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1、食 品 工 艺 学Food Processing,陶 谦 食品学院 D329 室夏文水、陈洁、姜启兴,食 品 工 艺 学,第三章 食品的热处理和杀菌,第三章 食品的热处理和杀菌#,热处理的目的*p.83罐藏工艺*p.102-114微生物的耐热性*p.84-90，p.122-124食品的传热*p.90-94杀菌强度计算及评价*p.95-101巴氏杀菌*p.114-118，p.124热烫*p.118-122，p.124-125,一、食品热处理的主要目的,在热处理过程中降低无益生物物质如微生物和酶的活性保藏热处理。在热处理过程中发生一些物理特性的变化（面团面包）转化热处理。在这两类热处理的过程中，在
2、获得预期效果的同时，都会发生一些不希望有的变化（如营养成分的损失）。,保藏热处理及其效果,转化热处理及其效果,二、罐藏工艺#,罐藏食品发展史*罐藏食品主要工序简介*罐藏食品的腐败变质及其原因*,1、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）Appertiz(s)ation，罐头杀菌，高温杀菌黑暗中的进展巴斯德的证明（Louis Pasteur）Pasteuriz(s)ation，巴氏杀菌，常压杀菌理性的进步,2、罐藏食品主要工序简介#,典型生产流程举例*装罐*排气*密封*杀菌*冷却*检查*电教片：玉米罐头,例1：凉拌菜罐头,原辅料
3、：大白菜、胡萝卜、洋葱、干红辣椒；砂糖、精盐、冰醋酸、精制花生油；复合薄膜袋。工器具：刀、刨子、汤勺、漏勺、淘米箩、塑料盆、不锈钢盆、夹层锅、磅秤、软袋真空封口机。工艺流程：原料预处理拌料配汤装罐排气密封杀菌冷却成品,例2：糖水梨罐头,原辅料：梨；白砂糖、柠檬酸、亚硫酸钠、氯化钠；260m1四旋玻璃瓶、瓶盖。工器具：刀、刨子、漏勺、汤勺、淘米罗、塑料盆、不锈钢盆、电磁炉、夹层锅、磅秤、糖度计。工艺流程：原料预处理护色热烫修整配糖液装罐排气密封杀菌冷却成品,例3：清蒸猪肉罐头,原辅料：猪腿肉；精盐，洋葱，月桂叶，胡椒粒；962#空罐。实验仪器与设备：剔骨刀，砧板，天平，台秤，真空封罐机，卧式杀菌
4、锅，电蒸汽锅炉，空气压缩机。工艺流程：原料预处理拌料装罐排气密封杀菌冷却成品,（1）装罐,容器的准备装罐的工艺要求保证净重和固形物含量合理搭配留有顶隙不积压装罐的方法：人工，机械预封,罐内食品表面与罐盖内表面之间的空隙,GT7D10磁吸式自动洗罐机,GT7A-1-3颗粒装罐机,（2）排气#,密封前将罐内空气尽可能除去的处理措施。经排气密封后，罐内的真空度一般可达到(2.7-5.3)104 Pa。排气的目的*排气的方法*影响罐内真空度的因素*,a.排气的目的#,降低杀菌时罐内压力，防止变形、裂罐、胀袋等现象。但真空度也不能太高，否则大型罐易产生瘪罐现象。防止好氧性微生物生长繁殖。减轻罐内壁的氧化
5、腐蚀。防止和减轻营养素的破坏及色、香、味成分的不良变化。,b.排气方法#,热力排气法热灌装法*排气箱法*蒸汽喷射法*真空排气法*,热灌装法#,将加热至一定温度的液态或半液态食品趁热装罐并立即密封。或先装固态食品于罐内，再加入热的汤汁并立即密封。密封前罐内中心温度一般控制在80左右。特别适合于流体食品，也适合块状但汤汁含量高的食品。装罐和排气在一道工序中完成。因密封后温度较高，易造成食品的不良变化，因此要注意立刻进入杀菌工序。,排气箱法,预封后的罐头在排气箱内经一定温度和时间的加热，使罐中心温度达到80 左右，立刻密封。排气箱一般采用水或蒸汽加热，排气温度控制在90-100。加热时间视原料特点而
