食品杀菌新技术 (共134张PPT)

表6-1 不同温度下的同一原始菌数的UHT杀菌效果 表6-2 同一温度(135℃)不同原始菌数下的杀菌效果
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表6-3 嗜热脂肪芽孢杆菌的杀菌效果
由以上三表可看出，原料乳在135℃或更高温 度进行4秒钟的热处理，就能满足满足灭菌乳商业 标准(含菌不超过1‰)的要求。因此，采用UHT瞬 时杀菌技术可以得到满意的杀菌效果。
➢ 在喷射式中，物料通常向下流动，而蒸汽向上运动。由于
加热蒸汽直接与食品相接触，因此对蒸汽的纯净度要求甚 高。
➢ 特点：加热速度快，热处理时间短，食品颜色、风味
及营养成分的损失少。
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二、超高温杀菌的装置系统
➢ 1、直接混合式加热的超高温瞬时杀菌装 置系统
➢ 2、间接加热的超高温瞬时杀菌装置系统
蒸，使牛乳温度急剧冷却到77℃左右。 热的蒸汽由水冷凝器18冷凝，真空泵21使真空罐始终保持一定的真
空度。真空罐内部汽化时，喷入牛乳的蒸汽也部分连同闪蒸的蒸 汽一起从真空罐中排出，同时带走可能存在于牛乳中的一些臭味 。另外，从真空罐排出的热蒸汽中的一部分进入管式热交换的第
一预热器2中用来预热原料乳。
处理的食品在18个国家得到无条件批准或暂定批准，允许作为商品供一般食用。
常用的间壁式换热器有板式、管式和旋转刮板式。
容易清洗干净 单位长度的压力损失大 在喷射式中，物料通常向下流动，而蒸汽向上运动。
真正的连续化处理设备需要解决物料的连续加压、保压和卸压过程，至今还没有用于生产的连续式高压处理设备问世。
图6-6
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原料乳由输送泵1送经第一预热器2进入第二预热器3，牛乳升温至 75~80℃。
然后在压力下由泵4抽送，经调节阀5送到直接蒸汽喷射杀菌器6。在 该处，向牛乳喷入压力为1MPa的蒸汽，牛乳瞬间升温至150℃。
在保温管中保持这一温度约2、4s时间，然后进入真空膨胀罐9中闪
（1）微生物致死速率曲线 在一定的环境条件和一定温度下，微生物随时
间而死亡时的活菌残存数是按指数递减或按对数周期 下降的。以单位物料内残存的活细胞或芽孢数的对数 值为纵坐标，以热处理时间为横坐标作图，所得的曲
线即为微生物致死速率曲线。
（2）D值 指细菌的残存活菌数下降1个对数周期所需的时间
。在数值上等于致死速率曲线斜率绝对值的倒数 。
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（3）Z值 热致死时间缩短一个对数周期所要求的热处
理温度升高的度数。在数值上等于热力致死时间 曲线的斜率绝对值的倒数。 （4）F值
某种细菌在121℃时的TDT值称为该细菌的F值
，单位为min。
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图6-2 热力致死时间曲线
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4、生物的热力递减致死时间
食品杀菌新技术
第1页，共13温杀菌的装置系统 三、超高温杀菌系统的加热设备
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超 高 温 瞬 时 杀 菌 (Ultra High
Temperature Short Time，简称UHTST)是 利 用 热 交 换 器 或 直 接 蒸 汽 ， 使 食 品 在 130 ～ 150℃温度下，保持2～8s后迅速冷却，产
品达到商业无菌要求的过程。
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一、超高温杀菌原理
1、微生物的耐热性
细菌种类 最低生长温度 最适生长温度 最高生长温度
/℃
/℃
/℃
嗜热菌 嗜温菌 嗜冷菌
30 ~ 45
5 ~ 15 －10～－5
50 ~ 70
30 ~ 45 12～15
70 ~ 90
45 ~ 55 15～25
比较耐热程度：产芽孢菌 非芽孢菌；芽孢 营养细胞；
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在一定范围内，压力越高，灭菌效果越好。
传热板式板式换热器的主要工作件，一般采用不锈钢冲压 制成。
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2、环形套管式换热器
其主要结构为螺旋状的同心套管。与管壳式热交 换器相比，特点为：
二、超高温杀菌的装置系统
按照处理过程不同分类
UHT瞬时杀菌
直接混合式加热法 间接式加热法
喷射式 注射式
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二、超高温杀菌的装置系统
间接式加热法和直接混合式加热法
