食品工艺学(杀菌)

1、第四节第四节 罐头食品的杀菌与冷却罐头食品的杀菌与冷却 1. 概述概述 2. 罐头食品的微生物学罐头食品的微生物学 3. 罐头食品的传热学罐头食品的传热学 4. 罐头食品的杀菌工艺条件的确定罐头食品的杀菌工艺条件的确定 5. 罐头食品的杀菌技术与设备罐头食品的杀菌技术与设备 达到达到商业无菌商业无菌 破坏食品中的酶，尽可能保持食品破坏食品中的酶，尽可能保持食品 原有色泽、风味和营养原有色泽、风味和营养 1.1.概述概述 .罐头食品杀菌的目的罐头食品杀菌的目的 商业无菌商业无菌 罐头食品经过适度的热杀菌后罐头食品经过适度的热杀菌后, ,不含有不含有对对 人体健康有害的人体健康有害的致病性微生物致

2、病性微生物( (包括休眠体包括休眠体) )， 也不含有也不含有在通常温度条件下在通常温度条件下能在罐头中繁殖的能在罐头中繁殖的 非致病性微生物非致病性微生物。 .2. 罐藏食品中的微生物罐藏食品中的微生物 罐头食品的杀菌对象罐头食品的杀菌对象 罐头中常见的腐败菌罐头中常见的腐败菌 罐头食品的杀菌对象罐头食品的杀菌对象 致病菌致病菌 腐败菌腐败菌 食品腐败食品腐败( (Food Spoilage)Food Spoilage)：是指食品在微是指食品在微 生物作用下，食品的感官品质、营养品质甚生物作用下，食品的感官品质、营养品质甚 至卫生安全品质等发生不良变化，而丧失其至卫生安全品质等发生不良变化，

3、而丧失其 可食性的现象。可食性的现象。 腐败菌腐败菌(Spoilage bacteria)Spoilage bacteria)：导致食品腐导致食品腐 败变质的各种微生物。败变质的各种微生物。 . .罐头常见腐败变质现象及其原因罐头常见腐败变质现象及其原因 胀罐胀罐 平盖酸败平盖酸败 黒变或硫臭腐败黒变或硫臭腐败 发霉发霉 引起食物中毒的产毒菌引起食物中毒的产毒菌 . 胀罐胀罐 又称胖听又称胖听(swell)是指罐头底盖不像正是指罐头底盖不像正 常情况下呈平坦或内凹状，而出现外凸常情况下呈平坦或内凹状，而出现外凸 的现象。的现象。 是罐头食品最常见的腐败变质现象。是罐头食品最常见的腐败变质现象。

4、 隐胀罐：隐胀罐：外观正常，若用硬棒扣击底盖的一端，外观正常，若用硬棒扣击底盖的一端， 则它的另一端底盖就会外凸，如用力将凸端慢慢则它的另一端底盖就会外凸，如用力将凸端慢慢 地向罐内掀压，罐头则又重新恢复原状。地向罐内掀压，罐头则又重新恢复原状。 轻胀罐：轻胀罐：底或盖呈外凸状，若用力将凸端掀回原底或盖呈外凸状，若用力将凸端掀回原 装，则另一端随之外凸。装，则另一端随之外凸。 硬胀罐：硬胀罐：罐头底、盖同时坚实的或永久性的外凸。罐头底、盖同时坚实的或永久性的外凸。 根据底盖外凸程度，可以分为：根据底盖外凸程度，可以分为： 假胀罐假胀罐 氢胀罐氢胀罐 细菌性胀罐细菌性胀罐 胀罐发生的原因：胀罐发

5、生的原因： 因食品装量过多或罐内真空度过低所造成；因食品装量过多或罐内真空度过低所造成； 一般杀菌后就会出现，如午餐肉罐头就极易一般杀菌后就会出现，如午餐肉罐头就极易 出现假胀罐现象。出现假胀罐现象。 假胀罐（或物理性胀罐）：假胀罐（或物理性胀罐）： 因罐内因罐内食品酸度太高食品酸度太高，内壁迅速腐蚀，内壁迅速腐蚀, 锡、铁溶解产生锡、铁溶解产生氢氢气，大量氢气聚集气，大量氢气聚集 顶隙中而出现胀罐，一般经一段时间顶隙中而出现胀罐，一般经一段时间 贮藏后才会出现贮藏后才会出现. 氢胀罐（或化学性胀罐）：氢胀罐（或化学性胀罐）： 因微生物在罐头中生长繁殖因微生物在罐头中生长繁殖而出现而出现 的食

6、品腐败变质所引起的胀罐现象。的食品腐败变质所引起的胀罐现象。 产生原因产生原因： 杀菌不足；杀菌不足； 罐头裂漏罐头裂漏 细菌性胀罐细菌性胀罐： (2)(2)平盖酸败平盖酸败( (Flat sours)Flat sours) 是指是指罐头罐头外观正常，而内容物却已在外观正常，而内容物却已在 细菌活动下发生腐败，呈轻微或严重酸细菌活动下发生腐败，呈轻微或严重酸 味的变质现象。味的变质现象。 导致罐头食品产生平盖酸坏变质的微生物，被称导致罐头食品产生平盖酸坏变质的微生物，被称 为平酸菌；为平酸菌； 平酸菌大多数为兼性厌氧的嗜热性腐败菌；平酸菌大多数为兼性厌氧的嗜热性腐败菌； 平酸菌能将碳水化合物分