6、定，块形物含量高，或内容物中气体含量高的，排气时间长。特别适合组织中气体含量高的食品。密封后应立即进入杀菌工序。,连续式排气箱,蒸汽喷射排气法,在专用的封口机内设置蒸汽喷射装置，临封口时喷向罐顶隙处的蒸汽驱除了空气，密封后蒸汽冷凝形成真空。该法适合于原料组织内空气含量很低的食品。需要有较大的顶隙，一般为8 mm左右，否则形成的真空度低。,热力排气法形成真空的机理#,利用饱和蒸汽压随温度的变化，是形成真空的主要原因。例：设封口时温度为85，销售时温度为25，问罐内真空度约为多少？解：查得25 和85 时的饱和蒸汽压分别是3.17 kPa和57.8 kPa，真空度约为57.8-3.17=54.6
7、kPa内容物体积随温度的变化，也是形成真空的原因之一。,真空排气法,也称真空封口法。利用机械产生局部的真空环境，并在这个环境中完成封口。该法的适用范围很广，尤其适用于固体物料。但对于原料组织中气体含量较高的食品，该法效果较差，需要辅之以其它措施，如补充加热。罐内必须有顶隙。,GT4B39真空封罐机,影响真空封口罐内真空度的因素：,设密封室的真空度为W1，残存压力为P1，测量时真空度为W2，残存压力为P2，则W1+P1=W2+P2 W2=W1+P1-P2因为 P=P蒸+P空 故W2=W1+(P蒸1-P蒸2）+（P空1-P空2）罐内残存空气的压差极小，忽略不计。因此 W2=W1+P蒸1-P蒸2,上
8、式显示：密封室真空度越高，封口时食品温度越高，测量时温度越低，测得的真空度越高。但封口时温度不能无限制增高，需要控制封口温度下的饱和蒸汽压不大于密封室的残存压力。否则产生瞬时沸腾。即，P蒸P余，P余=B-W，P蒸B-W（B：大气压）或，P蒸+WB,真空排气时的补充加热#,密封室的真空度不足。有真空膨胀现象的物料。组织内部的气体在真空封口时急剧释放，造成体积膨胀，甚至将部分液体物料排出罐外。有真空吸收现象的物料。因组织内部的气体释出，封口后经2030 min，罐内真空度有显著下降。,c.影响罐内真空度的因素#,密封温度 顶隙大小杀菌温度 食品原料环境温度 环境气压,（3）密封#,金属罐密封*玻璃
9、罐密封*软包装袋密封*,a.金属罐密封,在封口机械的作用下，罐盖和罐身的边沿分别形成罐盖钩和罐身钩，并相互钩合和贴紧，形成的卷边结构称为“二重卷边”，如次页图所示。二重卷边和附着于罐盖钩中的密封胶共同保证了罐体的密封。金属罐密封的三个50%：叠接率，紧密度，接缝盖钩完整率,叠接率：身钩与盖钩叠接的程度，要求不低于50%。计算公式如下：,紧密度：盖钩上平伏部分占整个盖钩宽度的比例。要求大于50%。,接缝盖钩完整率：接缝处盖钩宽度与正常盖钩宽度的比，要求大于50%。因为接缝处卷边由7层铁皮组成，厚度增大，导致盖钩嵌入减小，形成下垂的缺口，此处盖钩宽度比正常小。(电阻焊罐无此项要求）,b.玻璃罐密封
10、,卷封：将罐盖紧压在玻璃罐口凸缘上，配合密封胶圈和罐内真空起到密封作用。旋封：有三、四、六旋盖。目前最常见的是四旋盖。封口时，每个盖的凸缘紧扣瓶口螺纹线，再配合密封胶圈和罐内真空，达到密封效果。套封：罐盖内部浇有模压塑料，瓶口有连续螺旋线凸起。封口时，将预热的罐盖紧压在瓶口上，依赖罐内真空及在盖内侧形成的螺旋压痕而固定在瓶口上。,GT4D13玻璃瓶真空自动旋盖机,c.软包装袋密封,复合薄膜袋按材质可分为带有铝箔的不透明蒸煮袋（3层或4层）透明蒸煮袋（2层或3层）按杀菌温度可分为普通蒸煮袋（耐100121）高温蒸煮袋（耐121135）超高温蒸煮袋（耐135150）透明蒸煮袋一般用于100水杀菌，
