工艺技术_食品罐藏工艺课件

第四章食品罐藏工艺 CanningTechnology 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黑暗中的进展巴斯德的证明理性的进步 与干藏和冻藏不同 罐藏方法并不是人们直接受到自然现象的启示而加以利用 而是人们不断地探索和总结在长期的社会实践中的经验而发明创造的 据一些古书的记载 早在千年以前 就有用密封和加热法保存食物的例子 但限于当时的条件 还只是零星的局部经验 并未很快地推广开来和形成规模生产 现代意义上的罐藏食品 出现于18世纪末的法国 糖食业主尼古拉阿培尔 NicolasAppert 为获得拿破仑政府征求军队食品保存方法的赏金 经过十年的努力 发明了用玻璃瓶密封并加热来长期保存食物的方法 西文 罐头 杀菌 一词即源于此 appertization 第一节食品罐藏的基本过程 一 概述食品的罐藏就是把食品置于罐 can tin 瓶 bottle 或袋 sac sachet 中 密封后加热杀菌 借助容器防止外界微生物的入侵 达到在自然温度下长期存放的一种保藏方法 罐藏食品俗称罐头 相应的容器称为空罐 罐头盒 罐藏食品的生产过程由预处理 包括拣选 清洗 去皮核 修整 预煮 漂洗 分级 切割 调味 抽空等工序 装罐 排气 密封 杀菌 冷却和后处理 包括保温 擦罐 贴标 装箱 仓储 运输 等工序组成 预处理的工序组合可根据产品和原料而有不同 但排气 密封和杀菌为罐藏食品必需的和特有的工序 因此也就是罐藏食品生产的基本工序 罐头食品的一般工艺过程预备原料和包装材料获得可食用部分洗涤分级检验热烫排气密封杀菌和冷却检验 第二节装罐 排气与密封 一装罐 1 容器的准备 主要是对选定容器的清洁处理 2 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 3 原料需合理搭配 4 保留适当顶隙 3 装罐的方法 1 人工装罐法 适用于 需要合理搭配 有排列要求 经不起机械性摩擦和冲击的原料 简便易行 适应性广 但效率低 偏差大 操作面积大 卫生状况控制难 2 机械装罐法 适用于较均匀的原料 颗粒态 半固态 液态 效率高 装量准确 连续性好 易于控制卫生条件 占地面积小 但适应性小 二排气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 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 1 热灌装法 工艺参数 排汽温度A 排汽时间B 密封温度C 4 真空排气法 真空封罐机排气 在封罐的同时由真空泵排除空气 因而不需要预封机和排气箱等设备 2 加热排气法 3 蒸汽喷射排气法 工艺参数 PW1 PW P1蒸 P2蒸PW1 封罐后冷却下来时 温度为t2 所测罐头的真空度 PW 真空封罐机上真空室的真空度 P1蒸 罐头 温度为t1 在封罐机上真空室内封罐时 其顶隙内水蒸气压 P2蒸 封罐后冷却下来 温度为t2 时 其顶隙内水蒸气压 一般t2为室温 则P2蒸为一定值 故PW1与PW P1蒸有关 而P1蒸与t1相关 所以PW1与PW t1有关 操作时 只有当P1蒸 真空室的实际压力时才能封口 否则会产生暴溢现象 真空室的实际压力 P 大气压 PW水蒸气分压是随食品温度而变的 因此封罐时食品的温度与真空室的真空度是两个关键因素 所以 真空封口的工艺计算可根据PW和t1两个参数计算 例1 在标准大气压下真空封罐时 真空度为79 99KPa 问食品温度最高应为多少才不会产生瞬间沸腾现象 书P134 解 算出真空室的实际压力PP 大气压 PW 101 32 79 99 21 33 Kpa 查表找出与21 33Kpa相应的食品温度 定出食品所允许的最高温度 例2 当真空封口的真空度为67KPa时 食品的密封温度应 a 低于72 b 高于72 c 等于72 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 为保持高度密封状态 必须使罐身和罐盖的边缘紧密卷合 称为密封或封罐1 预封 将罐盖与罐筒边缘稍稍弯曲钩连 罐盖能自由转动但不能脱落 预封的目的 使罐盖在排气或抽气过程中不致脱落 留有排气通道 防止表面层被蒸汽烫伤 防止蒸汽冷凝水落入罐内 保持顶隙处较高的温度 便于使用高速封罐机 预封一般用于需要热力排气的产品 并非所有产品所必需 如生产玻璃罐装食品时 不必进行预封 2 封罐为保持高度密封状态 必须使罐身和罐盖的边缘紧密卷合 称为密封或封罐 金属罐密封金属罐的密封由二重卷边构成 罐身与罐盖或罐底由封口机进行卷封就形成二重卷边 二重卷边示意图 二重卷边结构为 三层盖铁 两层身铁 内嵌密封胶 二重卷边各部位的名称 书P141 142 埋头度卷边宽度卷边厚度 