食品工艺学导论——食品罐藏原理

4.1罐头的传热方式
传导传热 对流传热 对流导热结合型传热 （有先对流后传导或
先传导后对流） 其他传热方式（诱导型对流）
传导型
依靠分子间的相互碰撞，导致热量从高能量分子 （高温处）向邻近的低能量分子（低温处）依次传递 的传热方式称为导热。
罐头加热时热量从罐内壁向罐头几何中心传递； 冷却时，热量从罐头几何中心向罐内壁传递，罐内各 点温度不同，每点的温度随加热和冷却时间的变化而 变化。
在半对数坐标系中，以D值为纵坐标，加热温度 为横坐标作图，得到的曲线称为仿热力致死时间曲线， 这是一条直线。
在直线上任取两点（T1，lgD1）、（T2，lgD2）， 则有lgD2—lgD1=（T1—T2）/ Z
lg（D2/D1 ）=（T1—T2）/ Z D2＝D1 10（T1 – T2）/ Z
当lgD2—lgD1=1时，Z= T1—T2
G 植物杀菌素
植物杀菌素的存在使微生物的耐热性减弱。
3.2微生物耐热性的表示方法
3.2.1热力致死速率曲线与D值
将微生物细胞或芽孢制成悬浮液，在一定温度下 进行加热，每隔一定时间抽样测定残存的细胞或芽孢 数。以横坐标表示一定温度下的加热时间，纵坐标 （对数坐标）表示单位值内的微生物细胞或芽孢数， 在半对数坐标上作图，所得曲线即为热力致死速率曲 线。
解：D110℃=τ/（lga—lgb） =3/〔lg（1×104）—lg（1×10）〕 =3/〔4—1〕 =1.0（min）
3.2.2热力致死时间曲线
热力致死时间(Thermal Death Time): 热力致死温度保持恒定，将处于一定条件下的食
品中的某种细菌或芽孢全部杀死的最短时间（min)。
当（lga—lgb）=1时 D=1/m τ=D（lga—lgb） 或D= τ/ （lga—lgb）
τ ：热处理时间(分) a：细菌初始数 b：τ分钟加热处理后
的残存活菌数
D值能够反映微生物的耐热性强弱， D值越大， 微生物的数量减少90％需要的时间越长，微生物的耐 热性越强； 反之，D值越小，微生物的数量减少90％ 需要的时间越短，微生物的耐热性越弱。
食品工艺学导论——食品罐藏原理
A.微生物的种类
细菌＞霉菌＞酵母菌； 同种微生物：芽孢＞营养细胞； 嗜热菌芽孢＞厌氧菌芽孢＞需氧菌芽孢； 经过热处理后残存的芽孢再形成的芽孢
＞原芽孢。
B. 微生物的数量
污染的微生物的初始数量不同，要将全部微生物 杀灭所需加热条件不同；
微生物的初始数量越多，杀灭全部微生物所需 时间越长、所需温度越高，微生物的耐热性越强； 幻灯片 1
F值能够反映微生物的耐热性强弱， F值越大，杀死 一定浓度的细菌或芽孢所需要的热力致死时间越长，微 生物的耐热性越强；反之，F值越小，杀死一定浓度的 细菌或芽孢所需要的热力致死时间越短，微生物的耐热 性越弱。
F与温度和微生物的种类有关，用FzT表示，标准 温度下特定微生物的热力致死时间用F表示。
3.2.4热力指数递减时间（TRTn）
在某一特定的热力致死温度下将细菌或芽孢数 减少到某一程度所需的加热处理时间，以TRTn表 示，n称为递减指数。
TRTn=τ= D（lg10n—lg100）= n D
TRTn为热力致死速率曲线横过几个对数循环所 需热处理时间，是D的扩大倍数。
与D一样，TRTn不受原始含菌量的影响，但 受微生物的种类、菌种、加热温度等因素的影 响。
＝0.52×3.98 ＝2.0 (min)
由D2＝D1 10（T1 – T2）/ Z得
D115＝D121 10（T1 – T2）/ Z ＝0.26×10（121-115）/ 10 ＝1.0min
τ 115 ＝n D115 ＝2.0min
3.3高温对酶的活性的影响
温度升高对酶的影响表现为两个方面，酶的活性 增大，一般Q10=2~3，酶催化的化学反应速度加快； 酶失活的速度增加，在临界温度范围内Q10＞100， 远远大于酶的活性增大的Q10，当温度达到某个温度 值时，酶失活的速度将超过催化速度，这个温度就是 酶作用的最适宜温度。
对流导热结合型罐头食品的传热曲线就属于这种类型。
