第三章食品的热处理和杀菌.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第三章 食品的热处理与杀菌,PRINCIPLES OF THERMAL PROCESSING,食品的热处理,保藏热处理,热烫,巴氏杀菌,高温灭菌,转化热处理,-,蒸煮,-,烘烤,-,油炸,保藏热处理,热烫,（,1,）钝化酶,苹果,马铃薯,保藏热处理,热烫,（,2,）除氧,生菜,保藏热处理,巴氏杀菌法,(Pasteurization,）,在,100,以下的加热介质中的低温杀菌方法，以杀死致病菌,营养细胞,及无芽孢细菌，但无法完全杀灭腐败菌，因此巴氏杀菌产品没有在常温下保存期限的要求。,保藏热处理,巴氏杀菌,温度,75-95,例,1,：鲜奶,63.5,，,30min;,72,76,15s;,85 ,10s,例,2,：,果冻,85,，,20min;,保藏热处理,高温灭菌,温度,100,，,杀灭微生物及其孢子,例：超高温灭菌,奶,135-141,，,3-4s,保藏热处理的主要目的,杀灭在食品正常保质期内可导致食品腐败变质的微生物,钝化食品中的酶,热杀菌处理的最高境界,Safety vs.Quality,热杀菌处理的最高境界,达到杀菌及钝化酶活性的要求,尽可能使食品的质量因素少发生变化,-,合理的杀菌工艺参数,保藏热处理的代表产品,罐头食品,金属罐 玻璃瓶 铝箔或复合塑料薄膜,罐头食品的特点,可直接食用或开袋即食,货架期很长,风味、色泽、质构、营养成分受到影响,带有加热后的蒸煮味,适合于加工需要加热烧熟的食品原料,一、微生物的耐热性（主要内容）,影响微生物耐热性的因素,菌株和菌种,M,的生理状态,初始活菌数,热处理温度和时间,培养温度,蛋白质,影响微生物耐热性的因素,pH,值,水分活度,其他,IP/product development exchanges,Capability/service exchanges,脂肪,微生物的耐热性,盐类,糖类,微生物耐热性影响因素,污染微生物的种类和数量,热处理温度,罐内食品成分,1.,微生物的种类,细菌种类,最低生长温度（）,最适生长温度（）,最高生长温度（）,嗜温菌,30,40,50,70,70,90,中温性菌,5,15,30,45,45,55,低温性菌,-5,5,25,30,30,35,嗜冷菌,-10,-5,12,15,15,25,细菌的耐热性,霉菌和酵母菌的耐热性较低,产芽孢细菌非芽孢细菌,芽孢营养细胞,嗜热微生物嗜温微生物嗜冷微生物,为什么细菌的芽孢比营养细胞更耐热？,蛋白质不同,不同种类的蛋白质具有不同的热凝固温度,水分含量及水分活度不同,（,1,）芽孢中的水分含量较低,（,2,）芽孢中的水大部分为结合水,微生物的污染量,A,B,C,D,Log,10,cfu/g,Time,图,3-1,微生物的不同生长阶段,耐热性,2.,热处理温度和时间,热处理温度越高则杀菌效果越好,加热时间延长，有时并不能使杀菌效果提高。,杀菌时保证足够高的温度比杀菌时间更重要。,图,3-3,不同温度时炭疽菌芽孢的活菌残存数曲线,讨论,1,：,有人说，在食品加工过程中，不需要进行卫生控制，反正最后会杀菌的，你认为这种说法对吗？为什么？,讨论,2,：,当你去餐厅就餐时，很多餐厅都会 提供茶水给顾客涮洗餐具，你觉得这样做的目的是什么？能起到杀菌的作用吗？,糖 类,脂肪、蛋白质,脂肪的存在可以增强细菌的耐热性,原因：形成凝结层，妨碍水分的渗透又是热的不良导体,蛋白质含量,5%,左右时，对微生物有保护作用，,15%,以上时，对耐热性没什么影响,糖类的影响与其种类和浓度有关,低浓度的糖类影响不大，高浓度的糖类则增强微生物的耐热性,耐热性,3.,罐内食品成分,盐 类,盐类对细菌耐热性的影响是可变的,低浓度的食盐对微生物有保护作用，高浓度的食盐则有削弱作用,耐热性,3.,罐内食品成分,水分,相同温度下湿热杀菌的效果要好过干热杀菌,pH,值,耐热性,微生物的耐热性在中性或接近中性的环境中最强。,pH 4.6,是酸性食品和低酸食品的分界限。有些食品开始是低酸食品，加工后成为酸性食品。