食品殺菌技術(shù)

微波殺菌技術(shù)

    微波加熱原理：微波是指頻率在300兆赫茲到300千兆赫茲的電磁波。被加熱介質(zhì)物料中的水分子是極性分子。它在快速變化的高頻電磁場(chǎng)作用下，其極性取向?qū)㈦S著外電場(chǎng)的變化而變化，造成分子的運(yùn)動(dòng)和相互摩擦效應(yīng)。此時(shí)微波場(chǎng)的場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為介質(zhì)內(nèi)的熱能，使物料溫度升高，產(chǎn)生熱化和膨化等一系列物化過(guò)程而達(dá)到微波加熱干燥的目的。

    微波殺菌機(jī)理：微波殺菌是利用了電磁場(chǎng)的熱效應(yīng)和生物效應(yīng)共同作用的結(jié)果。微波對(duì)細(xì)菌的熱效應(yīng)是使蛋白質(zhì)變性，使細(xì)菌失去營(yíng)養(yǎng)、繁殖和生存的條件而死亡。微波對(duì)細(xì)菌的生物效應(yīng)是微波電場(chǎng)改變細(xì)胞膜斷面的通透性能，細(xì)菌因此營(yíng)養(yǎng)不良，不能正常新陳代謝，細(xì)菌結(jié)構(gòu)功能絮亂，生長(zhǎng)發(fā)育受到抑制而死亡。此外，決定細(xì)菌正常生長(zhǎng)和穩(wěn)定遺傳繁殖的核酸（RNA）和脫氧核糖核酸（DNA），是由若干氫鍵松馳、斷裂和重組，從而誘發(fā)遺傳基因突變，或染色體 嘁畸變，甚至斷裂。

    微波干燥殺菌設(shè)備優(yōu)點(diǎn)：

    1、加熱迅速

    微波加熱與傳統(tǒng)加熱方式完全不同。它是使被加熱物料本身成為發(fā)熱體，不需要熱傳導(dǎo)的過(guò)程。因此，盡管是熱傳導(dǎo)性較差的物料，也可以在極短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到加熱溫度。

    2、加熱均勻

    無(wú)論物體各部位形狀如何，微波加熱均可使物體表里同時(shí)均勻滲透電磁波而產(chǎn)生熱能。所以加熱均勻性好，不會(huì)出現(xiàn)外焦內(nèi)生的現(xiàn)象。

    3、節(jié)能高效

    由于含有水分的物質(zhì)容易吸收微波而發(fā)熱，因此除少量的傳輸損耗外，幾乎無(wú)其它損耗。故熱效率高、節(jié)能。它比紅外加熱節(jié)能1/3以上。

    4、防霉、殺菌、保鮮

    微波加熱具有熱效應(yīng)和生物效應(yīng)，能在較低溫度溫度下滅菌和防霉。由于加熱速度快、時(shí)間短，能最大限度地保存物料的活性和食物中的維生素、原有的色澤和營(yíng)養(yǎng)成份。

    5、工藝先進(jìn)

    只要控制微波功率即可實(shí)現(xiàn)立即加熱和終止。應(yīng)用人機(jī)界面和PLC可進(jìn)行加熱過(guò)程和加熱.工藝規(guī)范的可編程自動(dòng)化控制。

    6、安全無(wú)害

    由于微波能是控制在金屬制成的加熱室內(nèi)和波導(dǎo)管中工作，所以微波泄漏極少，沒(méi)有放射線危害及有害氣體排放，不產(chǎn)生余熱和粉塵污染，既不污染食物，也不污染環(huán)境。

巴氏殺菌技術(shù)

    巴氏殺菌（Pasteurization）即低溫保持式殺菌法。亦稱低溫長(zhǎng)時(shí)間殺菌法。是利用低于100攝氏度的熱力殺滅微生物的消毒方法，由德國(guó)微生物學(xué)家巴斯德于1863年發(fā)明，至今國(guó)內(nèi)外仍廣泛應(yīng)用于牛奶、人乳及嬰兒合成食物的消毒。

    新鮮原奶中的生物活性物質(zhì)十分怕熱，如果用攝氏100度的消毒方法，則原奶中的生物活性物質(zhì)將被破壞，而且原奶中的維生素、蛋白質(zhì)等也有損失。

    巴斯德通過(guò)大量科學(xué)實(shí)驗(yàn)證明，如果原奶加工時(shí)溫度超過(guò)85℃，則其中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和生物活性物質(zhì)會(huì)被大量破壞，但如果低于85℃時(shí)，則其營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和生物活性物質(zhì)被保留，并且有害菌大部分被殺滅，有些有益菌卻被存留。所以，將低于85℃的消毒法稱作巴氏消毒法，可以說(shuō)，這是新鮮牛奶最科學(xué)、最好的加工工藝。采用巴氏滅菌法生產(chǎn)的鮮奶，其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和保健功能與新鮮原奶基本相同。

    現(xiàn)用的巴氏殺菌方法一般有兩種：一是加熱到61.1～65.6攝氏度之間，30分鐘；二是加熱到71.7攝氏度，至少保持15秒鐘。

    由于巴氏消毒法所達(dá)到的溫度低，故達(dá)不到滅菌的程度。但是它可使布氏桿菌、結(jié)核桿菌、痢疾桿菌、傷寒桿菌等致病微生物死亡，可以使細(xì)菌總數(shù)減少90％-95％，故能起到減少疾病傳播，延長(zhǎng)物品的使用時(shí)間的作用。另外，這種消毒法不會(huì)破壞消毒食品的有效成份，且方法簡(jiǎn)單。

