食品工艺学3热处理

食品工艺学FoodProcessing陶谦食品学院D329室[e-mail]夏文水、陈洁、姜启兴第三章食品的热处理和杀菌#•概述*•热杀菌理论*•热处理与产品质量*•热杀菌应用*第一节概述#•热处理的作用*•关于罐藏食品*•罐藏食品发展史*一、热处理的作用•保藏热处理——在热处理过程中降低无益生物物质如微生物和酶的活性•转化热处理——在热处理过程中发生一些物理特性的变化（如面团→面包）•本章讨论保藏热处理#二、关于罐藏食品•罐藏食品能最完整地体现热杀菌技术•罐藏食品营养、安全、耐储、方便•罐藏食品列举•食品置于罐、瓶、盒、袋等容器中，密封后加热杀菌，能在自然温度下长期存放–热处理杀灭容器内的微生物–密封的容器防止外界微生物的入侵•空罐；实罐#三、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（NicolasAppert）–Appertis(z)ation，罐头杀菌，高温杀菌•黑暗中的进展–容器方面（焊封，卷封，电阻焊）–杀菌方面（沸水，盐水，高压锅）•巴斯德的证明（LouisPasteur）–Pasteuris(z)ation，巴氏杀菌，常压杀菌•理性的进步–开发西部–麻省理工学院•新中国罐头工业–抗美援朝–出口换汇–帮助农业高效发展#第二节热杀菌理论#•微生物的耐热性*•食品的传热*•杀菌强度计算及评价*一、微生物的耐热性#•影响微生物耐热性的因素*•对热杀菌食品的pH值分类*•表示微生物耐热性的参数*1、影响微生物耐热性的因素#•污染微生物*•热处理温度*•罐内食品成分*（1）污染微生物#•种类*•污染量*a.种类•菌种不同耐热程度不同：酵母和霉菌较不耐热，细菌较耐热。•同一菌种所处生长状态不同，耐热性也不同；处于生长繁殖状态的耐热菌比处于休眠期的芽孢的耐热性弱得多。•低酸性食品以耐热菌的芽孢为杀菌对象。细菌芽孢的耐热性（106芽孢/5ml，肉羹培养基中）致死时间（min）细菌种类100℃125℃枯草杆菌12030马铃薯杆菌11025肉毒杆菌A30012肉毒杆菌B15012b.污染量•同一菌种单个细胞的耐热性基本一致，但微生物菌群的耐热性与一定容积中存在的微生物数量有关，数量越大，全部杀死所需时间越长，微生物菌群所表现的耐热性越强（次页表）。•因此，食品工厂的卫生状况直接影响到产品的质量，并且也是该厂产品质量是否合格的标准之一。#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/10g糖2500芽孢/10g糖70809000000095.875.054.2（2）热处理温度•超过微生物正常生长温度范围的高温环境，可以导致微生物的死亡。•提高温度可以减少致死时间。以枯草杆菌为对象的杀菌温度与致死时间温度/℃100105110115120125致死时间/min12411080704030（3）罐内食品成分的影响#•pH*•脂肪*•糖*•蛋白质*•盐*•植物杀菌素*a.pH值•微生物在中性时的耐热性最强，pH偏离中性的程度越大，微生物耐热性越低，在相同条件下的死亡率越大。•如一种好气菌芽孢在pH4.6的培养基中，在121℃经2min就可致死，而在pH6.1时，同样温度则需要9min才能致死。#b.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30min才能死亡。#c.糖•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：糖吸收微生物细胞中水分，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。#d.蛋白质•蛋白质含量在5%左右时，对微生物有保护作用；含量到15%以上时，对耐热性没有影响。•例：将某种芽孢分别放在含有1-2%明胶及不含明胶的pH6.9的磷酸缓冲液中，含明胶溶液中的微生物耐热性比不加明胶的微生物耐热性增加2倍。#e.盐类•食品中无机盐种类很多，使用量相对较多的是食盐。低浓度食盐（4%）对微生物有保护作用，高浓度（4%）时，微生物耐热性随浓度增长而明显降低。•低浓度盐可以使微生物细胞适量脱水而蛋白质难以凝固；高浓度的盐则可使微生物细胞大量脱水，蛋白质变性，导致微生物的死亡。并且，高浓度盐造成的水分活度的下降也会强烈地抑制微生物的生长。青豆罐头115℃杀菌处理后细菌残存率食盐浓度%00.51.01.52.02.53.04.0细菌残存率%15.037.886.773.375.678.940.013.0f.植物杀菌素•植物杀菌素是某些植物中含有的能抑制微生物生长或杀死微生物的成分。•常见含有植物杀菌素的原料：葱、蒜、辣椒、罗卜、芥末、丁香、芹菜、胡罗卜、茴香等。•植物杀菌素的存在会削弱微生物的耐热性，并可降低原始菌量。#2、食品的pH值分类•分类的目的：利用微生物在不同的酸度环境中耐热性的显著差异，对不同酸度的食品采用不同程度的热处理。•常见的分类方式：1、酸性≤4.6，低酸性4.62、高酸性3.7，酸性3.7~4.6，低酸性4.6酸性食品与低酸性食品pH值划分的依据•能产生致命毒素的肉毒梭状芽孢杆菌的生长习性。•该菌特点：有A、B、C、D、E、F、G七种类型，C、D、G型不产生毒素，E、F型主要存在于海洋湖泊环境，A、B型广泛存在于土壤中。罐藏食品中易污染的产毒素菌型为A、B、E。其中E型不耐热，100℃即可死亡，A、B型较耐热。•pH≤4.8时，肉毒梭状芽孢杆菌的芽孢受到抑制，不会生长繁殖（即不能产生毒素）。为增强安全性，以4.6为界线。•当Aw≤0.85时，其芽孢也不能生长繁殖。•低酸性食品的条件：pH4.6及Aw0.85•低酸性食品必须采用高压杀菌。•酸性食品则可采用常压杀菌。酸性食品与高酸性食品pH值划分的依据•存在于酸性食品中较耐热的某些腐败菌，如酪酸菌、凝结芽孢杆菌，在pH3.7时即不能生长。