书P141 142 二重卷边检验 叠接率 50 紧密度 50 接缝盖沟 完整率 50 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 是卷封和旋封的结合形式 3 软包装袋密封主要采用热封合 有热冲击式封合 热压式封合等 第三节杀菌 食品的热加工与杀菌热加工方法1 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 要由于有些罐头食品内容物传热速度相当慢 可能需要几个小时甚至更长时间才能达到完全无菌 这时食品品质可能以劣变到无法食用 2 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 食品的杀菌方法有多种 物理的如热处理 微波 辐射 过滤等 化学的如各种防腐剂和抑菌剂 生物的如各种微生物或能产生抗生素的微生物 虽然杀菌方法有多种多样 并且还在不断地发展 但热处理杀菌是食品工业最有效 最经济 最简便 因而也是使用最广泛的杀菌方法 同时也成为用其它杀菌方法时评价杀菌效果的基本参照 热处理 Thermalprocessing 是采用加热的方式来改善食品品质 延长食品贮藏期的食品处理方法 技术 是食品加工与保藏中最重要的处理方法之一 一 概述 一 热杀菌的概念热杀菌是以杀灭微生物为主要目的的热处理形式 是最常用的延长食品保存期的加工保藏方法 根据要杀灭微生物的种类的不同可分为 商业杀菌 CommercialSterilization 巴氏杀菌 Pasteurisation 商业杀菌 CommercialSterilization 將病原菌 产毒菌及在食品上造成食品腐敗的微生物杀死 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 商业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 一般也能钝化酶 使杀菌后的食品达到较长的贮期 但它同样对食品营养成分和品质的破坏也较大 杀菌后食品的无菌程度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 Commerciallysterilization 也就是说它是一种部分无菌 Particallysterile 巴氏杀菌 Pasteurization 巴氏杀菌也称为低温长时杀菌法 相对于商业杀菌而言 巴氏杀菌是一种较温和的热杀菌形式 在100 以下的加热介质中的低温杀菌方法 以杀死病原菌及无芽孢细菌 但无法完全杀灭腐败菌 因此巴氏杀菌产品没有在常温下保存期限的要求 二 热杀菌的主要目的 热杀菌的主要目的是杀灭在食品正常的保质期内可导致食品腐败变质的微生物 一般认为 达到杀菌要求的热处理强度足以钝化食品中的酶活性 同时 热处理当然也造成食品的色香味 质构及营养成分等质量因素的不良变化 因此 热杀菌处理的最高境界是既达到杀菌及钝化酶活性的要求 又尽可能使食品的质量因素少发生变化 三 热杀菌原理 按照微生物的一般致死原理 微生物在高于其生长温度区域最大值的热环境中 必然受到致命的损害 且随着受热时间的延长而加剧 直至死亡 实验证明 微生物的热致死率是加热温度和时间的函数 四 热杀菌的主要类型杀菌的方法通常以压力 温时间 加热介质和设备以及杀菌和装罐密封的关系等来划分 以压力来划分可分为常压杀菌和加压杀菌 杀菌的加热介质可以是热水 水蒸气 水蒸汽和空气的混合物以及火焰等 1 湿热杀菌是热杀菌中最主要的方式之一 它是以蒸气 热水为热介质 或直接用蒸汽喷射式加热的杀菌法 3 电热杀菌亦称 欧姆杀菌 它利用电极将电流通过物体 由于阻抗损失 介质损耗等的存在 最终使电能转化为热能 使食品内部产生热量而达到杀菌的目的 2 干热杀菌采用火焰灼烧或干热空气进行灭菌的方法 五 食品湿热杀菌的主要类型和特点 低温长时杀菌法高温短时杀菌法超高温瞬时杀菌法蒸汽喷射式加热灭菌法二次灭菌法 二 罐头食品的杀菌 一 罐头食品杀菌的目的和要求 书P148 与医学 微生物学上的 灭菌 有区别 工艺操作都是采用商业无菌的方式来进行热处理保藏的 很明显 这种效果只有在密封的容器内才能取得 防止杀菌后的食品再受污染 将食品先密封于容器内再进行杀菌处理即是一般罐头的加工形式 而将经高温短时 HTST 或超高温瞬时 UHT 杀菌后的食品在无菌的条件下进行包装 则是无菌包装 确定商业杀菌的工艺需从两个因素考虑高温对微生物数量的影响达到预想的高温时 热量向食品中的传递 罐头传热 二 高温对微生物菌群的影响 1 罐头食品中的微生物事实表明 罐头食品种类不同 罐头内出现腐败菌也各有差异 各种腐败菌的生活习性不同 故应该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 