    食品殺菌技術(shù)主要有熱殺菌和非熱殺菌，其中熱殺菌主要有：濕熱殺菌、干熱殺菌、微波殺菌、電熱殺菌和電場(chǎng)殺菌等；非熱殺菌主要有：化學(xué)與生物殺菌、輻照殺菌、紫外線殺菌、脈沖殺菌、超高靜壓殺菌、脈沖電場(chǎng)（PEF）殺菌以及振動(dòng)磁場(chǎng)殺菌等。下面就針對(duì)這些殺菌技術(shù)作一下詳細(xì)的介紹：

    濕熱殺菌：熱殺菌是以殺滅微生物為主要目的的熱處理形式，而濕熱殺菌是其中最主要的方式之一。它是以蒸氣、熱水為熱介質(zhì)，或直接用蒸汽噴射式加熱的殺菌法。

    利用熱能轉(zhuǎn)換器（如鍋爐）將燃燒的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崴蛘羝鳛榧訜峤橘|(zhì)，再以換熱器將熱水或蒸汽的熱能傳給食品，或?qū)⒄羝苯訃娙氪訜岬氖称贰?/p>

    食品熱處理中常用的加熱介質(zhì)及其特點(diǎn)：

（一）微生物和食品的腐敗變質(zhì)

    食品中的微生物是導(dǎo)致食品不耐貯藏的主要原因。細(xì)菌、霉菌和酵母都可能引起食品的變質(zhì)。

    細(xì)菌、霉菌和酵母

    食品中的微生物是導(dǎo)致食品不耐貯藏的主要原因。一般說(shuō)來(lái)，食品原料都帶有微生物。在食品的采收、運(yùn)輸、加工和保藏過(guò)程中，食品也有可能污染微生物。在一定的條件下，這些微生物會(huì)在食品中生長(zhǎng)、繁殖，使食品失去原有的或應(yīng)有的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和感官品質(zhì)，甚至產(chǎn)生有害和有毒的物質(zhì)。

    細(xì)菌、霉菌和酵母圖譜

    細(xì)菌、霉菌和酵母都可能引起食品的變質(zhì)，其中細(xì)菌是引起食品腐敗變質(zhì)的主要微生物。細(xì)菌中非芽孢細(xì)菌在自然界存在的種類最多，污染食品的可能性也最大，但這些菌的耐熱性并不強(qiáng)，巴氏殺菌即可將其殺死。細(xì)菌中耐熱性強(qiáng)的是芽孢菌。芽孢菌中還分需氧性、厭氧性的和兼性厭氧的。需氧和兼性厭氧的芽孢菌是導(dǎo)致罐頭食品發(fā)生平蓋酸敗的原因菌，厭氧芽孢菌中的肉毒梭狀芽孢桿菌常作為罐頭殺菌的對(duì)象菌。酵母菌和霉菌引起的變質(zhì)多發(fā)生在酸性較高的食品中，一些酵母菌和霉菌對(duì)滲透壓的耐性也較高。

（二）微生物的生長(zhǎng)溫度

    不同微生物的最適生長(zhǎng)溫度不同，當(dāng)溫度高于微生物的最適生長(zhǎng)溫度時(shí)，微生物的生長(zhǎng)就會(huì)受到抑制，而當(dāng)溫度高到足以使微生物體內(nèi)的蛋白質(zhì)發(fā)生變性時(shí)，微生物即會(huì)出現(xiàn)死亡現(xiàn)象。

（三）濕熱條件下腐敗菌的耐熱性

    一般認(rèn)為，微生物細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)受熱凝固而失去新陳代謝的能力是加熱導(dǎo)致微生物死亡的原因。因此，細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)受熱凝固的難易程度直接關(guān)系到微生物的耐熱性。蛋白質(zhì)的熱凝固條件受其它一些條件，如：酸、堿、鹽和水分等的影響。

（四）影響腐敗菌耐熱性的因素

    1、加熱前--腐敗菌的培育和經(jīng)歷對(duì)其耐熱性的影響

    影響因素主要包括：細(xì)胞本身的遺傳性、組成、形態(tài)，培養(yǎng)基的成分，培育時(shí)的環(huán)境因子，發(fā)育時(shí)的溫度以及代謝產(chǎn)物等。

    成熟細(xì)胞要比未成熟的細(xì)胞耐熱。培養(yǎng)溫度愈高，孢子的耐熱性愈強(qiáng)，而且在最適溫度下培育的細(xì)菌孢子具有最強(qiáng)的耐熱性。營(yíng)養(yǎng)豐富的培養(yǎng)基中發(fā)育的孢子耐熱性強(qiáng)，營(yíng)養(yǎng)缺乏時(shí)則弱。

    2、加熱時(shí)--加熱溫度、加熱致死時(shí)間、細(xì)胞濃度、細(xì)胞團(tuán)塊存在與否、介質(zhì)性狀和pH值等方面的因素對(duì)腐敗菌耐熱性的影響。

    ①加熱條件：在一定熱致死溫度下，細(xì)菌（芽孢）隨時(shí)間變化呈對(duì)數(shù)性規(guī)律死亡；溫度愈高，殺滅它所需的時(shí)間愈短。

