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1、第三章 食品的热处理和杀菌,第一节 热处理原理第二节 热处理技术第三节 热处理与产品质量,第三章 食品的热处理和杀菌,常用的热处理过程及其效果,常用的热处理过程及其效果,杀菌(sterilization)將所有微生物及孢子，完全杀灭的加热处理方法，称为杀菌或绝对无菌法。商业杀菌法(commercial sterilization)將病原菌、产毒菌及在食品上造成食品腐败的微生物杀死，罐头内允许残留有微生物或芽孢，不过，在常溫无冷藏狀況的商业贮运过程中，在一定的保质期内，不引起食品腐败变质，这种加热处理方法称为商业灭菌法。巴氏杀菌法(Pasteurization)在100以下的加热介质中的低温杀菌
2、方法，以杀死病原菌及无芽孢细菌，但无法完全杀灭腐败菌。热烫(Blanching)生鲜的食品原料迅速以热水或蒸气加热处理的方式，称为热烫。其目的主要为抑制或破坏食品中酶以及减少微生物数量。,食品的罐藏就是将经过一定处理的食品装入镀锡板罐、玻璃罐或其他包装容器中，经密封杀菌，使罐内食品与外界隔绝而不再被微生物污染，同时又使罐内绝大部分微生物(即能在罐内环境生长的腐败菌和致病菌)死灭并使酶失活，从而消除了引起食品变败的主要原因，获得在室温下长期贮存的保藏方法。这种密封在容器中并经杀菌而在室温下能够较长时间保存的食品称为罐藏食品，俗称罐头。,第一节 热处理原理,一、微生物的耐热性二、食品的传热三、杀菌
3、强度的计算及确定程序,一、微生物的耐热性,（一）影响微生物耐热性的因素（二）热杀菌食品的pH分类（三）微生物耐热性参数（四）超高温杀菌与酶的耐热性,（一）影响微生物耐热性的因素,1、污染微生物的种类和数量2、热处理温度3、罐内食品成分的影响,1、污染微生物的种类和数量,（1）种类：菌种不同耐热程度不同；不同生长状态（生长时期，芽孢）；嗜热菌芽孢耐热性最强，厌氧菌芽孢次之，需氧菌芽孢最弱；热处理后的残存芽孢经培养繁殖，新生芽孢的耐热性较原来强。,1、污染微生物的种类和数量,微生物的耐热性比较：细菌芽孢细菌营养体酵母、霉菌,1、污染微生物的种类和数量,（2）污染量同一菌种单个细胞的耐热性基本一致，
4、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。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。,1、污染微生物的种类和数量,2、热处理温度,在微生物生长温度以上的温度就可以导致微生物的死亡。对于一定种类、一定数量的微生物，选择了某一温度后，微生物的死亡就取决于在这个温度下维持的时间。,以枯草杆菌为对象的杀菌温度与致死时间,3、罐内食品成分的影响,pH 脂肪 糖 蛋白质 盐 植物杀菌素,（1）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
5、越大。eg.如一好气菌芽孢在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,（2）脂肪,脂肪能增强微生物的耐热性。机理：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。脂肪有修复受损细胞的作用。eg.大肠杆菌和沙门氏菌，在水中加热到6065时1min之内即可死亡，而在油中加热到100，需经30min才能死亡。,（3）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。机理：糖吸收了微生物细胞中的水分，
6、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。eg.70，大肠杆菌在10%的糖液中的致死时间比无糖时增加了5min,糖浓度为30%时，致死时间增加30min。,（4）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。eg：将某种芽孢分别放在含有12%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。,（5）盐类,低浓度食盐（4%）时，食盐对微生物的抵抗力有削弱作用。机理：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
