第四章-食品的杀菌技术

第四章食品的杀菌技术概述新型超高温杀菌技术(重点)欧姆加热法超高温杀菌超高压杀菌技术脉冲强光杀菌技术超声波杀菌技术磁场杀菌技术高压脉冲电场杀菌技术根据杀菌方式、温度的不同，杀菌可分为热杀菌和非热（冷）杀菌。热杀菌是食品工业常用的灭菌方法，但热处理对食品的色、香、味及营养成分影响颇大。非热杀菌由于杀菌过程中食品温度并不升高或升高很低，既有利于保持食品中功能成分的生理活性，又有利于保持色、香、味及营养成分。因此，在食品（特别是功能食品）加工中采用非热杀菌技术是非常必要的。§4.1概述新杀菌技术实际应用须解决三个问题：1.是否引起新的污染；2.是否比传统方法有明显的经济优势；3.能否实现规模化生产、加工。非热杀菌技术主要包括物理杀菌和化学杀菌。非热物理杀菌是采用物理手段（如电磁波、压力、光照等）进行杀菌，化学杀菌则是通过化学试剂来达到杀菌的作用。类别物理杀菌和化学杀菌的主要形式物理杀菌辐射杀菌、紫外线杀菌、超高压杀菌、高压脉冲电场杀菌、感应电子杀菌、磁力杀菌、脉冲强光杀菌、微波杀菌、超声波杀菌化学杀菌添加抑菌或防腐剂、臭氧、二氧化氯、Nisin、酶§4.2新型超高温杀菌技术超高温杀菌技术（UltraHighTemperature简称UHT杀菌法）是利用热交换器或直接蒸汽加热，使食品在135～150℃温度下，保持几秒或几十秒加热杀菌后，迅速冷却的杀菌方法，该方法杀菌效率高，物料产生的物理，化学变化小，因此，对食品的外观、风味、营养素等几乎没有影响，可以收到很好的灭菌效果。在实际生产应用中，UHT杀菌法常常和无菌包装技术联系在一起，使食品保持无菌状态，可以无需冷藏而在常温下长期保存。一、定义二、发展历史UHT杀菌法是英国于1956年首创，在1957～1965年间，通过大量的基础理论研究和细菌学研究后，才用于生产。超高温杀菌最早用于乳品工业牛奶的杀菌作业。1965年英国的Burton提出了详细的理论技术报告。UHT杀菌装置的开发是由荷兰的斯托克（Stork）公司在20世纪50年代初率研制，随后国际上又出现了许多类型的超高温处理装置。20世纪60年代初，无菌装罐技术获得成功，促进了超高温杀菌与无菌装罐技术相结合，从而发展了灭菌乳生产工艺。20世纪80年代后，UHT技术得到了更大的发展，其应用范围不仅仅限于液体产品，目前已可应用于固液混合产品和固体粉状产品等。杀菌装置也有很大的发展，如欧姆加热装置、气流式杀菌装置、塔式杀菌装置等的开发，进一步促进了超高温杀菌技术的发展。三、超高温杀菌的基本原理微生物对高温的敏感性远大于多数食品成分对高温的敏感性，故超高温杀菌能在很短时间内有效杀死微生物，并较好地保持食品原有的品质。UHT杀菌的理论基础涉及两个方面：1.是微生物热致死的基本原理；2.是如何最大限度保持食品的原有风味及品质。按照微生物的一般致死原理，当微生物在高于其耐受温度的热环境中时，必然受到致命的伤害，且这种伤害随着受热时间的延长而加剧，直至死亡。大量实验证明，微生物的热致死率是加热温度和受热时间的函数。微生物的耐热性腐败菌是食品杀菌的对象，其耐热性与食品的杀菌条件有直接关系。影响微生物耐热性的因素有如下几个方面：①菌种和菌株；②热处理前的菌龄、培育条件、贮存环境；③热处理时介质和食品成分如酸度或pH；④原始活菌数；⑤热处理温度和时间，作为热杀菌，这是主导的操作因素。大肠杆菌四、UHT杀菌食品的类型及其装置和效果1微生物的加热杀菌食品中微生物的热杀菌方法有干热和湿热两种不同杀菌方式。一般湿热杀菌效果优于干热杀菌。