7、解产生乳酸、甲酸、乙平酸菌能将碳水化合物分解产生乳酸、甲酸、乙 酸等有机酸类，使食品酸败，但不产生气体；酸等有机酸类，使食品酸败，但不产生气体； 罐头外观正常，必须开罐检验方能区别。罐头外观正常，必须开罐检验方能区别。 平酸菌：平酸菌： 平盖酸败平盖酸败( (Flat sours)Flat sours) 低酸性食品中常见的平酸菌：低酸性食品中常见的平酸菌： 嗜热脂肪芽孢杆菌嗜热脂肪芽孢杆菌( (Bacillus stearothermophilusBacillus stearothermophilus),),其其 耐热性很强耐热性很强( (高于肉毒杆菌高于肉毒杆菌) )，能在，能在494955

8、55下生长，最下生长，最 高生长温度高生长温度6565。 酸性食品中常见的平酸菌酸性食品中常见的平酸菌： 嗜热酸芽孢杆菌嗜热酸芽孢杆菌( (Bacillus thermoaciduransBacillus thermoacidurans) )能在能在pH4pH4或略或略 低的介质中生长，最适生长温度低的介质中生长，最适生长温度4545，最高生长温度，最高生长温度5454 6060，是番茄制品中常见的重要腐败菌。在中酸性食品中，是番茄制品中常见的重要腐败菌。在中酸性食品中 也能生长。也能生长。 pH低于低于4.0不再产生芽不再产生芽 孢，并迅速自行消失。孢，并迅速自行消失。 黒变或硫臭腐败黒变或

9、硫臭腐败( (SulphideSulphide spoilage) spoilage) 硫臭腐败硫臭腐败：是由是由致黒梭状芽孢杆菌致黒梭状芽孢杆菌( (Clostridium Clostridium nigrificansnigrificans) )分解含硫蛋白质分解含硫蛋白质并产生唯一的并产生唯一的H H2 2S S气气 体，体，H H2 2S S与罐内壁铁质反应生成黑色的与罐内壁铁质反应生成黑色的FeSFeS，沉积，沉积 于罐内壁或食品上，使食品发黑并呈有臭味，此于罐内壁或食品上，使食品发黑并呈有臭味，此 现象称黒变或硫臭腐败。现象称黒变或硫臭腐败。 致黒梭状芽孢杆菌致黒梭状芽孢杆菌( (

10、Clostridium nigrificansClostridium nigrificans) ) 能在能在 35-7035-70范围内生长，适宜生长温度范围内生长，适宜生长温度5555，其芽，其芽 孢的耐热性比平酸菌和嗜热厌氧腐败菌孢的耐热性比平酸菌和嗜热厌氧腐败菌(e.g(e.g内毒内毒 杆菌，杆菌，Clostridium botulinumClostridium botulinum) )的低，这类腐败的低，这类腐败 罐头在正常杀菌条件下并不常见，只有杀菌严重罐头在正常杀菌条件下并不常见，只有杀菌严重 不足时才会出现。不足时才会出现。 发发 霉霉 罐头内食品上出现霉菌生长的现象，罐头内食品

11、上出现霉菌生长的现象， 称称发霉发霉 引起食物中毒的产毒菌引起食物中毒的产毒菌 可在罐头食品中生长的产毒菌种类不可在罐头食品中生长的产毒菌种类不 多多,主要为：主要为： 肉毒杆菌肉毒杆菌 金黄色葡萄球菌金黄色葡萄球菌 .热杀菌的影响因素热杀菌的影响因素 两大方面两大方面： 微生物的耐热性微生物的耐热性 罐头的传热罐头的传热 连续回转式高压杀菌法连续回转式高压杀菌法 火焰杀菌法火焰杀菌法 微波加热杀菌微波加热杀菌( (软包装软包装) ) 预杀菌和无菌装罐技术预杀菌和无菌装罐技术 高高( (静静) )压杀菌技术压杀菌技术 .现代杀菌技术的发展现代杀菌技术的发展 n新技术的应用新技术的应用 为提高罐

12、头食品为提高罐头食品 品质创造了条件品质创造了条件。 . . 微生物的耐热性微生物的耐热性 影响微生物耐热性的因素影响微生物耐热性的因素 微生物耐热性的表示方法微生物耐热性的表示方法 2.1 2.1 影响微生物耐热性的因素影响微生物耐热性的因素 微生物的种类数量微生物的种类数量 热处理前细胞生长热处理前细胞生长( (或芽孢形成或芽孢形成) )环境环境 食品的酸度（食品的酸度（p p） 食品的化学成分食品的化学成分 热处理温度和时间热处理温度和时间 ( () ) 微生物的种类和数量微生物的种类和数量 微生物种类微生物种类: :可为三个群可为三个群: : A A群群( (热敏感微生物热敏感微生物)

13、:):沙门氏菌、埃希氏菌、变形菌、假单胞 菌属的细菌，芽孢菌属、梭菌属细菌的营养体，酵母营养 细胞、霉菌的菌丝以及酵母孢子和部分霉菌的孢子； B B群群( (耐热微生物耐热微生物): ): 微球菌(牛奶腐败)、嗜热链球菌及其他 链球菌、乳杆菌、绝大多数霉菌有性孢子和酵母有性孢子、 霉菌无性孢子、大多数的病毒; C C群群( (非常耐热的微生物非常耐热的微生物):):主要是芽孢杆菌属和梭菌属的芽孢。 生育阶段生育阶段不同不同, ,微生物的耐热性也不同。微生物的耐热性也不同。 在同样条件下，对数生长期的菌体抗热性比稳 定期的差； 老龄细菌芽孢的耐热性就比幼龄细菌的芽孢抗 热性强； 孢子或芽孢的抗热