11、不透明蒸煮袋一般用于121杀菌。,复合薄膜袋的封口采用热熔密封原理，通过电加热及加压、冷却，使塑料薄膜之间熔融粘接而密封。热熔封口温度，二层透明袋为160180，三层或四层不透明袋为180220。复合薄膜袋的密封设备主要有箱式真空封袋机、链动式手提封袋机和自动充填式真空封袋机。,（4）杀菌#,常压水杀菌*高压蒸汽杀菌*高压水杀菌*其它杀菌*,a.常压水杀菌：,采用立式开口杀菌锅(槽)，杀菌温度不超过100。用于酸性食品。,常压连续杀菌机,b.高压蒸汽杀菌：,在密闭杀菌器里用高压蒸汽杀菌，杀菌温度超过100，一般为110125。用于低酸性食品。,立式杀菌锅,立式杀菌锅系统,卧式杀菌锅,卧式杀菌锅
12、系统,连续式蒸汽杀菌锅,静水压式蒸汽杀菌锅,回转式杀菌锅,c.高压水杀菌：,在密闭杀菌器内用高温高压的水杀菌，杀菌温度超过100，一般为110125。用于玻璃瓶装、软袋装及扁平状金属罐装的低酸性食品。,热水循环式杀菌锅,无笼高压杀菌锅,d.其它杀菌：#,火焰杀菌微波杀菌电阻杀菌,（5）冷却,杀菌时间达到后，罐头应迅速冷却。冷却方法：水池冷却，锅内常压冷却，锅内加压冷却，空气冷却。高压杀菌一般都采用反压冷却。冷却终点：罐温3840。避免嗜热菌的生长繁殖，防止高温下食品品质的下降，利用余热使罐表面水分蒸发，防止生锈。,冷却#,高压蒸汽杀菌时，在冷却水进入杀菌锅的瞬间，因为罐内外压力的急剧变化，卷边
13、处可能有瞬时的松动，微量的水进入罐内，造成裂漏腐败。冷却用水必须经过消毒处理，一般采用氯消毒。要求排水口处的水中游离氯含量（余氯量）在13 mg/kg，则正常条件下的加氯量约为58 mg/kg。,（6）检查#,a.外观检查：封口正常，两端内凹。b.保温检查：将罐头放置在微生物的最适生长温度以足够的时间，观察罐头有无胀罐和真空度下降等现象。c.敲音检查：用小棒敲击罐头，根据声音的清、浊判断罐头是否发生质变。d.真空度检查：用真空计抽检罐头的真空度。e.开罐检查：重量检验，感官检验，微生物检验，化学检验。,3、罐藏食品的腐败变质#,罐藏食品常见的腐败变质现象*罐藏食品常见腐败变质现象出现的原因*,
14、（1）罐藏食品常见的腐败变质现象#,胀罐：罐的一端或两端向外凸起。平盖酸败：内容物已经变质发酸，但外观正常，没有胀罐现象。硫化黑变：硫化物与罐内壁铁反应生成黑色的硫化亚铁沉积在食品表面上。发霉：罐内容物有霉菌菌丝体生长，严重时内容物发粘、变味、变色、质地软烂。,a.胀罐,假胀：食品装得太满或真空度太低。产品仍可食用，但在杀菌或冷却过程中易造成卷边损伤，且从外观上无法与其它类型的胀罐区分开。氢胀：罐内酸度高，罐内壁严重腐蚀并产生氢气。多在产品保存过程中发生。氢胀导致产品中金属离子超标；有些金属离子还会与产品中的化学成分反应，产生色泽和其它方面的变化。,细菌性胀罐：罐内残存的微生物生长，产酸、产气
15、，并使内容物腐败。这种胀罐是生产实践中最常见、也是最危险的。微生物的生长不仅使内容物腐败，产生的毒素可严重危害人体的健康甚至生命。常见的菌种：嗜热解糖梭状芽孢杆菌，肉毒梭状芽孢杆菌，生芽孢梭状芽孢杆菌，巴氏固氮梭状芽孢杆菌，酪酸梭状芽孢杆菌等。,b.平盖酸败#,罐内残存的微生物生长，但只产酸不产气，故内容物酸度增加而外观无变化。常见的菌种（俗称：平酸菌）：嗜热脂肪芽孢杆菌，环状芽孢杆菌，凝结芽孢杆菌等。,c.硫化黑变#,食品中化学成分（主要是含硫蛋白质）在微生物作用下或在加工过程中（主要是加热）分解产生的硫化氢与罐内壁的铁反应，形成蓝紫色、黑色斑点，并沉积在食品表面。有时加工过程中添加硫化物也
