1、第三章 食品的热处理和杀菌,内 容,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,一、引言,食品热处理的分类 保藏热处理：目的是为了降低无益物质如微生物和酶的活性； 转化热处理：在降低无益物质如微生物和酶的活性之外，还出现一些典型的物理特性的变化。,一些重要的概念,1.杀菌(sterilization)：将所有微生物及孢子，完全杀灭的加热处理方法，称为杀菌或绝对无菌法。 2.商业杀菌法(commercial sterilization)：将病原菌、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。在常温无冷藏状况的商业贮运过程中，在一定的保质期内，不引
2、起食品腐败变质，这种加热处理方法称为灭菌法。,3.巴氏杀菌法(Pasteurization)：在100以下的加热介质中的低温杀菌方法，可以杀死病原菌及无芽孢细菌，但无法完全杀灭腐败菌。 4.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。,保藏热处理中最重要的一种方式是罐藏。 罐藏是指将食品装在容器中密封后，用高温处理，将微生物杀死，在防止外界微生物再次侵入的条件下，可以使食品在室温下长期贮藏。 凡是用密封容器包装并经过高温杀菌的食品称为罐头食品。,二、罐藏食品杀菌的重要性,罐藏保存食品的历史-Nichols
3、 Appert 罐藏工艺的重要性 安全性(无需防腐剂 ) 方便性 常温贮藏流通 调节市场,三、罐头食品工业的现状,日本是主要的罐头生产国，同时还是主要罐头消费国和进口国。日本的饮食习惯与中国的东部沿海地区有部分类似之处，从日本这个国家罐头生产、进口、出口、消费以及生产技术的变迁，可以为我国的罐头食品发展提供一些借鉴意义。,国内罐头食品工业现状和发展趋势,国内罐头工业的主要问题,农残日本政府对原来已经设置了残留限制标准的农药提高了限制标准，降低了允许残留的上限。对那些没有具体规定限制数量的农药，允许残留的上限统一0.01PPM。 添加剂超标添加“合成甜味剂、防腐剂”超标； 二氧化硫超标； 违规使
4、用合成色素；,第一节 热处理原理,热处理是食品工业中最有效、最经济、最简便，因此也是使用最广泛的杀菌方法。 热杀菌的主要目的是杀灭正常保质期内的有害微生物。一般认为达到杀菌条件的热处理强度足以钝化食品中的酶活性。,一、微生物的耐热性,微生物对热的敏感性常受各种因素的影响，如种类、数量、环境条件等 鉴定微生物的死亡，常以它是否失去了繁殖与变异能力为标准。,（一）影响微生物耐热性的因素,污染微生物的种类和数量 热处理温度 罐内食品成分,1. 污染微生物的种类和数量,（1）菌种与菌株 菌种不同，耐热性不同 同一菌种，菌株不同，耐热性也不同 正处于生长繁殖的细菌的耐热性比它的芽孢弱 各种芽孢中，嗜热菌
5、芽孢耐热性最强，厌氧菌芽孢次之，需氧菌芽孢最弱。 同一种芽孢的耐热性也会因热处理前菌龄、培育条件、贮存环境的不同而异,热处理前细菌芽孢的培育和生长,生物有抵御周围恶劣环境的本能。食品污染前腐败菌及其芽孢所处的生长环境对耐热性有一定影响 在含有磷酸或镁的培养基种生长出的芽孢具有较强的耐热性；在含有碳水化合物和氨基酸的环境中培养芽孢的耐热性很强；在高温下培养比在低温下培养形成的芽孢的耐热性要强 菌龄与贮藏期也有一定影响,细菌的营养细胞与芽孢之间存在耐热性差异的原因 营养细胞和芽孢中存在的蛋白质具有不同的热凝固温度； 水分含量及水分状态不同。芽孢中的含水量明显少于营养细胞，且多为结合水。结合水越多蛋
6、白质的稳定性越大。,（2）原始活菌数,腐败菌或芽孢全部死亡所需要的时间随原始菌数而异，原始菌数越多，全部死亡所需要的时间越长。因此罐头食品杀菌前被污染的菌数和杀菌效果有直接的关系。,表1 原始菌数和玉米罐头杀菌效果的关系,2. 热处理温度,热处理温度越高，杀死一定量腐败菌芽孢所需要的时间越短。,图1 不同温度时炭疽菌芽孢的活菌残存数曲线,表2 热处理温度对玉米汁中平酸菌死亡时间的影响,3.热处理时介质或食品成分的影响,（1）酸度 pH 许多高耐热性的微生物，在中性时耐热性最强，随着pH偏离中性的程度越大，死亡率越大 对大多数芽孢杆菌来说，在中性范围内耐热性最强，pH低于5时细菌芽孢就不耐热，此