14、性比营养体强。 耐热性：嗜热菌芽孢耐热性：嗜热菌芽孢厌氧菌芽孢厌氧菌芽孢需氧菌芽孢需氧菌芽孢 微生物数量微生物数量 热力致死时间与原始活菌数有关，热力致死时间与原始活菌数有关，原始活原始活 菌数越多，所需的热力致死时间越长菌数越多，所需的热力致死时间越长。 原始菌数和玉米罐头杀菌效果的关系 发生平盖酸败的百分率121时的 杀菌时间 （min） 无糖60 芽孢 /10 g 糖 2500 芽孢 /10 g 糖 70 80 90 0 0 0 0 0 0 95.8 75.0 54.2 (2)(2)热处理前细胞生长热处理前细胞生长( (或芽孢形成或芽孢形成) )环境环境 p热处理前细胞生长的环境(营养条

15、件、营养条件、 培养温度培养温度)对微生物抗热性的影响明 显。 (3) (3) 食品酸度（食品酸度（ pHpH值）值） pH值是对微生物耐热性影响最大的因素之一 Bigelow 等人等人1920年研究了好气菌的芽孢在不同年研究了好气菌的芽孢在不同 pH中，采用不同温度杀菌的致死情况：中，采用不同温度杀菌的致死情况： 耐热性最强的耐热性最强的pHpH：肉毒梭菌：肉毒梭菌：6.3-6.96.3-6.9 枯草杆菌：枯草杆菌：6.8-7.66.8-7.6 酵酵 母：母：6.86.8 0.1 1 10 100 98.9110121 杀菌时间（分）杀菌时间（分） 杀菌温度杀菌温度() pH5-7 pH4.

16、5 pH3.5 介质介质pH值对细菌芽孢耐热性的影响值对细菌芽孢耐热性的影响 常见食品的常见食品的pHpH值值 食品种类食品种类 pHpH值值 食品种类食品种类 pHpH值值 平均平均最低最低最高最高平均平均最低最低最高最高 苹果苹果3.43.23.7番茄汁番茄汁4.34.04.4 苹果沙司苹果沙司3.63.24.2番茄酱番茄酱4.44.24.6 杏杏3.93.44.4芦笋芦笋(绿绿)5.55.45.6 葡萄汁葡萄汁3.22.93.7青刀豆青刀豆5.45.25.7 柠檬汁柠檬汁2.42.32.8胡萝卜胡萝卜5.25.05.4 桃桃3.83.64.0蘑菇蘑菇5.85.85.9 酸渍黄瓜酸渍黄瓜3

17、.93.54.3青豆青豆6.26.06.3 甜酸渍品甜酸渍品2.72.53.0甘薯甘薯5.25.15.4 草莓草莓3.43.03.9马铃薯马铃薯5.55.45.6 番茄番茄4.34.14.6菠菜菠菜5.45.15.9 (4)(4)基质的成分：基质的成分：水分水分 加热杀菌时，微生物的耐热性与介质或罐头食加热杀菌时，微生物的耐热性与介质或罐头食 品的化学成分有很大关系。品的化学成分有很大关系。 水分：水分： 微生物的抗热性随基质含水量减少而增强。微生物的抗热性随基质含水量减少而增强。 同种微生物在干热条件下的耐热性远远高于湿同种微生物在干热条件下的耐热性远远高于湿 热条件下的。热条件下的。 脂肪

18、脂肪 脂肪能增强微生物的耐热性。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，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，使蛋白质凝固困难；脂肪是热的不良导体， 阻碍了热的传入。阻碍了热的传入。 糖类糖类 糖类糖类: :对微生物的芽孢有保护作用对微生物的芽孢有保护作用, ,糖浓度越高，糖浓度越高， 杀菌所需时间越长；杀菌所需时间越长； 低浓度糖对芽孢耐热性的影响较小，高浓度糖低浓度糖对芽孢耐热性的影响较小，高浓度糖 对芽孢有保护作用；糖浓度高到一定程度对芽孢有保护作用

19、；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左右）时，高渗透压环境能抑制微生物 生长。生长。 蛋白质蛋白质 蛋白质对微生物有保护作用蛋白质对微生物有保护作用, ,提高微生物的耐热提高微生物的耐热 性。性。 食品中含食品中含5%5%蛋白质时对微生物有保护作用。蛋白蛋白质时对微生物有保护作用。蛋白 质含量质含量17171818或更高时，则对微生物的耐热性或更高时，则对微生物的耐热性 影响不进一步增加。影响不进一步增加。 蛋白质如明胶、血清等能增强芽孢的耐热性。加蛋白质如明胶、血清等能增强芽孢的耐热性。加 明胶后，细菌耐热性提高明胶后，细菌耐热性提高2 2倍。倍。 盐类盐类 Na

20、ClNaCl等等2-3%2-3%提高耐热性，进一步提高提高耐热性，进一步提高 浓度则降低耐热性；浓度则降低耐热性； 食盐浓度对微生物细菌残存率的影响食盐浓度对微生物细菌残存率的影响 0 0 2020 4040 6060 8080 100100 0 00.50.51 11.51.52 22.52.53 33.53.54 4 食盐浓度(%)食盐浓度(%) 细菌残存率(%)细菌残存率(%) 天然抗菌物质或化学抑菌物质天然抗菌物质或化学抑菌物质 微生物的耐热性会明显下降，并可降 低原始菌量。 某些蔬菜和香辛料，如洋葱、辣椒、胡椒、 芹菜、蒜头、芥末、胡萝卜等的汁液挥发出来 的物质有抑制或杀死微生物的作

21、用。这些物质 称植物杀菌素。 （）热处理温度和时间（）热处理温度和时间 微生物的致死主要由热处理温度和时间决定；微生物的致死主要由热处理温度和时间决定； 从从6060开始的各点温度对微生物都有致死作用；开始的各点温度对微生物都有致死作用； 不同温度下，微生物致死时间有很大差异；不同温度下，微生物致死时间有很大差异； 温度越低，致死时间就越长，反之则随着热处理温度越低，致死时间就越长，反之则随着热处理 温度升高，热力致死时间会迅速缩短。温度升高，热力致死时间会迅速缩短。 热处理温度和时间热处理温度和时间 芽孢菌在不同温度下的致死时间芽孢菌在不同温度下的致死时间两种菌在不同温度下所需杀菌时间两种菌

