食品工艺学-第三章食品的热处理和杀菌.ppt

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 引言 罐头 一 食品热处理的作用热处理 Thermalprocessing 是食品加工与保藏中用于改善食品品质 延长食品贮藏期的最重要的处理方法之一 拿破仑 罐头 食品工业中采用的热处理有不同的方式和工艺 不同种类的热处理所达到的主要目的和作用也有不同 但热处理过程对微生物 酶和食品成分的作用以及传热的原理和规律却有相同或相近之处 一 食品热处理的作用 1 正面作用杀死微生物 主要是致病菌和其他有害微生物 钝化酶 破坏食品中不需要或有害的成分或因子 大豆 改善食品的品质与特性 提高食品中营养成分的可利用率 可消化性等 2 负面作用食品中营养成分 特别热敏性成分有一定损失 食品的品质和特性产生不良的变化 消耗能量 二 食品热处理的种类及特点 一 根据热处理的目的分类保藏热处理 主要目的是降低无益生物物质如微生物和酶活性 转化热处理 热处理过程中出现一些物理特性的变化 面团 面包 保藏热处理 热烫 1 钝化酶苹果马铃薯 保藏热处理 热烫 2 除氧 生菜 保藏热处理巴氏杀菌法 Pasteurization 在100 以下的加热介质中的低温杀菌方法 以杀死致病菌营养细胞及无芽孢细菌 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 保藏热处理 巴氏杀菌温度75 95 例1 鲜奶63 5 30min 72 76 15s 85 10s 例2 果冻85 20min 保藏热处理 高温灭菌温度 100 杀灭微生物及其孢子例 超高温灭菌奶135 141 3 4s 保藏热处理的主要目的 杀灭在食品正常保质期内可导致食品腐败变质的微生物钝化食品中的酶 热杀菌处理的最高境界 Safetyvs Quality 达到杀菌及钝化酶活性的要求尽可能使食品的质量因素少发生变化 合理的杀菌工艺参数 1 工业烹饪 Industrialcooking 一般作为食品加工的一种前处理过程 通常是为了提高食品的感官质量而采取的一种处理手段烹饪通常有煮 焖 炖 烘 焙 炸 煎 烤等 一般煮多在沸水中进行 焙 烤则以干热的形式加热 温度较高 而煎 炸也在较高温度的油介质中进行 类型主要有 工业烹饪 热烫 热挤压和杀菌等 二 根据加工方法和目的分类 1 工业烹饪 二 根据加工方法和工序分类 2 热烫 烫漂 杀青 预煮 作用 破坏酶的活性 稳定色泽 改善风味与组织 减少维生素的损失 软化组织 便于后续的加工和装罐 杀死部分附着于原料中的微生物 提高杀菌效果 排除原料组织中的空气 减轻金属罐内壁的氧化腐蚀 方法 蒸汽热烫 热水热烫 70 100 热烫终点 果蔬中的过氧化物酶完全失活 注意 热烫后必须急速冷却 保持果蔬的脆嫩度 3 热挤压 挤压蒸煮 热挤压 是指食品物料在螺杆挤压下因受高温 高压 高剪切力作用 被压缩并形成熔融状态 然后被挤出模具孔 因压力骤降 水分急骤闪蒸 产品膨胀 从而形成一定形状和组织形态的产品 特点 挤压食品多样化 操作成本较低 在短时间内完成多种单元操作 生产效率较高 便于生产过程的自动控制和连续生产 挤压膨化食品生产流程 原辅料 配料 调整水分 挤压膨化成形 干燥 喷涂 包被 包装 产品 4 热杀菌 热杀菌是以杀灭微生物为主要目的的热处理方式 根据要杀灭微生物的种类和程度的不同可分为 巴氏杀菌超高温杀菌 UHT 商业杀菌 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 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 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 一 微生物的耐热性二 食品的传热三 杀菌强度计算及评价 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 菌种与菌株不同的微生物对热的抵抗力是有差异的 霉菌和酵母菌的耐热性较低菌种不同 微生物的耐热性不同 耐热性是 嗜热微生物 嗜温微生物 嗜冷微生物 1 污染微生物的种类和数量 细菌的耐热性 同一种微生物 菌种 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时期的芽孢的耐热性弱的多 耐热性 产芽孢的细菌 非芽孢细菌芽孢 营养细胞低酸性食品以耐热菌的芽孢为杀菌对象 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 结合水越多蛋白质的稳定性越大 同一种芽孢的耐热性也不同与菌龄 培育条件 储存环境的不同而异例如 含有磷酸或镁的培养基生长的芽孢耐热性较强 含有碳水化合物和氨基酸的环境中培养的芽孢耐热性很强 高温下培养比低温下培养的耐热性强等 不同芽孢 耐热性也不同嗜热菌芽孢 厌氧菌芽孢 需氧菌芽孢 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 耐热性越强 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 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 讨论1 有人说 在食品加工过程中 不需要进行卫生控制 反正最后会杀菌的 你认为这种说法对吗 为什么 讨论2 当你去餐厅就餐时 很多餐厅都会提供茶水给顾客涮洗餐具 你觉得这样做的目的是什么 能起到杀菌的作用吗 表1原始菌数和玉米罐头杀菌效果的关系 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 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2pH对芽孢耐热性的影响 酸度高 pH低的食品杀菌温度可低一些 时间可短一些 酸度低 pH高的食品杀菌温度要高一些 时间长一些 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 果糖 图4糖对细菌耐热性的影响 4 盐类 食盐 低浓度 4 时 微生物耐热性随浓度长高明显降低 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 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 氯化钙 对细菌芽孢耐热性的影响较食盐弱一些 苛性钠 碳酸钠或磷酸钠等 对芽孢有一定的杀菌力 随温度的提高而增强 5 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 6 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 7 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 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 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 62 高酸性4 6 二 热杀菌食品的PH分类 酸性食品与低酸性食品pH值划分的依据 能产生致命毒素的肉毒梭状芽孢杆菌的生长习性 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 肉毒杆菌生长和产生毒素时会伴随着产气 因此印制 罐盖中心部位凸起不可食用 可预防消费者误食 