16、会出现这种现象。主要菌种有：致黑梭状芽孢杆菌。,d.霉变#,因罐内真空度不足或密封受损，容器中有霉菌生长。,（2）导致常见腐败变质现象的主要因素,物理因素：装罐量、真空度。加强生产管理，准确控制工艺参数。化学因素：氢胀，硫化腐蚀。改进包装材料的质量，改进涂料的质量及提高涂布的质量。微生物因素：导致产品腐败，是罐藏食品最主要的质量问题。,罐藏食品微生物腐败的途径#,初期腐败*杀菌后污染（裂漏）*杀菌不足*嗜热菌生长*,a.初期腐败#,现象：杀菌冷却后可呈轻度胀罐，内容物有一定程度的腐败，培养不能检出活菌体，镜检可见大量残余菌体。可引起真空度下降，形成裂漏及容器严重变形。原因：封口后等待杀菌时间过
17、长，罐内微生物生长繁殖。相应措施：妥善安排生产节奏，封口后及时杀菌；降低原料初始菌量。,b.杀菌后污染（裂漏）#,现象：保存过程中，微生物生长，内容物败坏。培养可见有大量杂菌生长，尤其有不耐热微生物或需氧菌存在。原因：杀菌后冷却过程中，因封口质量不好及罐内外压力差，导致微生物进入罐内。相应措施：提高包装材料的隔绝性；提高卷边质量；合理控制杀菌工艺和参数；控制冷却用水的质量。,c.杀菌不足#,现象：微生物生长，内容物腐败。培养时菌种较单纯，且多耐热。原因：杀菌工艺制订不合理；杀菌操作不规范。细菌原始含量高。相应措施：合理制订杀菌工艺；规范操作；确保原料质量及生产过程和生产环境的卫生管理。,d.嗜
18、热菌生长#,现象：内容物腐败，失去食用价值，但无毒素产生。培养可检出嗜热菌。原因：原辅料被嗜热菌污染；杀菌后未及时冷却，导致嗜热菌生长繁殖。相应措施：加强原辅料和生产环境卫生管理；杀菌后及时冷却到40以下；贮运环境不超过35。,三、罐藏食品中微生物的耐热性#,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*杀菌与酶的耐热性*,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
19、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
20、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。,肉毒杆菌芽孢在不同pH下的致死时间,b.脂肪#,脂肪能增强微生物的耐热性。原因：脂肪与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
21、，糖浓度为30%时，致死时间增加30 min。机理：糖吸收了微生物细胞中的水分，导致细胞内原生质脱水，影响了蛋白质的凝固速度，增大了微生物耐热性。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。,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
22、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
23、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、B、E。其中E型不耐热，100即可死亡，A、B型较耐热。,当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。非低酸性食品则可采用常压杀菌。,酸性与高酸性食品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.