7、。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。,青豆罐头115杀菌处理后细菌残存率,（6）植物杀菌素,（6）植物杀菌素,植物杀菌素：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、姜、蒜、辣椒、萝卜、芥末、丁香、芹菜、胡萝卜、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。,（二）热杀菌食品的pH分类,较高的酸度可以抑制乃至杀死许多种类的嗜热菌或嗜温微生物（耐热不耐酸）。在较酸的环境中还能存活或生长的微生物往往不耐热（耐酸不耐热）。因此，对不同pH值的食品物料采用不同强度的热杀菌处理。,（二）热杀菌食品的pH分类,按pH的分类
8、法1、四类分法：高酸性（pH3.7），酸性（pH3.74.6），中酸性（pH4.65.0），低酸性（pH5.0）。2、三类分法：高酸性（pH4.0），酸性（pH4.04.6），低酸性（pH4.6）。3、从食品安全和人类健康的角度：酸性（pH4.6），低酸性（pH4.6）。（根据肉毒梭状芽孢杆菌的生长习性来决定）,肉毒梭状芽孢杆菌,特点：厌氧生长；正常加热温度下存活；在真空包装、罐头食品和其他缺氧包装环境下生长。中毒症状：腹泻、呕吐、腹疼、恶心、虚脱，继发为视力重叠、模糊，瞳孔放大，严重时呼吸道肌肉麻痹，导致死亡。,肉毒梭状芽孢杆菌,嗜温厌氧性细菌。类型：A、B、C、D、E、F、G七种。不产毒：
9、C、D、G。罐藏食品易染菌：A、B、E。pH4.8时就不会生长，pH4.6时其芽孢受到强烈的抑制。产毒时的一个代谢特点是产气。,（三）微生物耐热性参数,常用下列一些数学曲线与数值来表示微生物与热杀菌有关的耐热特性：1、热力致死温度 2、热力致死时间曲线（TDT）3、F0值 4、Z值 5、热力致死速率曲线 6、D值 7、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,TDT（thermal death time curve）曲线 表示：在一定环境中一定数量的某种微生
10、物恰好全部杀灭所采用的杀菌温度和时间的组合。表示：微生物的热力致死时间随热杀菌温度的变化规律。,2、热力致死时间曲线,取曲线上任意两点1（t1，T1）,2（t2，T2）lg t2-lg t1=k(T2-T1)lg t1-lg t2=-k(T2-T1)令 Z=-1/k 则得到热力致死时间曲线方程：,2、热力致死时间曲线,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：,3、F0值,单位为min，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，可将各种的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
11、以比较。,4、Z值,当 lg（t1/t2）=1 时，Z=T2-T1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。微生物非同时，而是逐步死亡。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。,热力致死速率曲线与D值,5、热力致死速率曲线,设原始菌数为a，经过
12、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=tD 值：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。单位：min 影响：D值与菌种有关、与环境条件有关、与杀菌温度有关。表示：D值越大，表示微生物的耐热性越强。,部分食品中常见腐败菌的D值,7、F0=nD,TDT值（或F0值）建立在“彻底杀灭”的概念基础上。微生物的数量变化时，需重新考虑杀菌终点的确定问题
13、。,7、F0=nD,设将菌数降低到 b=a10-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=DT lg a lg（a 10-n）即 tT=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(商业灭菌).,7、F0=nD,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确定n值。,7、F0=nD,