➢ 间接式加热：采用高压蒸汽或高压水为加热介质 ，热量经固体换热壁传给待加热杀菌物料。
➢ 由于加热介质不直接与食品相接触，所以可较好 地保持食品物料的原有风味，故广泛用于果汁、 牛乳等。
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5、UHT杀菌效果
检验UHT杀菌效果（Sterizing Effect, SE ）可用某类微生物的芽孢作为试验对象。
SE=log[原始芽孢数/最终芽孢数] 对PA3679芽孢，，总孢子数减少12个对数
周期；4s，总孢子数减少14个对数周期。 135℃,4s，SE大于6-9。
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嗜热菌芽孢 厌氧菌芽孢 需氧菌芽孢。
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影响微生物耐热性的因素
a.微生物本身的特性
➢ 污染的种类、污染的数量、生理状态与所 处的环境 。
b.食品成分
➢ 酸度 、水分活度、脂肪、盐、糖、蛋白 质、植物杀菌素。
c.热处理条件
➢ 温度、时间
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2、微生物的致死速率与D值
➢ 1、板式换热器 ➢ 2、环形套管式换热器
➢ 3、旋转刮板式UHT加热杀菌设备 ➢ 4、直接加热式UHT杀菌设备
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1、板式换热器
板式换热器是UHT过程中最常用的一种换热设备。
与管壳式热交换器相比，特点为：
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传热系数高 欧姆加热技术在食品工业中的应用
在不同温度—压力组合下酵母菌死亡速率的等高线
热损失小
结构紧凑 价格低廉 自19世纪末(1895年）伦琴发现X-射线后，Mink (1896)就提出了X-射线的杀菌作用。
（1）微生物致死速率曲线 强化的筒体结构主要有两种形式
容易增减传热面积 有泄漏 在一些国际组织如联合国粮农组织（FAO）、国际原子能机构（IAEA）、世界卫生组织（WHO）等的支持和组织下，到1976年，有25种辐射
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图6-9
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2、间接加热的UHT瞬时杀菌装置系统
➢ 通过间壁式换热器来实现的。
➢ 常用的间壁式换热器有板式、管式和旋转刮板式。
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如图平衡罐l中的牛乳经泵 2送至预热器3预热以后进 行脱气4和均质5，再经预 热器6进一步预热后进入管 式UHT杀菌器7。加热器3， 6为交互换热式，以便回收 利用余热。杀菌后的牛乳 在预热器3，6中与冷的原 乳进行热交换，原乳被预 热，而灭菌乳被预冷，最 后经冷却器8最终冷却，送 往下道工序(无菌充填机
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关于TDT值与TRT值的讨论
TDT值只能在和试验时的原始菌相一致时才适用；
TRT值可作为确定杀菌工艺条件的依据； ➢ TRTn→＝nD ➢ 当n→∞时，TRTn→TDT
TRT值解决了杀菌终点问题。 ➢ 例：12D —— 最低肉毒杆菌致死温时； ➢ 对的杀菌强度要求达到5D。
（1）热力递减致死时间(Thermal Reduction Time，TRT) 是在任何特定热力致死条件下将细菌或芽孢数减
少到某一程度如10-n时所需要的热处理时间(min)。n值 称为递减指数(Reduction Exponent)。 （2）TRT值与n值的选取值相联系，故常将n值标在右下角 ，写成TRTn。
➢ Z值性质
➢Z值表示微生物耐热性的强弱； ➢不同的微生物有不同的Z值，同一种微生物只 有在相同的环境条件下才有相同的Z值。
u 当Z值相同时，F值越大者耐热性越强。 u F值表示杀菌强度，随微生物和食品的种类不同而异， 一般必须通过试验测定。
Ø对于低酸性食品，一般取 t0=121℃， Z=10℃ Ø对于 酸性食品， 一般取 t0=100℃， Z=8℃
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利用增压泵1把待处理的原乳或其他乳制品从平衡槽2输送到片式换热器3，并加热
到大约60℃。
接着，由定时泵4抽出，送入片式预热器5，温度升高到大约77℃。在此温度下，制 品进入注入式加热器5，并由输入加热器的蒸汽加热到147℃或更高温度。一般 保持这一温度和压力4s。通常在接近加热器底部的地方，装上控制蒸汽的传感器，另 一传感器则装在保温管7中部。