,防腐剂、杀菌剂的存在会使微生物的耐热性降低,其 它,3.,罐内食品成分,pH,值,图,3-4,微生物生长随,pH,值的变化,根据腐败菌对不同,pH,值的适应情况及其耐热性，,(,罐头,),食品按照,pH,值不同常分为四类：低酸性、中酸性、酸性和高酸性。,（二）热杀菌食品的,pH,分类,酸度,pH,值,食品种类,常见腐败菌,杀菌要求,低酸性,5.0,虾、蟹、贝类、禽、牛肉、猪肉、火腿、羊肉、蘑菇、青豆,嗜热菌、嗜温厌氧菌、嗜温兼性厌氧菌,高温杀菌,105121,中酸性,4.6,5.0,蔬菜肉类混合制品、汤类、面条、无花果,酸性,3.7,4.6,荔枝、龙眼、樱桃、苹果、枇杷、草莓、番茄酱、各类果汁,非芽孢耐酸菌、耐酸芽孢菌,沸水或,100,以下介质中杀菌,高酸性,4.6,、,Aw0.85,。,肉毒杆菌,肉毒杆菌生长和产生毒素时会伴随着产气，因此印制“罐盖中心部位凸起不可食用”可预防消费者误食。,肉毒杆菌的应用,除皱美容,低酸性转化为酸性食品？,水果蔬菜罐头,加酸,酸化食品,FDA,对低酸性食品和酸化食品的判定,低酸性食品,罐头类。所谓“低酸性罐头”是指,p,值,4.6,，水分活度,0.85,如：多数蔬菜、蘑菇、金枪鱼、椰汁等罐头食品。,酸化食品,类。酸化食品指在低酸性食品中加入酸或酸性食品，使其,p,值,4.6,，水分活度,0.85,如：水果罐头等,（三）微生物的耐热性参数,1.,热力,致死温度,已不再使用,细菌：用温度和时间杀死你们，哈哈哈！,2.,热力致死时间曲线（,TDT,曲线）,Z,值,F,0,值,热力致死时间曲线（,thermal death time curve,TDT,）,将一定环境中一定数量的某种微生物,恰好全部杀灭,所采用的杀菌温度和时间组合。,以热杀菌温度,为横坐标，以微生物全部杀灭的时间,t,为纵坐标，表示杀菌时间随温度的变化规律。,温度每上升一个定值，所需要的杀菌时间减少,10,倍，将纵坐标按对数规律安排，热力致死时间曲线即为一条直线。,热力致死时间曲线,例：午餐肉杀菌温度与时间组合,130,保温,0.129min 118,保温,2.042min,125,保温,0.400min 112,保温,8.028min,121,保温,1.023min 100,保温,128.84min,1,2,（,1,t,1,),（,2,t,2,),t,1,t,2 ,2,1,令：,假如：,t,1,=10t,2,，亦即杀菌时间缩短到原来的,1/10,Z,值,当热力致死时间减少,1/10,或增加,10,倍时所需提高或降低的温度值，一般用,Z,值表示。,z,2.7,1,2,（,1,t,1,),（,2,t,2,),关于,Z,值,Z,值是,温度差，单位是（,）,Z,值是衡量温度变化时微生物死亡速率变化的一个,尺度,对于,低酸食品,中的微生物，一般取,Z=10,对于,酸性食品,中的微生物，采取,100,杀菌的，一般,Z=8,（,1,）,例,1,在某杀菌条件下，在,121.1,用,1min,恰好将对象菌全部杀灭；现改用,110,、,10min,处理，能否达到原定的杀菌目标？设,Z=10,加强练习题,在某杀菌条件下，在,121.1,用,2min,恰好将对象菌全部杀灭；现改用,105,、,82 min,处理，能否达到原定的杀菌目标？设,Z=10,F,0,F,0,值就是在,121.1,温度条件下杀死一定浓度的细菌所需要的时间,F,0,值与原始菌数、菌种及环境条件是相关的，,F,0,值越大，细菌的耐热性越强。,通常用,121,（国外用,250F,或,121.1,）作为标准温度，为了与实际杀菌强度区别，特别记为,F,0,值。,热致死时间,(min),加热温度,(,),100,115,110,120,105,125,130,Z,(121.1,F,0,),(T,TDT),标准温度,0,=121,时；与之对应的致死时间为,F,0,（,2,）,3.,热力致死速率曲线,热力致死速率曲线,表示某一特定菌在特定的条件和特定的温度下，其总的数量随杀菌时间的延续所发生的变化。