食品机械与设备(第十章)

1、食品食品杀菌杀菌机械与设备机械与设备（第十章）（第十章）概述概述杀菌的几个概念杀菌的几个概念杀菌方法的分类杀菌方法的分类杀菌设备的分类杀菌设备的分类杀菌的几个概念杀菌的几个概念1.1.食品杀菌食品杀菌食品杀菌是利用理化因素杀灭食品中因污染而存在的食品杀菌是利用理化因素杀灭食品中因污染而存在的致病菌、腐败菌及其他病原微生物，同时要求杀菌过程中致病菌、腐败菌及其他病原微生物，同时要求杀菌过程中尽可能地保留食品的营养成分和风味，以便加工后的相关尽可能地保留食品的营养成分和风味，以便加工后的相关产品在密封的包装容器内，有一定的保存期。产品在密封的包装容器内，有一定的保存期。杀菌的几个概念杀菌的几个概念

2、2.2.商业杀菌商业杀菌商业杀菌是从商品角度对食品所提出的杀菌要求。是指商业杀菌是从商品角度对食品所提出的杀菌要求。是指食品经过杀菌处理后，按照所规定的微生物检验方法，在所食品经过杀菌处理后，按照所规定的微生物检验方法，在所检食品中无活的微生物检出，或者仅能检出极少数的非病原，检食品中无活的微生物检出，或者仅能检出极少数的非病原，但它们在食品保藏过程中，是不可能进行生长繁殖的，这种但它们在食品保藏过程中，是不可能进行生长繁殖的，这种杀菌要求称商业杀菌或灭菌。显然，食品杀菌属于商业杀菌，杀菌要求称商业杀菌或灭菌。显然，食品杀菌属于商业杀菌， 经杀菌后的食品属于商业无菌。经杀菌后的食品属于商业无菌

3、。杀菌的几个概念杀菌的几个概念3.3.生物学杀菌生物学杀菌生物杀菌是杀灭物品中一切致病性和非致病性微生物生物杀菌是杀灭物品中一切致病性和非致病性微生物 （包括病毒、细菌及芽孢等），一般又称灭菌。在生物学杀（包括病毒、细菌及芽孢等），一般又称灭菌。在生物学杀菌中不考虑保留杀菌对象的营养及其他因素。菌中不考虑保留杀菌对象的营养及其他因素。杀菌方法的分类杀菌方法的分类 食品杀菌的方法有物理杀菌和化学杀菌两大类。化学食品杀菌的方法有物理杀菌和化学杀菌两大类。化学杀菌法是使用过氧化氢、环氧乙烷、次氯酸钠等杀菌剂。杀菌法是使用过氧化氢、环氧乙烷、次氯酸钠等杀菌剂。由于化学杀菌存在的化学残留物对人体健康及环

4、境会造成由于化学杀菌存在的化学残留物对人体健康及环境会造成影响，当代食品的杀菌方法趋向于物理杀菌法。物理杀菌影响，当代食品的杀菌方法趋向于物理杀菌法。物理杀菌包括热杀菌和冷杀菌类。包括热杀菌和冷杀菌类。杀菌方法的分类杀菌方法的分类 在杀热菌方法中，有巴氏杀菌法、高温短时杀菌法和超在杀热菌方法中，有巴氏杀菌法、高温短时杀菌法和超高温瞬时杀菌法之分。所谓巴氏杀菌高温瞬时杀菌法之分。所谓巴氏杀菌(Pasteurization)(Pasteurization)是低是低温长时间保留的杀菌法，杀菌温度低于温长时间保留的杀菌法，杀菌温度低于100(62-65100(62-65) )，保，保持时间为持时间为3

5、0min30min。高温短时杀菌法。高温短时杀菌法(HTST),(HTST),杀菌温度一般在杀菌温度一般在100100以下以下, ,如牛奶的如牛奶的HTSTHTST杀菌温度为杀菌温度为8585, ,保持保持l5sl5s以上。超以上。超高温瞬时杀菌法高温瞬时杀菌法(UHT)(UHT)，杀菌温度在，杀菌温度在120120以上，仅保持几秒以上，仅保持几秒钟。钟。HTSTHTST和和UHTUHT杀菌法，不但效率高，而且食品的组织和外杀菌法，不但效率高，而且食品的组织和外观以及营养和风味的保存都较其他杀菌方法为优良。观以及营养和风味的保存都较其他杀菌方法为优良。杀菌设备的分类杀菌设备的分类以被处理物料的

