罐头热力杀菌原理及杀菌公式的确定

热力致死曲线

1 把细菌芽孢(或一般微生物的营养体等)在 15 M的中 1 性磷酸缓冲液或食品中，置于某一致死温度时， 15 在瞬间加热和瞬间冷却情况下，细菌的死亡数是 按指数递减或按对数循环下降。以残存细菌数的 常用对数作纵坐标，以加热时间为横坐标，画出 的曲线为加热致死速度曲线，下图是 PA3679在青 豆汁中温度为115.6℃时的致死速度曲线。
罐头食品热力杀菌原理 及 杀菌工艺条件的确定
一、热力杀菌的原理

所谓热力杀菌就是把罐头食品加热到一定温度 并保持一段时间，使罐内不含有致病的微生物， 在正常室温条件下，贮藏和销售过程中，罐内 也不含有能繁殖的非致病性微生物，即达到商 业无菌要求，并尽可能地保持食品内容物原有 的风味、色泽、组织形态及营养成分。
3、传热曲线

传热曲线是以测得的罐内冷点温度变化的数据画在半对数坐 标纸上所作的曲线，即以实际温度与加热或冷却温度之差的 对数值为纵坐标，时间为横坐标，为了避免在坐标轴上用温 差来表示，可将用于标出加热曲线的坐标纸上下倒转180度， 而对数坐标上最高线标出的温度应比加热温度低1℃，第一 个对数周期坐标为每格1℃，第二个对数周期为每格10℃， 这样依次标出其余温度值，这样对数轴就直接可作为所测温 度的标度，不用再标成杀菌温度和食品温度的差值，这样就 可按加热时间测得的罐内冷点温度直接在坐标纸上点出，将 各点連起来，但不得偏离各点0.56℃，这就画出了传热曲线 一般都呈一条直线。
1、绘制加热曲线

由实测罐内冷点位置温度变化数据在半对数坐 标纸上绘制，并求得传热速率fh值和滞后因子j 值。如其传热曲线呈一条直线为简单型加热曲 线，如呈二条直线则为转折型加热曲线，除求 得fh值和j值外，还需求得fz、x和fc，为了进行 公式法计算，还必须有fi值表和f/u：log g图



在计算前先将有关符号的含意介绍一下： Z—它为热力杀菌对象菌真正的或内视性热力致死时 间曲线的斜率 ( 分钟 ) ，低酸食品罐头按 Z=10℃肉毒 杆菌计算，酸食品罐头在低于100℃的温度杀菌时按 Z=8℃计算。 fh —食品的传热速度，它是在半对数坐标纸上加热 曲线中直线部分的斜率，是传热曲线穿过一对数周 期所对应的时间(分钟)。在转折型加热曲线中转折 点前，第一条加热曲线中直线部分的斜率也为fh。 f2—传热曲线中转折点后第二条直线的斜率(分钟)。


从图中可以看到，加热致死速度曲线一般都呈 直线，因此死亡速度常数K，即加热致死速度 曲线的斜率可用下列公式表示： K＝(㏒ a- ㏒b)/t 式中： a :加热杀菌前的细菌数因此常数K， b :经过t时间加热后的细菌残存数 t : 加热时间（分）
2、微生物耐热性的测定
(1)、耐热菌热处理温度和时间确定 低酸食品杀菌试验，一般采用PA3679作为菌种，在牛心 液体培养剂中，厌氧逐级增殖培养(30℃培养,二周)、离心 过滤、洗涤、标定，将芽孢悬浮液(107个/毫升)在接入食 品罐头中，熔封、设定4四种不同的加热温度及三种加热 时间，在每个温度－时间区域放二个样本，共24个样本， 在油浴锅中加热，然后迅速冷却，打开接入猪肝汤培养液 (M.L.B)试管中，厌气30℃保温培养7天，按公式Fi=F×log1(T -T ) 计算估计PA3679在四个不同试验温度下的致死时 r i 间。确定耐热菌试验较为合理的热处理温度和时间。
可用公式 D = 来表示 式中 a: 加热杀菌前的细菌数 b: 经过T时间加热后细菌残存数 t：加热时间(分) D值的大小和细菌耐热性的强度成正比，它不受 原细菌的影响，仅是菌种的耐热性，它是细菌死 亡速度K值的倒数，表示微生物的耐热能力。

t log a log b
(3)、热力致死时间曲线（TDT曲线）
PA3679菌种热处理温度和时间
加热温度(℃)TI 114 117 40 121 16 124 8
估计死灭时间分)FI 80
(2)、微生物的耐热性曲线(D值)
D值表示在一定的环境中和一定的热力致死温度条件下， 每杀死90%原有残存活菌数(芽孢数)所需要的时间(分)。 如在110℃下杀死90%某一细菌需要10分钟，则这个细菌 在110℃的耐热性可用D110=10分来表示。在半对数坐标纸 上以时间为横坐标，残存芽孢数(对数值) 为纵坐标，画出 加热致死速度曲线，D值是细菌致死率曲线上穿过一对数 周期的时间 (分)，即在一定温度下加热，使其细菌数减少 到所需的时间，它是细菌和芽孢在各不同致死温度时耐热 性的反映。