14、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34 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45D，最多为6D。,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。,F0=n D的意义,t=D（lga-lgb）,F0=nD,例3.1,在某杀菌条件下，在121.1用1 min恰好将菌全部杀
15、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=110 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,例3.2,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
16、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3.2解,（1）F0=D（lg a lg b）=0.6(lg 454*12 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)=0.6(lg 54480 lg 0.001)=4.642 min F110=4.642 lg-1(121.1 110)/10=59.8 min,（四）超高温杀菌
17、与酶的耐热性,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（过氧化物酶）。采用121 以上高温杀菌时，会出现杀菌强度足够但酶没有被钝化的现象。高酸性食品因所需杀菌强度低，有时也存在酶钝化不完全的现象。,二、食品的传热,传热方式热的传递方式：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。,第二节 热处理技术,一、商业杀菌二、巴氏杀菌三、热烫四、超高温瞬时灭菌五、超高压灭菌六、辐射杀菌七、超声波杀菌,一、商业杀菌,经过商业杀菌的产品俗称“罐头”，用罐
18、头这种形式来保藏食品就是罐藏食品。罐藏食品：把食品置于罐（can，tin）、瓶（bottle）达到自然温度下长期存放的一种保藏方法。在罐头生产企业，将罐藏容器称为空罐，装填了内容物的罐头称为实罐，相应的生产车间分别为空罐车间和实罐车间。,二、巴氏杀菌,1、概述发展巴氏杀菌是利用低于100的热力杀灭微生物的消毒方法，由德国微生物学家巴斯德(Louis Pasteur)于1863年发明，至今国内外仍广泛应用于牛奶、人乳及婴儿合成食物的消毒。,二、巴氏杀菌,巴氏杀菌的目的：钝化可能造成产品变质的酶类物质，以延长冷藏产品的货架期。杀灭食品物料中可能存在的致病菌营养细胞，以保护消费者的健康不受危害。,现
19、用的巴氏杀菌方法一般有两种：,巴氏杀菌的特点,非灭菌的程度。但可使布氏杆菌、结核杆菌、痢疾杆菌、伤寒杆菌等致病微生物死亡，可以使细菌总数减少9095，故能起到减少疾病传播，延长物品的使用时间的作用。不会破坏消毒食品的有效成份，且方法简单。（T85）,（一）巴氏杀菌处理系统,1、间歇式巴氏杀菌系统又称之为间歇式巴氏杀菌，在特定的温度下保持一定时间。特点：相对便宜，处理量因容器的大小而异；其主要缺点是效率较低。,2、连续式巴氏杀菌系统,最常用连续式高温短时（HTST）系统对液体食品进行巴氏杀菌。该系统由六个部件组成。平衡罐，调速泵（正位移泵），加热段，保温管，分流阀，冷却段。,（二）巴氏杀菌过程的
20、确定,要点：一是理论上的，为达到预定的巴氏杀菌目的，食品所需接受的时间温度处理过程二是实施上的，即保证达到预设处理过程所需的设备。治病菌：普鲁士菌和结核杆菌。耐热性：D632.5min，Z4.1。因此，最低限度巴氏杀菌条件确定为63，30min,三、热烫,热烫：温度和强度的热处理。首要目标：钝化食品中的酶。应用：冷冻、冷藏食品脱水食品商业杀菌,热烫作用：产品获得了贮藏的稳定性，避免了在冷藏食品、冻藏食品或脱水食品中因为酶促反应造成的品质下降；减少残留在产品表面的微生物营养细胞；驱除水果或蔬菜细胞间的空气，有利于保持和巩固大部分水果和蔬菜的色泽。,（一）热烫处理系统,两种加热介质：热水和蒸汽。因
21、此，按介质加热系统分为三种：以热水为加热介质以蒸汽为加热介质以热水和蒸汽为加热介质。具体视情况而定。,1、热水热烫系统,回转式热水热烫系统示意图,控制水温和接触时间来实现热烫所要求的时间和温度,隧道式热水热烫系统示意图,控制水温和接触时间来实现热烫所要求的时间和温度,2、蒸汽热烫系统,3、组合式热烫系统,三段式加热蒸汽段，迅速提升温度。热水喷射，保证了热水与物料间的稳定接触，使热传递达到最大。直接送入热水中，以确保热水和各个物料粒子间的直接热传递。,4、单体快速热烫（IQB）系统,控制速度与物料粒子堆积程度。,（二）热烫处理过程的确定,1、热烫处理工艺条件的确定最耐热的过氧化物酶，D121=3
