第三章食品热处理和杀菌

第三章食品热处理和杀菌,一、概述,1.热处理的作用：正面作用：（1）杀死致病微生物和其他有害微生物；（2）钝化酶（3）破坏食品中不需要或有害成分（4）改善食品的品质与特性（5）提高食品中营养成分的可利用率和可消化率,负面作用（1）损失食品中的营养成分（2）食品的品质和特性产生不良变化（3）消耗的能量较大,2.热处理的类型：,按加工形式分：工业烹饪：一般作为食品加工的前处理热烫：主要破坏或钝化酶及减少为生物数量热挤压：又称挤压蒸煮，指食品在挤压过程中被加热。热杀菌：以杀菌为主要目的,按加工目的分：详见课本83页表3-1保藏：热烫、巴氏杀菌、杀菌转化：蒸煮、烘烤、油炸,二、热处理原理,1.微生物的耐热性1）影响因素：（1）菌种与菌株不同的微生物对热的抵抗力是有差异的。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,同一种微生物（菌种），菌株不同，耐热性也不同耐热性：产芽孢的细菌非芽孢细菌芽孢营养细胞不同芽孢，耐热性也不同嗜热菌芽孢厌氧菌芽孢需氧菌芽孢,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。,（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，微生物的耐热性越强，全部死亡所需要的时间越长。原因可能是细菌的细胞分泌出较多的类似蛋白质的保护物质以及细菌之间存在耐热性的差异。,（3）热处理温度：,在微生物生长温度以上的温度，都可以导致微生物的死亡，温度越高，杀死一定数量的腐败菌或芽孢随需要的时间越短。,例如：炭疽杆菌芽孢90加热5-8min，活菌残存数只有1个左右，而在80条件下加热50min活菌残存数可达100个以上。说明：加热时间的延长不能使杀菌效果提高，因此在杀菌时，保证足够的杀菌温度比延长时间更为重要。,（4）热处理时的介质或食品成分,PH值：大多数微生物在中性条件下耐热性最强，随着PH值偏离中性的程度越大，耐热性越低，死亡率越大。一般说当PH值低于4.6以后，细菌芽胞的耐热性就不耐热，此时微生物的耐热性的强弱主要受其他因素的影响。,水分活度：AW越小，微生物细胞耐热性越强。原因是湿热状态下，热的传递速度快，蛋白质热变性的速度也就越快。脂肪：脂肪含量高，细菌的耐热性强。原因是食品中的脂肪和蛋白质接触会在微生物表面形成凝结层，妨碍水分的渗透，阻挡了热的传递，增加了耐热性。,糖：这与糖的种类与糖的浓度有关蔗糖葡萄糖山梨糖醇果糖甘油糖浓度越高，微生物耐热性越强，原因是高浓度糖液对微生物细胞有脱水作用，降低了微生物AW，使蛋白质变性速度降低，从而提高了微生物的耐热性。,蛋白质：蛋白质含量在5%，对微生物有保护作用盐：盐类对微生物耐热性的影响是可变的，主要取决于盐类的种类、浓度等因素。,其中食盐是对微生物耐热性影响较为显著的盐类。通常低浓度（8%）则可消弱其耐热性，这种消弱和保护程度常随腐败菌的种类而异。其原因主要是与盐类的脱水作用程度有关。低浓度时适量脱水，不会引起蛋白质变性。高浓度时脱水严重，蛋白质迅速变性。,植物杀菌素：这些物质对微生物有抑制或杀死作用，可以减少微生物的初始数量，从而达到降低微生物的耐热性。起作用与植物杀菌素的品种、器官部位、生长期等的不同而具有不同的效率。,2）热杀菌食品的PH值分类,从食品安全和人类健康的角度，将食品分成酸性（PH4.6)和低酸性食品（PH4.6）两类。这是根据肉毒梭状芽孢杆菌的生长习性决定的。肉毒梭菌是嗜温厌氧菌，在生长过程中还会产生致命的毒素，对人类的健康危害极大，因此，热杀菌食品一定保证杀灭此菌。