影响传热速度的因素

罐头食品的传热方式由食品的性质决定，影响罐头 食品传热速度的因素很多，如食品的形状、大小、 密度、粘稠度、内容物固液之比、食品的初温、容 器的材料(或热阻)的导热系数，容器的几何形状及 大小、罐内顶隙、罐内真空度、杀菌设备的型式(回 转式肯定比静目式传热效果好)、罐头在杀菌锅内的 位置，杀菌操作等等。
2、传热速度的测定：

传热速度测定主要是测定罐内升温(或冷却)最慢点 的温度变化情况，其方法是用丹麦Ellab公司生产的 中心温度测定仪，用1mm左右直径的针状热电偶测 温头插入杀菌的罐头食品的冷点位置，对流传热型 罐头食品的冷点在中心轴上离罐底12.70~19.05毫米 处，导热型罐头食品的冷点在几何中心点上，每次 测定的罐数一般为6~8罐，当测温结果相差很大时， 则要增加罐数至少10~12罐。测定时要有一只热电偶 测锅温与水银温度计的温度作对照，作为标绘加热 曲线时参考。测温时要记录初温，至少一分钟记录 一次罐内温度。
二、腐败微生物的耐热性

1、芽孢的耐热性 微生物芽孢较鞭营养体有很高的耐热性，一般认 为芽孢有外皮和皮膜，其原生质的生理特性可能 与其耐热性有关。芽孢外皮很厚，约占芽孢直径 的1/10，网状构造的聚合物形成，在外孢萌发初 期会分解收缩。其耐热性与罐头食品的杀菌条件 有直接关系，影响芽孢耐热性的因素很多，如微 生物的种类、数量、形成的条件和环境、食品的 成分（PH、水分活度、糖、盐的浓度、油脂的 含量）、热处理的温度和时间等等。


热力致死时间就是热力致死温度保持恒定不变，将 处于一定条件下的悬浮液或食品中某一菌种的细胞 或芽孢全部杀死，所必须的最短热处理的时间(分)。 热力致死时间随致死温度而异，若在半对数坐标图 上以纵坐标为热处理时间，横坐标为热处理温度画 出的曲线就是热力致死时间曲线 (又称内视性热力致 死时间曲线)，它为直线，表示了不同热力致死温度 时细菌芽孢的相对耐热性，一般热力致死规律以指 数递减进行的。
影响杀菌效果的因素

影响杀菌效果的因素很多，如食品的种类，内 容物的多少、初菌数及其微生物的种类、杀菌 锅的结构、杀菌操作、杀菌强度等等，任何一 个环节忽视了，产品就达不到商业无菌的要求。 因此罐头杀菌规程(温度、时间)的确定是生产 中的关键，杀菌规程不科学往往会造成产品的 色、香、味不佳或由于杀菌不足而造成消费者 健康的危害，所以科学、合理地制定杀菌规程 是每一个技术人员应考虑的问题。
热力杀菌的分类


热力杀菌有高温杀菌及巴氏杀菌。高温杀菌是指用 100℃以上的蒸汽或水作加热介质的杀菌，高压常是 获得高温介质的条件，故又称高压杀菌，它又有高 压蒸汽杀菌、高压水杀菌之分。 巴氏杀菌指的是在100℃以下的加热介质中的低温杀 菌，加热介质常用热水。 目前常用的罐头杀菌方
式有高压蒸汽杀菌、加压水杀菌、常压水杀菌等 几种。常压水杀菌多用高酸类罐头杀菌，它又分 连续式和间隙式二种。常压杀菌的设备比较简单。
(4)、热力指数递减时间 TRT（仿热力致死曲线）

TRT 是指在任何特定热力致死温度条件下，将细菌 或芽孢减少到某一程度，如原来活菌数的10-n时所需 的热处理时间，根据Ball的建议 10-n 中的-n指数就称 作为热力递减指数，並表示在“TRT”的右下角。如 TRTn = t = D(㏒10n-㏒100)=nD分钟，根据各加热温 度和相应的nD的关系在半对数坐标图上画出的曲线 称作热力递减指数时间曲线 (又称仿热力致死时间曲 线)。
2 1
(5)、Z值
log D1 log D 2
F值