,热力致死速率曲线,活菌残存数曲线,/,热力致死速率曲线,(t,1,lga),(t,2,lgb),ab,令：,（,3,）,D,值：,表示在特定的环境中和特定的温度条件下，杀灭,90%,特定的微生物所需要的时间,min,微生物数量,（每分钟加热开始时）,1min,内杀死的微生物数量,（总数的,90%,）,加热,1min,后活的微生物的数量,存活微生物,数量的对数,1,2,3,4,5,6,7,10,6,10,5,10,4,10,3,10,2,10,1,10,0,910,5,910,4,910,3,910,2,910,1,9,0.9,10,5,10,4,10,3,10,2,10,1,10,0,0.1,5,4,3,2,1,0,-1,该实验的假设前提是：起始样品中微生物的细胞浓度为,10,6,个,/ml,每加热,1min,有,90%,的细胞死亡，加热温度为,121,理论上的微生物热致死实验,Survivor Curve,D,值越大，细菌的死亡速率越慢，即该菌的耐热性越强。,D,值大小和细菌耐热性的强度成正比。,注意：,D,值不受原始菌数影响,D,值随热处理温度、菌种、细菌活芽孢所处的环境和其它因素而异。,D,值的单位是,min,D,值,例：下列关于,D,值的说法，不正确的是（）,A D,值越大，细菌的死亡速率越慢，即该菌的耐热性越强；,B D,值大小和细菌耐热性的强度成正比,;,C,原始菌数越多，,D,值越大；,D D,值随热处理温度、菌种、细菌活芽孢所处的环境和其它因素而异,例,2,某对象菌，在,100,热处理时，原始菌数为,1,10,4,，热处理,3,分钟后残存的活菌数是,1,10,1,，求该菌,D,值。,例,3,在,121,条件下，肉毒梭状芽孢杆菌及其芽孢的,D,值为,0.204min,若在,121,条件下将,10,12,个芽孢减少为,1,个，需要多长时间？,肉毒梭状芽孢杆菌的,Z=10,，如何解释？,若罐头在,111,而不是在,121,加热处理，则,D,111,=?,某微生物在温度为,T,时的,D,值为,D,T,假设原始菌数为,a,在杀菌温度,T,时，将该微生物杀灭至原来的,10,-n,需要多长时间？,杀菌终点的确定,将菌数降低到,b=a10,-n,为目标，采用某杀菌温度,T,，根据热力致死速率方程（,3,），所需杀菌时间,t,T,为,：,t,T,=D,T,(lga-lga10,-n,),t,T,=nD,T,在实际杀菌操作中，若,n,足够大，则残存菌数足够小，达到某种可被社会（包括消费者和生产者）接受的安全“杀菌程度”，就可以认为达到杀菌目的。,要求食品中所有的致病菌都已被消灭，非致病菌存活率达到规定要求；,并且在密封完好的条件下在正常的销售 期内不生长繁殖。,商业杀菌,(commercial sterilization),罐头食品商业无菌标准,将菌数降低到,b=a10,-n,为目标，采用某杀菌温度,121,，根据热力致死速率方程（,3,），所需杀菌时间,t,121,为：,t,T,=D,T,(lga-lga10,-n,),t,121,=nD,121,标准温度即,0,=121,；,F,0,=nD,121,F,0,=nD,的意义在于用适当的残存率值代替“彻底杀灭”的概念，这使得杀菌终点的选择更科学、更方便、同时强调了环境和管理对杀菌操作的重要性。,（,4,）,（,5,）,t,T=,nD,T,F,0,值、,Z,值、,D,值之间的关系,关于,F,0,=nD,121,实例：牦牛肉罐头杀菌时间的确定,以嗜热脂肪芽孢杆菌为杀菌对象,D=4min,5D=20min,6D=24min,7D=28min,总菌数（,cfu/g,）,多不可计,1400,1000,大肠杆菌（个,/100g,）,60,30,30,表,2,37,下保温,10d,后的残存菌数,产品微生物指标为：菌落总数,30000 cfu/g,，大肠菌群,30,个,/100g,，致病菌不得检出。,感官指标,5D,牦牛肉组织紧密,6D,肉块完整、口感适中、肉香味明显、组织良好,7D,组织松散、有碎渣,表,3,不同杀菌时间后牦牛肉罐头的感官特性,已知蘑菇罐头对象菌,D,121,=4 min,，欲在,121,下把对象菌杀灭,99.9%,，问需多长杀菌时间？如果使活菌数减少为原来的,0.01%,，问需多长杀菌时间？