    ②細(xì)菌狀態(tài)：在一定熱致死溫度下，菌數(shù)愈多，殺滅它所需時(shí)間愈長(zhǎng)。細(xì)胞團(tuán)塊的存在降低熱殺菌的效果

    ③介質(zhì)性狀：包括水分（水分活度）、pH值、碳水化合物、脂質(zhì)、蛋白質(zhì)、無(wú)機(jī)鹽等，是影響殺菌效果的最重要的因素。

    ④各種添加物、防腐劑和殺菌劑的影響

    3、加熱后--熱死效果的檢驗(yàn)

    腐敗菌受熱損傷后有如下表現(xiàn)：發(fā)育時(shí)的誘導(dǎo)期延長(zhǎng)，營(yíng)養(yǎng)需求增加；發(fā)育時(shí)最適pH范圍縮??；增殖時(shí)最適溫度范圍縮??；對(duì)抑制劑的敏感性增強(qiáng)；細(xì)胞內(nèi)的物質(zhì)產(chǎn)生泄漏；對(duì)放射線的敏感性增加；細(xì)胞中酶的活力降低；核酸體的RNA分解等。

    判斷腐敗菌是否被殺滅，需測(cè)定其熱死效果，常通過(guò)對(duì)經(jīng)過(guò)熱處理后的細(xì)菌芽孢進(jìn)行再培養(yǎng)，以檢查是否仍有存活。選擇適當(dāng)?shù)呐囵B(yǎng)基，如果腐敗菌沒(méi)有再生長(zhǎng)，說(shuō)明殺菌工藝適用。

（五）熱破壞反應(yīng)的反應(yīng)速率

    食品中各成分的熱破壞反應(yīng)一般均遵循一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，也就是說(shuō)各成分的熱破壞反應(yīng)速率與反應(yīng)物的濃度呈正比關(guān)系。這一關(guān)系通常被稱為"熱滅活或熱破壞的對(duì)數(shù)規(guī)律（logarithmic order of inactivation or destruction）"。這一關(guān)系意味著，在某一熱處理溫度（足以達(dá)到熱滅活或熱破壞的溫度）下，單位時(shí)間內(nèi)，食品成分被滅活或被破壞的比例是恒定的。

    DT值

    即指數(shù)遞減時(shí)間（Decimal reduction time），是熱力致死速率曲線斜率的負(fù)倒數(shù)，可以認(rèn)為是在某一溫度下，每減少90％活菌（或芽孢）所需的時(shí)間，通常以分鐘為單位。

    由于上述致死速率曲線是在一定的熱處理（致死）溫度下得出的，為了區(qū)分不同溫度下微生物的D值，一般熱處理的溫度T作為下標(biāo)，標(biāo)注在D值上，即為DT。很顯然，D值的大小可以反映微生物的耐熱性。在同一溫度下比較不同微生物的D值時(shí)，D值愈大，表示在該溫度下殺死90％微生物所需的時(shí)間愈長(zhǎng)，即該微生物愈耐熱。

    必須指出，DT值是不受原始菌數(shù)影響的，但隨熱處理溫度不同而變化，溫度愈高，微生物的死亡速率愈大，DT值則愈小。

    TDT值

    即熱力致死時(shí)間（Thermal death time）。在一定時(shí)間內(nèi)（通常指1～10分鐘）對(duì)細(xì)菌進(jìn)行熱處理時(shí)，從細(xì)菌死亡的最低熱處理溫度開(kāi)始的各個(gè)加熱期的溫度稱為熱力致死溫度。

    在某一恒定溫度（熱力致死溫度）條件下，將食品中的一定濃度的某種微生物活菌（細(xì)菌和芽孢）全部殺死所需要的時(shí)間（min），一般用TDT值表示，同樣在右下角標(biāo)上殺菌溫度。

    F值

    F值又稱殺菌值，是指在一定的致死溫度下將一定數(shù)量的某種微生物全部殺死所需的時(shí)間（min）。由于微生物的種類和溫度均為特指，通常F值要采用上下標(biāo)標(biāo)注，以便于區(qū)分，即 。一般將標(biāo)準(zhǔn)殺菌條件下的記為F0在121.1℃熱力致死溫度下的腐敗菌的熱力致死時(shí)間，通常用F值表示。F值可用于比較相同Z值時(shí)腐敗菌的耐熱性，它與菌的熱死試驗(yàn)時(shí)的原始菌數(shù)有關(guān)，隨所指定的溫度、菌種、菌株及所處環(huán)境不同而變化。

    Z值

    當(dāng)熱力致死時(shí)間減少1/10或增加10倍時(shí)所需提高或降低的溫度值，一般用Z值表示。Z值是衡量溫度變化時(shí)微生物死滅速率變化的一個(gè)尺度。

    TRT值

    即熱力指數(shù)遞減時(shí)間。在某特定的熱死溫度下，將細(xì)菌或芽孢數(shù)減少到10－n時(shí)所需的熱處理時(shí)間，。它是指在一定的致死溫度下將微生物的活菌數(shù)減少到某一程度如10-n或1/10n（即原來(lái)活菌數(shù)的1/10n）所需的時(shí)間（min），記為TRTn，單位為分鐘，n就是遞減指數(shù)。