,实验证明：PH4.6时，肉毒梭菌就不会生长，也不会产生毒素，其芽孢也会受到强烈的抑制，所以PH4.6被确定为低酸性食品和酸性食品的分界线。此外，在干燥的环境中此菌也无法生长，所以，低酸性食品的界限为：PH4.6，AW0.85.,在PH4.6的条件下，肉毒梭菌不能生长，但其他多种产芽孢的细菌、酵母菌及霉菌则可能造成食品的腐败。一般而言，这些微生物的耐热性远远低于肉毒梭菌，因此杀菌形式有所不同。,3）微生物的耐热性参数,热力致死温度：表示对于特定种类的微生物进行杀菌达到某一个温度时，微生物已全部死亡，该温度称为热力致死温度。,热力致死时间曲线（TDT曲线）：表示在一定环境中一定数量的某种微生物恰好全部杀死所采用的杀菌温度和时间组合。表示了不同热力致死温度对细菌芽胞的相对耐热性。,热力致死时间曲线方程：lgt1/t2=(T2-T1)/Zt:杀菌温度；T：相应杀菌温度下的杀菌时间TDT曲线与环境条件有关，与微生物数量有关，与微生物种类有关。,Z值：单位是，是指杀菌时间变化10倍所需要相应改变的温度数。对于低酸性食品中的微生物，一般z=10，酸性食品或100以下杀菌的食品，Z=8,TRT值：热力致死时间，是指某一恒定温度下，将食品中某种微生物全部杀死所需要的热处理时间。TRT值只与初始菌落数有关，初始菌落数越多，TRT值越大。,F0：是采用121杀菌时的热力死亡时间，单位min，TRT121.1。F0=tlg-1(T-121.1)/Zt=F0lg-1(121.1-T)/ZF0与菌种、菌量及环境条件有关，F0越大，细菌的耐热性越强。,热力致死速率曲线：表示某一特定的菌在特定条件下和特定温度下，其总的数量随杀菌时间的延续所发生的变化。以热处理时间为横坐标，存活微生物为纵坐标，得到的对数曲线。,设原始菌落数为a，热处理t后，残存菌数为b，直线斜率为k，则lgb-lga=k(t-0)由于a总大于b，所以t=-1/k(lga-lgb)令D=-1/k，则t=D(lga-lgb),D值：表示特定环境中和特定温度下，杀灭90%微生物所需要的时间，单位min。D值意义：表示的是时间；是直线的斜率的负倒数，每跨过一个对数循环是相同的；与温度、环境条件、菌种有关，与初始菌量无关；表示细菌的耐热性，D越大，微生物的致死率越低，耐热性越强。,F0=nD：将杀菌终点的确定于原始菌落数和要求的成品合格率相联系，用适当的残存率代替“彻底杀灭”。意义：使杀菌终点的选择科学合理；强调了环境与管理对杀菌操作的重要性；建立了D值与Z值、F0值之间的联系,其中的n是根据实际的原始菌落数与要求的成品合格率成平合格率%=1-允许腐败率%确定的，是与原始菌落数、杀菌温度、菌种、环境条件等均有关系。D1/D2=lg-1(2-1)/Z表示菌落数,2.食品的传热：,1）传热方式：主要由传导、对流和辐射，罐藏食品只有传导和对流。冷点：是指罐内加热或冷却最缓慢的点。,传导：是指加热和冷却过程中，受热温度不同，分子所产生的振动能量不同，在分子之间相互碰撞下，热量从高能量分子相邻近的低能量分子依次传递的方式。传导型冷点在罐内几何中心。适用于固态、粘稠度较高的罐装食品,对流：是指借助于液体或气体流动传递热量的方式，即流体各部位上的质点发生相对位移而产生热交换。冷点在罐中心轴上离罐底2-4cm处。适用于装有糖水、盐水或其他粘度较低的食品.,对流与传导结合型：先对流后传导型：冷却时只有传导，适用于受热后会吸水膨胀的物料，如甜玉米等含丰富淀粉类的食品；先传到后对流型：冷却时以对流为主，适用于受热熔化的物料，如果酱等食品。诱发对流型：借助机械力量产生对流，如八宝粥回转式杀菌。