败菌和钝化酶。,商业杀菌一般又简称为杀菌，是一种较强烈的热处理形式，通常是将食品加热到较高的温度并维持一定的时间以达到杀死所有致病菌、腐败菌和绝大部分微生物，杀菌后的食品符合货架期的要求。 这种热处理形式一般也能钝化酶，但它同样对食品的营养成分破坏也较大
7、。杀菌后食品通常也并非达到完全无菌，只是杀菌后食品中不含致病菌，残存的处于休眠状态的非致病菌在正常的食品贮藏条件下不能生长繁殖，这种无菌程度被称为“商业无菌”。,将食品先密封于容器内再进行杀菌处理是通常罐头的加工形式，而将经超高温瞬时（UHT）杀菌后的食品在无菌的条件下进行包装，则是无菌包装。,从杀菌时微生物被杀死的难易程度看，细菌的芽孢具有更高的耐热性，它通常较营养细胞难被杀死。另一方面，专性好氧菌的芽孢较兼性和专性厌氧菌的芽孢容易被杀死。杀菌后食品所处的密封容器中氧的含量通常较低，这在一定程度上也能阻止微生物繁殖，防止食品腐败。 在考虑确定具体的杀菌条件时，通常以某种具有代表性的微生物作为
8、杀菌的对象，通过这种对象菌的死亡情况反映杀菌的程度。,三、食品热处理使用的能源和加热方式,食品热处理可使用几种不同的能源作为加热源，主要能源种类有：电，气（天然气或液化气），液体燃料（燃油等），固体燃料（如煤、木、炭等）。,直接方式指加热介质（如燃料燃烧的热气等）与食品直接接触的加热过程。（容易污染食品，一般只有气体燃料可作为直接加热源，液体燃料则很少） 间接加热方式是将燃料燃烧所产生的热能通过换热器或其他中间介质如空气）加热食品，从而将食品与燃料分开。,加热方式,间接方式,直接方式,第二节 食品热处理反应的基本规律,一、食品热处理的反应动力学 要控制食品热处理的程度，人们必须了解热处理时食品
9、中各成分（微生物、酶、营养成分和质量因素等）的变化规律，主要包括：（1）在某一热处理条件下食品成分的热处理破坏速率； （2）温度对这些反应的影响。,（一）热破坏反应的反应速率 食品中各成分的热破坏反应一般均遵循一级反应动力学，也就是说各成分的热破坏反应速率与反应物的浓度呈正比关系。这一关系通常被称为“热灭活或热破坏的对数规律”。,对上式进行积分，设在反应时间t10时的微生物浓度为c1，则反应至t时的结果为：,在半对数坐标中微生物的热力致死速率曲线为一直线，该直线的斜率为-k /2.303。 从图中可以看出，热处理过程中微生物的数量每减少同样比例所需要的时间是相同的。如微生物的活菌数每减少90，
10、也就是在对数坐标中c的数值每跨过一个对数循环所对应的时间是相同的，这一时间被定义为D值，称为指数递减时间（decimal reduction time）。因此直线的斜率又可表示为：,由于上述致死速率曲线是在一定的热处理（致死）温度下得出的，为了区分不同温度下微生物的D值，一般热处理的温度T作为下标，标注在D值上，即为DT 。 D值的大小可以反映微生物的耐热性。在同一温度下比较不同微生物的D值时，D值愈大，表示在该温度下杀死90%微生物所需的时间愈长，即该微生物愈耐热。,热力致死时间（TDT）值是指在某一恒定温度条件下，将食品中的某种微生物活菌（细菌和芽孢）全部杀死所需要的时间(min)。试验以
11、热处理后接种培养，无微生物生长作为全部活菌已被杀死的标准。,（二）热破坏反应和温度的关系,要了解在一变化温度的热处理过程中食品成分的破坏情况，必须了解不同（致死）温度下食品的热破坏规律，便于人们比较不同温度下的热处理效果。反映热破坏反应速率常数和温度关系的方法主要有3种：一种是热力致死曲线；另一种是阿累尼乌斯方程；还有一种是温度系数。,1.热力致死时间曲线,热力致死时间曲线是采用类似热力致死速率曲线的方法而制得的，它将TDT值与对应的温度T在半对数坐标中作图，则可以得到类似于致死速率曲线的热力致死时间曲线（Thermal death time curve。 采用类似于前面对致死速率曲线的处理方