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图6-1 微生物致死速率曲线
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3、微生物的热力致死时间与Z值
（1）微生物的热力致死时间(Thermal Death Time, TDT) 就是热力致死温度保持不变条件下，完全杀灭某菌
种的细胞或芽孢所必需的最短热处理时间。 （2）热力致死时间曲线
以热处理温度为横坐标，热致死时间(TDT)的对数值 为纵坐标，就可以在半对数坐标图上得到一条形为直 线的热力致死时间曲线。
➢ 特点：相对成本较低，生产易于控制，但传热效率较 低。
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➢ 直接混合式加热：采用高纯净的蒸汽直接与待杀 菌物料混合接触，进行热交换，使物料瞬间被加 热到135-160℃。
➢ 直接混合式加热法可按两种方式进行。一是注射式，即将 高压蒸汽注射到待杀菌物料中；另一种是喷射式，即 将待杀菌物料喷射到蒸汽中。
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6、UHT杀菌的品质保证
UHT瞬时杀菌技术可最大程度保持食品的风 味及品质。
原因在于：微生物对高温的敏感程度远远大 于食品成分的物理化学变化对高温的敏感程 度。
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图6-4 牛乳灭菌及褐变的时间-温度曲线
1.变褐的最低时间-温度条件
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若选择灭菌条件为110～ 120℃，15～20min；则两 线之间间距甚近，说明生 产工艺条件要有十分严格 的措施来维持，这在实际 上很难办到。而选择UHT 灭菌条件137～145℃， 2～5s时，两线之间间距 较远，说明产生褐变及其 他缺陷的危险性较小，生 产工艺条件较易控制。
经杀菌处理的牛乳收在膨胀罐底部，并保持一定的液位。接着，牛乳
用无菌乳泵11送至无菌均质机12。经过均质的灭菌牛乳在灭菌乳冷却 器13中进一步冷却之后，直接送往无菌罐装机，或送入无菌贮罐。
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图6-7 直接热 处理法UHT 工艺流程示意
图
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图6-8 过热（注入式UHT杀菌）装置流程图
等)。
图6-10 间接式UHT热处理法流程简图
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图6-11 无菌热处理（套管式UHT杀菌）装置流程 1,16.贮料筒 2.泵 3.均质机 4.循环消毒器 5,7.互换式加热器
6,12.均质阀 8.UHT加热器 9.恒温管 10,11.互换式冷却器
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三、超高温杀菌系统的加热设备
某一热力致死温度条件下原菌数减少到百万分之一(即 1/106)需要10min，那么它的TRT6＝10min
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讨论
D值反映微生物的抗热能力；
D值的大小取决于直线的斜率，与原始菌数无 关；
D值与加热温度、菌种及环境的性质有关；
D值的计算：
D
lgN0 lgN
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1、直接混合式加热的UHT瞬时杀菌装置系统
➢ 被处理物料的性质不同，UHT杀菌的工艺 流程也不同。
关键步骤相同： ➢ 物料由泵送至预热器预热； ➢ 然后进入直接蒸汽喷射杀菌器； ➢ 杀菌后物料经闪蒸去除部分水分和降低
温度后进入下道工序。
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牛乳经保温管和注入式加热器反压阀8后，进入无菌闪蒸罐9，在特定的真空度下，蒸掉加
热时注入的全部蒸汽，从而保持加热前后含水量不变。
同时用真空冷凝液泵25使牛乳或其他制品通过片式蒸汽冷凝器10，除掉所含的牧草和 饲料等异味、过量的蒸汽和不凝性气体。
聚集在闪蒸饱底部的灭菌制品，由无菌泵11送入无菌均质机12。进入均质机时，其温度 已经再次降到适合均质作业的温度(77℃)。
均质后的灭菌制品进一步在无菌换热器3中冷却到21℃。最后通过转向阀V5，进入无 菌包装机或其他下道工序。
如果需要，也可输送到无菌贮槽中。转向阀的传感器安装在闪蒸罐进口的保温 管中。如果因为某种原因，在此管路上的制品温度低于或降低到杀菌温度以下 时，则转向阀将制品返回到平衡槽中重新处理。在没有使用无菌贮槽时，过量 的灭菌制品也经由阀门V7返回到平衡槽。