罐头食品中的微生物种类很多 但杀灭的对象主要是 致病菌和腐败菌 致病菌在致病菌中 是以 肉毒梭状芽孢杆菌为标准菌 对象菌 原因 腐败菌 种类很多 微生物的耐热性 酵母和霉菌较不耐热 细菌较耐热 有些细菌可以在不适宜生长的条件下形成非常耐热的芽孢 低酸性食品以耐热菌的芽孢为杀菌对象 细菌的营养细胞和芽孢之间的耐热性差异 蛋白质不同 热凝固温度不同 水分含量及水分状态不同 要制定出既达到杀菌的要求 又可以使食品的质量因素变化最少的合理的杀菌工艺参数 温度和时间 就必须研究微生物的耐热性 以及热量在食品中的传递情况 2 微生物耐热性的表示值 参数 经过几代科学家的努力与探索 现在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 3 热力致死速率曲线 4 D值 5 热力致死时间曲线 6 Z值 7 F0值 8 F0 nD 1 热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 热致死时间 ThermalDeathTime TDT 在某一恒定温度条件下 加热使菌液细胞或芽孢以一定的比率 一般为99 9 致死所需时间 称为热致死时间 min 3 热致死速率曲线 DeathRateCurve 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 而是随着时间的推移 其死亡量逐步增加 高温对微生物数量减少的影响都有一个相似的和可测的变化模型 图1 图1 在所给定的加热条件下 随着加热时间的增加 微生物数量是按指数递减方式减少 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 对数值 为纵坐标 画出一条不同时间微生物被破坏的速度曲线 该曲线就是微生物的热致死速率曲线 表示某一种特定的菌在特定的条件下和特定的温度下 其残留活菌总数随杀菌时间的延续所发生的变化 图2 3 该曲线为直线 说明细菌受热致死的速度基本上正比于受热体系中活菌的数量 对数死亡法则 换句话说 在恒定的加热条件下 不论体系中残存的细菌数目有多少 在给定的时间里 被杀死的细菌的百分数是相同的 图2 微生物的热力致死速率曲线 图3 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 lgb lga k t 0 该直线的斜率就是该杀菌温度下的热致死率 图4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 图4 将一定数量的细菌悬浮液 在一定环境中 一特定温度下杀菌 使其中90 的活菌受热致死的时间 单位为分钟 称一个D值 图5 6 经 时间 体系中存活的微生物数将减少一个对数周期 4 D值 DecimalReductionTime DRT 从热致死速率曲线上可以引出D值的概念 图5 图6 要表示在某个温度下的D值 只需在D值下方表注加热温度的度数 如D250D121 0F与 的换算关系 0F 9 5 0 560FD110 5D值与菌种有关 与环境条件有关 与杀菌温度有关 影响D的因素 热致死速率曲线方程 lgb lga k t 0 t 1 k lga lgb 令 1 k D 则 t D lga lgb 令b a10 1 则D tD值的含义 D与直线斜率的关系为倒数关系 直线斜率表示热致死率 因此D值反映了细菌死亡的速度 D值越大 细菌死亡速率愈慢 则该菌的耐热性越强 5 热力致死时间曲线 ThermalDeathTimeCurve TDT 耐热曲线 热力致死时间曲线以热杀菌温度T为横坐标 以TDT值的对数值 微生物全部死亡时间t的对数值 为纵坐标 在半对数坐标上作图 画出相应的曲线 就是TDT曲线 它是一条直线 表示微生物的热力致死时间随热杀菌温度的变化规律 图7 图7 lgt2 lgt1 k T2 T1 lgt1 lgt2 k T2 T1 令Z 1 k则得到热力致死时间曲线方程 lgt1 t2 T2 T1 Z该曲线可用以比较不同的温度 时间组合的杀菌强度 t1 t2lg 1T2 T1 Z 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 TDT曲线具有两个特征值 即Z值和F值 图8 图8 热力致死时间曲线方程 lg t1 t2 T2 T1 Z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 6 Z值 Z值 热力致死曲线穿过一个对数周期所升高的温度 或0F 其值等于该曲线斜率的倒数 热力致死曲线 Z值是耐热常数 反映了某种菌的耐热特性 不同微生物对温度的敏感程度 主要用于表示热致死效果 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 