6、形态分别有以下几种以被处理物料的形态分别有以下几种(1)(1)流体食品的杀菌设备流体食品指未经包装的乳品、果汁流体食品的杀菌设备流体食品指未经包装的乳品、果汁等物料。等物料。(2)(2)罐装食品的杀菌设备罐装食品是指罐头、软罐头及瓶装罐装食品的杀菌设备罐装食品是指罐头、软罐头及瓶装饮料等有包装容器的食品。饮料等有包装容器的食品。(3)(3)利用电流进行杀菌的设备如欧姆杀菌装置。利用电流进行杀菌的设备如欧姆杀菌装置。(4)(4)利用电磁波的物理杀菌设备该类杀菌设备是使用微波、利用电磁波的物理杀菌设备该类杀菌设备是使用微波、高压脉冲电场、电磁场等物理辐射进行加热杀菌的。高压脉冲电场、电磁场等物理辐

7、射进行加热杀菌的。直接加热杀菌机械与设备直接加热杀菌机械与设备 直接加热杀菌是采用高热纯净的蒸汽直接与待杀菌物料直接加热杀菌是采用高热纯净的蒸汽直接与待杀菌物料混合接触进行热交换，使物料瞬间被加热到混合接触进行热交换，使物料瞬间被加热到135135一一160160。其。其优点为：加热速度快、热处理时间短，食品色泽、风味及营优点为：加热速度快、热处理时间短，食品色泽、风味及营养成分损失少。由于在热交换过程中部分蒸汽冷凝进人物料，养成分损失少。由于在热交换过程中部分蒸汽冷凝进人物料，同时又有部分物料中水分因蒸发而逸出，使易挥发的风味物同时又有部分物料中水分因蒸发而逸出，使易挥发的风味物质亦随之逸出

8、而造成损失。因此该方式不适用于果汁杀菌，质亦随之逸出而造成损失。因此该方式不适用于果汁杀菌，生产中多用于牛乳等的杀菌。生产中多用于牛乳等的杀菌。自由降落薄膜式杀菌器自由降落薄膜式杀菌器 自由降落薄膜式杀菌器简称降膜式杀菌器。该装置采用自由降落薄膜式杀菌器简称降膜式杀菌器。该装置采用一种较新的超高温杀菌工艺，也称戴西法。主要优点是所加一种较新的超高温杀菌工艺，也称戴西法。主要优点是所加工的牛乳优于前两种设备生产的产品，尤其在口感和乳色方工的牛乳优于前两种设备生产的产品，尤其在口感和乳色方面与经过巴氏杀菌的牛乳没有什么差别。目前所用的直接加面与经过巴氏杀菌的牛乳没有什么差别。目前所用的直接加热法，

9、是将高压蒸汽流通过原料乳，引起超高温情况下的突热法，是将高压蒸汽流通过原料乳，引起超高温情况下的突然冲击，或在经过间接加热法的金属换热器时，牛乳与超过然冲击，或在经过间接加热法的金属换热器时，牛乳与超过处理温度的金属表面接触，无论何种情况，都会使牛乳变味，处理温度的金属表面接触，无论何种情况，都会使牛乳变味，多多少少带点焦糊味。这正是目前的超高温灭菌牛乳品质最多多少少带点焦糊味。这正是目前的超高温灭菌牛乳品质最大的不足之处，但是戴西法没有这种缺点。大的不足之处，但是戴西法没有这种缺点。结构与应用结构与应用杀菌器内部充满了一定温度的高压清杀菌器内部充满了一定温度的高压清洁蒸汽，牛乳及其他热敏感性

10、强的液洁蒸汽，牛乳及其他热敏感性强的液体食品物料从进料管体食品物料从进料管1 1通过流量调节通过流量调节阀阀2 2供给筛网供给筛网5 5，在重力作用下形成连，在重力作用下形成连续性层流（续性层流（5mm5mm厚）沿着筛网自由下厚）沿着筛网自由下降，同时与来自降，同时与来自4 4的过热蒸汽的过热蒸汽( (最高压最高压力为力为446.2kPa)446.2kPa)相接触，液体物料薄相接触，液体物料薄膜降落的时间仅为膜降落的时间仅为1/3s1/3s，温度可从，温度可从57-6057-60升高至出口温度升高至出口温度135-166135-166。在杀菌器内牛乳不经高温冲击，也不在杀菌器内牛乳不经高温冲击