22、在不同温度下所需杀菌时间 . .微生物耐热性的表示方法微生物耐热性的表示方法 热力致死温度热力致死温度 热力致死速率热力致死速率 曲线热力致死时间曲线热力致死时间( (TDT)TDT) F F值与值与Z Z值、值、D D值的关系值的关系 .热力致死温度热力致死温度 定义：定义：将某特定容器内一定量食品中的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。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。用，在作定量处理时已不使用。 2.2.22.2.2 热力致死速率曲线热力致死速率曲线 1954195

23、4年日本的谷川等人以鲑鱼罐头中分离出的巨大芽年日本的谷川等人以鲑鱼罐头中分离出的巨大芽 孢杆菌为对象菌进行孢杆菌为对象菌进行108108的热杀菌试验，发现残存的热杀菌试验，发现残存 的芽孢数与热处理时间之间存在下面的关系：的芽孢数与热处理时间之间存在下面的关系： 杀菌时间杀菌时间(min) (min) 残存芽孢数残存芽孢数( (个个/ /ml)ml) 1 100000000 1 100000000 1.5 50000000 1.5 50000000 2.5 10000000 2.5 10000000 4 1000000 4 1000000 6 100000 6 100000 8 10000 8

24、 10000 10 1000 10 1000 杀菌时间与残存芽孢数之关系图杀菌时间与残存芽孢数之关系图 谷川等人根据试验结果，以杀菌时间做横坐标、谷川等人根据试验结果，以杀菌时间做横坐标、 残存活菌数做纵坐标作图：残存活菌数做纵坐标作图： 对数化处理后杀菌时间与残存芽孢数之关系对数化处理后杀菌时间与残存芽孢数之关系 0 0 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 8 8 9 9 0 02 24 46 68 810101212 加热时间(min)加热时间(min) 残存芽孢数(log X/ml)残存芽孢数(log X/ml) 如以单位样品内如以单位样品内活菌活菌 残存数的对数值残

25、存数的对数值为纵为纵 坐标，以加热时间为坐标，以加热时间为 横坐标，作图，则可横坐标，作图，则可 得得一直线图一直线图。该曲线。该曲线 即为即为热力致死速率曲热力致死速率曲 线线( (在一定温度下加热在一定温度下加热 时间与微生物残存数时间与微生物残存数 之间关系曲线之间关系曲线) )。 热力致死速率曲线热力致死速率曲线 设原始菌数为设原始菌数为a，经过一段热处理时间，经过一段热处理时间t后，后， 残存菌数为残存菌数为b，直线的斜率为，直线的斜率为k，则：，则： lg b lg a = k ( t 0 ) t = - 1/k ( lg a lg b) 令令 1/k = D，则：，则： t =

26、D(lg alg b) 热力致死速率曲线与菌种有关，与环境条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。件有关，与杀菌温度有关。 D D 值值 D D值值: :指数递减时间指数递减时间( (Decimal reduction time)Decimal reduction time) 定义：定义：在一定的环境和一定的热力致死温度条件在一定的环境和一定的热力致死温度条件 下，每杀死某细菌数群中下，每杀死某细菌数群中9090原有活菌数时所需原有活菌数时所需 要的时间。要的时间。 D D值受处理温度、菌种、细菌或芽孢所处悬浮液性值受处理温度、菌种、细菌或芽孢所处悬浮液性 质等的影响；

27、质等的影响； 与原始菌数无关；与原始菌数无关； n从图上可知，从图上可知，D值是指值是指 热力致死速率曲线经过热力致死速率曲线经过 一个对数周期时所需得一个对数周期时所需得 时间时间(min)(min)，它是该直，它是该直 线斜率的倒数；线斜率的倒数； nD D值与微生物的值与微生物的死亡速死亡速 率成反比。率成反比。D D值愈大值愈大， 则细菌死亡速度愈慢，则细菌死亡速度愈慢， 该菌的该菌的耐热性愈强耐热性愈强，反，反 之，则愈弱。所以，之，则愈弱。所以，D D 值大小与细菌耐热性的值大小与细菌耐热性的 强度呈正比。强度呈正比。 例如：某菌原始数例如：某菌原始数1104， 110热处理热处理

28、3min后，菌后，菌 数降为数降为110，则，则 ： )lg(lgbaDt ba t D lglg D值的计算与表示：值的计算与表示： min1 14 3 10lg10 3 14 la D 表示为：表示为： D110 1.00 部分食品中常见腐败菌的D值 腐败菌 腐败特征 耐热性 嗜热脂肪芽孢杆菌 平盖酸败 D121=4.0-5.0 min 嗜热解糖梭状芽孢杆菌 产酸产气 D121=3.0-4.0 min 嗜 热 菌 致黑梭状芽孢杆菌 致黑硫臭 D121=2.0-3.0 min 肉毒杆菌A、B 产酸产气产毒 D121=6-12 sec 生芽孢梭状芽孢杆菌(P.A3697) 产酸产气 D121=

29、6-40 sec 低 酸 性 食 品 嗜 温 菌 凝结芽孢杆菌 平盖酸败 D121=1-4 sec 巴氏固氮梭状芽孢杆菌 产酸产气 D100=6-30 sec 酪酸梭状芽孢杆菌 产酸产气 D100=6-30 sec 酸 性 食 品 嗜 温 菌 多粘芽孢杆菌 产酸产气 D100=6-30 sec 2.2.4 2.2.4 热力致死时间热力致死时间(TDT)(TDT)曲线曲线 热力致死时间热力致死时间( (Thermal Death TimeThermal Death Time，TDT)TDT)： 是指热力致死温度保持不变，将处于一定是指热力致死温度保持不变，将处于一定 条件下的食品条件下的食品(