因温度上升而取得的杀菌效果就愈小 一般说明微生物的耐热性越强 Z值常用于定量测定某种已知微生物菌群所需的热加工 例 如果Z值为15时 要想使加热时间缩短1 10 只需将温度提高150F即可 或15 0 56 8 4 例 在某杀菌条件下 在121 1 用1min恰好将菌全部杀灭 现改用110 10min处理 问能否达到原定的杀菌目标 设Z 10 解 已知 T1 110 t1 10min T2 121 1 t2 1min Z 10 利用TDT曲线方程 将110 10min转化成121 1 下的时间t2 则t2 0 78min 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 88min 7 F值 F值又称杀菌值 指在给定的杀菌温度下 一定数量的具有特定Z值的微生物被杀死所需要的时间 min F值表示的是特定热处理条件下的杀菌能力 F值可用于比较Z值相同的微生物的耐热性 但对Z值不同的微生物并不适用 故F值的完全表示法是 FZ F值 TDT D值比较 8 F0值 F0值 单位为min 是采用121 1 250 杀菌温度时 将一定数量Z值为10 15 的微生物杀死所需要的时间 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 从而可以方便地加以比较 t1 t2lg 1T2 T1 ZF0 tlg 1T 121 1 Z 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 9 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 D lga lg a10 n 即t nDT TRTn T值 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 TRT值 加热减数时间 ThermalReductionTime 在任意规定的温度下 将对象菌减少到某一程度 10 n 时所需的加热时间 分钟 如果对象菌数减少到原菌数的90 即为1个D值 故TRT值实际上是D值的扩大 10 n中的n称为递减指数 表示为TRTn nD 与TDT相比 TRT值不受原始菌数的影响 所以具有实际应用的优点 且可运用概率来说明微生物死亡情况 若某罐食品中含微生物总数为 万 106 将其在某一特定温度下加热并持续 倍 值的时间后 罐中存活的微生物总数为 如果将 罐此食品同时放入杀菌锅 加热并持续 倍 值的时间 则含菌总量为 亿 108 的这些食品中残活菌数为 从统计的观点来看 这 个细菌应均匀分布在这 个罐头中 平均每罐中应含有0 1个菌 这显然与实际不符 可能的情况是 其中10罐中各含有1个菌 而其它90罐是无菌的 对致病菌和腐败菌而言 1个菌也不允许存在 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 nD121 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费者的危害 取n 12 F0 12D 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 4min 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 F0 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 这种程度的杀菌操作 称为 商业灭菌 接受过商业灭菌处理的产品 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 F0 nD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 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 热致死速率曲线方程 t D lga lgb 热致死时间曲线方程 lgt1 t2 T2 T1 ZF0 nDlgD1 D2 T2 T1 Z 例 某产品净重454g 含有D121 1 0 6min 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 解 1 F0 D lga lgb 0 6 lg5448 lg0 001 4 042minF110 F0lg 1 121 1 110 10 52 1min 2 F0 0 6 lga lg0 01 4 042min lga lg0 01 4 042 0 6a 54480 即芽孢含量为120个 g 此时 F0 D lga lgb 0 6 