肉毒杆菌的应用 除皱美容 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 4 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Aw 0 85时 其芽孢也不能生长繁殖 低酸性食品的条件 pH 4 6及Aw 0 85低酸性食品必须采用高压杀菌 酸性食品则可采用常压杀菌 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 酸性食品与高酸性食品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pH 3 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pH 4 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 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 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 牛乳巴氏杀菌的效果可以根据磷酸酶活力测定的结果判定 这是因为牛乳中磷酸酶热处理时的钝化程度和废结合菌及其他病原菌热处理时的死亡程度相互一致 5 低酸性食品常以pH值4 6来划分 低酸性罐头食品常用高压方式进行杀菌处理 并以肉毒梭菌作为杀菌对象菌 6 干热条件下杀菌 微生物死亡较快 F 较慢 7 在采用超高温瞬时灭菌时 由于杀菌时间短 部分酶可能没有完全失活 T 8 干热条件下杀菌 微生物死亡较快 F 较慢 9 食品的pH值偏离微生物生长的适宜pH范围越远 则其耐热性变得越强 F 弱 3 影响罐头食品中微生物耐热性的因素及作用 微生物的种类和数量基质的成分热处理温度和时间6 低酸性食品和酸性食品的划分依据是什么 答 在罐头工业中酸性食品和低酸性食品的分界限以PH4 6为标准 任何工业生产的罐头食品中其最后平衡PH值高于4 6以上及水分活度大于0 85即为低酸性食品 这主要决定于肉毒杆菌的生长习性 肉毒杆菌广泛分布于自然界中 存在于食品原料的可能性很大 罐头内的缺氧条件对又对它的生长和产毒颇为适宜 因此罐头杀菌时破坏它的芽孢为最低的要求 PH值低于4 6时肉毒杆菌的生长就受到抑制 因此PH值大于4 6的食品罐头杀菌时必须保证将它全部杀死 故肉毒杆菌能生长的最低PH值成为两类食品分界标准线 1 热力致死温度已不再使用 过去 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 现在 微生物生长温度的上限 微生物在高于此温度的环境中会被杀灭 四 微生物耐热性参数 2 热力致死时间曲线 TDT曲线 ThermalDeathTime热力致死时间用以表示将在一定环境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 2 1 t1 2 t2 1 热力致死时间曲线方程 t1 t2 2 1 令 式一 1 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值是衡量温度变化时微生物死亡速率变化的一个尺度 Z值越大 因温度上升而取得的杀菌效果就越小 对于低酸食品中的微生物 一般取Z 10 肉毒杆菌Z为10 对于酸性食品中的微生物 采取 100 杀菌的 一般Z 8 酸性食品Z为8 T2 T1Z logt1 logt2 假如 t1 10t2 亦即杀菌时间缩短到原来的1 10 1 2 1 t1 2 t2 例1 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 例1解 将110 10min转化成121 1 下的t2 则已知 T1 110 T2 121 1 t1 10min Z 10 t2 0 78min 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 1min Z 10 t1 12 88min 加强练习题例2 在某杀菌条件下 在121 1 用2min恰好将对象菌全部杀灭 现改用105 82min处理 能否达到原定的杀菌目标 设Z 10 t 2 10 1 61 81 47min 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min F0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 3 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 而是随着时间的推移 其死亡量逐步增加 微生物及其芽孢的热处理死亡数是按对数规律变化的 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 图3 2热力致死速率曲线 1 热力致死速率曲线方程 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 t 1 k lga lgb 令 1 k D 则 t D lga lgb 2 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 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 a b 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tD loga logb令b a10 1 则D t 图 该实验的假设前提是 起始样品中微生物的细胞浓度为106个 ml 每加热1min有90 的细胞死亡 加热温度为121 理论上的微生物热致死实验 SurvivorCurve 例 下列关于D值的说法 不正确的是 C AD值越大 细菌的死亡速率越慢 即该菌的耐热性越强 BD值大小和细菌耐热性的强度成正比 C原始菌数越多 D值越大 DD值随热处理温度 菌种 细菌活芽孢所处的环境和其它因素而异 D值和Z值都是微生物的耐热性特征值 D值和Z值越大 则微生物的耐热性越差 F 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 10n 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 lga lg a10 n 即tT nDT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 nD121 1 3 由于F0值表示为D值的倍数 所以F0值似乎和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允许的腐败率确定n值 表6瞬间加热条件下单位时间为D时的细菌死亡速率 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 产品污染 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 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 表237 下保温10d后的残存菌数 产品微生物指标为 菌落总数 30000cfu g 大肠菌群 30个 100g 致病菌不得检出 表3不同杀菌时间后牦牛肉罐头的感官特性 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 