食品的杀菌

英东食品科学与工程学院广东省精品资源共享课程专题07食品的商业杀菌与商业无菌主讲教师：钟瑞敏食品工艺学21、热力杀菌与非热杀菌一般机理2、食品酸度、水分活度与杀菌工艺的关系学习重点学习内容第一节食品的杀菌与除菌方法第二节热力杀菌微生物控制理论第三节食品的商业无菌3第一节食品的杀菌与除菌一、基本概念与分类1、食品的杀菌—采用物理或化学手段处理食品，在尽量避免降低食品品质和安全质量的前提下，使食品中污染的微生物完全灭绝或部分灭绝的方法。请列举一些生活中烹饪或食品制作中涉及杀菌操作的事例？4物理杀菌热力杀菌（通过升高温度使微生物致死的方法，是目前最为普遍使用的常规方法，理论成熟、技术形式多样）非热力杀菌（主要采用电磁波、高静压、电场等方法使食品中微生物致死的技术，目前大多还是处于研发阶段的新技术）化学杀菌通过发生化学反应达到杀灭微生物的方法。比较安全的是臭氧杀菌、二氧化氯杀菌等方法。主要用于水饮料的灭菌处理和工具消毒。属于非热力杀菌范筹。食品除菌（采用膜分离手段将食品中微生物移除的技术，已应用于液态食品如生啤、果汁饮料等除菌）2、食品的杀菌方法分类5热杀菌技术--将食品加热至可使蛋白质变性的温度(≥60℃)，从而促使食品中的微生物体内酶系蛋白变性导致微生物死亡的方法。热介质常用热水、高温高压水蒸汽、高温油、热空气等。现代食品的热杀菌工艺由法国人Appert发明,已有200多年历史，经过各国长期的生产实践,拥有成熟的基础理论和装备。热杀菌工艺是现代食品工业发展的基础。虽然杀菌技术种类繁多，但热杀菌工艺在食品生产中最常用、应用范围最广。目前90%以上的食品采用热杀菌。二、食品的热力杀菌方法6（一）食品工业应用的热杀菌方法分类与原理1、从传热介质分类干热杀菌湿热杀菌干热杀菌介质一般为热空气（主要为氧化、蛋白变性和浓缩作用破坏微生物原生质致死）（如医用干热灭菌器，160~170℃30-60min）湿热杀菌介质为水分子，或油脂等（主要为蛋白质变性致死）2、从热源分类电能火焰微波主要通过电能使发热器件发射红外或远红外（升温致死）火焰主要通过加热空气产生的热空气粒子流传热（升温致死）微波主要通过食品吸收300-300,000MHz高频电磁波并在电场振荡中引起介电分子运动产生热能（升温致死和电场致死）7（二）食品热力杀菌技术2、食品热力杀菌方式金属罐头袋装食品瓶装食品利乐砖奶、饮料康美盒果汁果冻耐热聚酯瓶饮料杀菌锅杀菌水浴锅杀菌喷淋隧道杀菌（火焰杀菌）管式杀菌板式杀菌预装食品的杀菌无菌包装食品的杀菌1、食品热力杀菌技术高压高温杀菌(水蒸汽杀菌)常压高温杀菌(火焰或油浴杀菌)常压常温杀菌高压常温杀菌HTST杀菌(70~90℃,5~60S)UHT(138℃,2~8S，效果属于常温杀菌范畴)高温杀菌(Apperization)（阿氏杀菌＞100℃）常温杀菌(Pasteurization)（巴氏杀菌60~100℃）8三、食品的非热力杀菌方法简介（非热效应）利用穿透力很强的α、β、γ射线或电子束辐照食品，引起微生物的DNA损伤，导致微生物死亡。具有低能耗、无污染、无残留、冷加工等优点。常用60Co-γ射线。当吸收剂量达到6~35kGy时食品中的病原菌、腐败菌具有显著杀灭作用。已广泛用于肉类、水产、果蔬、香辛料的保鲜或杀菌处理。目前全国已建成和投产的30万居里以上的60Co辐照中心有58座。1、紫外线杀菌（UltravioletSterilization）当微生物被紫外线照射时，其细胞的部分氨基酸和核酸吸收紫外线，产生光化学作用，引起细胞内成分特别是核酸、原浆蛋白、酯的化学变化，使细胞质变性而导致微生物死亡。1）当细菌、病毒吸收超过3600~65000μW/c㎡剂量时，对细菌、病毒的脱氧核醣核酸（DNA）及核醣核酸（RNA）具有强大破坏力。2）仅适用于透明液体食品的巴氏杀菌；车间空气和容器表面消毒（兼有形成臭氧的杀菌作用）。