•高酸性食品中出现的主要腐败菌为耐热性较低的耐酸性细菌、酵母、霉菌，杀菌强度较低。但此类杀菌条件有时难以将酶钝化，故酶的钝化也是确定这类食品杀菌参数的主要依据。酸化食品•某些低酸性食品物料，因为感官品质的需要，不宜进行高强度的加热，可以采取加入酸或酸性食品的办法，使产品的最终平衡pH≤4.6。这类产品称为酸化食品。•酸化食品可按酸性食品进行杀菌处理。•例如，在以某些水果、蔬菜、水产品为原料的产品中，分别加入了柠檬酸、醋酸、番茄酱。#3、微生物耐热性的数学表示#•热力致死温度*•热力致死时间曲线*•F0值*•Z值*•热力致死速率曲线*•D值*•F0=nD*（1）热力致死温度•过去：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。•现在：微生物生长温度的上限。微生物在高于此温度的环境中会被杀灭。#（2）热力致死时间曲线•又称热力致死温时曲线，或TDT曲线。•热力致死时间曲线以热杀菌温度T为横坐标，以微生物全部死亡时间t（的对数值）为纵坐标，表示微生物的热力致死时间随热杀菌温度变化的规律。TDT曲线图Z值F0值则得到热力致死时间曲线方程：ZTTtt1221lglgt2-lgt1=k(T2-T1)lgt1-lgt2=-k(T2-T1)令Z=-1/k•TDT曲线指示了杀菌完成与否的界限•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•该曲线还可用以比较不同的温度-时间组合的杀菌强度ZTTtt12121lg[例3.1]在某杀菌条件下，在116℃用5min恰好将菌全部杀灭；若改用110℃、15min处理，问能否达到原定的杀菌目标？设Z=10℃。[例3.1解]已知：T1=116℃，t1=5min；T2=110℃，Z=10℃，求t2。利用TDT曲线方程，将116℃、5min转化成110℃下的时间t2，则说明110℃、15min处理并不能全部杀灭细菌。min9.1910110116lg5lg121112ZTTtt（3）F0值#指杀菌温度为121.1℃时的热力致死时间，是公认的标准参照温度。利用热力致死时间曲线，可将各杀菌温度-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（图）：ZTtF1.121lg10（4）Z值•当lg(t1/t2)=1时，Z=T2-T1（图）•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℃。•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，一般说明微生物的耐热性越强。#（5）热力致死速率曲线•“全部杀灭”的表达不科学。•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。•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（的对数值）为纵坐标，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。D值设原始菌数为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：lgb–lga=k(t–0)t=-1/k(lga–lgb)令–1/k=D，则：t=D(lga－lgb)•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。（6）D值•令b=a10-1，则D=t（图）•表示在特定的环境中和特定的温度下杀灭90%特定的微生物所需要的时间。•D值与菌种有关、与环境条件有关、与杀菌温度有关。•D值越大，表示微生物的耐热性越强。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=4.0-5.0min嗜热解糖梭状芽孢杆菌产酸产气D121=3.0-4.0min嗜热菌致黑梭状芽孢杆菌致黑硫臭D121=2.0-3.0min肉毒杆菌A、B产酸产气产毒D121=6-12sec生芽孢梭状芽孢杆菌(P.A3679)产酸产气D121=6-40sec低酸性食品嗜温菌凝结芽孢杆菌平盖酸败D121=1-4sec巴氏固氮梭状芽孢杆菌产酸产气D100=6-30sec酪酸梭状芽孢杆菌产酸产气D100=6-30sec酸性食品嗜温菌多粘芽孢杆菌产酸产气D100=6-30sec（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。设将菌数降低到b=a10-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：t=D[lga–lg(a10-n)]即t=nD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。•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。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即符合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=nD121.1℃•由于F0值表示为D值的倍数，所以F0值似乎和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允许的腐败率确定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。•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3-4mi