第三章食品工艺学

在低酸性食品中尚存在有比肉毒杆菌更耐热的厌氧腐 败菌如P.A.3679生芽梭状芽孢杆菌的菌株，它并不产 生毒素，常被选为低酸性食品罐头杀菌时供试验的对 象菌。——如此确定的杀菌工艺条件显然将有进一步 提高罐头杀菌的可靠性。 不过在低酸性食品中尚有存在抗热性更强的平酸菌如 嗜热脂肪芽孢杆菌，它需要更高的杀菌工艺条件才会 完全遭到破坏。
芦笋（绿） 5.5 青刀豆 黄豆猪肉 蘑 菇 青豆 马铃薯 菠菜 5.4 5.6 5.8 6.2 5.5 5.4
表3-2 罐头食品按照酸度的分类 酸度级 别 低酸性 pH值 5.0以上 食品种类 常见腐败 菌 热力杀菌要 求 高温杀菌 105~121℃
中酸性 酸性
4.6~5.0 3.7~4.6
虾、蟹、贝类、禽、牛肉、猪 嗜热菌、 肉、火腿、羊肉、蘑菇、青豆、 嗜温厌氧 青刀豆、笋 菌、嗜温 蔬菜肉类混合制品、汤类、面 兼性厌氧 菌 条、沙司、无花果 荔枝、龙眼、桃、樱桃、李、 非芽孢耐 苹果、枇杷、梨、草莓、番茄、 酸菌、耐 什锦水果、番茄酱、各类果汁 酸芽孢菌 菠萝、杏、葡萄、柠檬、果酱、 酵母、霉 果冻、酸泡菜、柠檬汁、酸渍 菌、酶 食品等
食品中其它成分的影响
淀粉对芽孢没有直接影响 蛋白质如明胶、血清等能增强芽孢的耐热性 脂肪和油能增强细菌芽孢耐热性的作用 如果食品中加入少量的杀菌剂和抑制剂也能大大 减弱芽孢的耐热性 植物杀菌素。有些植物（如葱、姜、蒜、辣椒、 萝卜、胡萝卜、番茄、芥末、丁香和胡椒等）的 汁液以及它们分泌的挥发性物质对微生物有抑制 或杀灭作用，这类物质就被称为植物杀菌素。
115
0
115
121
F115=D115（lga-lgb）=2.8（lg7940-lg0.0001）=22.12min lg（F115/F0）=（T2-T1）/Z=（121-115）/10=0.6 F0=F115/100.6=5.56min D121=D115×F0/F115=0.7min
10000
⑤ 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。
1000
ý ß Ê ¿ æ ý Ñ Á É ¿ º Ã
100
D
10 0 1 2 3 4 5 Ó È Ê ¼ ±¼ ä £ ¨· Ö £ ©
100
微生物的热力致死时 间随热杀菌温度的变 化规律
10
Z
1 95 100 105 110 115 120 125 杀菌温度(℃)
图 热力致死时间曲线
lg t2 - lg t1 = k(T2 - T1)
令 Z = -1/k 则得到热力致死时间曲线方程：
t1 T2 T1 lg t2 Z
微生物耐热性参数
Safety vs. Quality
第一节 热处理原理
影响微生物耐热性的因素
①微生物的种类和数量
种类
数量
② 热处理温度
③罐内食品成分
pH、脂肪、糖、蛋白质、盐、植物杀菌素
表3-4 原始菌数和玉米罐头杀菌效果的关系
121℃时的 杀菌时间 （分钟） 玉米菌数平盖酸坏的百分率 无糖 60个平酸菌/10 2500个平酸菌/10 克食糖 克糖
D值可以根据图中直线横过一个对数循环所需的 热处理时间求得。当然也可以根据直线方程式 求得，因为它为直线斜率的倒数，即： t D= log a – log b
例：
100℃热处理时，原始菌数为1×104，热处理3分 钟后残存的活菌数是1×101，求该菌D值。 3 D= = 1.00 log1.0× 104 –log1.0×10 即D 100℃ 或D110=1.00min
沸水或100℃ 以下介质中 杀菌
高酸性
3.7以下
微生物的耐热性
微生物耐热性参数
①热力致死温度
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。 最古老的概念，现在仅在一般性场合使用，在作 定量处理时已不使用。
微生物耐热性参数
② 热力致死时间曲线 （TDT曲线）
热致死时间(分钟)
1000
pH5-7
图3-1 加热介质pH对芽孢耐热性的影响
100
Ó) ÖÖ ¼ (· ±ä ¾Ê ±ú É
10 1 0.1 ±ú É ¾ Î Â ¶ È ¡ æ Î Þ Ì Ç 10%Õ á Ì Ç
图3-2 糖对细菌耐热性的影响
高浓度的糖液对受热处理的 细菌的芽孢有保护作用
盐的影响
通常食盐的浓度在4%以下时,对芽孢的耐热性有 一定的保护作用,而8%以上浓度时,则可削弱其耐 热性. 这种削弱和保护的程度常随腐败菌的种类而异.