7、时耐热性的强弱受其它因素控制 添加酸，适当提高内容物酸度。,图2 pH对芽孢耐热性的影响,（2）水分活度 AW,水分活度或者加热环境中的相对湿度对微生物的耐热性有显著的影响 水分活度越低，微生物细胞的耐热性越强 蛋白质在潮湿的情况下加热比在干燥状态下加热变性速度更快，促使微生物更易于死亡 在相同温度下湿热杀菌的效果要好于干热杀菌,图3 细菌芽孢在110加热死亡时间（D值）和水分活度的关系,（3）糖,高浓度的糖液一方面提高微生物的耐热性，另一方面会因强烈的脱水作用而抑制微生物的生长 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
8、（60%左右）时，高渗透压环境能抑制微生物生长。,图3 糖对细菌耐热性的影响,（4）盐的影响,通常食盐的浓度在4%以下时，对芽孢的耐热性有一定的保护作用，而8%以上浓度时，则可削弱其耐热性。,（5）脂肪,脂肪含量高的细菌耐热性较强。 食品中脂肪和蛋白质接触会在微生物表面形成凝结层，既妨碍水分的渗透，又不导热，所以增加了微生物的耐热性。 脂肪含量高的罐头，杀菌强度要加大,（6）蛋白质,蛋白质含量在5%左右，对微生物有保护作用 蛋白质含量在15%以上，对耐热性无影响,（7）植物杀菌素,有些植物的汁液和分泌的挥发性物质对微生物有抑制或杀灭作用，这类物质称为植物杀菌素 葱、姜、蒜、辣椒、芥末、丁香、胡
9、椒,注意,微生物在热力作用下的死亡特性既然是各种因素综合影响的结果，那么，对腐败菌耐热性作比较时就应指出比较时所处的条件。 利用某对象菌耐热性作为确定某罐头食品的杀菌程度时，测定对象菌耐热性所处的条件和环境应和该罐头食品所含成分基本一致。,（二）食品pH值和Aw与腐败菌的关系,水份活度Aw和酸碱值pH对微生物的生长有决定性的影响。 初期实验数据表明：Aw0.85和pH4.6是一个分界点，如果某食品控制在Aw0.85以下及pH4.6以下是属于较安全的食品，只需要低于100温度杀菌便可，果汁罐头就是属于这种情形。 后来的实验证明上述两个制约因素中只要有一个达到，便可用100温度杀菌。,根据腐败菌对
10、不同pH值的适应情况及其耐热性，罐头食品按照pH不同常分为四类：低酸性、中酸性、酸性和高酸性；或者高酸性、酸性和低酸性 在罐头工业中酸性食品和低酸性食品的分界线以pH4.6为界线。 任何工业生产的罐头食品中，其最后平衡pH值高于4.6且水分活度大于0.85即为低酸性食品,美国FDA 判定标准,美国食品科学家按分类规则把罐头食品分为三大类： 酸性食品：指自然pH4.6的产品。 酸化食品：指自然pH4.6，而经配料酸化，成品最终平衡成 pH4.6的产品。 美国FDA根据水份活度Aw和酸碱值pH的不同将罐头食品分为：低酸食品（Low acid foods）和 酸化食品（Acidified foods
11、）作为对食品分类管理的依据。,表3 低酸和酸化食品判定表,表4 各种常见罐头食品的pH值,表5 罐头食品按照酸度的分类,罐头的分类-肉毒杆菌,肉毒梭状芽孢杆菌是嗜温厌氧型细菌，有A、B、C、D、E、F、G七种类型，食品中常见的有A、B、E三种。其中A、B类型芽孢的耐热性较E型强，广泛存在于土壤中，故存在于原料中的可能性很大。,原因：,它们在适宜条件下生长时能产生致命的外毒素，对人的致死率可达65%。 罐头内的缺氧条件对它的生长和产毒很适宜 pH值低于4.6时肉毒杆菌的生长就受到抑制，它只有在pH大于4.6的食品中才能生长并有害于人体健康。 故肉毒杆菌能生长的最低pH值成为低酸性和酸性食品分界的
12、标准线。,在低酸性食品中有比肉毒杆菌更耐热的厌氧腐败菌如P.A.3679生芽梭状芽孢杆菌，它并不产生毒素，常被选为低酸性食品罐头杀菌时供试验的对象菌 在低酸性食品中还存在抗热性更强的平酸菌如嗜热脂肪芽孢杆菌，它需要更高的杀菌工艺条件才会完全遭到破坏。 由于中酸性食品的杀菌强度要求与低酸性食品的要求相同，因此它也被并入低酸性食品一类。,食品严重污染时某些腐败菌在pH低于3.7时仍能生长，因此pH3.7就成为酸性和高酸性食品的分界线。 酸性食品中常见的腐败菌有巴氏固氮梭状芽孢杆菌等厌氧芽孢菌，其耐热性比低酸性食品中的腐败菌要差 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、酵母和霉菌，但是
13、热力杀菌时该类食品中的酶比腐败菌显示出更强的耐热性，所以酶的钝化为其加热的主要问题。,酶的耐热性,罐头食品热力杀菌向高温短时，特别是超高温瞬时方向发展后，罐头食品贮藏过程中常出现了因酶活动而引起的变质问题。 酶钝化程度有时也被用做食品杀菌的测定指标，例:牛乳巴氏杀菌。,（三）罐头食品的腐败及腐败菌,凡能导致罐头食品腐败变质的微生物都称为腐败菌 曾有人对日本市场销售的罐头食品进行过普查，在725只肉、鱼、蔬菜和水果罐头中发现有活菌存在的罐头各占20%、10%、8%、和3%。大多数罐头中出现的细菌为需氧性芽孢菌，曾偶尔在果蔬罐头中发现霉菌孢子，却未发现酵母菌。但这些罐头并未出现有腐败变质的现象。,