,2）影响传热的因素：,罐内食品的物理特性：主要指食品的状态、块性大小、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。初温：是指杀菌操作前罐内食品的温度。对流型加热的食品初温对加热时间影响较小，传导型影响较大。,容器：主要指容器的物理性质、厚度和几何尺寸。不同容器热绝缘系数不一样，它取决于材质热导率和壁厚。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。罐容积越大，需要的加热时间越长；容积相同时，罐高/罐径比为0.25时，加热时间最短。,杀菌锅：静置式与回转式有区别。静置式传热不均匀，回转式对罐内容物有搅动作用，可以强化传热效果。其他：包括装罐量、顶隙度、真空度、罐内汁液与固形物的比例等。,3）传热测定：,目的：了解不同性质内容物罐头的传热情况，为正确制定杀菌工艺条件奠定基础；比较杀菌锅内不同位置的升温情况，为改进、维修设备和改进操作水平提供技术依据；得出罐内食品的杀菌值F值，判断罐头食品的杀菌效果。方法：罐头中心温度测定仪,4）传热曲线：,表现形式：Tm-t自然数坐标传热曲线：表示罐头食品冷点出温度Tm值随杀菌时间t的变化。课本93页图3-5,3-6.(Ts-Tm)-t半对数坐标传热曲线：杀菌锅操作温度Ts与罐内冷点温度Tm间差值的对数值与杀菌时间t值呈直线关系。课本94页图3-7.,Tm-t半对数坐标传热曲线：将(Ts-Tm)-t半对数坐标传热曲线绕横转动180，得到以杀菌时间为横坐标，冷点温度为纵坐标的传热曲线。课本94页，图3-8,传热曲线的类型：简单型曲线：对流型和传导型食品物料的传热曲线近似于直线；转折型曲线：先对流后传导型食品物料的传热曲线近似于两根相交的直线。这两种曲线有其规律性，可采用“公式法”或“列图线法”计算其杀菌值。,3.杀菌强度的计算及确定程序：,1）杀菌时间的推算：比洛奇基本法：此法的基础是罐头冷点的温度曲线和对象菌的热力致死时间曲线。,将杀菌时罐头冷点的传热曲线分割成若干小段，每小段的时间为ti。假定每小段内温度不变，利用TDT曲线，获得某段温度下Ti所需要的热力致死时间i，热力致死时间i的倒数为温度Ti杀菌1min所取得的效果占全部杀菌效果的比值，称为致死率，而ti/i即为该小段所取得的杀菌效果占全部杀菌效果的比值Ai，称为“部分杀菌值”。,将各段的部分杀菌值相加，就得到总杀菌值A。课本95页公式3-8特点：方法直观易懂。杀菌温度间隔很小时，计算结果与实际效果接近；可求得任何情况下的正确杀菌时间；计算量和试验量较大，需要确定杀菌过程中各温度下的TDT值，才能计算出致死率。,鲍尔改良法：主要有两点：1.建立“致死率值”：L=1/t=lg-1(T-121)/Z含义：对于F0=1min的微生物，经过T温度、1min的杀菌效果与该温度下全部杀死效果的比值。也可表达为经过温度T、1min的杀菌处理，相当于温度121时的杀菌时间。,2.时间间隔：时间间隔等值化。整个杀菌过程的杀菌强度：Fp=tLiFp值与F0值的关系：F0值指在标准温度（121）杀灭对象菌所需要的理论时间；Fp值是指将实际杀菌过程的杀菌强度换算成标准温度下的时间。判断一个实际杀菌过程的杀菌强度是否达到要求，需要比较F0与Fp的大小，一般要求FpF0,公式法和列图线法：公式法是根据罐头在杀菌过程中冷点温度的变化在半对数坐标纸上所绘出的传热曲线进行推算，求出整个杀菌过程的杀菌值Fp，通过与对象菌的F0进行比较，评判和确定实际需要的杀菌时间。公式法特点：可在杀菌温度变更时算出杀菌时间；但计算繁琐、费时、容易出错，且需要有规律的曲线才能计算。