2、辐照杀菌（IrradiationSterilization）电离吸收单位1戈瑞=1J/kg放射物质核素的衰变活度单位(1居里=3.7×1010次/秒原子核衰变)9采用100~1000MPa的超高压对食品进行的杀菌处理。超高压可影响物质的非共价键（氢键、疏水键），引起蛋白质变性、脂肪结晶、淀粉糊化等而导致微生物死亡。3、超高压或高静压杀菌（UltrahighPressureSterilization）例如：在22~25℃下，100~450MPa可杀灭非芽孢菌（如200MPa下荔枝汁可达到商业无菌的要求）；但含有芽孢的低酸性食品却不易达到商业无菌的要求（通常需在800~1000MPa下辅助热力杀菌方可）。104、高压脉冲电场杀菌（PulsedElectricFieldSterilization）将食品置于两个电极间产生的瞬间高压脉冲电场中，由于高压脉冲电场可增大微生物膜电位差，使膜厚减小，当膜电位差达到临界值时，细胞膜穿孔，改变其通透性，从而导致微生物死亡。15～100kV/cm脉冲电场技术可在低于40℃的条件下实现对液体物料的灭菌。国内外研究人员使用高压脉冲电场对培养液中的酵母、各类革兰氏阴性菌、阳性菌,细菌孢子在苹果汁、香蕉汁、菠萝汁、牛奶、蛋清液等进行了大量实验研究结果表明:抑菌效果可以降低4~6个log,其处理时间一般在几个微秒到几个毫秒,最长不超过1s,处理后保鲜期提高到4~6周，并保持食品原来的色、香、味及营养成。11当磁力强度足够时，将食品放在N极与S极之间，经过连续摆动，因磁力线切割导致食品内部形成变化的感应电流，1）影响微生物内电子和离子不能正常传递；2）影响酶分子构相的扭曲和变形；3）食品分子形成电离效应，影响微生物代谢；4）可能形成自由基。目前在果汁、牛奶、调味品等流质食品中杀菌效果研究较多。5、振动或脉冲磁场杀菌（Vibrating/OscillatingMagneticFieldSterilization）西瓜汁：最佳参数组合为磁场强度7.59T（特斯拉。永磁铁附近的磁感强度大约是0.4～0.7特）,脉冲数15,西瓜汁温度20℃,菌落总数和大肠菌群数可达到果汁的商业无菌要求。牛奶：温度50℃，磁场强度6.33T，脉冲数15。牛奶的菌落总数和大肠菌群数已达到商业无菌要求。126、臭氧杀菌技术（OzoneSterilization）臭氧在水中的氧化还原电位仅次于氟，杀菌能力远高于氯和二氧化氯。通过与微生物细胞膜上的脂质双键反应，作用于蛋白和脂多糖，形成溶菌作用而导致微生物死亡。应用：1）水饮料：在水中臭氧浓度0.3-2mg/L时，0.5-1min内就可以致死细菌。2）食品采用气体置换包装，真空包装、封入脱氧包装和封入粉末酒精包装时，填充臭氧以杀灭酵母菌，就可解决这些包装食品变质问题。3）对食品生产过程中盛装容器、管路、设备、车间环境消毒也取得令人满意效果。常用臭氧浓度3-10mg/L。4）空气杀菌的臭氧标准浓度是0.2mg/m3。137、膜过滤除菌技术(冷过滤除菌)（MembranefiltrationSterilization）现代膜过滤技术可实现0.0001μm的截留孔径。食品物料中微生物粒径一般在0.5~2μm。一般截留孔径小于0.05μm时可达到除菌要求。应用：1）常用微孔陶瓷、金属膜、中空纤维、反渗透膜、纸板等材料。微孔过滤、超滤和反渗透膜过滤已成功应用于液态食品的冷过滤除菌生产。2）在果酒、低度白酒、纯生啤酒、果汁生产已广泛应用。14第二节热力杀菌微生物控制理论15无包膜病毒（如乙肝病毒）革兰氏阴性菌（如大肠杆菌）真菌及孢子原虫孢囊朊病毒细菌芽孢分枝杆菌（如结核分枝杆菌）原虫营养体革兰氏阳性菌（如乳酸菌）脂包膜病毒（如流感病毒）120-130℃4h不易杀灭。疯牛病毒16你了解pH为多少的液体可感知酸味吗？一、食品pH值、水份活度Aw与食品中残存微生物的关系17181.平衡pH4.6是罐藏食品安全控制的关键界点美国联邦法规（CodeofFederalRegulations(CFR)）根据大量科学证据，在CFRTitle21Parts113中确定食品中危害性最强的肉毒梭状芽孢杆菌（Clostridiumbotulinum）及其芽孢作为必须杀灭的对象。