14、事实表明，罐头食品种类不同，罐头内出现的腐败菌也各有差异。 各种腐败菌的生活习性不同，故应该有不同的杀菌工艺要求。 因此，弄清罐头腐败原因及其菌类是正确选择合理加热和杀菌工艺，避免贮运中罐头腐败变质的首要条件,1. 罐头常见的腐败变质的现象,罐头食品贮运过程中常会出现胀罐、平盖酸败、黑变和发霉等腐败变质的现象，此外还有中毒事故。,（1）胀罐,原因 微生物生长繁殖细菌性胀罐 食品装量过多或罐内真空度不够引起假胀物理性胀罐 罐内食品酸度太高,腐蚀罐内壁产生氢气,引起氢胀化学性胀罐 出现细菌性胀罐的原因 杀菌不足 罐头裂漏,低酸性食品胀罐时常见的腐败菌大多数属于专性厌氧嗜热芽孢杆菌和厌氧嗜温芽孢菌。
15、 酸性食品胀罐时常见的有专性厌氧嗜温芽孢杆菌 高酸性食品胀罐时常见的有小球菌以及乳杆菌、明串珠菌等非芽孢菌。,（2）平盖酸败,外观正常，内容物变质，呈轻微或严重酸味，pH可能可以下降到0.1-0.3。 导致平盖酸坏的微生物称为平酸菌，平酸菌常因受到酸的抑制而自然消失，采用分离培养也不一定能分离出来 低酸性食品中常见的平酸菌为嗜热脂肪芽孢杆菌 酸性食品中常见的平酸菌为凝结芽孢杆菌，它是番茄制品中重要的腐败变质菌。,（3）硫化黑变,在细菌的活动下，含硫蛋白质分解并产生唯一的H2S气体，与罐内壁的铁发生反应生成黑色沉积物硫化亚铁FeS，沉积于罐内壁或食品上，以致食品发黑并呈臭味 是致黑梭状芽孢杆菌的
16、作用，只有在杀菌严重不足时才会出现。,（4）霉变,一般不常见。只有在容器裂漏或罐内真空度过低时才有可能在低水分及高浓度糖分的食品表面生长,（5）产毒,如肉毒杆菌、金黄色葡萄球菌等 从耐热性看，只有肉毒杆菌耐热性较强，其余均不耐热。 因此，为了避免中毒，食品杀菌时必须以肉毒杆菌作为杀菌对象加以考虑,2. 罐头腐败变质的原因,（1）杀菌前污染严重 （2）杀菌不足 原料污染情况 新鲜度 车间清洁卫生状况 生产技术管理 杀菌操作技术要求 （3）罐头裂漏 （4）嗜热菌生长,（四）微生物耐热性参数,1. 热力致死时间曲线（TDT曲线） Thermal Death Time 热力致死时间用以表示将在一定环境
17、中一定数量的某种微生物恰好全部杀灭所采用的杀菌温度和时间组合。,以热处理温度为横坐标，以微生物全部杀灭时间为纵坐标（对数值）得到一条直线，即热力致死时间曲线。,图5 热力致死时间曲线,细菌的热力致死时间随致死温度而异。它表示了不同热力致死温度时细菌芽孢的相对耐热性 实验数据显示温度每上升一个定值，所需要的杀菌时间减少10倍，表明热力致死规律按指数递降进行。,（1）热力致死时间曲线方程,式一：式二：T1-杀菌条件1的温度；T2-杀菌条件2的温度；t1-杀菌条件1的时间；t2-杀菌条件2的时间；Z-常数,（2） Z值,Z值为热力致死时间10倍变化时相应改变的加热温度数，单位为。 Z值越大，因温度上
18、升而取得的杀菌效果就越小。 肉毒杆菌Z为10，酸性食品Z为8T2-T1 Z=- log t1 log t2,（3） F0值,通常用121.1（国外用250）作为标准温度，该温度下的热力致死时间用符号F0来表示，称为F0值 F0值的定义就是在121.1温度条件下杀死一定浓度的细菌所需要的热力致死时间，单位为minF0值与原始菌种、菌数和环境条件是相关的。 F0值越大，微生物的耐热性越强,已知某种菌的F0，计算任意温度时的杀菌时间：各种杀菌温度-时间换算成121.1的杀菌时间：,2. 热力致死速率曲线,微生物及其芽孢的热处理死亡数是按对数规律变化的。 以物料单位值内存活细胞数或芽孢数的对数值为纵坐
19、标，以热处理时间为横坐标，可得到一条直线-热力致死速率曲线或活菌残存数曲线,图3-2 热力致死速率曲线,热力致死速率曲线表示某一种特定的菌在特定的条件下和特定的温度下，其总的数量随杀菌时间的延续所发生的变化 如果微生物足够多，它们不是同时死亡的，而是随着时间的推移，死亡量逐渐增加,（1）热力致死速率曲线方程,a-原始菌数；b-残存菌数；t-处理时间 在热力致死速率曲线上，若杀菌时间足够大，残存菌数出现负数（10-n）,说明若有10n个罐头，可能还有一个罐中有一个微生物存活,（2）D值,D值的定义就是在一定的处理环境中和在一定的热力致死温度条件下某细菌数群中每杀死90%原有残存活菌数时所需要的时