,列图线法是根据个参数之间的数学关系，制作出如计算尺般的一系列计算图线。使用者从杀菌操作温度Tp、升温时间t1、罐头冷点温度IT等基础参数出发，在计算图线上查阅和作连线，最终可推算出实际杀菌操作所需的恒温时间。但此法只能适用于简单型传热曲线。,2）确定热杀菌条件的步骤,3）杀菌的工艺条件：,（1）组成：温度、时间和反压三个因素（2）形式：(t1-t2-t3)/TP,其中t1：加热时升温、升压时间；t2：杀菌温度，恒温时间；t3：降压、降温时间；T：杀菌温度；P：反压,（3）注意：,升温时间不能过快，要充分排除空气，保证杀菌时温度与压力的一致性。适当延长杀菌时间，保证食品温度均匀达到杀菌温度，尤其是以传导为主的食品。冷却越快越好，防止温度下降过快，出现爆罐现象，需要加反压。,（4）杀菌工艺条件的选择：,正确的杀菌工艺条件应是恰好能将罐内细菌全部杀死，并能使酶钝化，保证食品的贮藏安全，同时又能保证食品原有的品质。杀菌条件的合理性通常通过罐头杀菌值F的计算来判别。罐头杀菌值又称杀菌致死值、杀菌强度它包括安全杀菌F值和实际杀菌条件下的两个内容。,实际杀菌条件下的F值是指在某一杀菌条件下的总的杀菌效果(在实际杀菌过程中罐头中心温度是变化的)，简称实际杀菌F值，常用F0值表示，以区别于安全杀菌F值。安全杀菌F值是指在某一恒定的杀菌温度下(通常以12l为标准温度)杀灭一定数量的微生物或芽抱所需要的加热时间。安全杀菌F值也称为标准F值，它被作为判别某一杀菌条件合理性的标堆值。,F0值50%,紧密度(TR%)：盖钩上平整部分占整个盖钩宽度的比例，一般要求大于50%，可以目测估算或用游标卡尺测量。接缝盖钩完整率(JR%)：接缝处盖钩宽度与正常盖钩宽度的比例，一般要求大于50%。近年来，普遍采用电阻焊罐代替焊锡罐，对盖钩的宽度影响较小，有哪次不需要考虑这项指标。还要求二重卷边外观平服、光滑，不存在铁舌、快口、垂边、跳封、假封等现象。,（2）玻璃罐密封：,卷封：借助专用机械，将金属罐盖紧压在玻璃瓶口的凸缘上。罐盖内侧与瓶口凸缘之间的密封胶圈保证容器的密封性，罐内真空保证罐盖始终紧压在瓶口，两者相互配合，形成良好的密封性。,旋封：封口时，将罐盖顺时针方向旋转，让每个盖爪紧扣瓶口斜线，起到将罐盖固定在瓶口作用，罐内真空度是保证罐盖始终紧压在瓶口的主要因素，罐盖内面与瓶口上密封胶圈保证率容器的密封性。套封：是卷封和旋封的结合形式。,（3）复合薄膜袋密封：,主要采用热熔密封原理，通过电加热及加压、冷却，使塑料薄膜之间熔融粘接而密封。有热冲击式封合、热压式封合等形式。热熔封口温度，二层透明袋为160-180，三层或四层不透明袋为180-220.,4）杀菌：,（1）目的：罐头的杀菌不同于微生物学上的灭菌，微生物学上的灭菌是指绝对无菌，而罐头的杀菌是杀灭罐头食品中能引起疾病的致病菌和能在罐内环境中生长引起食品变败的腐败菌，并不要求达到绝对无菌。,（2）要求：,既要杀死罐内的致病菌和腐败菌，又使食品不致加热过度，而保持较好的形态，色泽、风味和营养价值。因此，杀菌措施只要求达到充分保证产品在正当情况下得以完全保存，尽量减少热处理的作用，以免影响产品质量。罐头在杀菌的同时也破坏了食品中酶的活性，从而保证罐内食品在保存期内不发生腐败变质。此外，罐头的加热杀菌还具有一定的烹调作用，能增进风味，软化组织。,（3）分类：,一般分为低温杀菌和高温杀菌低温杀菌为80-100，又称常压杀菌，时间10-30分钟，适合于含酸量较高（pH值在4.6以下）的水果罐头和部分蔬菜罐头；高温杀菌为105-121，又称高压杀菌，时间40-90分钟，适用于含酸量较少（pH值4。