微生物在湿热下的耐热性微生物加热温度/℃灭菌所需的时间/min微生物加热温度/℃灭菌所需的时间/min肉毒杆菌孢子A型B型100110120360364葡萄球菌6018.8肉毒杆菌孢子E型809020～405乳酸菌7130平酸菌（孢子）11035肠炎弧菌6030枯草杆菌孢子100120175～1857.5～8霉菌属605～10沙门氏菌604.3～30霉菌孢子65～705～10大肠杆菌5720～30酵母细胞55～652～3四联球菌61～6530酵母孢子6010～15用于微生物杀菌的不同加热方法加热方式杀菌温度对象微生物代表性食品热水、蒸汽加热100℃以下细菌（营养细胞），霉菌，酵母家常菜，火腿，香肠干热加热100～140℃细菌（营养细胞），霉菌，酵母鱼糕类高压釜式热杀菌100～135℃细菌（孢子），霉菌，酵母软罐头，鱼肉香肠HTST杀菌100～120℃细菌（孢子），霉菌，酵母果汁，牛乳UHT杀菌135～150℃细菌（孢子），霉菌，酵母牛乳，豆奶，番茄沙司HTST(高温短时)杀菌主要用于一般牛乳（非灭菌乳）的杀菌，相对于以前的低温杀菌（牛乳，62～65℃，30min），HTST杀菌也可称为高温杀菌，加热温度大多在100～120℃之间。在一般牛乳的杀菌和果汁的无菌灌装杀菌中多使用此HTST加热杀菌方法。UHT杀菌被称为超高温杀菌，是135～150℃数秒间的杀菌，此方法完全可以杀死牛乳、豆奶以及番茄沙司等食品中生长的微生物。2流动性食品UHT杀菌装置和杀菌效果在世界各国有多种无菌包装食品上市，如常温下长期存放的灭菌乳、果汁饮料、葡萄酒、番茄沙司等。这些流动性食品在无菌包装食品中占有很大比例，它们一般被分为低黏性和高黏性两类食品，在UHT杀菌中，二者的杀菌装置和工艺有所不同。世界各国使用的UHT杀菌装置加热方式装置名称制造商国家直接加热方式蒸汽喷射式UperiserVTISAroBacUHTAPV公司AlfaLaval公司CherryBurrel公司岩井机械英国瑞典美国日本食品喷射式（浸渍式）PararistorThermoVacVac-HeaterPaasch&Sikeborg公司Brell&Martel公司CremeryPackage公司丹麦法国美国间接加热方式板式SigmaUltramaticAhlbornUHTSteriglakCrescentUHTCherryBurrel公司APV公司Ahlborn公司Fran公司CremeryPackage公司日阪制作社岩井机械美国英国德国意大利美国日本管式SteridealCJ-Ste-Vac-HeaterCTAStor公司ChesterJensen公司CremeryPackage公司荷兰美国美国刮板式ConthermThermoCylinderVotatorScrapedSurfaceHeaterRotothermAlfaLaval公司岩井机械Votator公司FranRica公司Tito-Manzini&Figli公司瑞典日本美国美国意大利（一）低黏性食品UHT杀菌装置与杀菌效果在直接加热方式中，有将蒸汽直接喷入食品中的蒸汽喷入式和将食品喷入蒸汽中的喷入式两种加热食品方法。在间接加热方式中，有板式加热和管式加热以及刮板式加热装置。板式装置是加热介质和食品通过隔板间隙时，相互进行热交换。管式装置是罐中的蒸汽或热水对罐内盘管中流过的食品进行热交换的加热装置。刮板式UHT杀菌装置一般用于高黏性食品和含有固形物的流动食品的加热杀菌。以牛乳、果汁为代表。12345678910111213141516α-Laval公司的VTIS灭菌机工程图1－原料牛乳；2－浮球罐；3－泵；4－预热器；5－泵；6－蒸汽喷射头；7－保温段；8－真空罐；9－泵；10－均质机；11－无菌冷却器；12－牛乳出口；13－转向阀；14－流向转换真空罐；15－泵；16－冷却器鲜奶UHT杀菌装置某公司的鲜奶UHT杀菌装置及操作参数（二）高黏性食品UHT杀菌装置与杀菌效果高黏性食品的UHT杀菌装置一般采用间接加热的表面刮板式设备和直接加热的蒸汽直接喷射式杀菌设备。对于像番茄酱、牛奶沙司这类的产品，为了防止加热引起的焦糊问题，通常采用表面刮板式UHT杀菌装置。表面刮板式热交换器的断面图加热介质（蒸汽，冷水）保温材料食品旋转轴传热面刮板刀随着高黏性食品无菌包装的发展，世界各国更注重开发可长时间、连续杀菌的新装置。