20、间，单位为min。 D值与温度、环境条件和菌种有关。D值越大，表示杀灭同样数量微生物所需的时间越长，这种微生物的耐热性越强，因此D值大小和细菌耐热性的强度成正比 注意：D值不受原始菌数影响,D值可以根据热力致死速率曲线方程求得 t D=- log a log b,表6 瞬间加热条件下单位时间为D时 的细菌死亡速率,细菌和芽孢按分数出现并不显示，这只是表明理论上很难将活菌完全消灭掉。 实际上，这应该从概率的角度来考虑，经过5D处理后，残存菌数为10-1，也就是10个产品可能有9个不再有活菌存在，而1个尚有活菌的可能。,（3）热力指数递减时间（F/TRT）,为了在计算杀菌时间时将细菌指数递减因素考
21、虑在内，将D值概念进一步扩大，提出了热力指数递减时间（F/TRT：thermal reduction time）概念。 FT定义就是在任何特定热力致死温度条件下将细菌或芽孢数减少到原来活菌数的1/10n时所需要的热处理时间（min）。,在实际的杀菌操作中，若n足够大，则残存菌数就足够小，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。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=nD，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。,（4）仿热力
22、致死时间曲线,纵坐标为D对数值，横坐标为加热温度，加热温度与其对应的D对数值呈直线关系。,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 利用TDT曲线方程 将110、10 min转化成121.1下的t2，则 已知： T1=110，T2=121.1， t1=10 min，Z=10。t2= 0.78 min 1min 说明未能全部杀灭细菌。, 那么在110下需要多长时间才够呢？将121.1、1min转化成110、t1min： 已知： T1=110， T2=121.1， t2=1 min， Z=
23、10。t1 = 12.88 min,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3.2,例3-2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 minlg a = lg 0.01 +
24、4.042/0.6a = 54480，即芽孢含量为120个/g。 此时，F0=D(lg a lg b)=0.6(lg 54480 lg 0.01)=4.642min F110=4.642 lg-1(121.1 110)/10=59.8 min,例1：100热处理时，原始菌数为1104，热处理3分钟后残存的活菌数是1101，求该菌D值。3 D= - log1.0 104 log1.010 D=1.00 即D100 =1.00,例2：某厂生产425g蘑菇罐头，通过微生物检测，选择以嗜热脂肪芽孢杆菌为对象菌，设内容物在杀菌前杆菌数不超过2个/g。经121杀菌、保温、贮藏后，容许变败率为万分之五以下，
25、问在此条件下蘑菇罐头的F0。 嗜热脂肪芽孢杆菌在蘑菇罐头中的耐热性参数D121=4.00min，,根据杀菌前的菌数：na=425 2=850个/罐 杀菌后的菌数：nb=5 10-4 F0=D121（lgna-lgnb）=4 （lg850-lg5 10-4）=4 （2.9294-0.699 + 4）=24.92 min,思考题,低酸性食品和酸性食品的分界线是什么？为什么？ 罐头食品主要有哪些腐败变质现象？罐头食品腐败变质的原因有哪些？ 影响微生物耐热性的因素主要有哪些？ D值、Z值、F0值的概念是什么？分别表示什么意思？这三者如何互相计算？,二、食品的传热,罐头食品杀菌时间受到下列因素的影响：
26、食品中可能存在的微生物或酶的耐热性 食品的污染情况 加热或杀菌的条件 食品的pH 罐头容器的大小 食品的物理状态 食品预期贮存条件因此，要确定热加工时间必须知道微生物或酶的耐热性以及热传递速率。,(一)传热方式,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. 罐内容物的传热方式,（1）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。 （2）完全传导型：内容物全部是固体物质。如午餐肉、烤鹅等。 （3）先传导后对流型：受热后流动性增加。如果