24、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。,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。,不同类型的食品所需的杀菌条件,平衡后pH 水分活度 杀菌方式 4.6 0.85 常压杀菌 4.6 0.85 常压杀菌 4.6 0.85 常压杀菌 4.6
25、0.85 高压杀菌,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,表示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。最古老的概念，现在仅在一般性场合使用，在作定量处理时已不使用。#,（2）热力致死时间曲线,又称热力致死温时曲线，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=
26、-k(T2-T1)令 Z=-1/k,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121.1用1 min恰好将菌全部杀灭；现改用110、10 min处理，问能否达到原定的杀菌目标？设Z=10。,例3.1解,已知：T1=110，t1=10 min；T2=121.1，t2=1 min，Z=10。利用TDT曲线方程，将110、10 min转化成121.1下的时间t2，则t2=0.78 min t2说明未能全部杀灭细菌。那么在110下需要多长时间才够呢？仍利用上式，得t1=12.88 min,（3）F0值#
27、,单位为min或sec，是采用121.1杀菌温度时的热力致死时间。因此，利用热力致死时间曲线，可将各种杀菌温度-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
28、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/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
29、、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：tT=D lg a lg(a 10-n)即 t=n DT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
30、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同样符合TDT曲线方程。,在TDT曲线上，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表示为D值的倍数，所以F0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要求的成品合格率（1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
31、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 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,例3.3,某产品净重454 g，含有D121.1
32、=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）F0=0.6(lg a lg 0.01)=4.042 min lg a=lg 0.01+4.042/0.6 a=54480，即芽孢含量为120个/g。此时，F0=D(lg a lg b)
