罐藏工艺学-第四章2

主讲：钟瑞敏[e-mail]罐藏食品工艺学第四章罐头食品的杀菌与冷却教学内容第一节食品微生物热力致死特性第二节罐头食品的传热特性与杀菌时间的推算第三节罐藏食品的杀菌与冷却技术1、致死温度T℃下的热力致死速率方程：DT：某一致死温度（T℃）下将原始菌数杀灭90%所需的时间。2、热力致死时间（t=TDT）方程：121.1()10TZtF-=?Z：全部杀死相同数目某微生物的时间缩短到原来的1/10时，需将温度提高的度数值。第二节罐头食品的传热特性与杀菌时间的推算1、罐头食品的传热特性2、罐头食品合理杀菌杀菌时间的推算教学内容教学难重点1、食品传热型式、罐藏容器以及杀菌设备型式对杀菌效果的影响；2、逼近法计算合理杀菌时间的方法。1．传导型：分子碰撞。一般固态食品、粘稠性食品属这类。罐中心常为冷点。2．对流型：质点位移。一般低粘度液态食品罐头为此类。离罐盖、罐底中心轴线上12-19mm处常为冷点。3．对流-传导结合型：1）先对流后传导（T上升，粘度上升）。如淀粉质食品、乳糜玉米罐头、糖水水果罐头、清渍蔬菜罐头等。2）先传导后对流（T上升，粘度下降）。如果酱类罐头。这种情况冷点会变化位移。一、罐头食品的传热特性（一）食品在杀菌过程中的传热方式纯对流或纯传导型罐头冷点温度曲线对流-传导型罐头冷点温度曲线1．食品的物理性质（1）形状，大小（固态为热传导；有汤汁时，为对流-传导）。（2）粘稠度（粘稠度高为传导，否则对流、对流-传导）。（3）比重（比重大的一般为传导、传导-对流，比重小的为液态对流）。2.食品初温（1）对于传导型食品，初温对食品上升到杀菌温度的影响显著。热传导升温相对慢。（2）对于对流型食品，初温对食品上升到杀菌度影响较小。（二）影响罐头食品杀菌传热的因素容器材料品种及厚度的影响金属罐厚度δ金很小，传热系数λ金较大；玻璃罐厚度δ玻较大，且传热系数λ玻很小。（λ金/λ玻＞50倍以上。）若考虑罐外传热介质的散热系数a介和食品本身散热系数a食、传热系数λ食，则对传导型和对流型食品来比较，有下列情况：3.容器材料的影响对流而言(w/m2·k)传导而言(w/m·k)b传导型食品总热阻R导=（1/a介）+（δ容/λ容）+（δ食/λ食）金属罐：（1/a介）:（δ金/λ金）:（δ食/λ食）＝100:1:2500玻罐罐:（1/a介）:（δ玻/λ玻）:（δ食/λ食）＝100:800:2500说明食品本身是热阻主要部分，容器无多大影响。a对流型食品(注p155表16热阻数值有误)杀菌过程中总热阻：R对=（1/a介）+（δ容/λ容）+（1/a食）金属罐：（1/a介）：（δ金/λ金）:（1/a食）=100:1:100玻璃罐：（1/a介）:（δ玻/λ玻）:（1/a食）=100:800:100说明玻罐是热阻的主要部分主要针对回转式与静止式而言。静止式杀菌设备：对传导型和对流型传热均相对较慢；回转式杀菌设备：对对流型和传导的对流型食品均可大大提高杀菌效率。如表所示。4.杀菌设备的型式传导-对流型对流-传导型1）罐头尺寸罐大小：1000g猪肉罐头罐中心达到111℃需56min，550g装量则需40min。罐H/D比：0.25时，罐中心温度达到时间最短，大于或小于0.25所需时间均提高。一般取0.4~4.0。5.其他因素2）杀菌锅内罐头装量：装量越大，升温越慢。3）堆罐形式：条装食品宜直立装笼，层装食品宜卧装笼。4）罐内真空度：真空度越高，升温越快。5）锅内有无气襄：存在气襄将导致锅内温度分布不均，严重影响食品传热和杀菌效果。二.罐头食品合理杀菌杀菌时间的推算1、对象菌的选择根据食品酸度类型选择肉毒梭状芽孢杆菌、嗜热菌、嗜温菌或酵母和霉菌。对象菌要选择食品中最难杀灭或危害最大的菌类。2、原始菌和残留菌数的检测根据检测结果进行理论计算：致死速率方程(一)理想杀菌时间（安全杀菌时间F安）的计算F安是指在恒定标准杀菌温度121.1℃下，将食品中对象菌原始菌数降到允许值内所需要的杀菌时间。