11、，也不与超过牛乳处处理温度的金属面直接与超过牛乳处处理温度的金属面直接接触，故没有通常超高温加工牛乳的接触，故没有通常超高温加工牛乳的淡淡的焦糊味淡淡的焦糊味, ,产品乳味鲜色美。产品乳味鲜色美。微波杀菌设备微波杀菌设备微波杀菌的原理微波杀菌的原理微波是指频率比高频还要高的电波微波是指频率比高频还要高的电波, ,能以光速向前直进能以光速向前直进, ,当遇到物体阻挡就引起反射、穿透、吸收等现象。微波在金当遇到物体阻挡就引起反射、穿透、吸收等现象。微波在金属表面引起反射属表面引起反射; ;在介质损失较小的物质在介质损失较小的物质( (塑料、玻璃、陶瓷塑料、玻璃、陶瓷等等) )中能穿透；碰到食品之类

12、介质损耗较大的物质中能穿透；碰到食品之类介质损耗较大的物质, ,则吸收后则吸收后使其分子引起摩擦使其分子引起摩擦, ,把电波能转变为热能把电波能转变为热能, ,电波强度则急剧下电波强度则急剧下降。因此降。因此, ,用塑料薄膜、纸张等包装的食品用塑料薄膜、纸张等包装的食品, ,由于微波能穿透由于微波能穿透过去被内容物吸收过去被内容物吸收, ,将电能转化为热能而得到加热。这种加将电能转化为热能而得到加热。这种加热是迅速而均匀的。同时热是迅速而均匀的。同时, ,存在于食品中微生物菌体同样也存在于食品中微生物菌体同样也会吸收电能而使温度上升会吸收电能而使温度上升, ,这种热效应破坏了菌体中蛋白质这种热

13、效应破坏了菌体中蛋白质等成分等成分, ,从而杀死微生物。另外从而杀死微生物。另外, ,微波的非热效果微波的非热效果( (本身对生本身对生理的作用理的作用) )也能对发育的霉菌孢子进行杀灭。也能对发育的霉菌孢子进行杀灭。超高压杀菌超高压杀菌 食品超高压技术食品超高压技术(Ultra-hidlpressureprocessing， UHP)是当前备受各国重视、广泛研究的一项食品高新技术，它可简是当前备受各国重视、广泛研究的一项食品高新技术，它可简称为高压技术称为高压技术(Highpressure Processing， HPP)或高静水压或高静水压技术。日本、美国、欧洲等国在高压食品的研究和开发方

14、面走技术。日本、美国、欧洲等国在高压食品的研究和开发方面走在世界前例，在世界前例，1990年年4月月,高压食品首先在日本诞生。目前，在高压食品首先在日本诞生。目前，在全球范围内，食品的安全性问题日益突出，消费者要求营养、全球范围内，食品的安全性问题日益突出，消费者要求营养、原汁原味的食品的呼声也很高，高压技术则能顺应这一趋势，原汁原味的食品的呼声也很高，高压技术则能顺应这一趋势，它不仅能保证食品在微生物方面的安全，而且能较好地保持食它不仅能保证食品在微生物方面的安全，而且能较好地保持食品固有的营养品质、质构、风味、色泽、新鲜程度。利用超高品固有的营养品质、质构、风味、色泽、新鲜程度。利用超高压

15、可以达到杀菌、灭酶和改善食品品质的目的，在食品超高压压可以达到杀菌、灭酶和改善食品品质的目的，在食品超高压技术研究领域的一个重要方向即是超高压杀菌。在一些发达国技术研究领域的一个重要方向即是超高压杀菌。在一些发达国家，高压技术已应用于食品家，高压技术已应用于食品(鳄梨酱、肉类、牡蛎鳄梨酱、肉类、牡蛎)的低温消毒，的低温消毒，而且作为杀菌技术也日趋成熟。而且作为杀菌技术也日趋成熟。食品超高压杀菌原理食品超高压杀菌原理食品超高压杀菌，即将食品物料以某种方式包装完好后，食品超高压杀菌，即将食品物料以某种方式包装完好后，放人液体介质放人液体介质( (通常是食用油、甘油、油与水的乳液通常是食用油、甘油、

16、油与水的乳液) )中，在中，在100100一一lOOOMPalOOOMPa压力下作用一段时间后，使之达到灭菌要求。压力下作用一段时间后，使之达到灭菌要求。其基本原理就是压力对微生物的致死作用，主要是通过破坏其基本原理就是压力对微生物的致死作用，主要是通过破坏细胞膜、抑制酶的活性和影响细胞膜、抑制酶的活性和影响DNADNA等遗传物质的复制来实现等遗传物质的复制来实现的。的。高压脉冲电场杀菌技术与应用高压脉冲电场杀菌技术与应用杀菌机理杀菌机理关于高压脉冲电场杀菌的机理，现有多种假说：主要有关于高压脉冲电场杀菌的机理，现有多种假说：主要有细胞膜穿孔效应、电磁机制模型、粘弹极性形成模型，电解细胞膜穿孔

