工艺技术-食品罐藏工艺课件(ppt 141页)

第四章 食品罐藏工艺 （ Canning Technology） 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（ Nicolas Appert） 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）。 n 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 P P=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 n 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 n 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 n 食品的热加工与杀菌 n 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（ Thermal processing） 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： n 商业杀菌（ Commercial Sterilization ） n 巴氏杀菌（ Pasteurisation） 商业杀菌（ Commercial Sterilization ) 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（ Commercially sterilization） ”， 也就是说 它是一种部分无菌（ Partically sterile）。 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。 在在 100 以下以下 的加热介质中的低温杀菌方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。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 n 低温长时杀菌法 n 高温短时杀菌法 n 超高温瞬时杀菌法 n 蒸汽喷射式加热灭菌法 n 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 (Thermal Death Time,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（ Death Rate Curve） 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 ： lg b lg a = 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 （ Decimal Reduction Time， 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 D250 D121 0F与 的换算关系： 0F= 9/5 = 0.560F D110=5 D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： lg b lg a = k ( t 0 ) t = - 1/k ( lg a lg b) 令 1/k = D， 则 ： t = D(lg a lg b) 令 b = a 10-1， 则 D = t D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 (Thermal Death Time Curve,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 lg t2 - lg t1 = k(T2 - T1) lg t1 - lg t2 = -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 15 0F即可。或 150.56=8.4 例： 在某杀菌条件下，在 121.1 用 1 min恰好将 菌全部杀灭；现改用 110 、 10 min处理，问能 否达到原定的杀菌目标？设 Z=10 。 解 ： 已知： T1=110 ， t1=10 min， T2=121.1 ， t2=1 min， Z=10 。 利用 TDT曲 线 方程，将 110 、 10 min转 化成 121.1 下的 时间 t2 ， 则 t2 = 0.78 min 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 = 12.88 min （ 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/Z F0=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 =a 10-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 lg a lg(a 10-n) 即 t = n DT（ 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（ Thermal Reduction Time，） 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（ 10 6） ，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（ 10 8） 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 = n D121.1 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 3-4 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。 （ 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 = n D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 = n D， 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/Z F0=nD lgD1/D2=T2-T1/Z 例： 某产品净重 454 g， 含有 D121.1 =0.6 min 、 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（ 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 120个 /g。 此 时 ， F0=D(lg a lg b) =0.6(lg 54480 lg 0.001)=4.642 min F110=4.642 lg-1(121.1 110)/10=59.8 min （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影响微生物热致死率的因素 n 菌种与菌株菌种与菌株 n 原始活菌数原始活菌数 n 热处理前细菌芽孢的培育和经历热处理前细菌芽孢的培育和经历 n 热处理时介质或食品成分的影响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 6080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=kt lnb= lna-kt b=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。 酸度 pH值 食品种 类 常 见 腐 败 菌 杀 菌要求 低酸性 5.0 虾 、蟹、 贝类 、禽 、牛肉、猪肉、火腿 、羊肉、蘑菇、青豆 嗜 热 菌、嗜 温 厌 氧菌、 嗜温兼性 厌 氧菌 高温 杀 菌 105121 中酸性 4.65.0 蔬菜肉 类 混合制品、 汤类 、面条、无花 果 酸性 3.74.6 荔枝、 龙 眼、 樱 桃 、苹果、枇杷、草莓 、番茄 酱 、各 类 果 汁 非芽 孢 耐酸 菌、耐酸芽 孢 菌 沸水或 100 以下 介 质 中 杀 菌 高酸性 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 ， 410min 。 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 30 min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 n 淀粉对微生物芽孢耐热性没有直接影响 n 蛋白质如明胶、血清等能增强芽孢的耐热 性 n 脂肪和油能增强芽孢耐热性 n 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 罐内食品的物理性罐内食品的物理性 质质 ：主要指食品的状：主要指食品的状 态态 、 块块 形大小、形大小、 浓浓 度、粘度等。度、粘度等。 初温：指初温：指 杀杀 菌操作开始菌操作开始 时时 ，罐内食品冷点，罐内食品冷点 处处 的温度。的温度。 罐藏容器：主要指容器的材料、容罐藏容器：主要指容器的材料、容 积积 和几何和几何 尺寸。尺寸。 杀杀 菌菌 锅锅 ： 杀杀 菌菌 锅锅 的的 类类 型、型、 杀杀 菌操作的方式。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。开始冷却时尚未能达到杀菌温度。 冷却时需要加反压冷却时需要加反压 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成。在工厂中常用杀菌式表示对杀菌操作 的工艺要求。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。 升温时间升温时间 恒温时间恒温时间 降温时间降温时间 - 反压反压 杀菌温度杀菌温度 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 n 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。 n 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。 n 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。 n 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。 杀菌时罐内外压力的平衡 n 罐头食品杀菌时随着罐温升高，所装内容 物的体积也随之而膨胀，而罐内的顶隙则 相应缩小。罐内顶隙的气压也随之升高。 n 为了不使铁罐变形或玻璃罐跳盖，必须利 用空气或杀菌锅内水所形成的补充压力以 抵消罐内的空气压力，这种压力称为 反压 力 。 杀 菌公式的省略表示 如果 杀 菌 过 程中不用反 压 ， 则 P可