22、min，Z=37.2。2、影响热烫过程热传递的因素产品物料的大小物料的形状对流传热系数,热烫对蔬菜中营养素的影响,对罐头和其它加工食品的研究，很大部分几种在维生素C和B1的保存率上，因为这两种维生素在罐藏加工中最不稳定。或者可以认为能把维生素C和B1完好保存下来的加工方法一样能完好保存其它营养素。,四、超高温杀菌（UHT）,UHT(Ultra heat treated)指采用135-150温度，4-15秒对流体食品短时杀菌。商业无菌UHT操作不需要考虑容器大小问题UHT唯一的问题是设备成本比较高，而且比较复杂。,UHT操作能很好地用于液态和带小颗粒的流体食品，但对于含大块固体的流体食品，存在很
23、多问题：若要将大块物料中心的酶杀死，那么表面会过度受热必须要采用搅动方法以提高传热速率并保持温度均匀，但这样会导致食品外观破坏至今仍缺乏相应的能包装含大块物料的流体的罐装和容器如果设备是管式的，无法进行保温。,UHT设备特点：在132以上操作热交换面积大利用泵压力以抵抗热交换器中的高压热交换表面需要不断清洁以保证高的热交换速率，以免表面结焦UHT设备分类直接系统（蒸汽喷射和蒸汽灌注）非直接系统（板式热交换器、管式热交换器和刮板式热交换器）其他系统（微波、介电等）,直接系统的优点是最快的加热和冷却方法之一，适合于热敏性物料可以去除风味物质缺点:只适合于低黏度物料；操作相对较难控制；能量回收低于5
24、0%，而间接系统可以高达90%；灵活性差,间接系统,低黏度的液体产品（如牛奶、乳制品、果汁、液态鸡蛋等）,可处理带纤维颗粒的食品,高粘度产品带颗粒的产品,五、超高压杀菌,食品超高压杀菌技术，就是将食品密封于超高压容器中(常以水或其它流体介质作为传递压力的媒介物)在100MPa1000MPa压力下作用一段时间后使之达到灭菌要求。超高压杀菌技术拥有一些热处理技术不具备的优点:超高压处理可以在保持食品原有风味条件下杀菌，这种食品可再经简单加热后食用，从而扩大食品的用途；压力处理可以同热处理组合进行，使食品处理过程多样化，能开发出各种未来新食品及其处理工艺。,超高压杀菌的基本原理就是压力对微生物的致死
25、作用，超高压导致微生物的形态结构、生物化学反应、基因机制以及细胞壁膜发生多方面的变化，从而影响微生物原有的生理活动机能，甚至使微生物原有功能破坏或发生不可逆变化。,存在的问题,灭菌原理、灭菌动力学的研究不能在短时间内实现压力的骤升骤降，处理耗时长处理量小，设备维护困难真正商业化还有一定的困难,六、辐射杀菌,辐射灭菌是利用电磁辐射产生的电磁波杀死大多数物质上的微生物的一种有效方法。用于灭菌的电磁波有微波、紫外线（UV）、X射线和射线等。它们都能通过特定的方式控制微生物生长或杀死微生物。例如微波可以通过热产生杀死微生物的作用；紫外线使DNA分子中相邻的嘧啶形成嘧啶二聚体，抑制DNA复制与转录等功能
26、，杀死微生物；X射线和射线能使其它物质氧化或产生自由基（OHH）再作用于生物分子，或者直接作用于生物分子，打断氢键、使双键氧化、破坏环状结构或使某些分子聚合等方式，破坏和改变生物大分子的结构，从而抑制或杀死微生物。,实行辐射灭菌的装置包括微波炉、紫外光灯、阴极射线管、X射线发生器、放射性核素等。商业上用于大量物品灭菌使用的放射性源是钴-60和铯-137，它们发射出射线，相对而言比较廉价。,六、辐射杀菌,特点,六、辐射杀菌,六、辐射杀菌,特点,六、辐射杀菌,七、超声波灭菌,超声波是指频率大于20KHz的身波，其频率高、波长短，除了具有方向性好、功率大、穿透力强等特点之外，还能引起空化作用和一系列
27、特殊效应，如机械效应、热效应、化学效应等。其具有的杀菌效力主要是由其产生的空化效应所引起的。,小结,1、热处理过程中微生物种类和数量的不同直接影响杀菌效果。2、影响微生物耐热性的因素主要包括三个方面：污染微生物的种类和数量，热处理的温度以及罐内食品成分。掌握相关内容及机理。3、从不同的角度对热杀菌食品的pH值进行分类。,作业,1、影响微生物耐热性的因素有哪些？2、FO、D、Z值、UHT的定义？3、热烫的作用？3、超高压杀菌的定义、特点及原理？4、辐射杀菌常用的两种放射源。5、一罐头食品净重390 g，每克含 Z=10、D1152.8的芽孢15个。如果要求成品腐败率不大于0.01，求F0，F115和D121值。6、以油浸鱼罐头为例，分析食品成分对微生物耐热性的影响。,