    很顯然：可以看出，TRT值不受原始微生物活菌數(shù)影響，可以將它用作確定殺菌工藝條件的依據(jù)，這比用前述的受原始微生物活菌數(shù)影響的TDT值要更方便有利。TRTn值象D值一樣將隨溫度而異，當(dāng)n=1，TRT1=D。若以D的對(duì)數(shù)值為縱坐標(biāo)，加熱溫度T為橫坐標(biāo)，根據(jù)D和T的關(guān)系可以得到一與擬熱力致死時(shí)間曲線相同的曲線，也稱為TRT1曲線。

低溫長(zhǎng)時(shí)殺菌法

（一）概念

    低溫長(zhǎng)時(shí)殺菌法也稱為巴氏殺菌。相對(duì)于商業(yè)殺菌而言，巴氏殺菌是一種較溫和的熱殺菌形式，巴氏殺菌的處理溫度通常在100℃以下，典型的巴氏殺菌的條件是62.8℃/30min，達(dá)到同樣的巴氏殺菌效果，可以有不同的溫度、時(shí)間組合。巴氏殺菌可使食品中的酶失活，并破壞食品中熱敏性的微生物和致病菌。巴氏殺菌的目的及其產(chǎn)品的貯藏期主要取決于殺菌條件、食品成分（如pH值）和包裝情況。對(duì)低酸性食品（pH＞4.6），其主要目的是殺滅致病菌，而對(duì)于酸性食品，還包括殺滅腐敗菌和鈍化酶。

（二）特點(diǎn)

    ①簡(jiǎn)單、方便，殺菌效果達(dá)99％，致病菌完全被殺死；

    ②不能殺死嗜熱、耐熱性細(xì)菌、孢子，以及一些殘存的酶類；

    ③設(shè)備較龐大，殺菌時(shí)間較長(zhǎng)；

高溫短時(shí)殺菌法

（一）概念

    高溫短時(shí)殺菌法主要是指食品經(jīng)100℃以上，130℃以下的殺菌處理。主要應(yīng)用于pH>4.5的低酸性食品的殺菌。

（二）特點(diǎn)

    ①占地少，緊湊（僅為單缸法的占地面積的20％）

    ②處理量大，連續(xù)化生產(chǎn)，節(jié)省熱源，成本低；

    ③可于密閉條件下進(jìn)行操作，減少污染的機(jī)會(huì)。但殺菌后的細(xì)菌殘存數(shù)會(huì)比低溫長(zhǎng)時(shí)殺菌法高；

    ④加熱時(shí)間短，營(yíng)養(yǎng)成分損失少，乳質(zhì)量高，無(wú)燜煮味；

    ⑤可與CIP（原地?zé)o拆卸循環(huán)清洗系統(tǒng)）清洗配套，省勞力，提高效率；

    ⑥溫度控制檢測(cè)系統(tǒng)要求嚴(yán)格（儀表要準(zhǔn)確）

（三）適用范圍

   需要快速有效的熱傳導(dǎo)，通常采用刮板式或管式熱交換器。這種方式適用于液體或小顆粒混合體。但如果是很粘稠的液體或顆粒直徑大于3cm時(shí)，加熱就會(huì)受到熱傳導(dǎo)的控制，此時(shí)產(chǎn)品就需要受熱數(shù)分鐘才能達(dá)到殺菌要求，這樣產(chǎn)品的質(zhì)量、營(yíng)養(yǎng)成分和口感會(huì)受到影響。

超高溫瞬時(shí)殺菌

（一）概念

    利用直接蒸汽或熱交換器，使食品在130℃-150℃，保持幾秒或者幾十秒加熱殺菌后，迅速冷卻，使細(xì)菌無(wú)法存活、生長(zhǎng)。

（二）特點(diǎn)

    ①溫度控制準(zhǔn)確，設(shè)備精密；

    ②溫度高，殺菌時(shí)間極短，殺菌效果顯著，引起的化學(xué)變化少；

    ③適于連續(xù)自動(dòng)化生產(chǎn)；

    ④蒸汽和冷源的消耗比高溫短時(shí)殺菌法HTST高。

蒸汽噴射式加熱滅菌法

（一）概念

    是指采用蒸汽噴射的UHT滅菌法，通常叫做直接蒸汽噴射或DSI。在最后的滅菌階段將產(chǎn)品與蒸汽在一定的壓力下混合，蒸汽釋放出潛熱將產(chǎn)品快速加熱至滅菌溫度。這種直接加熱系統(tǒng)加熱產(chǎn)品的速度比其它任何間接系統(tǒng)都要快。

（二）特點(diǎn)

    ①加熱和冷卻速度較快，UHT瞬時(shí)加熱更容易通過(guò)直接加熱系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

    ②能加工粘度高的產(chǎn)品，尤其對(duì)那些不能通過(guò)板式熱交換器進(jìn)行良好加工的產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，它不容易形成結(jié)垢。但蒸汽壓力將限制設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)。

    ③產(chǎn)品滅菌后需要進(jìn)行無(wú)菌均質(zhì)，由此設(shè)備本身的成本和運(yùn)轉(zhuǎn)成本大大增加。

    ④結(jié)構(gòu)復(fù)雜，裝置大多是非標(biāo)準(zhǔn)型，系統(tǒng)成本是同等處理能力的板式或管式加熱系統(tǒng)的兩倍。

    ⑤運(yùn)轉(zhuǎn)成本高，能量回收的限制性使加熱成本增加。但從某種程度上說(shuō)，該系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)較長(zhǎng)時(shí)間可適當(dāng)彌補(bǔ)其高成本的缺陷。尤其對(duì)于牛乳來(lái)說(shuō)，間接系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的結(jié)垢現(xiàn)象，直接加熱體系更符合產(chǎn)品的特性和質(zhì)量要求。