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 thermalreductiontime 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 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 tT nDT 仿热力致死曲线 4 仿热力致死时间曲线 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 100 热处理时 原始菌数为1 104 热处理3分钟后残存的活菌数是1 101 求该菌D值 3D log1 0 104 log1 0 10D 1 00即D100 1 00min 例3 t D lga lgb 某产品净重454g 具有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 先求t121 1 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5 例5解 1 F0 t121 1 D lga lgb 0 6 lg5448 lg0 001 4 042mint110 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 01 4 642minF110 4 642lg 1 121 1 110 10 59 8min 思考 例6 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 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 4F0 D121 lgna lgnb 4 lg850 lg5 10 4 4 2 9294 0 699 4 24 92min 例7 在121 条件下 肉毒梭状芽孢杆菌及其芽孢的D值为0 204min 若在121 条件下将1012个芽孢减少为1个 需要多长时间 T 12 0 204肉毒梭状芽孢杆菌的Z 10 如何解释 若罐头在111 而不是在121 加热处理 则D111 思考题 D值 Z值 F值的概念是什么 分别表示什么意思 这三者如何互相计算 TDTTRT 二 食品的传热 罐头食品杀菌时间受到下列因素的影响 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 传热 将腌牛肉丁 罐装番茄汁 糖水梨罐头三种罐装食品同时放入杀菌锅内进行热处理时 请你预见 首先实现完全均匀受热的是 接下来是 最后是 二 食品的传热 传热方式 影响传热的因素 传热测定 传热曲线 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 一般说浓度 粘度越小的食品流动性大 加热时以对流传热为主 加热速度快 相反则以传导为主 液态食品以对流为主 粘度越小 对流所占比重越大 罐内温度变化基本同步 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 罐内温度分布不均 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 软包装材料依加工时所用材料有关 总的热绝缘系数 加热介质向罐壁的对流传热热绝缘系数 罐壁层热绝缘系数 罐壁向罐内传热热绝缘系数 对于对流型食品 金属罐罐壁的热绝缘系数对杀菌过程影响很小 而玻璃罐罐壁的热绝缘系数对于传热有决定性影响 对于传导型食品 食品的热绝缘系数是决定因素 而罐壁热绝缘系数的影响相对较小 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 4 4 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目的 掌握内容物传热情况 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 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 1000g金属罐装红烧肉罐头的传热曲线 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 按照上述变化规律 以冷点温度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 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 1 罐头食品传热曲线有直线型和折线型两种 其中直线型为单纯的传导或对流传热食品的传热曲线 折线型为传导对流复合型传热食品的传热曲线 2 杀菌时果汁罐头主要靠对流方式传热 红烧肉罐头以传导方式传热 3 罐头容器按材料可分为金属容器 玻璃罐 蒸煮袋等几大类 三 杀菌强度的计算与确定程序 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 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t1 t2 lg 1 T2 T1 z t F0 lg 1 121 T z 令 F0 1mint F0lg 1 121 T z 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 1min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1min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 10 将121 1 1min转化成110 tmin 已知 T1 110 T2 121 1 t2 1min Z 10 t1 12 88min则110 1min的热致死率值为L110 1 12 88 致死率值L的含义 对F0 1min的微生物 经T温度 1min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 1min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1min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 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 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 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 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 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 试评价该杀菌公式 解 F0 D lga lgb 4 lg100 lg10 4 24 min Fp t Li 27 41minFp F0但杀菌强度过大可在121 缩短3min 将表中33分钟数据取消 Fp t Li 24 48minFp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分钟罐头从初温升到100 或者说从打开蒸汽5分钟达到100 保持100 25分钟 关闭蒸汽 通入冷却水 5分钟达到38 40 而且这个还只能针对