lg54480 lg0 001 4 642minF110 4 642lg 1 121 1 110 10 59 8min 三 影响罐头加热杀菌的因素 1 影响微生物耐热的因素 热加工的目的是确保产品安全性或获得理想的货架期 要达到这个目的 就需要在热处理中建立时间和温度的关系 这就必需应用微生物菌群的耐热参数 而微生物的耐热性受到很多因素的影响 只有对这些因素有所了解 才能制定出合适的热加工工艺条件 无论是在微生物的营养细胞间 还是在营养细胞与芽孢间 其耐热性都有显著的差异 就是在耐热性很强的细胞芽孢间 其耐热性的变化幅度也相当大 微生物的这种耐热性是复杂的化学性 生理性以及形态方面的性质综合表现的结果 因此 微生物的耐热性首先受到其遗传性的影响 其次与它所处的环境条件也是分不开的 加热前 加热时和加热后三个阶段对微生物耐热性的影响 最重要的是加热时的各种条件 在有的情况下 许多因素对大多数微生物都产生影响 但有时也有一定的局限性 仅限于对某些特殊的菌种或菌株产生影响 影响微生物热致死率的因素菌种与菌株原始活菌数热处理前细菌芽孢的培育和经历热处理时介质或食品成分的影响 1 污染菌的种类微生物种类不同 其耐热的程度也不同 而且即使是同一菌种 其耐热性也因菌株而异 正处于生长繁殖期的营养体的耐热性比它的芽孢弱 各菌种芽孢的耐热性也不相同 嗜热菌芽孢的耐热性最强 厌氧菌芽孢次之 需氧菌芽孢的耐热性最弱 同一菌种芽孢的耐热性也会因热处理前菌龄 培养条件 贮存环境的不同而异 例如热处理后残存芽孢静静培养繁殖和再次形成芽孢后 新生芽孢的耐热性就较原来的强 无芽孢的细菌 在60 80几分钟就可以杀灭 霉菌和酵母更不耐热 只有少数几种的耐热性稍强 原始活菌数 初菌数 腐败菌或芽孢全部死亡所需时间随原始菌数而异 原始菌数愈多 全部死亡所需要的时间愈长 原始菌数愈高 腐败菌全部死亡时间也随之而增长 所以 食品杀菌前被污染的菌数和杀菌效果有直接的关系 因此 食品杀菌时减少原始活菌数到最低程度极为重要 2 污染量 设原始菌数为a 经t时间后的残菌数为b 斜率 热致死率 为k 杀菌时间t lna lnb ktlnb lna ktb a ekt该式表明 当杀菌温度和杀菌时间一定时 对某一特定菌来说 b就取决于a 菌种 菌数与污染源有关原料来源原料新鲜度加工处理过程的合理性车间个人卫生 3 加热前微生物所经历的培养条件加热前 影响微生物耐热性的主要因素是微生物细胞的遗传性 细胞组成成分 细胞形态以及细胞的培养时间等本身的内在因素和培养基的组成成分 培养温度 代谢产物等环境的外在因素 4 热处理时介质或食品成分的影响加热温度和加热时间是影响微生物致死的因素 此外 加热时环境情况 水分 食品成分 添加物等 给养等也与其直接相关 热处理时影响微生物耐热性的环境条件有 pH值和缓冲介质 离子环境 水分活性 其他介质成分 pH与芽孢致死时间的关系 食品pH值 根据腐败菌对不同pH值的适应情况及其耐热性 罐头 食品按照pH值不同常分为四类 低酸性 中酸性 酸性和高酸性 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 酸性食品 Acidfood 指天然pH 4 6的食品 对番茄 梨 菠萝极其汁类 pH 4 7 对无花果pH 4 9 也称为酸性食品 低酸性食品 Lowacidfood 指最终平衡pH 4 6 Aw 0 85的任何食品 包括酸化而降低pH值的低酸性水果 蔬菜制品 它不包括pH 4 7的番茄 梨 菠萝极其汁类和pH 4 9的无花果 酸化食品 Acidifiedfoods 是指加入酸或酸性食品使产品最后平衡pH 4 6 Aw 0 85的食品 在加工食品时 可以通过适当的加酸提高食品的酸度 以抑制微生物的生长 降低或缩短杀菌的温度或时间 要注意的是 不是任何食品都能通过简单的加酸进行酸化 Aw等其他一些因素会影响酸化的效果 酸化处理通常仅用于某些蔬菜和汤类食品 而且必须按照合理的酸化方法进行酸化 pH 4 6 Aw 0 85的食品统称为低酸性食品 其标准菌是肉毒梭状芽孢杆菌 该菌在Aw为0 9 0 93 pH 4 6的环境下能生存 凡是低酸性食品必须接受低酸性食品的杀菌强度 高温高压 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 巴氏杀菌 4 6 0 85常压杀菌 巴氏杀菌 4 6 0 85常压杀菌 巴氏杀菌 4 6 0 85高压杀菌 酸性食品中出现的腐败菌主要是耐热性较低的微生物如 耐酸性细菌 酵母 霉菌等 一般以酵母作为主要杀菌对象 酸性食品可采用常压杀菌 如沸水中杀菌 值得注意的是在常压杀菌的加热条件下 酶的耐热性反而比腐败菌更显现出来了 尤其是高酸性食品 在采用高温短时杀菌时 酶的钝化为其杀菌的主要问题 但在某些低酸性食品中尚存在一些抗热性更强的菌 