17、效应、电磁机制模型、粘弹极性形成模型，电解产物效应、臭氧效应等，大多数学者倾向于认同电磁场对细产物效应、臭氧效应等，大多数学者倾向于认同电磁场对细胞膜的影响，并以此为基础对抑菌动力学进行探索。胞膜的影响，并以此为基础对抑菌动力学进行探索。 细胞膜穿孔效应假说认为，细胞膜由镶嵌蛋白质的磷脂细胞膜穿孔效应假说认为，细胞膜由镶嵌蛋白质的磷脂双分子层构成，它带有一定的电荷，具有一定的通透性和强双分子层构成，它带有一定的电荷，具有一定的通透性和强度。膜的外表面与膜内表面之间具有一定的电势差。当细胞度。膜的外表面与膜内表面之间具有一定的电势差。当细胞上加一个外加电场，这个电场将使膜内外电势差增大。此时，上

18、加一个外加电场，这个电场将使膜内外电势差增大。此时，细胞膜的通透性也随着增加，当电场强度增大到一个临界值细胞膜的通透性也随着增加，当电场强度增大到一个临界值时，细胞膜的通透性剧增，膜上出现许多小孔时，细胞膜的通透性剧增，膜上出现许多小孔, ,使膜的强度使膜的强度降低。此外当所加电场为一脉冲电场时，电压在瞬间剧烈波降低。此外当所加电场为一脉冲电场时，电压在瞬间剧烈波动，在膜上产生振荡效应。孔的加大和振荡效应的共同作用动，在膜上产生振荡效应。孔的加大和振荡效应的共同作用使细胞发生崩溃，从而达到杀菌目的。穿孔效应假说可以通使细胞发生崩溃，从而达到杀菌目的。穿孔效应假说可以通过两种方法来证实，一是电子

19、显微镜下的照片显示，酵母菌过两种方法来证实，一是电子显微镜下的照片显示，酵母菌被处理后可以见到菌体上有明显的裂痕。另一证据是检测杀被处理后可以见到菌体上有明显的裂痕。另一证据是检测杀菌前后菌液中的离子浓度。对磷酸盐缓冲液中的乳酸杆菌进菌前后菌液中的离子浓度。对磷酸盐缓冲液中的乳酸杆菌进行高压脉冲电场杀菌，乳酸杆菌被杀灭后行高压脉冲电场杀菌，乳酸杆菌被杀灭后ClCl离子浓度高了很离子浓度高了很多。多。影响高压脉冲电场杀菌的因素影响高压脉冲电场杀菌的因素(1)(1)对象菌的种类对象菌的种类 不同菌种对电场的承受力有很大的不不同菌种对电场的承受力有很大的不同。无芽孢细菌较有芽孢细菌更易被杀灭，格兰氏

20、阴性菌较同。无芽孢细菌较有芽孢细菌更易被杀灭，格兰氏阴性菌较阳性菌易于被杀灭。在其他条件均相同的情况下用电场灭菌，阳性菌易于被杀灭。在其他条件均相同的情况下用电场灭菌，霉菌、乳酸菌、大肠杆菌、酵母菌等不同菌种的存活率由高霉菌、乳酸菌、大肠杆菌、酵母菌等不同菌种的存活率由高到低排列。特别需要指出的是，对象菌所处的生长周期也对到低排列。特别需要指出的是，对象菌所处的生长周期也对杀菌效果有一定的影响，处于对数生长期的菌体比处于稳定杀菌效果有一定的影响，处于对数生长期的菌体比处于稳定期的菌体对电场更为敏感。期的菌体对电场更为敏感。(2)(2)菌的数量菌的数量 研究中发现，对菌数高的样品与菌数低的研究中发现，对菌数高的样品与菌数低的样品加以同样强度、同样时间的脉冲，前者菌数下降的对数样品加以同样强度、同样时间的脉冲，前者菌数下降的对数值比后者要多得多。值比后者要多得多。(3)(3) 处理时间处理时间 杀菌时间是各次放电释放的脉冲时间的总杀菌时间是各次放电释放的脉冲时间的总和。随着杀菌时间的延长，对象菌存活率开始急剧下降，然和。随着杀菌时间的延长，对象菌存活率开始急剧下降，然后平缓，逐渐变平，最后增加杀菌时间亦无多大作用。后平缓，逐渐变平，最后增加杀菌时间亦无多大作用。 (4