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1、食品技术原理,主讲教师：生物科学与工程学院牟德华教授,第二章 食品的热处理技术,为了科学有效地运用加热杀菌技术，在掌握杀死对象-有害微生物的耐热性的同时，还必须充分研究加热对食品的影响。加热杀菌的理想效应应该是：将加热杀菌物料的损伤及对其品质的影响控制在最小限度内，迅速有效地杀死存在于其中的有害微生物，进而选择在食品工业生产中最适合于食品特性的热交换方式及其装置，并进行严格操作，以确实达到杀菌的目的。加热杀菌条件的确定需要考虑很多因素：食品的物性如粘度、颗粒大小、固体与液体比例；容器如几何尺寸、壁厚；污染食品的微生物种类、数量、习性；食品在加热过程中的传热特性等。,确定食品热杀菌工艺条件的过程
2、,第一节 微生物的耐热性,表1.细菌繁殖的温度范围,第一节 微生物的耐热性,一、影响微生物耐热性的因素菌种和菌株加热前微生物所经历的培养条件菌龄与耐热性的关系培养温度与耐热性的关系培养基组成与耐热性的关系,第一节 微生物的耐热性,一、影响微生物耐热性的因素加热时的相关因素1.加热方式的影响 微生物对湿热的抗性 微生物对干热的抗性2.热处理温度 3.原始菌数4.水分 5.pH6.碳水化合物 7.脂类8.蛋白质及其有关物质9.无机盐 10.其他,第一节 微生物的耐热性,一、影响微生物耐热性的因素加热后的条件微生物受到外界影响后，在一定程度上表现出不同的反应。发育诱导期延长；营养要求扩大；适宜发育的
3、pH范围缩小；繁殖温度范围缩小；对抑制剂、选择剂的敏感性增强；细胞内容物向外泄漏；对放射线的敏感性增强；酶活性下降；rRNA分解。,第一节 微生物的耐热性,二、微生物的耐热性机制与营养细胞相比，细菌芽孢具有相当强的耐热性，并且对杀菌剂、放射线等的刺激也具有显著的抗性。关于其机制，可归纳为以下几点：芽孢膜构造对内部的保护作用；芽孢膜不具通透性；酶类以稳定的形态存在；DNA处于稳定状态；有皮质层存在；核处于脱水状态。微生物的芽孢对加热处理产生抗性反应的机制可归纳为三点：芽孢内部具有防止热渗透的构造；核具有抵御加热伤害的构造；酶活性蛋白本身具有抵御加热损伤的特性。,第一节 微生物的耐热性,三、微生物
4、耐热性试验方法测试微生物耐热性之目的：对某一特定菌种中的特定菌株进行耐热性试验，如从腐败食品中分离出来的菌株；为筛选出耐热性最强的菌株而在各种条件下探讨多个菌种耐热性强弱的试验；利用某一特定的培养基如新产品，进行已知菌株的耐热性试验。耐热性实验方法：TDT（thermal death time）试管法、TDT罐法、容器法、烧瓶法、专用芽孢耐热性测定仪（thermoresistometer）、开放型TDT试管法、毛细管法等。,第一节 微生物的耐热性,四、微生物耐热性参数1.加热致死速率曲线或残存活菌曲线 微生物的死亡数是按指数递减或对数循环下降（如图）。lga-lgb lga-lgb-m=或 t
5、=-t m 1 1 D=（lg103-lg102）即 D=m m 则：t=D（lga-lgb）注：直线斜率为-m。,第一节 微生物的耐热性,四、微生物耐热性参数2.D值直线横过一个对数周期时所需要的时间（min）D值，称为指数递减时间（decimal reduction time）。为直线斜率的倒数 1 D=m,第一节 微生物的耐热性,四、微生物耐热性参数3.加热致死时间曲线（TDT曲线）（thermal death time）。加热致死时间就是加热致死温度保持恒定不变，将处于一定条件下的孢子悬浮液或食品中某一菌种的细胞或芽孢数全部杀死所必需的最短热处理时间（min）。一般以热处理后接种培养时
6、无菌生长作为确定加热致死时间的标准。,第一节 微生物的耐热性,四、微生物耐热性参数4.加热减数时间（TRT曲线）（thermal reduction time）。加热减数时间是在任一规定的温度下，将对象菌数减少到某一程度（10-n）时所需的加热时间（min）。TRTn=nD,第一节 微生物的耐热性,四、微生物耐热性参数5.12D概念（12D concept）12D概念系指在罐头工业中加热过程杀菌值的要求，意味着最低的加热过程应降低到最耐热的肉毒梭状芽孢杆菌的芽孢的存活概率仅为10-12。F=12D6.F值和Z值 F值定义：就是在一定的加热致死温度（-121.1）下，杀死一定浓度的微生物所需要的
7、加热时间（min）。Z值定义：加热致死时间曲线或拟加热致死时间曲线通过一个对数周期时所变化的温度（）。F值和Z值之间的关系为,第一节 微生物的耐热性,五、酶的耐热性 罐藏食品加热杀菌向高温短时特别是超高温瞬时杀菌方向发展，因此罐藏食品在贮藏过程中常出现因酶的活动而引起的变质问题。酶为生物催化剂，酶反应所需要的活化能比较低。含酶的物质中，在一定范围内提高温度，酶反应的速度增加。其温度系数（Q10）一般在1.42.0。但是超过了一定的温度范围后。温度升高，酶反应会下降。这是因为酶本身在其蛋白质受热遭到了破坏的缘故。一般情况下，温度提高到80后，热处理时间时间持续几分钟，几乎所有的酶都会遭到不可逆的