如耐酸热芽孢杆菌 嗜热脂肪芽孢杆菌等 这些菌的特点是耐热性比肉毒梭状芽孢杆菌强 不产气 不产毒素 所以其杀菌条件需更高 如果杀菌条件仅杀死肉毒梭状芽孢杆菌 而这些菌未被杀死 则仍会繁殖 造成罐头的腐败 这些菌称平酸菌 番茄及番茄制品一类酸性食品 也常出现耐热性较强的平酸菌 因此应以该菌作为主要杀菌对象 加热方式的影响芽孢对干热的抵抗能力比对湿热的强 如肉毒芽孢杆菌的干芽孢在干热的杀灭条件是120 120min 而在湿热下为121 4 10min 这种差异与芽孢在两种不同环境下的破坏机理有关 湿热下的蛋白质变性和干热下的氧化 由于氧化所需要的能量高于变性 故在相同的热处理条件下 湿热下的杀菌效果高于干热 食品的化学成分 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30min才能死亡 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5min 糖浓度为30 时 致死时间增加30min 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 食品糖液浓度 糖与微生物耐热性的关系 食品盐液浓度 食盐的浓度在4 以下时 对微生物芽孢的耐热性有一定的保护作用 而浓度在8 以上时 则可削弱其耐热性 这种削弱和保护的程度常随腐败菌的种类而异 食品其他成分 淀粉对微生物芽孢耐热性没有直接影响蛋白质如明胶 血清等能增强芽孢的耐热性脂肪和油能增强芽孢耐热性如果食品中加入少量的杀菌剂和抑制剂也能大大减弱芽孢的耐热性 四 热量向食品中的传递 冷点 加热或冷却最缓慢之点 通常都在罐中心点 此处常称为冷点 1 罐头食品中常见的传热方式 热的传递方式 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 辐射 罐头内食品的传热方式 传导对流传导对流 对于罐藏食品而言 不存在辐射传热 罐内容物传热方式类型 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 五 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 1 传热测定 对罐头中心温度 冷点温度 变化情况的测定 掌握内容物的传热情况 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 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 2传热曲线 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 如后页图 要注意的是 杀菌锅温度升高到了杀菌温度T 并不意味着罐内食品温度也达到了杀菌温度的要求 实际上食品尚处于加热升温阶段 对流传热型食品的温度在此阶段内常能迅速上升 甚至于到达杀菌温度 而导热型食品升温很慢 甚至于开始冷却时尚未能达到杀菌温度 冷却时需要加反压 500g玻璃瓶装樱桃汁罐头的传热曲线 3传热曲线的作用 根据传热曲线 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 六 罐头热杀菌的工艺条件 杀菌强度的计算杀菌工艺条件的确定 1 杀菌强度的计算热杀菌时间的推算比奇洛 Begelow 在1920年首先提出罐藏食品杀菌时间的计算方法 基本法 随后 鲍尔 Ball 奥尔森 Olsen 和舒尔茨 Schultz 等人对比奇洛的方法进行了改进 鲍尔改良法 鲍尔还推出了公式计算法 史蒂文斯 Stevens 在鲍尔公式法的基础上又提出了方便实际应用的列图线法 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 2 杀菌工艺条件的确定 1 杀菌公式 杀菌操作过程中罐头食品的杀菌工艺条件主要由温度 时间 反压三个主要因素组成 在工厂中常用杀菌式表示对杀菌操作的工艺要求 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 升温时间 恒温时间 降温时间 反压杀菌温度 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 杀菌工艺条件 温度和时间的选用 正确的杀菌工艺条件应恰好能将罐内细菌全部杀死和使酶钝化 保证贮藏安全 但同时又能保住食品原有的品质或恰好将食品煮熟而又不至于过度 罐头食品合理的F值可以根据对象菌的耐热性 污染情况以及预期贮藏温度加以确定 同样的F值可以有大量温度 时间组合而成的工艺条件可供选用 原则上 尽可能选择高温短时杀菌工艺 但还要根据酶的残存活性和食品品质的变化作选择 杀菌时罐内外