罐 头
fh2
中
心
温
度
/℃
fh1
转折加热曲线
加热时间/min
4.3影响罐头食品传热的因素 ①食品的物理性质： 装罐量、罐内顶隙、固液比等； ②罐藏容器的材料和性质； ③罐头食品的初温； ④罐头的大小、在杀菌锅内的位置、排列方式 ⑤杀菌釜的形式
①食品的种类不同，其比热、导热系数、比重、 粘度不同，传热速度不同；
在稳定加热条件下，若已知微生物在标准温度下 的D值和Z值，可计算任意温度下所需的杀菌时间。
例：已知肉毒杆菌在121℃时的D值为0.26min， Z值 为10℃。若要把芽孢数从107减少到105，求在115℃ 下所需的加热时间。
根据：
τ
D＝ lg a－lg b
τ121 ＝ D(lga － lgb) ＝0.26×(7 － 5) ＝0.52(min) τ 115 ＝0.52×10（121-115）/ 10
容器传热的热阻R=δ/λ，R↑，传热速度↓，对流 传热型罐头食品传热速度的影响较大，对导热传热型罐 头食品传热速度的影响较小。
4.2.1简单加热曲线 罐头中心温度与加热时间之间的关系在半对数坐
标纸上是一条直线，称为简单加热曲线 。
罐
加Βιβλιοθήκη Baidu
头
热
中
杀
心 温
fh1
菌 温
度
度
/
/ ℃
fh
℃
加热时间/min
简单加热曲线
直线的斜率越大，直线越陡峭，表示传热速度越快； 直线斜率越小，直线越平坦，则传热速度越慢。
纯粹对流和纯粹导热传热型罐头食品的传热曲线属 于这种类型。
热力致死时间与微生物的种类有关，与加热致死 温度有关。
将一定浓度的微生物细胞或芽孢制成悬浮液，在不 同温度下进行加热，分别测定微生物细胞或芽孢全部死 亡需要的最短加热时间即热力致死时间。以热力致死时 间为纵坐标（对数坐标），加热温度为横坐标，在半对 数坐标上作图，所得曲线即为热力致死时间曲线。
结果表明： 加热致死时间曲线是一条直线。
D盐 低浓度的食盐随浓度增加，微生物的耐热性增强； 盐浓度为1.0%~2.5%时，芽孢的耐热性最强； 食盐高于4.0%时，随浓度增加，微生物的耐热性减弱。
E 油脂 油脂对芽孢有一定的保护作用； 原因是脂肪的存在使传热速率下降，水分渗入困
难，微生物难以死亡、耐热性增强。
F 蛋白质
蛋白质的存在使微生物的耐热性增强。
pH增大或减小，微生物的耐热性降低，而且在酸 性侧的影响大于碱性侧；
pH相同，但酸的种类不同时，微生物的耐热性也 不同：乳酸＞苹果酸＞柠檬酸、醋酸；
C糖
在一定范围内，糖的浓度越高，杀死微生物芽孢 所需时间越长；
糖的浓度相同、种类不同，对微生物的保护作用 不同；
蔗糖＞葡萄糖＞山梨糖醇＞果糖＞甘油 保护作用增大
在直线上任取两点 C（T、lgτ）和 D（T ‵ 、lgτ ‵ ），
设直线的斜率为1/Z，则：
（lgτ—lgτ‵）/（T —T‵） = -（1/ Z）
当lgτ—lgτ‵=1时， Z= T‵—T
C （T、lgτ）
D （T’、lgτ’）
Z值：指热力致死时间曲线横过一个对数循环所对应 的温度差 。
Z值能够反映微生物的耐热性强弱， Z值越大，加 热温度变化对微生物致死速度的影响越小；反之，Z值 越小，加热温度的变化对微生物致死速度的影响越大。
与微生物一样，也可以作出酶的热失活速率曲线、 时间曲线，用D值、Z值、F值表示酶的耐热性。
过氧化物酶的Z值大于细菌芽孢的Z值，说 明温度升高对酶的活性的损害比对细菌芽孢的 损害更轻，或杀死细菌芽孢的效果高于钝化酶 的效果。
酶的耐热性与酶的种类、来源、所处环境 条件、热处理温度等因素有关。
4 罐头的传热
对流传热型食品在加热或冷却过程中，罐内传热速 度很快，各点温度比较接近，温差很小，加热升温或冷 却降温过程需要的时间较短。
对流传热型罐头食品的传热速度较快。
对流传热型罐头食品加热时的冷点在罐中心轴线离 罐底12.7～19.4mm处。
果汁、汤类等低粘度液态罐头食品的传热方式一般 为对流型。
对流---传导型：两种传热方式同时存在。
热处理温度 一般当温度高于60℃时就对微生物有致死作用，