27、酱、巧克力酱、蕃茄沙司等。 （4）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。 （5）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。,（二）影响罐内食品传热速率的因素,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。 初温：指杀菌操作开始时，罐内食品冷点处的温度。 罐藏容器：主要指容器的材料、容积和几何尺寸。 杀菌锅：杀菌锅的类型、杀菌操作的方式。,（三）传热测定,冷点：罐头在杀菌冷却过程中温度变化最缓慢的点 传热测定：对罐头中心温度（冷点温度）变化情况的测定 冷点位置：传导型 几何中心对流型 中心距底2-4cm,传热测定的目的,掌握内容物的传热
28、情况，以便科学制订杀菌工艺。 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,传热测定的方法,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）,（四）传热曲线,1. 传热曲线 将罐内食品某一点（通常是冷点）的温度随时间变化值用温-时曲线表示，该曲线称传热曲线。,500g玻璃瓶装樱桃汁罐头的传热曲线,2. 传热曲线的表示方式,以冷点温度和杀菌时间作出的自然坐标传热曲线不利于用数学方法处理数据。 大量研究证实，杀菌锅温度Ts与罐内冷点温度Tm的差值的对数值与时间值呈直线关系。 按
29、照上述变化规律，以冷点温度Ts-Tm为纵坐标，以杀菌时间t为横坐标，并向前翻转180度，作出传热曲线。,冷点温度无限逼近杀菌温度,3. 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。 对流型和传导型曲线只有一种斜率，称简单型曲线。 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，称转折型曲线。,对流型,对流-传导型,传导型,4. 传热曲线的作用,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。,三、杀菌强度的
30、计算与确定程序,杀菌强度的计算 杀菌工艺的确定,（一）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）。 实际生产中，罐内冷点温度不可能始终等于杀菌操作温度；冷点温度只要在对象微生物的最高生长温度以上，就具有杀菌效果。,致死率：一定温度下单位时间（通常取1分钟）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/。可以理解为在某温度下，杀菌时间1分钟所取得的效果占全部杀菌效果的比值。
31、 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，则则得到总杀菌值A（或称累积杀菌值） A=Ai,用基本法计算杀菌强度及杀菌时间例题：,基本法（比奇洛法）的特点,方法直观易懂，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
32、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,（1）致死率值,据TDT方程 lg(t1/t2)=(T2-T1)/Z lg(t/t121)=(121-T)/Z ，令：t121 =1 min t= 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)/Z L就是致死率值（或杀菌值）,新例3.1,在某杀菌条件下，物料在121.1用1 min恰好将菌全部杀灭；现改用110处理，问110的致死率值是多少？设Z
33、=10。,将121.1 、1min转化成 110、tmin： 已知： T1=110， T2=121.1， t2=1 min，Z=10。t1 = 12.88 min 则110，1min的热致死率值为L110=1/12.88,致死率值L的含义,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。 也可表达为经温度T，1 min的杀菌处理，相当于温度121时的杀菌时间。 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；而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
34、，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“Fz121=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，也就相应将各个温度下的杀菌效果换算成100下的杀菌效果， Li=lg-1(Ti-100)/Z 。故也有Fz100=1时，各温度下的致死率表。 对于牛乳等液体进行的巴氏杀菌，常采用63 作为标准参照温度。因此，巴氏杀菌的致死率值常采用Li=lg-1(Ti-63)/Z来计算。,（2）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，