F值又叫杀菌强度值，表示在一定温度下，杀死一定 浓度的细菌和芽孢所需的时间(分)，F值可以用于比 较不同杀菌过程的杀菌值，它可用来比较Z值相同的 细菌的耐热性，但不适用于与Z值不同的细菌的耐热 性的比较。通常在F值右侧上下角分别注明Z值和它 所依据的温度，如Z=10.0℃的试验菌在121.1℃加热 5分钟即全部杀死，可用F10121.1=5分钟来表示，为简 便起见F10121.1通常可直接用F0值来表示。
T 121 Z

三、罐头食品的传热速度

热力杀菌时热量不断地从加热介质中传递给罐头， 罐内各点因热量积聚温度依次不断上升，热量从罐 外向罐内传递，罐内始终存在温度差，特别是内容 物较为浓稠的食品，在静置杀菌锅中杀菌时，杀菌 虽将结束，有的产品罐头中心温度则尚未达到杀菌 温度(如1588g午餐肉开始冷却时中心温度只有 112℃)，这是因为热量传递始终存在时间差，在杀 菌锅内、在罐头内各点的温度是不一致的，传热速 度的快慢与传热方式有关。
传热方式
(2)、对流：借助于液体和气体流动传递热量的方式 称作对流，即流体各部位上的质点发生相对移动而 产生热交换，一般为自然对流。如果汁、青豆、蘑 菇等颗粒较小的清水类罐头，其冷点在中心轴上离 罐底12.7~19mm的部位上。 (3)、对流传导结合型传热 食品传热时对流传导同时存在或先后相继出现，如 乳状玉米罐头、苹果沙司罐头等，其冷点应根据对 流和传导的关系来定。
F值与D值的关系

F值与D值的关系可用F= nD 来表示，n数是不固定的， 随工厂卫生条件、食品污染微生物的种类及程度而变化， 一般用6D值来表示杀死嗜热性芽孢杆菌，用12D值杀死 肉毒梭状芽孢杆菌，以保证食品卫生性。F值与Z值 的关系可用F =t×10 来表示。 式中t：在恒定致死温度T下的加热时间。 T：杀菌温度。
简单型加热曲线
转折型加热曲线
传热曲线ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
在冷却时，只须将半对数轴上最低线标为高于冷却水温度 1℃的温度数，再依次向上标出其他温度，这样就可按加 热(或冷却)时间测得的罐内冷点温度直接在坐标纸上点出， 並将各点連起来，但不得偏离各点0.56℃，这样就画出了 传热曲线一般都呈一条直线，其斜率用可 fh(加热杀菌时 的速率)值或fs(冷却速率 )表示，fh值或fs为加热曲线或冷却 曲线直线部分穿过一对数周期所需要的时间(分钟)。f2值 为转折型加热曲线中第二条直线的斜率。
冷却曲线
四、罐头杀菌值(F0)和杀菌时间的计算(鲍尔公式法)

杀菌时间的计算有比奇洛的基本推算法、鲍尔公式 计算法、列线图计算法等，而鲍尔公式计算法是 FDA认可的杀菌时间及F值的最简单实用的方法，它 根据罐头在杀菌过程中罐头内容物温度的变化，在 半对数坐标纸上画出的加热曲线和冷却的曲线，进 行推算杀菌时间和F值，它的优点是可以在杀菌温度 变更时计算出杀菌时间，但其缺点是计算较繁，费 时间。公式法计算基本步骤如下：

1 Z值表示加热致死时间或致死率 (D值)按照 10

或10 倍变化时相对应的加热温度 (℃) 的变化，如将某一 细菌芽孢的 D值的对数为纵坐标，加热温度为横坐 标，画出的曲线(耐热曲线)上的斜率的负倒数就是Z 值，其定义就是热力致死时间和仿热力致死时间曲 线上横过一个对数循环时所需要的温度(℃)。Z值越 大，因温度而上升而取得的杀菌效果就越小。因此 Z 值可以看作是温度变化对细菌耐热性影响的估量。 可用公式 Z = 表示。 T T
1、传热方式：

(1)、传导：内容物在罐内处于不流动状态时，加热 和冷却过程中，由于受热的程度不同，在分子间相 互碰撞下，热量从高能量分子向邻近的低能量分子 依次传递的方式称作传导。简单地说加热时热量由 罐壁四周向罐中心传递，罐头中心是温度变化最缓 慢之点，即其冷点在几何中心，冷却则相反。罐内 食品呈固态、粘度或稠度高的食品如午餐肉罐头、 豆沙、枣泥、八宝饭罐头等均属于这一类。