33、=0.6(lg 54480 lg 0.001)=4.642 min F110=4.642 lg-1(121.1 110)/10=59.8 min,例3.4,某产品净重567 g，含D118=4.7 min、Z=10的芽孢10个/g。如果杀菌温度为121.1，要求产品腐败率不超过1/1000。求：F118，F0及D121.1。,4、超高温杀菌与酶的耐热性#,超高温杀菌与产品质量因素*酶的耐热性*,（1）超高温杀菌与产品质量因素,热处理过程对于产品质量的负面影响营养物质的变化失去营养价值热敏性色素物质的变化色泽减退风味变化原有风味减弱，异嗅异味出现质构变化组织软烂，粘度变化上述变化在高温下都会加速
34、进行,为了既达到商业杀菌强度，又尽可能减少产品在营养价值和其它质量特性方面的下降，需对热处理过程进行优化。优化的基础是食品质量属性与微生物数量在耐热性上的差异。为了讨论这个问题，首先建立通常用于描述杀菌的耐热性值（D值、Z值）与通常用于描述质量变化的温度系数（Q10）之间的联系。,因为D值是某一温度时微生物数量下降一个对数周期所需的热处理时间，所以1/D就是该温度下单位时间内微生物的死亡数量，即杀菌率。对于不同温度的热处理过程，引入温度系数的概念，就可以得到温度系数Q10与耐热性值Z之间的关系：,低酸性食品中的微生物：Z=10，Q10=10食品质量属性温度系数 Q10=24，即其Z值（3317
35、）都远大于微生物的Z值。,将质量属性的耐热常数ZQ和微生物数量的耐热常数ZM进行比较，既然质量属性比微生物数量具有更大的耐热性，推论：若采用更高的温度和更短的时间，在维持同样杀菌效果的同时会减少对质量属性的影响（后页图）。因此，通过高温短时热处理可提高食品中营养的保有率和减少质量的下降。#,上图显示了代表某种食品质量属性不同破坏程度的耐热性曲线A、B、C、D和E，和代表微生物热致死曲线的曲线F。曲线A代表质量属性下降90%曲线B代表质量属性下降50%曲线C代表质量属性下降20%曲线D代表质量属性下降10%曲线E代表质量属性下降 1%显然，这几条曲线的斜率相同，其耐热性值Z值要比曲线F的Z值大得
36、多。,（2）酶的耐热性,酶也是引起食品品质变化的重要因素。绝大多数酶在80以上即被钝化，只有部分酶比较耐热，如酸渍食品中的过氧化物酶能经受85 的热处理。一般认为，杀菌所采用的热处理强度足以钝化食品中所有的酶。但在采用高温短时（HTST）处理后，有些耐热性强的酶竟然没有被完全钝化！,以青豆中最耐热的过氧化物酶和嗜热脂肪芽孢杆菌为例：对于钝化酶，Q10=2.5，即 由此求得过氧化物酶的Z=26。根据各自的Z值，和在某一温度下彻底杀灭（钝化）的时间，作出热力致死曲线（后页图），并比较，可见在温度超过一定值后，酶的钝化成为首要问题。#,四、食品的传热#,传热方式*影响传热的因素*传热测定*传热曲线*
37、,1、传热方式#,热的传递方式*罐内容物传热方式类型*,（1）热的传递方式#,传导、对流、辐射传导：热能在相邻分子之间的传递。对流：受热成分因密度下降而产生上升运动，热能在运动过程中被传递给相邻成分。对于罐藏食品而言，不存在辐射传热。,（2）罐内容物传热方式类型,a.完全对流型：液体多、固形物少，流动性好的食品。如果汁，蔬菜汁等。b.完全传导型：内容物全部是固体物质。如午餐肉、烤鹅等。c.先传导后对流型：受热后流动性增加。如果酱、巧克力酱、蕃茄沙司等。,d.先对流后传导型：受热后吸水膨胀。如甜玉米等淀粉含量高的食品。e.诱发对流型：借助机械力量产生对流。如八宝粥罐头使用回转式杀菌锅。,2、影响
38、罐内食品传热速率的因素#,罐内食品的物理性质*初温*罐藏容器*杀菌锅*,（1）罐内食品的物理性质,主要指食品的状态、块形大小、浓度、粘度等。液态食品以对流为主，粘度越小，对流所占比重越大。半液态食品对流传导都占一定比例，视液体和固形物的比例而定。固态食品无对流，完全传导。在汤汁中的固形物体积越小传热越快，竖条排列比层片排列传热快。#,（2）初温,指杀菌操作开始时，罐内食品的温度。初温越高，达到或逼近杀菌温度所需时间越短，所需杀菌时间越短。初温对对流型传热影响较小，对传导型传热影响很大。#,（3）罐藏容器,主要指容器的材料、容积和几何尺寸在常用的包装材料中，金属热阻最低，玻璃次之，纸质材料最高，