35、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）。 整个杀菌过程的杀菌强度（总致死值）： Fp = (Li t)= tLi,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。,用鲍尔改良法计算杀菌强度及杀菌时间的例题,某低酸性食品罐头作杀菌试验，杀菌对象菌D=4min，原始菌数为100个/罐，要求腐败率为万分之一。用杀菌公式10-25-反压冷却/121，传热数据如下表
36、，试评价该杀菌公式。,解：,F0=D(lga-lgb)=4(lg100-lg10-4)=24(min) Fp = tLi = 39.1394=27.41(min) Fp F0 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 = tLi = 38.1619=24.48(min) Fp 略大于F0，满足杀菌要求。,（二）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
37、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,杀菌公式的例题,某公司计划加工罐头产品，但是对罐头杀菌公式不明白，5-25-5/100代表什么意思？ 5分钟从罐头初温升到100，或者说从打开蒸汽5分钟达到100，保持10025分钟，关闭蒸汽，通入冷却水，5分
38、钟达到3840。而且这个还只能针对铁听，对玻瓶不能用这个公式。,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,第二节 热处理技术,、商业杀菌 （一）食品罐藏的基本工序 装罐 排气 密封 杀菌 冷却 检查,一、装罐,容器的准备：清洗 装罐的工艺要求：（1）装罐迅速，不要积压（2）保证净重和固形物含量，我国允许公差3%左右（3）原料需要合
39、理搭配（4）保证适当顶隙（3-8mm） 装罐的方法：人工，机械 预封 目的：排气通道、防止表面烫伤、防止冷凝水落入罐内、保持顶隙较高温度、便于高速封罐,二、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2.7-5.3104Pa。,1. 排气的目的,（1）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。 （2）防止好氧性微生物生长繁殖。 （3）减轻罐内壁的氧化腐蚀。 （4）防止和减轻营养素的破坏及色、香、味成分的不良变化。,2. 排气方法,热灌装法 加热排气法 喷蒸汽排气法 真空排气法,（1）热灌装法,将加热至一定温
40、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。,（2）加热排气法,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。,（3）蒸汽喷射排气法,
41、在专用的封口机内设置蒸汽喷射装置，临封口时向罐顶隙处喷蒸汽，驱除空气，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8mm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。 内容物体积随温度的变化，也是形成真空的原因之一。 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23.8 mm-Hg和433.6 mm-Hg，真空度约为433.6-23.8=409.8 mm-Hg,（4）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，
42、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。,影响真空封口罐内真空度的因素,W2=W1+P蒸1-P蒸2 W2：同一地点已封口产品的真空度 W1 ：封口时密封室的真空度 P蒸2 ：同一地点已封口产品的残存压力 P蒸1 ：封口时密封室的残存压力,上式显示：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。 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。,真空排气时的补充加热,密封室的真空度不足。 有真空膨