30、(或基质或基质) )中的某一对象菌中的某一对象菌 ( (或芽孢或芽孢) )全部杀死所必须的最短的热处理全部杀死所必须的最短的热处理 时间。时间。 lg t2 - lg t1 = k(T2 - T1) lg t1 - lg t2 = -k(T2 - T1) 令令 Z = -1/k 则得到热力致死时间曲线方程：则得到热力致死时间曲线方程： Z TT t t 12 2 1 lg TDT曲线与环境条件有关，与微生物数量有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。关，与微生物的种类有关。 该曲线可用以比较不同的温度该曲线可用以比较不同的温度-时间组合的时间组合的 杀菌强度：杀菌强度：

31、Z TT tt 121 21 lg Z值：值： Z值是热力致死时间变化值是热力致死时间变化10倍所需倍所需 要相应改变的温度数，单位为要相应改变的温度数，单位为。 Z值与微生物的种类有关、与环境因素有关。值与微生物的种类有关、与环境因素有关。 Z值越大，一般说明微生物的耐热性越强值越大，一般说明微生物的耐热性越强 F0值：值： 单位为单位为min，是采用，是采用121.1杀菌温度时的杀菌温度时的 热力致死时间。热力致死时间。 因此，利用热力致死时间曲线，可将各种因此，利用热力致死时间曲线，可将各种 的杀菌温度的杀菌温度-时间组合换算成时间组合换算成121.1时的杀时的杀 菌时间，从而可以方便地

32、加以比较：菌时间，从而可以方便地加以比较： Z T tF 1 .121 lg 1 0 例例3.1 在某杀菌条件下，在在某杀菌条件下，在121.1用用1 min恰好将恰好将 菌全部杀灭；现改用菌全部杀灭；现改用110、10 min处理，处理， 问能否达到原定的杀菌目标？设问能否达到原定的杀菌目标？设Z=10。 例例3.1解解 已知：已知： T1=110，t1=10 min，T2=121.1， t2=1 min，Z=10。 利用利用TDT曲线方程，将曲线方程，将110、10 min转化转化 成成121.1下的时间下的时间t2 ，则，则 t2 = 0.78 min t2 说明未能全部杀灭细菌。那么在

33、说明未能全部杀灭细菌。那么在110下需下需 要多长时间才够呢？仍利用上式，得要多长时间才够呢？仍利用上式，得 t1 = 12.88 min 2.2.4 2.2.4 热力指数递减时间热力指数递减时间( (TRT)TRT) 热力指数递减时间热力指数递减时间( (Thermal Reduction Thermal Reduction Time,TRT)Time,TRT)：在任何热力致死温度条件在任何热力致死温度条件 下将细菌或芽孢数减少到某一程度下将细菌或芽孢数减少到某一程度( (如如 10-n)时所需的热处理时间时所需的热处理时间( (min)。 Ball将将-n指数称为递减指数，并用指数称为递减

34、指数，并用TRTn表示。表示。 根据根据tD(lgalgb)，将原始菌数减少到，将原始菌数减少到10-n时，时， 所需热处理时间。所需热处理时间。 TRTntD（lgn lg0）=nD TRTnnD 10n个100个 即：总菌数即：总菌数 TRT1为热力致死速率曲线横过一个对数循环时所需的热为热力致死速率曲线横过一个对数循环时所需的热 力处理时间。力处理时间。 TRTn为曲线横过为曲线横过n个对数循环时所需的热力处理时间。个对数循环时所需的热力处理时间。 TRTn是是D的扩大值。的扩大值。TRTn同同D值一样不受原始菌数的值一样不受原始菌数的 影响，同样受对影响，同样受对D值有影响的因素支配。

35、值有影响的因素支配。 如减菌指数如减菌指数n1，TRT1D, 以加热温度为横坐标，以加热温度为横坐标，D值值的的 对数值为纵坐标，根据各加对数值为纵坐标，根据各加 热温度相应的热温度相应的lglgD，在半对数，在半对数 坐标纸上作图，便可得到一坐标纸上作图，便可得到一 条加热温度与条加热温度与D值的直线相关值的直线相关 曲线，该直线称为曲线，该直线称为仿热力致仿热力致 死时间曲线死时间曲线或或TRTTRT1 1曲线曲线 仿热力致死时间曲线仿热力致死时间曲线 (Phanton Thermal Death Time curve) 根据根据TRTTRT1 1曲线图可以求出曲线图可以求出z z 值。值

36、。 如温度如温度T T1 1时的时的D D值为值为D D1 1，温，温 度度T T2 2时的时的D D值为值为D D2 2，则，则 A C B 仿热力致死时间曲线仿热力致死时间曲线 (Phanton Thermal Death Time curve) ) )T T(T(T Z Z lgDlgDlgDlgD 2 21 11 12 2 1 A C B 仿热力致死时间曲线仿热力致死时间曲线 (Phanton Thermal Death Time curve) Z Z lgDlgDlgDlgD 1 12 2 1 Z Z Z值：就是值：就是TRTTRT1 1直线横过直线横过 一个对数周期时所需要的一个对

37、数周期时所需要的 温度值温度值, ,或或D D值成值成1010倍变化倍变化 时相对应的温度变化值。时相对应的温度变化值。 Z Z T T1 12 21 1 F F l lg g nD时nD时当当 n n Z Z T T121121 F F nDnD lglg Z Z T T121121 1010 n n F F D D 或或 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。 对于低酸性食品，因必须尽可能避免肉毒对于低酸