8、破坏。,第一节 微生物的耐热性,五、酶的耐热性 但在生产实践中，酶也常会导致罐藏食品的腐败，尤其针对于超高温瞬时灭菌的食品较为明显。如图所示，嗜热脂肪芽孢杆菌Z=10，Q10=10；青豆过氧化酶Z=26，Q10=2.5。从图中可以看出，在高温热处理中，酶的钝化成为首要问题。,第二节 食品的热传递,一、罐藏食品中的传热方式传热方式传导对流传导对流结合,一、罐藏食品中的传热方式,影响罐藏食品的传热因素内因：装罐量、顶隙量、真空度、固形物量、糖液浓度、汁液与固形物的比例、粘稠度、熟化程度、加工方式、食品的组成与性状、食品的填充方式、食品在加热过程中的特性、加热前食品的初温及其在容器内的分布等。外因：
9、容器的大小与形状、容器在加热过程中的旋转、搅动，杀菌锅内的容器数量及容器所处的状态，喷入杀菌锅内的蒸汽压力与喷射位置，杀菌锅内的温度分布，有无气囊，升温时间等。,一、罐藏食品中的传热方式,影响罐藏食品的传热因素1.食品的物理性质：食品的大小、形状、粘稠度、相对密度；2.食品的初温：是装入杀菌锅后开始杀菌前的温度；3.容器：容器的厚度、热导率；4.杀菌锅的形式：静止式、回转式等；5.其他：,二、罐装食品传热的测定,通过测定罐内温度的分布情况可以达到以下的目的：1.掌握罐藏食品的传热特性，保证杀菌温度；2.建立相应的加热和冷却条件；3.对杀菌效果作出评价；一般使用专用的罐头温度测定仪，在罐内装上热
10、电偶感应元件，通过导线连接，并将其转换成温度信号，通过记录仪可直接记录罐内温度的变化，甚至于能在测定后直接计算出杀菌时的F0值，并进行纠错调整。,三、罐装食品的传热曲线,传热曲线类型：传热曲线是将测得的罐内冷点温度的变化在半对数坐标上做图所得的曲线，即以实际温度与加热（冷却）温度之差的对数值为纵坐标，以时间为横坐标所做的曲线。1简单型加热半对数曲线 2简单型冷却半对数曲线 3转折型加热半对数曲线,简单型加热曲线,简单型冷却曲线,转折型加热曲线,第三节 杀菌强度和杀菌时间的计算及评价,一、杀菌对象菌的选择 罐藏食品进行最后热处理时的对象主要是致病菌、产毒菌、腐败菌。罐藏食品的商业无菌（comme
11、rcial sterilization of canned food）系指罐藏食品经适度的热处理以后，不含有致病的微生物，也不含有在通常温度下能在其中繁殖的非致病性微生物。,罐藏食品按照酸度的分类,第三节 杀菌强度和杀菌时间的计算及评价,二、杀菌强度1.杀菌强度的意义 在一定的条件下进行杀菌，其杀菌效果用F0表示，简称F值，或称为杀菌值或杀菌强度。杀菌强度是通过测定罐头中心温度，再根据此结果按对象菌的Z值进行一系列计算，得到的在该杀菌条件下的实际杀菌效果。2.杀菌强度F0值的计算 F0值定义为在参数温度为121.1（华氏250）总的累计死亡效应（total integrated lethal
12、effect）。F0 to10（121.1）/Z 式中 设定的保温部分的杀菌温度（）to 设定的保温时间（min）,第三节 杀菌强度和杀菌时间的计算及评价,三、加热杀菌时间的推算及评价1.比奇洛推算法 P1132.改进杀菌时间推算法 P1153.数值计算法 P123,第四节 食品的加热杀菌及热力杀菌装置,在食品工业中，加热杀菌是杀灭和抑制有害微生物的有效手段。食品加工所采用的热处理办法，可分为四种：即烹饪、热烫、低温加热杀菌、高温加热杀菌。热烫，或称为杀青。其主要目的是钝化食品原料中所含有的酶类，也就是使原料在热水或蒸汽中经过一定时间的处理，通过此处理还可将大量的微生物杀灭。低温加热杀菌和高温
13、加热杀菌的主要目的是杀灭食品中含有的微生物，以提高食品的储藏性。这类热处理以直接火焰、蒸汽或热水的形式对食品进行直接或间接的加热，也可通过红外线、高频电流等电热的方式来加热。,第四节 食品的加热杀菌及热力杀菌装置,一、低温加热杀菌1.批量式低温加热杀菌装置2.连续式低温加热杀菌装置3.高频加热杀菌装置二、高温加热杀菌1.高温杀菌装置2.连续式高温杀菌装置三、超高温杀菌1.UHT瞬间杀菌的基本过程2.UHT瞬间杀菌流程设备3.UHT加热设备,复习题:1.影响微生物耐热性的因素;2.微生物的耐热机制;3.微生物耐热性试验(至少描述一种耐热性试验);4.加热致死速率曲线;5.加热致死时间曲线(TDT);6.加热减数时间(TRT);7.D值、F值、Z值的概念;8.酶的耐热性与杀菌的关系;9.食品的穿热方式;10.食品加热杀菌的传热曲线;11.根据食品的特性,选择杀菌对象菌和杀菌方法;12.杀菌强度与F0值的计算;13.如何推算杀菌时间,并进行评价;14.掌握典型的杀菌装置的作用原理、结构和杀菌方法.,