12、法，可得到,反应速率常数的对数与温度成正比，较高温度的热处理所取得的杀菌效果要高于低温度热处理的杀菌效果。不同微生物对温度的敏感程度可以从Z值反映，Z值小的对温度的敏感程度高。要取得同样的热处理效果，在较高温度下所需的时间比在较低温度下的短。这也是高温短时（HTST）或超高温瞬时杀菌（UHT）的理论依据。不同的微生物对温度的敏感程度不同，提高温度所增加的破坏效果不一样。 上述的D值、Z值不仅能表示微生物的热力致死情况，也可用于反映食品中的酶、营 养成分和食品感官指标的热破坏情况。,2.阿累尼乌斯方程,反映热破坏反应和温度关系的另一方法是阿累尼乌斯法，即反应动力学理论。,取对数，得 设温度T1时
13、反应速率常数为1，则可通过下式求得频率因子常数：,根据Ea和Z的关系，并将式中的温度由转换成K，得到,3.温度系数Q值,Q值表示反应在温度T2下进行的速率比在较低温度T1下快多少，若Q值表示温度增加10时反应速率的增加情况，则一般称之为Q10。,二、加热对微生物的影响,（一）微生物和食品的腐败变质 食品中的微生物是导致食品不耐贮藏的主要原因。一般说来，食品原料都带有微生物。在食品的采收、运输、加工和保藏过程中，食品也有可能污染微生物。在一定的条件下，这些微生物会在食品中生长、繁殖，使食品失去原有的或应有的营养价值和感官品质，甚至产生有害和有毒的物质。,细菌、霉菌和酵母都可能引起食品的变质，其中
14、细菌是引起食品腐败变质的主要微生物。细菌中非芽孢细菌在自然界存在的种类最多，污染食品的可能性也最大，但这些菌的耐热性并不强，巴氏杀菌即可将其杀死。细菌中耐热性强的是芽孢菌。芽孢菌中还分需氧性、厌氧性的和兼性厌氧的。需氧和兼性厌氧的芽孢菌是导致罐头食品发生平盖酸败的原因菌，厌氧芽孢菌中的肉毒梭状芽孢杆菌常作为罐头杀菌的对象菌。酵母菌和霉菌引起的变质多发生在酸性较高的食品中，一些酵母菌和霉菌对渗透压的耐性也较高。,（二）微生物的生长温度和微生物的耐热性,当温度高于微生物的最适生长温度时，微生物的生长就会受到抑制，而当温度高到足以使微生物体内的蛋白质发生变性时，微生物即会出现死亡现象。 一般认为，微
15、生物细胞内蛋白质受热凝固而失去新陈代谢的能力是加热导致微生物死亡的原因。因此，细胞内蛋白质受热凝固的难易程度直接关系到微生物的耐热性。蛋白质的热凝固条件受其他一些条件，如：酸、碱、盐和水分等的影响。,1.微生物的种类,微生物的菌种不同，耐热的程度也不同，而且即使是同一菌种，其耐热性也因菌株而异。正处于生长繁殖的微生物营养细胞的耐热性较它的芽孢弱。 各种芽孢菌的耐热性也不相同，一般厌氧菌芽孢菌耐热性较需氧菌芽孢菌强。嗜热菌的芽孢耐热性最强。同一菌种芽孢的耐热性也会因热处理前的培养条件、贮存环境和菌龄的不同而异。例如：菌体在其最高生长温度生长良好并形成芽孢时，其芽孢的耐热性通常较高；不同培养基所形
16、成的芽孢对耐热性影响很大，实验室培养的芽孢都比在大自然条件下形成的芽孢耐热性要低；培养基中的钙、锰离子或蛋白胨都会使芽孢耐热性增高；热处理后残存芽孢经培养繁殖和再次形成芽孢后，新形成芽孢的耐热性就较原来的芽孢强。,酵母菌和霉菌的耐热性都不很高，酵母（包括酵母孢子）在100 以下的温度容易被杀死。大多数的致病菌不耐热。,2.微生物生长和细胞（芽孢）形成的环境条件,这方面的因素包括：温度、离子环境、非脂类有机化合物、脂类和微生物的菌龄。 长期生长在较高温度环境下的微生物会被驯化，在较高温度下产生的芽孢比在较低温度下产生的芽孢的耐热性强；许多有机物会影响芽孢的耐热性，虽然在某些特殊的条件下能得到一些数据，但也很难下一般性的结论；有研究显示低浓度的饱和与不饱和脂肪酸对微生物有保护作用，它使肉毒杆菌芽孢的耐热性提高；关于菌龄对微生物耐热性的影响，芽孢和营养细胞不一样，幼芽孢较老芽孢耐热，而年幼的营养细胞对热更敏感。,3.热处理时的环境条件,热处理时影响微生物耐热性的环境条件有：