二次滅菌法

（一）概念

    二次滅菌法按設(shè)備運(yùn)行方式可分為間歇式和連續(xù)式。

    間歇式是指產(chǎn)品第一次滅菌采用管式超高溫滅菌機(jī)，然后經(jīng)灌裝、封蓋后放入間歇式滅菌器內(nèi)進(jìn)行第二次滅菌。

連續(xù)式是指產(chǎn)品第一次滅菌采用管式或板式超高溫滅菌機(jī)，第二次滅菌采用連續(xù)式滅菌機(jī)。該法滅菌處理的產(chǎn)品保存期長(zhǎng)，有利于長(zhǎng)途儲(chǔ)運(yùn)。

（二）特點(diǎn)

    1、間歇式二次滅菌法設(shè)備簡(jiǎn)單，投資較低，但產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定。

    2、連續(xù)式二次滅菌線的特點(diǎn)是投資大，產(chǎn)量高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。

    3、二次滅菌機(jī)是二次滅菌生產(chǎn)線的核心設(shè)備，要求其升溫、降溫快，傳熱均勻，盡量減小熱沖擊和熱慣性，性能良好，嚴(yán)格執(zhí)行滅菌規(guī)程。

殺菌方法的選擇

    選擇熱殺菌方法和條件時(shí)應(yīng)遵循下列基本原則：

（一）應(yīng)達(dá)到相應(yīng)的熱處理目的

    1、以加工為主：熱處理后食品應(yīng)滿足熱加工的要求。

    2、以保藏為主要目的：熱處理后的食品應(yīng)達(dá)到相應(yīng)的殺菌、鈍化酶等目的。

（二）應(yīng)盡量減少熱處理造成的食品營(yíng)養(yǎng)成分的破壞和損失

    熱處理過(guò)程要重視熱能在食品中的傳遞特征與實(shí)際效果，滿足食品衛(wèi)生的要求，不應(yīng)產(chǎn)生有害物質(zhì)。應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品熱處理的目的選擇優(yōu)化方法。

    熱處理的一些優(yōu)化方法

    熱處理的種類——優(yōu)化方法

    熱、燙——考慮非熱損失所造成的營(yíng)養(yǎng)成分的損失（如瀝濾、氧化降解等）。

    巴氏殺菌——若食品中無(wú)耐熱性的酶存在時(shí)，盡量采用高溫短時(shí)工藝。

    商業(yè)殺菌——對(duì)對(duì)流傳熱和無(wú)菌包裝的產(chǎn)品，在耐熱性酶不成為影響工藝的主要因素時(shí)，盡量采用高溫短時(shí)工藝。對(duì)傳導(dǎo)傳熱的產(chǎn)品，一般難于采用高溫短時(shí)工藝。

熱能在食品中的傳遞

    在計(jì)算熱處理的效果時(shí)必需知道兩方面的信息，一是微生物等食品成分的耐熱性參數(shù)，另一是食品在熱處理中的溫度變化過(guò)程。

（一）罐頭容器內(nèi)食品的傳熱

    影響容器內(nèi)食品傳熱的因素包括：表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)；食品和容器的物理性質(zhì)；加熱介質(zhì)（蒸汽）的溫度和食品初始溫度之間的溫度差；容器的大小。

    要能準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)罐頭食品在熱處理中的受熱程度，必須找出能代表罐頭容器內(nèi)食品溫度變化的溫度點(diǎn)，通常人們選罐內(nèi)溫度變化最慢的冷點(diǎn)（Cold point）溫度，加熱時(shí)該點(diǎn)的溫度最低（此時(shí)又稱最低加熱溫度點(diǎn)，Slowest heating point），冷卻時(shí)該點(diǎn)的溫度最高。熱處理時(shí)，若處于冷點(diǎn)的食品達(dá)到熱處理的要求，則罐內(nèi)其它各處的食品也肯定達(dá)到或超過(guò)要求的熱處理程度。

    罐頭冷點(diǎn)的位置與罐內(nèi)食品的傳熱情況有關(guān)。

    1、傳導(dǎo)傳熱方式的罐頭：

    由于傳熱的過(guò)程是從罐壁傳向罐頭的中心處，罐頭的冷點(diǎn)在罐內(nèi)的幾何中心。

    2、對(duì)流傳熱的罐頭：

    由于罐內(nèi)食品發(fā)生對(duì)流，熱的食品上升，冷的食品下降，罐頭的冷點(diǎn)將向下移，通常在罐內(nèi)的中心軸上罐頭幾何中心之下的某一位置。

    3、傳導(dǎo)和對(duì)流混合傳熱的罐頭：

    其冷點(diǎn)在上述兩者之間。

（二）評(píng)價(jià)熱穿透的數(shù)據(jù)

    測(cè)定熱處理時(shí)傳熱的情況，應(yīng)以冷點(diǎn)的溫度變化為依據(jù)，通常測(cè)溫儀是用銅，康銅為熱電偶利用其兩點(diǎn)上出現(xiàn)溫度差時(shí)測(cè)定其電位差，再換算成溫度的原理。