这是一个包含安全系数的理想状态下的杀菌时间（即:在瞬间升温和瞬间降温的理想状态下的理论杀菌时间）。根据热力致死速率方程当温度为121.1℃时，即(lglg)tDab=-例题（P158）净重425g的罐头，杀菌前检测出嗜热脂肪芽孢杆菌平均活菌为2个/g，经121℃杀菌、保温、贮藏后，允许有万分之五腐败率。此条件下F安值为多大？解：1）该批罐头杀菌前嗜热脂肪芽孢杆菌平均活菌数为：a=425(g/罐）×2（个/g)=850个/罐2）杀菌后嗜热脂肪芽孢杆菌残存数为5/10000=5×10-4个/罐3）查嗜热脂肪芽孢杆菌D121=4min则：F安=D121×(lga-lgb)=4(lg850-lg0.0005)=24.92min3、进行F安值计算设微生物在某一致死温度Ｔ下，一定数量原始菌被100%杀灭所需时间为τmin（ＴＤＴ）。则每分钟内的致死速率：Ｌ=100%/τ=1/τ若真正的处理时间ｔ＜τ，则部分致死量（或部分杀菌量）：Ａ＝t×L=t/τ(%)即为恒温T下某时间段的致死量。当Ａ≥１(即100%)时，t≥τ，即t为合理杀菌时间。(二)恒温条件下的理论杀菌时间推算1．恒温条件下，单位时间内微生物的致死速率L值（或杀菌率）根据Ａ＝ｔ/τ，两边微分得dA=dt/τ积分得：---（１）注意：1)该公式与原始菌数有关;2)某一致死温度的恒温条件下01tAdtt=ò例如：115℃下，某对象菌之某个原始菌数的的热力致死时间τ＝10min，求在115℃下只进行了5min热处理，问对象菌的热致死量达到多少？则：ｔ＝５ｍin时，Ａ＝ｔ/τ＝5÷10＝50％常数对同一对象菌，当原始菌数相同时，在F(121.1℃)、T两个杀菌温度下，根据热力致死时间方程即两边取倒数得：在T℃下,平均致死率----（２）121.1()121.11111010TZTZLFFt--===?´121.1()10TZFt-=?２．通过标准温度121.1℃下的F推算其它温度下的恒温热致死量A根据该公式，只要知道标准温度121.1℃下的Ｆ值，即可推算出其他致死温度（Ｔ℃）的致死量A。根据，把（２）式代入上式，即得：---（３）即在某确定致死温度T℃下恒温维持t时间后的杀菌量A。121.1()0110TtZAdtF-=?ò01tAdtt=ò121.1()1110TZLFt-==?变量常数常数即利用该公式，只要对某一对象菌的罐头在恒定标准温度121.1℃下测出其100%杀灭的时间的F值，即可推算该种罐头在其他温度下一定时间内完成的杀菌量。即:当已知某食品一定数量对象菌的标准杀菌温度下的相关参数信息后（F、Z），可预测其它致死温度下的杀菌效果。如P159表2-1-20111121.110()10011010%10Adt-=?ò例题：已知杀灭一定数量的某对象菌时的Ｆ＝10min。问，对于同数量的这种对象菌在恒定111.1℃下杀菌10min，其杀菌量又为多少？已知该菌的Z＝10℃。解：恒温致死量公式--（3）即公式（3）要求罐头一开始即达到致死温度T℃。121.1()0110TtZAdtF-=?ò3.逼近法求罐头非恒温条件下杀菌的合理时间但实际上在杀菌操作过程中，罐头测点（常以冷点为测点）的温度不可能一开始即达到设定杀菌温度，而是由初温逐渐上升的，当测点温度达到致死温度（不一定为额定杀菌温度）时，罐头内对象菌就会开始减少，故罐头合理杀菌时间应考虑这些杀菌量。如图所示通常采用每2到3min读取一次测点温度值Ti，列出表格，分别近似认为测定时间段内的温度值不变，然后分别算出各个时间点的致死率Li值。根据公式（2）可知：通过每个间隔时间段△ti内的平均Ai值（）的累加即得累积杀菌量方程：当A≥100%时，第n个测点时间即为有效合理的杀菌时间。12iiiiLLAt+骣+÷ç=碊÷ç÷÷ç桫()1112nniiiiiLLAAit+==骣+÷ç÷ç==碊÷ç÷÷ç桫邋121.1()110iTZiLF-=?