6以上）和非酸性的肉类、水产品及大部分蔬菜罐头。在杀菌中传导介质一般采用水和蒸汽两种方式，而蒸汽的运用最普遍。,（4）影响罐头热杀菌的因素,影响微生物耐热性的因素：影响罐头传热的因素：罐头食品的物理性质；罐头密封材料的物理性质、厚度以及几何尺寸；罐头得初温；以及罐头的装罐量、顶隙度、真空度、固液比；杀菌釜的形式以及罐头在杀菌釜中的位置等。,5）冷却：,（1）冷却的目的防止罐头内容物的色泽、风味、组织、结构受到破坏；阻止嗜热性微生物的生长；延缓罐头腐蚀的反应,一般冷却到3843。因为冷却到过低温度时，罐头表面附着的水珠不易蒸发干燥，容易引起锈蚀，冷却只要保留余温足以促进罐头表面水分的蒸发而不致影响败坏即可。(2)冷却的方法罐头冷却的方根据所需压力的大小可分为常压冷却和加压冷却两种。,加压冷却也就反压冷却。杀菌结束的罐头必须在杀菌釜内维持一定压力的情况下冷却，主要用于一些高温高压杀菌，特别是高压杀菌后容易变形损坏的罐头。常压冷却主要用于常压杀菌的罐头和部分高压杀菌的罐头。罐头可在杀菌釜内冷却，也可在冷却池中冷却，可以泡在流动的冷却水中冷却，也可采用喷淋冷却。,(3)冷却时应注意的问题,冷却金属罐头可直接进入冷水中冷却，而玻璃罐冷却时水温要分阶段逐级降温，以避免破裂损失。罐头冷却所需要的时间随食品种类，罐头大小杀菌温度，冷却水温等因素而异。冷却的速度越快，对罐内食品质量的影响越小，但要保证罐容器不受破坏。,用水冷却罐头时，要特别注意冷却用水的卫生，以免因冷却水质差而引起罐头腐败变质，一般要求冷却用水必须符合用水标准，必要时在冷却水中加入一定浓度的氯，处理后的冷却水的游离氯的含量一般控制在58mg/kg。,6）检查：,（1）外观检查：封口正常，两端内凹（2）保温检查：将罐头放置在微生物最适生长温度以足够的时间，观察罐头有无胀罐和真空度下降等现象。保温时间见课本110页（3）敲检：用小棒敲击罐头，根据声音的清、浊判断罐头是否发生变质。,（4）真空度检查：用真空计抽检罐头的真空度（5）开罐检查：重量检验、感官检验、微生物检验、化学检验等。,5）罐头食品常见的腐败现象及原因,（1）胀罐：定义：是指罐头底盖出现外凸的现象。分类：按底盖外凸的程度分：隐胀：轻胀硬胀,按胀罐原因分：假胀：装罐量过多；真空度低，一般杀菌后出现氢胀：酸度过高，内壁腐蚀贮藏一段时间后出现细菌性胀罐：微生物生长殖，原因是杀菌不足,（2）平盖酸败：,定义：罐头外观正常，内容物变质，呈轻微或严重酸味现象。原因：导致此种变质的微生物统称为平酸菌，大多数是兼性厌氧菌，需要开罐观察或细菌分离培养后才能确定。,（3）黑变：,定义：在某种细菌活动下，含硫蛋白质分解并产生H2S气体，与罐内壁铁质发生反应生成黑色硫化物，沉积于管内壁或食品上，导致食品发黑呈臭味的现象。现象：一般外观正常，有时出现隐胀和氢胀，敲检时有浊音原因：致黑梭状芽孢杆菌导致，杀菌严重不足时才会出现。,（4）发霉：,定义：罐内食品表面出现霉菌生长的现象。原因：密封性出现问题；真空度过低。,综上所述，造成罐头食品腐败变质的原因：罐头裂漏：容器卷边结构不良；杀菌操作时压力控制不当。杀菌不足：杀菌操作技术不正确；杀菌工艺条件不合理。杀菌前污染严重：原料污染、新鲜度不够；车间清洁卫生不好；生产技术管理不足。,6）商业杀菌系统：,间歇式或静止式杀菌系统连续式杀菌锅系统无笼杀菌锅连续回转式杀菌锅静水压杀菌锅,2.巴氏杀菌：,是一种温和的热处理过程，主要用于液体食品。1）杀菌目的：钝化酶；杀灭致病菌的营养细胞。最经典的巴氏杀菌过程是液体乳的热处理，处理的最低目标是普鲁士病菌和结核病菌。,2）巴士杀菌系统：,间歇式巴士杀菌