38、性食品，因必须尽可能避免肉毒 杆菌对消费者的危害，取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3-4 min，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需要比较肉毒杆菌的12D和嗜热菌的和嗜热菌的4-6D 的值，取较大者作为杀菌目标的值，取较大者作为杀菌目标F0。 F0 = n D的意义：的意义： 用适当的残存率值代替过去用适当的残存率值代替过去“彻底杀灭彻底杀灭”的的 概念，这使得杀菌终点（或程度）的选择更概念，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

39、管理对杀科学、更方便，同时强调了环境和管理对杀 菌操作的重要性。菌操作的重要性。 通过通过F0 = n D，还将热力致死速率曲线和热，还将热力致死速率曲线和热 力致死时间曲线联系在一起，建立起了力致死时间曲线联系在一起，建立起了D值、值、 Z值和值和F0值之间的联系。值之间的联系。 例例 某产品净重某产品净重454 g，含有，含有D121.1 =0.6 min、 、 Z=10的芽孢的芽孢12只只/g；若杀菌温度为；若杀菌温度为110， 要求效果为产品腐败率不超过要求效果为产品腐败率不超过0.1%。求：。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）杀菌后若检验结果产

40、品腐败率为1%， 则实际原始菌数是多少？此时需要的杀菌则实际原始菌数是多少？此时需要的杀菌 时间为多少？时间为多少？ 解解 （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 min lg a = lg 0.01 + 4.042/0.6 a = 54480，即芽孢含量为，即芽孢含量为120个个/g。 此时，此时，F0=D(lg a lg b) =0.6(lg 54480 lg 0.001)=4.642 min F

41、110=4.642 lg-1(121.1 110)/10=59.8 min 2.3、超高温杀菌与酶的耐热性、超高温杀菌与酶的耐热性 酶也是引起食品品质变化的重要因素。酶也是引起食品品质变化的重要因素。 绝大多数酶在绝大多数酶在80以上即被钝化，只有以上即被钝化，只有 部分酶比较耐热，如酸渍食品中的过氧部分酶比较耐热，如酸渍食品中的过氧 化物酶能经受化物酶能经受85 的热处理。一般认为的热处理。一般认为 经过杀菌处理，其中的酶也已经失活。经过杀菌处理，其中的酶也已经失活。 采用采用121 以上高温杀菌时，会出现杀菌以上高温杀菌时，会出现杀菌 强度足够但酶没有被钝化的现象。强度足够但酶没有被钝化的

42、现象。 高酸性食品因所需杀菌强度低，有时也高酸性食品因所需杀菌强度低，有时也 存在酶钝化不完全的现象。存在酶钝化不完全的现象。 已知化学反应的温度系数已知化学反应的温度系数Q10=23，其中包，其中包 括酶促反应和酶的热钝化反应。括酶促反应和酶的热钝化反应。 已知已知D值是某一温度时微生物数量下降一个值是某一温度时微生物数量下降一个 对数周期所需的热处理时间，所以对数周期所需的热处理时间，所以1/D就是就是 该温度下单位时间内微生物的死亡数量，该温度下单位时间内微生物的死亡数量， 即杀菌速率。热杀菌时的温度系数：即杀菌速率。热杀菌时的温度系数： 低酸性食品中的微生物：低酸性食品中的微生物：Z=

43、10，Q10=10。 ZZ TT D D D D Q 10 lglg /1 /1 1121 2 1 1 2 10 以青豆中最耐热的过氧化物酶和嗜热脂以青豆中最耐热的过氧化物酶和嗜热脂 肪芽孢杆菌为例：肪芽孢杆菌为例： 对于钝化酶，对于钝化酶，Q10=2.5，即，即 由此求得过氧化物酶的由此求得过氧化物酶的Z=26。 根据各自的根据各自的Z值和在某一温度下彻底杀灭值和在某一温度下彻底杀灭 （钝化）的时间，作出热力致死曲线，（钝化）的时间，作出热力致死曲线， 并比较，可见在温度超过一定值后，酶并比较，可见在温度超过一定值后，酶 的钝化成为首要问题。的钝化成为首要问题。 5 . 2 10 lg 1

44、10 Z Q 3. 罐头食品的传热罐头食品的传热 罐头食品的传热方式罐头食品的传热方式 影响罐头食品传热的因素影响罐头食品传热的因素 加热杀菌时罐头传热状态的测定加热杀菌时罐头传热状态的测定 罐头食品的传热曲线罐头食品的传热曲线 3.1 3.1 罐头食品的传热方式罐头食品的传热方式 罐头食品的传热方式因食品性质、性状的罐头食品的传热方式因食品性质、性状的 不同而有区别，通常有不同而有区别，通常有: 传导传导 对流对流 对流传导对流传导 三种方式三种方式 传导传导( (Conduction)Conduction) 热传导：热传导：食品在加热和冷却过程中，受热温食品在加热和冷却过程中，受热温 度不

45、同，分子间的相互碰撞，热量从高能量度不同，分子间的相互碰撞，热量从高能量 分子向邻近低能量分子依次传递的方式，称分子向邻近低能量分子依次传递的方式，称 热传导热传导。 传导传导( (Conduction)Conduction) 加热或冷却最缓慢点通常都在罐头中心处，该加热或冷却最缓慢点通常都在罐头中心处，该 处常称为处常称为冷点冷点。 传导传热罐头食品冷点传导传热罐头食品冷点 位置：罐头的几何中心位置：罐头的几何中心 对流对流( (convection)convection) 对流是指借助于液体对流是指借助于液体 的流动进行热量传递的流动进行热量传递 的一种方式。的一种方式。 对流传热食品的冷