热处理温度越高，微生物致死所需时间越短，相反， 热处理温度越低，微生物致死所需时间越长。
常见的加热处理方法有： 高温短时、低温长时、超高温瞬时。
幻灯片 1
食品成分
水 酸（pH） 蛋白质 脂肪 糖 盐 植物杀菌素
A 水分
游离水含量越高，即食品的水分活度越高，微生物 受热后越容易死亡，微生物的耐热性越低；
Z值与微生物的种类、菌种有关。
对于低酸性罐头食品，在121℃杀菌，取对象菌的 Z=10℃；酸性罐头食品，用80~90℃或沸水杀菌，取 对象菌的Z=8℃。
设在标准加热温度121℃下的热力致死时间用F表 示，代入上式
τ‵=F ，T‵=121℃ lgτ/ F=（121—T）/ Z
3.2.3F值
F值：在一定温度下杀死一定浓度的细菌或芽孢所需 要的热力致死时间。
Z值：仿热力致死时间曲线横过一个对数循环所对应 的温度变化。
3.2.5D与F的关系
根据TRTn概念，对于τ=D（lga—lgb）有 τn= TRTn=D（lga—lgb）= n D
代入热力致死时间曲线方程 lgτ/ F=（121—T）/ Z得
lgτn/ F=lg （n D/ F）=（121—T）/ Z F= n D×10[—（121—T）/ Z] 当T=121℃时，F= n D
(0，a)
B(τ，b) τ
结果表明： 加热致死速率曲线是一条直线。
设某食品的初始活菌数a，杀菌结束时残存的活菌 数为b，直线的斜率为m，加热时间为
τ=1/m（lga—lgb）
D值(Decimal reduction time)
在一定的环境中和在一定的热力致死温度条件下 杀死某细菌群原有活菌数的90%所需要的时间，或热 力致死速率曲线横过一个对数循环所需的时间。
如一些果块较大的水果罐头(糖水桃子罐头等)加热 时的热传递属这一类，液体部分为对流传热，固体部分 为传导传热。
对流导热结合型罐头的传热速度、冷点位置介于 对流型和传导型罐头之间。
4.2罐头食品的传热曲线 纵坐标为罐头中心温度的对数值，横坐标为加
热时间得出的曲线，有简单加热曲线和转折加热曲 线之分。
导热传热型罐头食品的传热速度较慢。
罐内传热最慢的一点即温度最低点被称为冷点； 传导型罐头的冷点在罐头的几何中心。
固态或粘稠度高的罐头食品的传热方式一般为传导 型。
对流型
依靠流体的流动进行热量传递的方式，即依靠流 体各部位发生相对位移产生的热交换称为对流传热。
加热时与罐壁接触的液态食品受热后迅速膨胀， 密度减小而上浮，内部温度较低的食品密度较大下沉， 导致食品在罐内循环流动，产生热交换。
食品的形态不同，传热速度相差显著:
流体食品，以对流方式传热，升温快，罐内温差小，杀 菌效果好；
半流体食品，主要以导热方式传热，升温速度较慢，罐 内温差较大，杀菌效果较差；
固体食品，完全导热传热，升温缓慢，杀菌效果差； 流体和固体混装食品，对流导热结合型传热
②罐藏容器的材料和性质对传热的影响:
A.容器的性质和壁厚
一般来说，对流传热型罐头食品的传热曲线斜率值 大于导热传热型罐头食品的传热曲线斜率。
4.2.2转折加热曲线（转折半对数加热曲线） 罐头中心温度与加热时间之间的关系在半对数坐标
纸上是由两条斜率不同的直线组成，两条直线有一个交 点称为转折点，称为转折加热曲线。
两条直线的斜率不同，说明食品在加热过程中的传 热方式和传热速度发生了改变。
微生物芽孢与营养细胞的水分含量相差虽然不大， 但是芽孢的游离水含量低于营养细胞，故耐热性较强；
湿热条件下较低的温度就能杀死微生物，而干热条 件下则需要140~180℃、维持数小时才能达到湿热条件 下的杀菌效果。
B 酸度
中性附近微生物细胞及芽孢的耐热性最强， 即相同 的加热温度所需加热致死时间最长，或相同的加热时 间所需加热致死温度最高；
影响D值的因素： A.微生物的种类和菌种； B.温度； C.D值与微生物的原始菌数无关。
不同微生物的耐热性强弱可以用相同温度下的D 值大小进行比较，不同温度下的D值不能直接反映微 生物的耐热性强弱。
例.已知某细菌的初始活菌数为1×104，在110℃下处 理3min后残存的活菌数为1×10，求其D值。