    在評(píng)價(jià)熱處理的效果（如采用一般法計(jì)算殺菌強(qiáng)度F值）時(shí)，需要應(yīng)用熱穿透的有關(guān)數(shù)據(jù)，這時(shí)應(yīng)首先畫出罐頭內(nèi)部的傳熱曲線，求出其有關(guān)的特性值。

    傳熱曲線

    傳熱曲線是將測(cè)得罐內(nèi)冷點(diǎn)溫度（Tp）隨時(shí)間的變化畫在半對(duì)數(shù)坐標(biāo)上所得的曲線。作圖時(shí)以冷點(diǎn)溫度與殺菌鍋內(nèi)加熱溫度（Th）或冷卻溫度（Tc）之差（Th－Tp或Tp－Tc ）的對(duì)數(shù)值為縱坐標(biāo)，以時(shí)間為橫坐標(biāo)，得到相應(yīng)的加熱曲線或冷卻曲線。為了避免在坐標(biāo)軸上用溫差表示，可將用于標(biāo)出傳熱曲線的坐標(biāo)紙上下倒轉(zhuǎn)180度，縱坐標(biāo)標(biāo)出相應(yīng)的冷點(diǎn)溫度值（Tp ）。

    以加熱曲線為例，縱坐標(biāo)的起點(diǎn)為Th－Tp ＝1（理論上認(rèn)為在加熱結(jié)束時(shí)，Tp 可能非常接近Th，但Th－Tp ≠0），相應(yīng)的Tp 值為Th－1，即縱坐標(biāo)上最高線標(biāo)出的溫度應(yīng)比殺菌溫度低一度（℃），第一個(gè)對(duì)數(shù)周期坐標(biāo)的坐標(biāo)值間隔為1℃，第二個(gè)對(duì)數(shù)周期坐標(biāo)的坐標(biāo)值間隔為10℃，這樣依次標(biāo)出其余的溫度值。

殺菌條件的計(jì)算

    食品熱殺菌的條件主要是殺菌值和殺菌時(shí)間，目前廣泛應(yīng)用的計(jì)算方法有三種：改良基本法、公式法和列線圖解法。
（一）改良基本法

    1920年比奇洛（Bigelow）首先創(chuàng)立了罐頭殺菌理論，提出推算殺菌時(shí)間的基本法（The general mathod），又稱基本推算法。該方法提出了部分殺菌率的概念，它通過(guò)計(jì)算包括升溫和冷卻階段在內(nèi)的整個(gè)熱殺菌過(guò)程中的不同溫度－時(shí)間組合時(shí)的致死率，累積求得整個(gè)熱殺菌過(guò)程的致死效果。1923年鮑爾（Ball）根據(jù)加熱殺菌過(guò)程中罐頭中心所受的加熱效果用積分計(jì)算殺菌效果的方法，形成了改良基本法（Improved general method）。該法提高了計(jì)算的準(zhǔn)確性，成為一種廣泛使用的方法。

    在殺菌過(guò)程中，食品的溫度會(huì)隨著殺菌時(shí)間的變化而不斷發(fā)生變化，當(dāng)溫度超過(guò)微生物的致死溫度時(shí)，微生物就會(huì)出現(xiàn)死亡。溫度不同，微生物死亡的速率不同。在致死溫度停留一段時(shí)間就有一定的殺菌效果?？梢园颜麄€(gè)殺菌過(guò)程看成是在不同殺菌溫度下停留一段時(shí)間所取得的殺菌效果的總和。

（二）公式計(jì)算法

    此法是由鮑爾提出，后經(jīng)美國(guó)制罐公司熱工學(xué)研究組簡(jiǎn)化，用來(lái)計(jì)算簡(jiǎn)單型和轉(zhuǎn)折型傳熱曲線上殺菌時(shí)間和F值。簡(jiǎn)化雖然會(huì)引入一些誤差但影響不大。此法已經(jīng)列入美國(guó)FDA的有關(guān)規(guī)定中，在美國(guó)得到普遍應(yīng)用。

    公式法是根據(jù)罐頭在殺菌過(guò)程中罐內(nèi)容物溫度的變化在半對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上所繪出的加熱曲線，以及殺菌結(jié)束冷卻水立即進(jìn)入殺菌鍋進(jìn)行冷卻的曲線才能進(jìn)行推算并找出答案。它的優(yōu)點(diǎn)是可以在殺菌溫度變更時(shí)算出殺菌時(shí)間，其缺點(diǎn)是計(jì)算繁瑣、費(fèi)時(shí)，還容易在計(jì)算中發(fā)生錯(cuò)誤，又要求加熱曲線必須呈有規(guī)則的簡(jiǎn)單型加熱曲線或轉(zhuǎn)折型加熱曲線，才能求得較正確的結(jié)果。

    近幾十年來(lái)許多學(xué)者對(duì)這種方法進(jìn)行了研究，以達(dá)到既正確又簡(jiǎn)單，且應(yīng)用方便的目的。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，公式法和改良適用法一樣準(zhǔn)確，但更為快速、簡(jiǎn)潔。