,例,4,例,5,某产品的净重,454g,，含有,Z=10,D,121.1,=0.6,min,的芽孢,12,只,/g,；若杀菌温度为,110,，要求杀菌效果为腐败率不超过,0.1%,。,求,（,1,）理论上需要多少杀菌时间？（,110,）,（,2,）杀菌后若检验结果产品腐败率为,1%,，则实际原始菌数是多少？（,121.1,）,（,3,）此时（,110,）需要的杀菌时间为多少？,二、食品的传热（主要内容）,传热,将腌牛肉丁、罐装番茄汁、糖水梨罐头三种罐装食品同时放入杀菌锅内进行热处理时，请你预见，首先实现完全均匀受热的是（），接下来是（），最后是（）。,（一）传热方式,传导,对流,辐射,罐头传热方式,（,1,）完全对流型：,果汁，蔬菜汁,（,2,）完全传导型：,午餐肉、烤鹅,（,3,）先传导后对流型：,果酱、巧克力酱,（,4,）先对流后传导型：,甜玉米,（,5,）诱发对流型：,八宝粥,（二）影响传热的因素,罐内食品的物理性质（状态、大小、粘度等）,初温,杀菌锅（静止式、回转式）,（二）影响传热的因素,容器（包装材质、几何尺寸）,（,1,）玻璃,优点：透明性好；,可回收；,缺点：重量较大；,易碎；,（,2,）马口铁,（二）影响传热的因素,优点：比玻璃轻；,不易碎；,导热性比玻璃好；,缺点：易硫化黑变,（二）影响传热的因素,（,3,）铝材,优点：重量轻；质地软；,不生锈；印刷性好,缺点：价格较高,（三）传热测定冷点,传热曲线,罐内（通常是冷点）的温度随时间变化曲线,杀菌公式（,P107,）,1,升温时间,2,保持预定杀菌温度的时间,3,冷却时间,t,杀菌操作温度,p,反压,杀菌公式,主要,任务就是要确定,2,和,t,，最麻烦就是要确定,2,，要求杀菌公式在防止腐败的前提下尽量缩短杀菌时间。既能防止腐败，又能尽量保护品质。,三、杀菌强度的计算及确定程序（重点,）,1.,比奇洛基本法,总杀菌值,A,将传热曲线分为若干小段，每小段时间为,t,i,；,每小段温度不变，利用,TDT,曲线，可求出温度,i,下,所,需的热力致死时间,i,;,1/,i,为在温度,i,杀菌,1min,所取得的效果占全部杀菌效果的比值，称为致死率。,t,i,/,i,为该小段的杀菌效果占全部杀菌效果的比值,记,为,A,i,；,A=,A,i,（,%,）,2.,鲍尔改良法,建立了“致死率值”的概念；,时间间隔取相等值。,鲍尔改良法,比奇洛基本法,（,1,）致死率值,令,F,0,=1min,令,L=1/t,L,i,致死率值,含义：经温度,i,、,1min,杀菌处理，相当于,121,时的杀菌时间,与比奇洛法中致死率的区别,实际杀菌时，冷点温度不断变化,查表,F,Z,121,=1,时，查表,3-9,；,F,Z,100,=1,时，查表,3-10,；,（,2,）时间间隔,简化了计算过程；,整个过程的杀菌强度（总致死值）：,实际杀菌强度,F,值,实际杀菌,F,值：把不同温度下的杀菌时间折算成,121,的杀菌时间，相当于,121,的杀菌时间，用,F,p,或,F,实,表示。,特别注意：,它不是指工人实际操作所花时间，它是一个理论上折算过的时间。,安全杀菌强度,F,值,在某一恒定温度（,121,）下杀灭一定数量的微生物或者芽孢所需的加热时间。,它被作为判别某一杀菌条件合理性的标准值，也称标准,F,值，用,F,安,或,F,0,表示,“杀灭”具有商业杀菌的含义，允许活菌存在,F,安,表示满足罐头腐败率要求所需的理论杀菌强度（时间）（,121,）,判断杀菌是否合格、是否满足要求。,若,F,P,远大,于,F,0,，,杀菌过度，超标准杀菌，影响色香味形、营养价值。要求缩短杀菌时间。,例如,：某罐头,F,安,=30 min,，表示罐头要求在,121,杀菌,30 min,。,F,p,F,0,达到要求,F,p,F,0,未达到要求,一般取,F,p,略大于,F,0,例,6,：,某罐头,110,杀菌,10 min,，,115,杀菌,20 min,，,121,杀菌,30 min,。,工人,实际杀菌操作时间,等于,60 min,，,实际杀菌强度,是多少？,F,p,=,安全杀菌强度,F,0,值的确定,A,确定杀菌温度,t,：,罐头,pH,大于,4.6,，一般,121,杀菌，极少数低于,115,杀菌。