39、软包装材料依加工时所用材料有关。容积越大，所需加热时间越长。几何形状主要取决于H/D比值，一般为 0.44.0。若容积相同，当H/D=0.25时，加热时间最短。因此，纯传导型的食品通常用扁型罐包装。#,（4）杀菌锅,静置式杀菌锅：罐头在杀菌时保持静止状态。锅内温度不均匀，离蒸汽出口越远受热状况越差。若排气不彻底，“气囊”处的受热效果极差。回转式杀菌锅：罐头在杀菌时处于运动状态。*锅内温度分布均匀。对罐内容物有搅动作用，可强化传热效果。应对杀菌锅进行热力分布测定（衡量杀菌锅质量的重要指标）。杀菌开始时要充分排气。#,3、传热测定,对罐头冷点*温度变化情况的测定。掌握内容物传热情况，以便科学制订杀
40、菌工艺。比较杀菌锅内各部位升温情况，改进、维修设备及改进操作水平。掌握内容物所接受的杀菌程度，判断杀菌效果。测定方法：计算法，误差很大。最高温度计法，不能了解杀菌过程中的变化。罐头温度测定计录仪。测定时注意探头的位置。（冷点）#,冷点,罐头在杀菌冷却过程中，温度变化最缓慢的点。冷点温度俗称罐中心温度。传导型食品，冷点在罐几何中心。对流型食品，冷点在罐中心轴上离罐底2-4cm处，罐越大越靠上。,4、传热曲线#,传热曲线的表示方法*不同传热类型食品的传热曲线*传热曲线的作用*,（1）传热曲线的表示方式,将罐内食品某一点（通常是冷点）的温度随时间变化值在自然数坐标中用温度-时间曲线表示，如图。将罐内
41、冷点温度随时间的变化值在颠倒的半对数坐标中用温度-时间曲线表示，如图。曲线遵循杀菌温度与冷点温度差值的对数值与杀菌时间呈直线关系的规律。#,500g玻璃瓶装樱桃汁罐头的传热曲线,1000g金属罐装红烧肉罐头的传热曲线,冷点温度无限逼近杀菌温度,（2）不同传热类型食品的传热曲线,用1%、3.25%和5%的膨润土悬浮液作试验，分别得到对流型、先对流后传导型和传导型的传热曲线（后页图）。对流型曲线只有一种斜率，称简单型传热曲线。先对流后传导型曲线开始以对流型传热，直线斜率大，后转变为传导型，直线斜率小，称转折型传热曲线。传导型曲线也是一种简单型传热曲线。#,对流型,对流-传导型,传导型,（3）传热曲
42、线的作用#,传热曲线是计算杀菌强度的基础。根据简单型或转折型半对数坐标传热曲线，可以很方便地进行杀菌过程的数据处理，并可通过公式法计算罐中心温度的变化和杀菌过程的杀菌强度。,五、杀菌强度的计算与评价#,杀菌强度的计算*杀菌工艺的确定*,1、杀菌强度的计算#,比奇洛法（Begelow)*鲍尔法（Ball)*奥尔森法（Olsen)史蒂文斯法（Stevens)舒尔茨法（Schultz)F值测定仪,（1）基本法（比奇洛法）,计算基础：杀菌过程中的冷点传热曲线和微生物的热力致死时间曲线（TDT）。,致死率：一定温度下单位时间（通常取 1 min）微生物的致死程度。设一定温度下的致死时间为，则致死率为1/
43、。可以理解为在某温度下，杀菌时间 1 min所取得的效果占全部杀菌效果的比数。部分致死值：一定温度下经过时间 t 取得的杀菌效果占全部杀灭效果的比数。用A表示，A=t/。,在不同的温度（T1、T2）下经过不同的杀菌时间（t1、t2），获得各自的部分致死值A1=t1/1，A2=t2/2整个杀菌过程的总致死值为所有的部分致死值之和：A=A1+A2+若时间间隔取得足够小，则,例3.5用基本法计算杀菌强度及杀菌时间,温度时间组合：变形的传热曲线,由TDT曲线求得对应温度的致死率,以致死率为纵标，时间为横标，作致死值曲线。曲线包围的面积即为总致死值。,图示解题步骤：,基本法（比奇洛法）的特点,方法直观易
44、懂，当杀菌温度间隔取得很小时，计算结果与实际效果很接近。不管传热情况是否符合一定模型，用此法可以求得任何情况下的正确杀菌时间。计算量和实验量较大，需要分别经实验确定杀菌过程各温度下的TDT值，再计算出致死率。还需要准确测定冷点的传热曲线。,（2）鲍尔改良法,建立了致死率值（杀菌值）的概念时间间隔采用等值,a.致死率值,据TDT方程 t1/t2=lg-1(T2-T1)/zt/F0=lg-1(121-T)/z，令：F0=1 mint=lg-1(121-T)/z T-杀菌过程中的某一温度 t-温度T时，达到与121、1 min相同的杀菌 效果所需要的时间令 L=1/t=lg-1(T-121)/zL就