43、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20-30min罐内真空度有显著下降。,3. 影响罐内真空度的因素,（1）密封温度 （2）顶隙大小 （3）杀菌温度 （4）食品原料 （5）环境温度 （6）环境气压,三、密封,1. 金属罐密封 金属罐的密封由二重卷边构成，如图所示。,卷边厚度（T）：指卷边后五层板材总厚度和间隙之和。在用钩接焊锡法时罐身接缝处是由7层板材构成。 卷边宽度（W）：指卷边顶部至卷边下缘的尺寸 埋头度（C）：卷边顶部至盖平面的高度 身钩宽度（BH）：罐身翻边弯曲后的长度
44、盖钩宽度（CH）：罐盖的圆边向卷边内部弯曲的长度 空隙：卷边内顶部空隙有盖钩空隙（UC）和身钩空隙（LC）,叠接率（OL%）：身盖钩叠接的程度。生产中要求大于50%。 紧密度（TR%）：盖钩上平伏部分占整个盖钩宽度的比例。一般要求大于50%。 接缝盖钩完整率（JR%）：接缝处盖钩宽度占正常盖钩宽度的比例，一般要求大于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）,2. 玻璃罐密封,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
45、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。 3.软包装袋密封 主要采用热封合，有箱式真空封袋机、自动填充式真空封袋机等。,四、杀菌方式,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。 高压蒸汽杀菌：在密闭的杀菌锅里用高压蒸汽对低酸性食品进行杀菌。 高压水杀菌：在密闭的杀菌锅内用高温高压的水对玻璃瓶装、软袋装及扁平状金属罐装的低酸性食品进行杀菌。 其它杀菌：火焰杀菌，微波杀菌，电阻杀菌等。,五、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38-40。避免嗜
46、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。,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在1-3mg/kg，则正常条件下的加氯量约为5-8mg/kg 。,六、检查,外观检查：封口正常，两端内凹。 保温检查：将罐头放置在微生物的最适生长温度培养足够的时间，观察罐头有无胀罐和真空度下降等现象。 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。 真空度检查：用真空计抽检罐头的真空度。 开罐检查：重
47、量检验，感官检验，微生物检验，化学检验。,（二）商业杀菌系统,1. 间歇式杀菌锅 2. 连续式杀菌锅 3. 无笼杀菌锅 4. 常压连续回转式杀菌锅 5. 静水压杀菌器,静水垂直连续杀菌器,6. 超高温杀菌（UHT）,物料先灌装在容器中后杀菌，一个主要的问题是热穿透速率比较低。目前有一些方法用于提高热传递速率，比如： 采用更薄的罐材料 采用旋转杀菌方法 升高杀菌温度不可行，因为带来对罐材料要求更高，设备要求更高等问题,采用罐装前先杀菌然后无菌罐装就能很好解决这个问题，UHT指采用132-143温度对未包装的流体食品短时杀菌。 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
48、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,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 可以保护风味物质 直接系统的缺点： 只适合于低黏度物料 操作相对较难控制 在设备的低压区域较难保证无菌 能量回收低于50%，而间接系统可以高达90% 灵活性差,间接系统,1. 板式 缺点 由于板垫圈的限制，操作压力有限制（700kPa） 由于压力低，流速较慢（1.5-2m/s） 低流速可能导致物料沉积在加热板上，清洗频率高 由于垫圈易受到高温和碱液的腐蚀，需要经常更换 适合于低粘度物料 优点 相对便宜 节约空间和水 能量效率高（约90%可以回收） 生产能力容易调节，只要变动板数即可 易于检查,