（三）列線圖法

    列線圖法是將有關(guān)參數(shù)制成列線計(jì)算圖，利用該圖計(jì)算出殺菌值和殺菌時(shí)間。該法適用于Z=10℃，m+g=76.66℃的任何簡(jiǎn)單型加熱曲線，快捷方便，但不能用于轉(zhuǎn)折型加熱曲線的計(jì)算。當(dāng)有關(guān)數(shù)據(jù)越出線外時(shí)，也不能用此法計(jì)算。

殺菌條件的確定

    確定食品熱殺菌條件時(shí)，應(yīng)考慮影響熱殺菌的各種因素。食品的熱殺菌以殺菌和抑酶為主要目的，應(yīng)基于微生物和酶的耐熱性，并根據(jù)實(shí)際熱處理時(shí)的傳熱情況，選擇食品熱殺菌條件，以確定達(dá)到殺菌和抑酶的最小熱處理程度。熱殺菌技術(shù)的研究動(dòng)向集中在熱殺菌條件的最優(yōu)化、新型熱殺菌方法和設(shè)備開(kāi)發(fā)方面。熱殺菌條件的最優(yōu)化就是協(xié)調(diào)熱殺菌的溫度時(shí)間條件，使熱殺菌達(dá)到期望的目標(biāo)，而盡量減少不需要的作用。

    熱殺菌的方法和工藝與殺菌的設(shè)備密切相關(guān)，良好的殺菌設(shè)備是保證殺菌操作完善的必要條件。目前使用的殺菌設(shè)備種類較多，不同的殺菌設(shè)備所使用的加熱介質(zhì)和加熱的方式、可達(dá)到的工藝條件以及自動(dòng)化的程度不盡相同。殺菌設(shè)備除了具有加熱、冷卻裝置外，一般還具有進(jìn)出料（罐）傳動(dòng)裝置、安全裝置和自動(dòng)控制裝置等。

    罐頭食品熱殺菌條件的確定

（一）實(shí)罐試驗(yàn)

    以滿足理論計(jì)算的殺菌值（F0）為目標(biāo)，熱殺菌可以有各種不同殺菌溫度－時(shí)間的組合。

    實(shí)罐試驗(yàn)的目的就是根據(jù)罐頭食品質(zhì)量，生產(chǎn)能力等綜合因素選定殺菌條件，使熱殺菌既能達(dá)到殺菌安全的要求，又能維持其高質(zhì)量，在經(jīng)濟(jì)上也最合理。

（二）實(shí)罐接種的殺菌試驗(yàn)

    將常見(jiàn)導(dǎo)致罐頭腐敗的細(xì)菌或芽孢定量接種在罐頭內(nèi)，在所選定的殺菌溫度中進(jìn)行不同時(shí)間的殺菌，再保溫檢查其腐敗率。

    通常采用將耐熱性強(qiáng)的腐敗菌接種于數(shù)量較少的罐頭內(nèi)進(jìn)行殺菌試驗(yàn)，藉以確證殺菌條件的安全程度。如實(shí)罐接種殺菌試驗(yàn)結(jié)果與理論計(jì)算結(jié)果很接近，這對(duì)所訂殺菌條件的合理性和安全性有了更可靠的保證和高度的信心。

    1、試驗(yàn)用微生物

    （1）低酸性食品：梭狀產(chǎn)芽孢桿菌（Clostridium sporogenses）PA3679芽孢

    （2）pH3.7以下酸性食品：巴氏固氮梭狀芽孢桿菌（Clostridium pasteurianum）或凝結(jié)芽孢桿菌（Bacillus coagulans）芽孢

    （3）高酸性食品：乳酸菌，酵母

    2、實(shí)罐接種方法

    （1）對(duì)流傳熱的產(chǎn)品

    可接種在罐內(nèi)任何處。

    （2）傳導(dǎo)傳熱產(chǎn)品

    盡可能接種在冷點(diǎn)位置。

    3、試驗(yàn)分組

    根據(jù)殺菌條件的理論計(jì)算，按殺菌時(shí)間的長(zhǎng)短至少分為5組，其中1組為殺菌時(shí)間最短，試樣腐敗率達(dá)到100%；1組為殺菌時(shí)間最長(zhǎng)，預(yù)計(jì)可達(dá)0%的腐敗率；其余3組的殺菌時(shí)間將出現(xiàn)不同的腐敗率，通常殺菌時(shí)間在30～100之間，每隔5分鐘為1組，比較理想的是根據(jù)F值隨溫度提高時(shí)按對(duì)數(shù)規(guī)律遞減情況，F(xiàn)值可按0.5、1.0、2.0、4.0、6.0，確定不同加熱時(shí)間加以分組。每次試驗(yàn)要控制為5組，否則罐數(shù)太多，封罐前后停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，將影響試驗(yàn)結(jié)果。因此試驗(yàn)要求在一天內(nèi)完成，并用同一材料。

    對(duì)照組的罐頭也應(yīng)有3～5組，以便核對(duì)自然污染微生物的耐熱性，同時(shí)用來(lái)檢查核對(duì)二重卷邊是否良好，罐內(nèi)凈重、瀝干重和頂隙度等。還將用6～12罐供測(cè)定冷點(diǎn)溫度之用。
    4、試驗(yàn)記錄