46、点通常在对流传热食品的冷点通常在 中心轴上离罐底中心轴上离罐底12.719mm 的部位上。的部位上。 传导对流结合式传热传导对流结合式传热 一般说，一般说，糖水或盐水的小块形成颗粒状糖水或盐水的小块形成颗粒状 果蔬罐头果蔬罐头食品属于对流和传导同时存在食品属于对流和传导同时存在 的，液体是对流传热，固体是导热传热。的，液体是对流传热，固体是导热传热。 糊状玉米等含淀粉较多的罐头糊状玉米等含淀粉较多的罐头 盐水玉米、稍浓稠的汤和番茄汁盐水玉米、稍浓稠的汤和番茄汁 苹果沙司等有较多沉积固体的罐头食品苹果沙司等有较多沉积固体的罐头食品 其它方式传热其它方式传热 为了加快传热速度，对于某些对流性较差的

47、罐为了加快传热速度，对于某些对流性较差的罐 头食品采用机械转动或其他方式使之产生对流，头食品采用机械转动或其他方式使之产生对流， 这种传热方式称为这种传热方式称为诱导型传热诱导型传热。 e.g.使用回转式杀菌，使罐头在杀菌和冷却过程使用回转式杀菌，使罐头在杀菌和冷却过程 中产生适当的转动，以促进传热。中产生适当的转动，以促进传热。 3.2 影响罐头食品传热的因素影响罐头食品传热的因素 罐头食品的物理特性；罐头食品的物理特性； 罐头容器材料的物理性质、厚度和几罐头容器材料的物理性质、厚度和几 何尺寸；何尺寸； 罐头的初温；罐头的初温； 杀菌设备的形式和罐头在杀菌锅中的杀菌设备的形式和罐头在杀菌锅

48、中的 位置；位置； 3.2.1 3.2.1 罐头食品的物理特性罐头食品的物理特性 食品的物理特性不同，传热速度不同，食品的物理特性不同，传热速度不同， 而与传热有关的食品物理特性主要是形而与传热有关的食品物理特性主要是形 状、大小、浓度、密度和粘度等状、大小、浓度、密度和粘度等 流体食品流体食品 半流体食品半流体食品 固体食品固体食品 流体和固体混装食品流体和固体混装食品 3.2.2 3.2.2 罐头容器材料的物理性质、罐头容器材料的物理性质、 厚度和几何尺寸厚度和几何尺寸 容器材料的物理性质及罐壁厚度容器材料的物理性质及罐壁厚度 罐头食品的几何尺寸和容积罐头食品的几何尺寸和容积 (1) 容器

49、材料的物理性质及罐壁厚度容器材料的物理性质及罐壁厚度 热量从罐外向罐内食品的传递，受到罐热量从罐外向罐内食品的传递，受到罐 壁的热阻作用壁的热阻作用( (热阻热阻与罐壁厚度与罐壁厚度和热和热 导率导率 有关有关) )。 不同制罐材料，其热导率不同制罐材料，其热导率 不同不同 铁 铁： ：46.5252.34w/m.k 玻 玻： ：0.580.93w/m.k 铝 铝： ：203.53w/m.k n热阻热阻 对流食品的总热阻对流食品的总热阻 2 2玻玻 玻玻 1 1 1玻1玻 h h 1 1 h h 1 1 1001001:1: :100100 h h 1 1 : : : : h h 1 1 2

50、2铁铁 铁铁 1 1 2 2铁铁 铁铁 1 1 1 1铁铁 h h 1 1 h h 1 1 T1, h1 T2, h2 食品散热系数食品散热系数 介质散热系数介质散热系数 100100: :800800: :100100 h h 1 1 : : : : h h 1 1 2 2玻玻 玻玻 1 1 介质介质 热阻热阻 罐壁罐壁 热阻热阻 食品食品 热阻热阻 传导传热食品的总热阻传导传热食品的总热阻 食食 食食 玻玻 玻玻 1 1 1玻1玻 h h 1 1 250025001:1: :100100 h h : : : : h h 1 1 食食 食食 铁铁 铁铁 1 1 食食 食食 铁铁 铁铁 1 1

51、 2 2铁铁 h h 1 1 25002500: :800800: :100100 : : : : h h 1 1 食食 食食 玻玻 玻玻 1 1 食 食 T1, h1 介质传热系数介质传热系数 (2) 罐头食品的几何尺寸和容积罐头食品的几何尺寸和容积 罐头容器大小对传热罐头容器大小对传热 速率的影响，主要是速率的影响，主要是 看其单位容积所占有看其单位容积所占有 的的罐外表面积罐外表面积及及罐壁罐壁 到罐头中心的距离到罐头中心的距离。 (2) 罐头食品的几何尺寸和容积罐头食品的几何尺寸和容积 传导型：对圆型罐而言，罐头杀菌时的加热时间可用下式近似估算：传导型：对圆型罐而言，罐头杀菌时的加热时

52、间可用下式近似估算： 974.4974.4 ) ) 0.010.01lglg 1 1 )(19)(19D D(8.3HD(8.3HD 2 2 0 0杀杀 0 01 1 T TT T T TT T T0：罐头食品的初温：罐头食品的初温(k); T1：罐头几何中心处最高的杀菌温度：罐头几何中心处最高的杀菌温度(k); T杀 杀：杀菌加热介质的杀菌温度 ：杀菌加热介质的杀菌温度(k); ：杀菌时所需的加热时间：杀菌时所需的加热时间(min); ：罐头食品的导热系数：罐头食品的导热系数(W/m.K); H：罐外高：罐外高(cm); D：罐外径：罐外径(cm) 容器的大小、形状容器的大小、形状(H:D)

