食品工艺学3热处理

食 品 工 艺 学Food Processing 陶 谦 食品学院 D329室85329082taoqianjiangnan.edu 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* 罐藏食品开展史*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表达热杀菌技术 罐藏食品营养、平安、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、罐藏食品开展史 罐藏技术并非自然启发，乃是前人不断探索之结果 阿培尔的创造Nicolas Appert 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Louis Pasteur 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 帮助农业高效开展 #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。b.污染量 同一菌种单个细胞的耐热性根本一致，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。 #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。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2 min就可致死，而在pH6.1时，同样温度那么需要9 min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，形成的凝结薄膜层阻碍了水分的渗入，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30 min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5 min，糖浓度为30%时，致死时间增加30 min。 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%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；高浓度的盐那么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。f. 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4.6 2、高酸性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。 pH4.8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。为增强平安性，以4.6为界线。 当Aw0.85时，其芽孢也不能生长繁殖。 低酸性食品的条件：pH 4.6及Aw0.85 低酸性食品必须采用高压杀菌。 酸性食品那么可采用常压杀菌。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，可以采取参加酸或酸性食品的方法，使产品的最终平衡pH4.6。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，分别参加了柠檬酸、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值那么得到热力致死时间曲线方程：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例3.1 在某杀菌条件下，在116用5 min恰好将菌全部杀灭；假设改用110、15 min处理，问能否到达原定的杀菌目标？设Z=10。例3.1解 ：T1=116，t1=5 min；T2=110，Z=10，求t2。 利用TDT曲线方程，将116、5 min转化成110下的时间t2 ，那么 说明110、15 min处理并不能全部杀灭细菌。3F0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：4Z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，那么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，那么：lgblga=k(t0)t=-1/k(lgalgb)令令1/k=D，那么：，那么：t=D(lgalgb)热力致死速率曲线与菌种有关，与环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。境条件有关，与杀菌温度有关。6D值 令 b = a 10-1，那么 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。7F0=nD TDT值或F0值建立在“彻底杀灭的概念根底上。 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，到达“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确实定问题。设将菌数降低到b =a 10-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 lg a lg(a 10-n)即 t = n D在实际的杀菌操作中，假设n足够大，那么残存菌数b就足够小，到达某种可接受的平安“杀菌程度，就可以认为到达了杀菌的目标。 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到达规定要求，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。假设杀菌目标固定即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 = n D121.1 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，因必须尽可能防止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3-4 min，假设仍取12D，那么因加热时间过长，食品的感官品质不佳，所以一般取4-5D，最多为6D。 需要比较肉毒杆菌的12D和嗜热菌的4-6D的值，取较大者作为杀菌目标F0。F0 = n D的意义： 用适当的残存率值代替过去“彻底杀灭的概念，这使得杀菌终点或程度的选择更科学、更方便，同时强调了环境和管理对杀菌操作的重要性。 通过F0 = n D，还将热力致死速率曲线和热力致死时间曲线联系在一起，建立起了D值、Z值和F0值之间的联系。t = D (lga - lgb)F0=nD仿热力致死曲线例3.3 某产品净重454 g，含有D121.1=0.6 min、 Z=10的芽孢12只/g；假设杀菌温度为110，要求效果为产品腐败率不超过0.1%。求：1理论上需要多少杀菌时间？2杀菌后假设检验结果产品腐败率为1%，那么实际原始菌数是多少？此时需要的杀菌时间为多少？例3.3解1F0=Dlg a lg b =0.6(lg 5448 lg 0.001)=4.042 min F110=F0 lg-1(121.1 110)/10=52.1 min2F0=0.6(lg a lg 0.01)=4.042 min lg a = lg 0.01 + 4.042/0.6 a = 54480，即芽孢含量为120个/g。此时，F0=D(lg a lg b) =0.6(lg 54480 lg 0.001)=4.642 min F110=4.642 lg-1(121.1 110)/10=59.8 min课后作业 某产品净重567 g，含D118=4.7 min、 Z=10的芽孢10个/g。如果杀菌温度为121.1，要求产品