    試驗(yàn)時(shí)必須對(duì)以下內(nèi)容進(jìn)行測(cè)定并做好記錄。

    A．接種微生物菌名和編號(hào)；

    B．接種菌液量、接種菌數(shù)和接種方法；

    C．各操作時(shí)間（如預(yù)處理時(shí)間、裝罐時(shí)間、排氣、封罐前停留時(shí)間等）；

    D．熱燙溫度與時(shí)間；

    E．裝罐溫度；

    F．裝罐重量；

    G．內(nèi)容物粘度（如果它為重要因子）；

    H．頂隙度；

    I．鹽水或湯汁的濃度；

    J．熱排氣溫度與時(shí)間；

    K．封罐和蒸汽噴射條件；

    L．真空度（指真空封罐）；

    M．封罐時(shí)內(nèi)容物溫度；

    N．殺菌前罐頭初溫；

    O．殺菌升溫時(shí)間；

    P．殺菌過(guò)程中各階段的溫度和時(shí)間；

    Q．殺菌鍋上儀表（壓力表、水銀溫度計(jì)、溫度紀(jì)錄儀）指示值；

    R．冷卻條件。

（三）保溫貯藏試驗(yàn)

    接種實(shí)罐試驗(yàn)后的試樣要在恒溫下進(jìn)行保溫試驗(yàn)。培養(yǎng)溫度依據(jù)試驗(yàn)菌的不同而不同：

    霉菌：21.1～26.7℃

    嗜溫菌和酵母：26.7～32.2℃

    凝結(jié)芽孢桿菌：35.0～43.2℃

    嗜熱菌：50.0～57.2℃

    保溫試驗(yàn)樣品應(yīng)每天觀察其容器外觀有無(wú)變化，當(dāng)罐頭脹罐后即取出，并存放在冰箱中。

    保溫試驗(yàn)完成后，將罐頭在室溫下放置冷卻過(guò)夜，然后觀察其容器外觀、罐底蓋是否膨脹，是否低真空，然后對(duì)全部試驗(yàn)罐進(jìn)行開(kāi)罐檢驗(yàn)，觀察其形態(tài)、色澤、pH值和粘稠性等，并一一記錄其結(jié)果。接種肉毒桿菌試樣要做毒性試驗(yàn)，也可能有的罐頭產(chǎn)毒而不產(chǎn)氣。

    當(dāng)發(fā)現(xiàn)容器外觀和內(nèi)容物性狀與原接種試驗(yàn)菌所應(yīng)出現(xiàn)的征狀有差異時(shí)，可能是漏罐污染或自然界污染了耐熱性更強(qiáng)的微生物造成，這就要進(jìn)行腐敗原因菌的分離試驗(yàn)。

（四）生產(chǎn)線上實(shí)罐試驗(yàn)

    接種實(shí)罐試驗(yàn)和保溫試驗(yàn)結(jié)果都正常的罐頭加熱殺菌條件，就可以進(jìn)入生產(chǎn)線的實(shí)罐試驗(yàn)作最后驗(yàn)證。試樣量至少100罐以上，試驗(yàn)時(shí)必須對(duì)以下內(nèi)容進(jìn)行測(cè)定并做好記錄：

    A．熱燙溫度與時(shí)間；

    B．裝罐溫度；

    C．裝罐量（固形物、湯汁量）；

    D．粘稠度（咖喱、濃湯類產(chǎn)品）；

    E．頂隙度；

    F．鹽水或湯汁的溫度；

    G．鹽水或湯汁的濃度；

    H．食品的pH值；

    I．食品的水分活性；

    J．封罐機(jī)蒸汽噴射條件；

    K．真空度（指封罐機(jī)）；

    L．封罐時(shí)食品的溫度；

    M．加熱殺菌前食品每克（或每毫升）含微生物的平均數(shù)及其波動(dòng)值，取樣次數(shù)為5~10次。pH3.7以下的高酸性食品檢驗(yàn)乳酸菌和酵母； pH3.7~5.0的酸性食品檢驗(yàn)嗜溫性需氧菌芽孢數(shù)（如果可能的話，嗜溫性厭氧菌芽孢數(shù)也要檢驗(yàn)）；pH5.0以上的低酸性食品檢驗(yàn)嗜溫性需氧菌芽孢數(shù)、嗜熱性需氧菌芽孢數(shù)（如果可能的話，嗜溫性厭氧菌芽孢數(shù)也要檢驗(yàn)），這對(duì)于保證殺菌條件的最低極限十分必要。

    N．殺菌前的罐頭初溫；

    O．殺菌升溫時(shí)間；

    P．殺菌溫度和時(shí)間；

    Q．殺菌鍋上壓力表、水銀溫度計(jì)、溫度記錄儀的指示值；

    R．殺菌鍋內(nèi)溫度分布的均勻性；

    S．罐頭殺菌時(shí)測(cè)點(diǎn)溫度（冷點(diǎn)溫度）的記錄及其F值；

    T．罐頭密封性的檢查及其結(jié)果。

    生產(chǎn)線實(shí)罐試樣也要經(jīng)歷保溫試驗(yàn)，希望保溫3～6個(gè)月，當(dāng)保溫試樣開(kāi)罐后檢驗(yàn)結(jié)果顯示內(nèi)容物全部正常，即可將此殺菌條件作為生產(chǎn)上使用，如果發(fā)現(xiàn)試樣中有腐敗菌，則要進(jìn)行原因菌的分離試驗(yàn)。

主要產(chǎn)品推薦： 烘干機(jī)  干燥機(jī)  殺菌機(jī)  微波設(shè)備