53、(H:D)对传热和加热时间有影响对传热和加热时间有影响 3.2.3 3.2.3 罐头的初温罐头的初温 食品初温指的是装入杀菌锅后开始杀菌前食品初温指的是装入杀菌锅后开始杀菌前 的温度。的温度。 传导型罐头食品加热时初温对传热影响较传导型罐头食品加热时初温对传热影响较 大，从达到杀菌温度的时间来看，初温高大，从达到杀菌温度的时间来看，初温高 则比初温低的短。则比初温低的短。 对流型罐头食品加热时的初温影响不大对流型罐头食品加热时的初温影响不大。 3.2.4 杀菌设备的形式和罐头在杀菌锅中杀菌设备的形式和罐头在杀菌锅中 的位置的位置 罐头杀菌设备的类型；罐头杀菌设备的类型； 罐头在杀菌锅内的位置；

54、罐头在杀菌锅内的位置； 杀菌锅内热介质的循环速度、热量分布杀菌锅内热介质的循环速度、热量分布 3.2.4 杀菌设备的形式和罐头在杀菌锅中的杀菌设备的形式和罐头在杀菌锅中的 位置位置 (1) (1) 罐头杀菌设备的类型：罐头杀菌设备的类型： 类型不同，传热效果有差别：类型不同，传热效果有差别： 静置式杀菌锅：罐头在杀菌锅内是静静置式杀菌锅：罐头在杀菌锅内是静 置的，传热效果较差。置的，传热效果较差。 回转式杀菌锅：罐头在杀菌锅内不断回转式杀菌锅：罐头在杀菌锅内不断 转动，传热效果较好。转动，传热效果较好。 (2) 罐头在杀菌锅内的位置罐头在杀菌锅内的位置： 对传热也有一定影响，主要式卧式静置杀菌

55、锅，对传热也有一定影响，主要式卧式静置杀菌锅， 罐头处于蒸气喷嘴远点，传热效果要差些；罐头处于蒸气喷嘴远点，传热效果要差些； 如果锅内空气没有排除干净，存在空气袋，处如果锅内空气没有排除干净，存在空气袋，处 于空气袋内罐头，传热效果就更差。于空气袋内罐头，传热效果就更差。 (3) 杀菌锅内传热介质的循环速度、热量分布杀菌锅内传热介质的循环速度、热量分布 对传热效果也有不同程度的影响；对传热效果也有不同程度的影响； 3.3 罐头食品的传热曲线罐头食品的传热曲线 在罐头食品加热和冷却过程中，可以用温度测在罐头食品加热和冷却过程中，可以用温度测 定仪测定不同时间时杀菌锅加热温度定仪测定不同时间时杀菌

56、锅加热温度(ts)和罐头和罐头 中心温度中心温度(tm)及其变化情况及其变化情况; 如果以加热时间或冷却时间为横坐标、温度为如果以加热时间或冷却时间为横坐标、温度为 纵坐标，并在半对数坐标纸上作图，就可建立纵坐标，并在半对数坐标纸上作图，就可建立 时间时间-温度关系曲线，即传热曲线；温度关系曲线，即传热曲线； 以加热或冷却时间为横坐标，以杀以加热或冷却时间为横坐标，以杀 菌锅加热温度菌锅加热温度ts和罐中心温度和罐中心温度tm之差之差 (tstm)为纵坐标，并在半对数坐标为纵坐标，并在半对数坐标 纸上作图，纸上作图，杀菌锅温度与罐中心温杀菌锅温度与罐中心温 度差度差(tstm)变化与加热时间的

57、关系变化与加热时间的关系 曲线曲线; 最初值由内容物初温最初值由内容物初温( ti )决定。决定。 罐头食品的传热曲线罐头食品的传热曲线 以罐中心温度为纵坐标，横坐标以罐中心温度为纵坐标，横坐标 为加热时间构成曲线。传热曲线为加热时间构成曲线。传热曲线 是由各加热时间的罐头中心温度是由各加热时间的罐头中心温度 绘制而成。图中的最高温度比实绘制而成。图中的最高温度比实 际加热温度低际加热温度低0.55。 e.g 121.1，则图上最高温度为，则图上最高温度为 121.5。 罐头食品的传热曲线罐头食品的传热曲线 不同传热类型食品的传热曲线不同传热类型食品的传热曲线 用用1%、3.25%和和5%的膨

58、润土悬浮液作试验，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）。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。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，称转斜率大，后转变为传导型，直线斜率小，称转 折型传热曲线。折型传热曲线。 传导型曲线也是一种简单型传热曲线。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 传热曲线的作用传热曲线的作用 根据简单型或转折型半对数坐

59、标传热曲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。的变化和杀菌过程的杀菌强度。 4.杀菌时间的计算杀菌时间的计算 比奇洛法（比奇洛法（Begelow) 鲍尔法（鲍尔法（Ball) 奥尔森法（奥尔森法（Olsen) 史蒂文斯法（史蒂文斯法（Stevens) 舒尔茨法（舒尔茨法（Schultz) F值测定仪值测定仪 4.1、基本法（比奇洛法）、基本法（比奇洛法） 计算基础：杀菌过程中的计算基础：杀菌过程中的冷点传热曲线冷点传热曲线和微生物

60、和微生物 的的热力致死时间曲线热力致死时间曲线（TDT）。）。 致死率：一定温度下单位时间（通常取致死率：一定温度下单位时间（通常取1分钟）微分钟）微 生物的致死程度。设一定温度下的致死时间为生物的致死程度。设一定温度下的致死时间为， 则致死率为则致死率为1/。可以理解为在某温度下，杀菌时。可以理解为在某温度下，杀菌时 间间1分钟所取得的效果占全部杀菌效果的比数。分钟所取得的效果占全部杀菌效果的比数。 部分致死值：一定温度下经过时间部分致死值：一定温度下经过时间t取得的杀菌效取得的杀菌效 果占全部杀灭效果的比数。用果占全部杀灭效果的比数。用A表示，表示，A=t/。 在不同的温度（在不同的温度（