≥1（100%）例题：已知全粒玉米罐头在杀菌过程中其测点变化温度值如表所示。且对象菌的Z=10℃、F=10min。求这种罐头的合理杀菌时间。111()2nniiiiiLLAAit+==+==碊邋121.1()110iTZiLF-=?答：这种罐头的合理杀菌时间即为累加∑Ai≥100%=1时对应的杀菌时间。分解下面两公式，列表计算：121.1iTZ-121()10iTZ-121.1()110iTZiLF-=?12iiiiLLAt+骣+÷ç=碊÷ç÷÷ç桫1niAAi==å杀菌时间ti/min罐内冷点温度Ti/℃Ti-121.1027.8-93.3-9.334.68×10-104.68×10-112102.8-18.3-1.830.01480.001480.001480.001484110.0-11.1-1.110.07760.007760.009240.010726111.7-9.4-0.940.11480.011480.019240.029968111.7-9.4-0.940.11480.011480.022960.0529211108.9-12.2-1.220.06020.006020.026250.0791714111.1-10-1.00.10000.010000.024030.103217113.9-7.2-0.720.19050.019050.043580.1467820115.6-5.5-0.550.28180.028180.070720.2175F=1min时杀菌时间ti/min罐内冷点温度Ti/℃Ti-121.124116.7-4.4-0.440.36310.036310.12900.346529118.3-2.8-0.280.52480.052480.22200.568532118.9-2.2-0.220.60260.060260.16910.737635119.4-1.7-0.170.67610.067610.19180.929440120-1.1-0.110.77620.077620.36311.292545120.3-0.8-0.080.83180.083180.40201.694547120.3-0.8-0/080.83180.083180.16641.860947.5119.4-1.7-0/170.67610.067610.03771.898648110-11.1-1.110.07760.007760.01881.9174121.1iTZ-121()10iTZ-121.1()110iTZiLF-=?12iiiiLLAt+骣+÷ç=碊÷ç÷÷ç桫1niAAi==åF=3.4min时F=19.0min时小结本节介绍了食品传热特性、罐藏容器以及杀菌设备型式对杀菌效果的影响，以及逼近法对罐头食品合理杀菌加热时间的推算。结合生产实际：1）必须综合考虑到食品杀菌的各传热特性因素（包括传热形式、容器材料以及杀菌设备形式等）对罐藏食品的杀菌效果具有重要影响；2）结合判别食品主要杀菌对象微生物，通过测定杀菌过程中罐头食品冷点实时温度，可采用逼近法理论推算出合理的杀菌时间，该时间对指导实际生产具有重要作用。思考题1、请分别对对流型和传导型食品采用不同包装材料时的传热情况进行分析。2、请进一步检索回转式杀菌设备在罐藏食品杀菌中的应用。3.已知某种罐头食品在杀菌过程中其测点变化温度值如表所示。且对象菌Z=10℃、F=8min。请用现用时间法求这种罐头的合理杀菌时间。假如还要考虑其中氧化酶的残活影响，该酶其Z=10℃、F=10min，此时合理杀菌时间又为多少？加热时间（min）0246811141720测点温度℃27.8102.8110.0111.9112.7114.9115.1115.9115.62429323540454747.54849116.7118.3118.9119.4120.0120.3120.3119.4110.0102.8