日本开发了可直接加热3～200Pa•s高黏性食品的UHT杀菌新装置（吴羽式UHT装置）。该装置中对高黏性食品UHT杀菌起关键作用的部位，其蒸汽混合基本结构如图所示。高黏性食品在流体通过部位通过时，高温高压的蒸汽从夹套部位经多孔板喷射进入流动的食品中，在短时间内将食品中的微生物杀死。其整个工艺过程是，在设备关键部位将蒸汽喷入高黏性食品中进行混合，使物料瞬时升到杀菌温度（100～150℃），且加热均匀，然后在真空系统蒸发除去多余水分，再瞬时冷却至所要求的温度。该装置与以前的UHT杀菌装置比，最大优点是能应用于此前因加热焦糊、变色、风味损失而无法进行UHT杀菌加工的食品，使这类高黏性食品在不影响品质的情况下可连续进行UHT杀菌。12345吴羽式UHT装置中蒸汽混合结构断面图蒸汽多孔板流体高黏性食品UHT杀菌装置（吴羽式UHT）的杀菌效果食品特性杀菌条件活菌数/(个/g)食品黏度/Pa.spH杀菌对象菌②温度/℃时间/s杀菌前杀菌后番茄酱制品200(常温)①35~4.0地衣芽孢杆菌1181133.07.51.3×102002~3(常温)35~4.01291175.019.02.0×10300奶油类制品2~3(70℃)6.0~7.0嗜热脂肪芽孢杆菌1501391315.96.16.13.5×104006.0×103佐料汁类制品0.4~0.5(常温)4.5~5.0芽孢杆菌孢子1491301203.53.53.54.0×102002干酪类制品0.2~0.3(80℃)－生孢梭菌1501401303.53.53.56.0×105000汤料类制品0.4~0.5(10℃)5.0~5.9芽孢杆菌孢子1421321223.53.53.56.0×105001×10-2§4.3欧姆加热法超高温杀菌欧姆杀菌是一种新型杀菌的加热方法，它借通入电流使食品内部产生热量达到杀菌的目的。对于颗粒物料，很好地克服瞬间加热不均、加热较慢的缺点。目前，英国APVBaker公司已制造出工业化规模的欧姆加热设备，可使高温瞬时技术推广应用于含颗粒（粒径高达25mm）食品的加工。自1991年以来，在英国、日本、法国和美国已将该技术及设备应用于低酸或高酸性食品的加工。一、欧姆加热的原理欧姆加热效果和微波加热有相似之处，其电能转变成热能遍及整个被加热物体，当电流流过导电物质时产生的热效应。某种食品能否适用欧姆加热，主要决定于该食品的导电性。电器模拟装置产品加热交流电电源电极欧姆加热处理器（静态结构）原理图二、连续作业的欧姆加热装置及结构仪表控制板电源产品出口欧姆加热器机械操作仪表化泵泵控制电力输出控制电力总电源一条生产线的欧姆加热器和电源配置它由三个基本组件构成，即加热器、电源装置和标准仪表板。加热器最简单的结构有3个电极罩和两根串联连接的加热管。在加热条件范围更广时，需要更大的电源装置，因此有必要增加更多的加热区段。两组加热段串联的单根欧姆加热器产品出口塑料电极罩内衬塑料的不锈钢管电极产品进口电源欧姆加热杀菌工业设备§4.4超高压杀菌技术食品的超高压（UHP，又称高静压/HHP）杀菌技术是指将密封于弹性容器内的食品置于水或其他液体作为传压介质的压力系统中，经100MPa以上的压力处理，以达到杀菌、灭酶和改善食品的功能特性等作用。一、定义超高压处理通常在室温或较低的温度下进行，在一定高压下食品蛋白质变性、淀粉糊化、酶失活、生命停止活动，细菌等微生物被杀死。而在超高压作用下，蛋白质等生物高分子物质及色素、维生素、香气成分等低分子化合物的共价键却不发生变化，从而使超高压处理过的食品仍然保持其原有的营养价值、色泽和天然风味。与传统的热处理相比，超高压处理具有无可比拟的优点：首先，它能在常温或较低温度下达到杀菌、灭酶的作用，与传统的热处理相比，减少了由于高热处理引起的食品营养成分和色、香、味的损失或劣化；其次，由于传压速度快、均匀、不存在压力梯度，超高压处理不受食品的大小和形状的影响，使得超高压处理过程较为简单；此外，这一技术耗能也较少，处理过程中只需在升压阶段以液压式高压泵加压