45、是致死率值（或杀菌值）,致死率值L的含义：,与经温度T，1 min的杀菌处理相当的、经温度121杀菌的时间。可理解为对F0=1 min的微生物，经T温度，1 min的杀菌效果与该温度下全部杀灭效果的比值。该致死率值与比奇洛法中的致死率含义不同：比奇洛法中的致死率是完整意义上的致死率；鲍尔改良法中的致死率值只是与121经1 min杀菌产生的杀菌效果的比较值。,实际杀菌过程中，冷点温度随时间不断变化，于是，Li=lg-1(Ti-121)/z微生物Z值确定后，即可预先计算各温度下的致死率值。大多数专业书上都有这类表格。称作“F121z=1时，各温度下的致死率表”。,对于酸性食品，通常采用常压杀菌，以
46、100 为标准温度，即Li=lg-1(Ti-100)/z对于巴氏杀菌处理，常采用63 作为标准温度，即Li=lg-1(Ti-63)/z致死率值计算通式，TR代表标准温度L=lg-1(T-TR)/z,Fz121=1时，各致死温度的致死率表 L=lg-1(T-121)/Z,Fz100=1 min时，各致死温度的致死率表 L=lg-1(T-100)/Z,b.时间间隔,比奇洛法中时间间隔的取值依据传热曲线的形状，传热曲线平缓的地方间隔取值大，传热曲线斜率大的地方，时间取值小，否则计算误差会增大。鲍尔改良法的时间间隔等值化，简化了计算过程（若间隔取得太大，也同样会影响到计算结果的准确性）。整个杀菌过程的
47、杀菌强度（总致死值）：Fp=(Li t)=t.Li,Fp值与F0值的关系,F0值：杀灭对象菌所需要的理论时间。Fp值：实际杀菌过程的杀菌强度换算成标准温度下的时间。判断杀菌强度是否达到要求，需要比较F0与Fp的大小。要求：Fp F0一般取Fp略大于F0。,例3.6用鲍尔改良法计算杀菌强度及杀菌时间,某低酸性食品罐头作杀菌试验，杀菌对象菌D0=4 min，原始菌数为100个/罐，要求腐败率为不超过万分之一。用杀菌公式“10-25/121反压冷却”进行杀菌时的传热数据如下表，试评价该杀菌公式。,解,F0=D(lga-lgb)=4(lg100-lg10-4)=24(min)Fp=t.Li=39.13
48、94=27.41(min)Fp F0，说明能达到杀菌目的，但杀菌强度过大。可在121缩短3min，如将上表中第33分钟数据取消，则Fp=t.Li=38.1619=24.48(min)Fp 略大于F0，满足杀菌要求。因此杀菌公式应改为：10-22/121反压冷却。#,2、杀菌工艺的确定#,杀菌公式*杀菌工艺参数的确定步骤*,（1）杀菌公式,杀菌公式是实际杀菌过程中针对具体产品确定的操作参数。杀菌公式规定了杀菌过程中的时间、温度、压力。完整的杀菌公式格式为：,杀菌公式的含义,t1-升温时间，即杀菌锅内加热介质由环境温度升到规定的杀菌温度T所需的时间。t2-恒温时间，即杀菌锅内介质温度达到T 后维持
49、的时间。t3-冷却时间，即杀菌介质温度由T降低到出罐温度所需时间。T-规定的杀菌锅温度。P-反压，即加热杀菌或冷却过程中杀菌锅内需要施加的压力。,杀菌公式的省略表示,如果杀菌过程中不用反压，则P可以省略。一般情况下，冷却速度越快越好，因而冷却时间也往往省略。所以，省略形式的杀菌公式通常表示为：t1-t2/T如：15-75/118，表示升温时间15 min，恒温时间75 min，杀菌操作温度118。,杀菌公式举例,340 g方听午餐肉 表示升温时间15 min，恒温时间55 min，杀菌操作温度121，冷却反压力1.47105 Pa。,227 g豆豉鲮鱼罐头106015/115 表示升温时间10
50、 min，恒温时间60 min，冷却时间15 min，杀菌操作温度115。567 g糖水黄桃罐头535/100 表示升温时间5 min，恒温时间35 min，杀菌操作温度100。,（2）确定杀菌工艺参数的步骤,对于热力杀菌而言，温度和时间是最重要的工艺参数。确定正确的杀菌工艺参数的步骤如下图所示。,微生物耐热特性 食品传热特性 耐热性试验 杀菌条件(温度和时间)的计算*腐败菌分离 实罐试验(感官品质和经济性)*腐败 确证性接种试验*(和保温试验*)腐败 生产线试验*(和保温试验)确定杀菌条件#,a.计算杀菌参数,根据对象菌的耐热性特性值（D，Z）和某个确定罐型食品的冷点传热曲线，计算出满足理论