,罐头,pH,小于,4.6,，一般,100,杀菌，极少数低于,85,杀菌。,B,首先选择对象菌：,腐败的微生物头目，杀菌的重点对象。耐热性强、不易杀灭，罐头中经常出现、危害最大。只要杀灭它，其它腐败菌、致病菌、酶肯定杀灭,。,安全杀菌强度,F,0,值,F,安,=D,（,lga-lgb,）,F,安,通常指,t,温度（,121,）下标准杀菌时间、要求的杀菌时间。,D,值通常指,t,温度（,121,）下杀灭,90%,的微生物所需杀菌时间。是微生物耐热的特征参数，,D,值越大耐热性越强。由微生物实验获取,D,值，常见的,D,值可查阅相关手册。,食品传热特性,热杀菌条件（,，,t,）计算,可行性试验（感官、能耗）,微生物接种试验,保温试验,生产试验,保温试验,确定最终的杀菌条件,腐败,腐败,腐败菌分离,耐热性试验,腐败微生物的耐热特性值,目前，一些工厂采用计算机控制杀菌，中心温度的记录、,F,实的计算全由计算机完成，当,F,实等于或略大于,F,安时，自动停止杀菌工序，不需要我们来计算。,罐头产品不加防腐剂，抽空、密封、杀菌后常温保藏。如果非加防腐剂才能很好保藏，说明他的工艺有问题。,例,7,：,某罐头厂生产蘑菇罐头，根据工厂的卫生条件即原料的被污染情况，通过微生物检验，选择以嗜热脂肪芽孢杆菌为杀菌的目标菌，每克罐头食品在杀菌前含嗜热脂肪芽孢杆菌不超过两个，经过,121,杀菌、保温、储藏后，允许腐败率为,0.05%,，要求估算,425g,蘑菇罐头在标准温度,121,下杀菌的安全,F,值。嗜热脂肪芽孢杆菌,D,121,=4min,已知道嗜热脂肪芽孢杆菌,D,121,=4min,。,a=425g/,罐*,2,个,/,克,=850,个,/,罐,b=5/10000=0.0005(,个,/,罐,),则,F,安,=D,（,lga-lgb,）,=4*(lg850-lg0.0005)=24.92(min),例题,3-4,（,P100,）,制定更为合理的杀菌公式,将,F,P,和,F,0,进行比较：,若,F,P,F,0,，则需要增加,2,；,若,F,P,稍,大于,F,0,，正好合适；若远大于，需要降低,2,；,由于这种比较和反复的调整，就可找到合适的,2,。,四、热处理技术（方式重点）,（,一）巴氏杀菌,（二）热烫,（三）商业杀菌,经过商业杀菌的产品俗称“罐头”；,罐头的生产过程,:,装罐,排气,密封,杀菌,冷却,检查,排气,密封前将罐内空气尽可能除去的处理措施。经排气后，罐内保持一定的真空度。,目,的,1.,降低杀菌时罐内压力，防止变形、裂罐、胀袋等,2.,防止好氧性微生物的生长繁殖,3.,减轻罐内壁的氧化腐蚀,4.,防止和减轻营养素的破坏,检查,外观检查,保温检查,敲检,真空度检查,开罐检查,五、常见的罐头食品腐败变质的现象和原因,（主要内容）,主要腐败变质现象,（,1,）胀罐（胖听），分为以下几种：,假胀：装太满,氢胀：酸度高,细菌性胀罐,（,2,）平盖酸败,（,3,）硫化黑变或硫臭腐败,（,4,）霉变,罐藏食品腐败变质的原因,初期腐败：等待杀菌的时间过长,杀菌不足,杀菌后污染：俗称裂漏,嗜热菌生长：幸运的是，嗜热菌不产生毒素,六、新型杀菌方法,针对传统热力学杀菌的缺点开展的研究；,超高压的范围在,100-1000MPa;,采用中等温度配合杀菌，,20-90,，可以更好地保持食品品质,;,应用限制：机理虽有研究，还不够深入；,设备控制性能有待提高；,设备处理量小；,超高压杀菌,举例,番茄罐头：,600MPa,、,20,、,15min,达商业无菌要求；,莴笋软罐头：,500MPa,、,25,、,15min,达商业无菌要求；,原理：,热效应,和,非热效应,热效应：微波加热原理,非热效应：破坏微生物细胞膜,/,壁,损伤微生物的,DNA,微波杀菌,举例,鱼丸的微波杀菌：,850W,、,130S,相当于,98,、,60min,；,前者品质稍好于后者。,本章主要内容,微生物的耐热性,食品的传热,杀菌强度的计算及确定程序,热处理方式,罐头食品发生腐败变质的现象及原因,The end,Thank you,for your attention!,