--致命剂量:0.1μg一、食品pH值、水份活度Aw与食品中残存微生物的关系Clostridiumbotulinum1970s美国暴发过几次比较严重的低酸性食品、肉类制品肉毒梭状芽孢杆菌毒素中毒事件。目前美国每年至少发生110个该食物中毒的病例。家庭制作的蔬菜罐头、玉米浆、烟熏肉或鱼、蜂蜜等食品易发生肉毒梭状芽孢杆菌食物中毒，尤其是婴儿为易发人群。19平衡pH＜4.6的食品适宜非芽孢菌（即普通腐败菌，如酵母、霉菌、非芽孢细菌）生长，但易于在常温（60~100℃）条件下短时间内可杀灭；平衡pH＞4.6的食品，可残留的危害性致病菌除了肉毒梭状芽孢杆菌芽孢，还有嗜温菌和嗜热菌等生孢菌芽孢，必须采用高温（115~121℃）条件才能杀灭。科学证据表明：平衡pH＜4.6的食品中即使残留存在肉毒梭状芽孢杆菌的芽孢，它们将处于被抑制状态，不能萌发生长，不会危害人体健康。确定平衡pH＞4.6作为食品必须采用高温杀菌的界点，是基于C.botulinum芽孢可在平衡pH＞4.6的食品中萌发并生长，而C.botulinum芽孢必须121℃高温才能杀灭。202.食品水份活度Aw0.85是食品安全控制的另一重要界点什么是水分活度？微生物一般适宜在什么环境中生长繁殖？21当食品中水份活度Aw＞0.85，同时平衡pH＞4.6时，更需考虑高温杀菌，否则食品腐败和安全风险极大。高Aw是大多数致病菌的适宜生长环境。确定Aw＞0.85作为罐藏食品安全控制点，是基于金黄色葡萄球菌（S.aureus）代谢毒素产生的最小Aw为0.85。最适生长温度37℃，最适生长pH7.4，干燥环境下可存活数周。代谢毒素包括：溶血毒素、杀死白细胞素、肠毒素（可耐受100℃煮沸30分钟而不被破坏）等。221.低酸性食品(平衡pH≥4.6、Aw＞0.85)2）嗜温生孢厌氧菌（适宜生长温度35~50℃）：常见于蔬菜、肉类和水产罐头。生孢梭状杆菌:缺氧腐败;D121.1℃=1.5min;肉毒杆菌及芽孢（A和B型）:缺氧腐败/产神经毒素;D121.1℃=0.2min二、食品酸度分类与杀菌方法的选择这类食品的主要杀灭对象菌包括：1）嗜热生孢菌（适宜生长温度40~55℃）：常见于蔬菜、猪肉类罐头。嗜热脂肪芽孢杆菌：平盖酸败；D121.1℃=4~5min;嗜热解糖梭状芽孢杆菌：高温缺氧发酵;D121.1℃=3~4min;致黑梭状芽孢杆菌(Clostridiumnigrificans)：致黑硫臭腐败;D121.1℃=2~3min;杀菌强度必须高于致病菌芽孢和耐热腐败菌的耐热强度，需采用高温杀菌（115~121.1℃）工艺。232.中酸性食品(3.7＜pH＜4.6、Aw＞0.85）b.酸化食品(加酸、发酵，平衡pH≤4.6)。当酸化不当或食品并不是所有成分pH＜4.6时，可能存在：耐酸嗜热菌（主要对象菌如凝结芽孢杆菌。需采用高温（＞100℃）杀菌工艺。）a.天然酸性食品:常见腐败菌为耐酸非芽孢菌（酵母、霉菌、乳酸菌等）多数在65~100℃常温可杀灭。常采用65~100℃杀菌工艺。杀菌强度视情况而定。24常见腐败菌为耐酸性非芽孢菌（酵母菌、霉菌、乳酸菌等，适宜生长温度30℃左右，D65~90℃＜2min）。最常用巴氏杀菌温度为：65~85℃。3.高酸性食品(2.5＜pH＜3.7、Aw＞0.85）杀菌强度只须高于耐酸性非芽孢菌的耐热强度，只需采用巴氏杀菌（65~100℃）工艺。25小结本课重点学习了热杀菌的基本概念、各种热杀菌和非热杀菌技术原理以及热力杀菌微生物控制理论。食品的杀菌可采用物理或化学方法。目前90%以上的食品采用热杀菌，是基于其极高的生产效率和对食品安全的保证。但许多非热杀菌新技术也展现出极好的应用前景。采用热力杀菌技术处理食品，要达到食品安全水平，一般要根据食品的平衡酸度、湿度特点科学选择合理的杀菌方法。因为不同酸度