食品严重污染时某些腐败菌如酪酸菌和凝结芽孢杆菌 在pH低于3.7时仍能生长，因此pH3.7就成为这两类食 品的分界线。 酸性食品中常见的腐败菌有巴氏固氮梭状芽孢杆菌等 厌氧芽孢菌，其耐热性比低酸性食品中的腐败菌要差 得多。 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、酵母和霉菌，但是热力杀菌时该类食品中的 酶比腐败菌显示出更强的耐热性，所以酶的钝化为其 加热的主要问题。例如酸黄瓜罐头杀菌就是这样。
D
D
D
D源自文库
D
热力致死速率曲线
微生物耐热性参数
⑥ D值：
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值不受原始菌数影响 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。
瞬间加热和冷却条件下单位时间为D时的细菌死亡速率
单位时间为D时的加热时间（分钟） 0D 1D 2D
3.巴氏杀菌法(Pasteurization)—— 在100℃以 下的加热介质中的低温杀菌方法，以杀死病原菌 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。 4.热烫(Blanching)—— 生鲜的食品原料迅速以 热水或蒸气加热处理的方式，称为热烫。其目的 主要为抑制或破坏食品中酶以及减少微生物数量。
单位容积残存活菌数 104 103 102
3D
4D 5D 6D 7D 8D
101
100 10-1 10-2 10-3 10-4
从表可以看出，从5D以后，为负指数，也就是 说有1/10~1/10000活菌残存下来的可能。 细菌和芽孢按分数出现并不显示，这只是表明 理论上很难将活菌完全消灭掉。 实际上，这应该从概率的角度来考虑，如果 100支试管中各有1ml悬浮液，每ml悬浮液中仅 含有1个芽孢，经过5D处理后，残存菌数为101，即1/10活10/100，也就是100支试管中可能 有90支不再有活菌存在，而10支尚有活菌的可 能。
仿热力致死时间曲线
1000
100
Ó ) Ö Ö µ (· DÖ
纵坐标为D对数值， 横坐标为加热温度， 加热温度与其对应 的D对数值呈直线 关系。
Z
10
1 95 100 105 110 115 120 125 Ó È Î ¼ Â ¶ È (¡ æ )
图 仿热力致死时间曲线
t1 T2-T1 Log — = ———— 若T2=121.1℃，则t2=F t2 Z 假定T1温度下的D值已知，则，t1= nD 则D、F、Z值之间的关系可以通过下式转换。 nD 121-T F Log —— = ———— 或 D = —×10 （121-T）/Z F Z n
微生物的耐热性
热杀菌食品pH分类
pH ≤4.6 pH ＞4.6 酸性
低酸性
任何工业生产的罐头食品中其最 后平衡pH值高于4.6及水分活度 大于0.85即为低酸性食品。
罐头食品的这种分类主要取决于肉毒杆菌的生长习性。 肉毒杆菌有A、B、C、D、E、F六种类型，食品中常 见的有A、B、E三种。其中A、B类型芽孢的耐酸性较 E型强。 它们在适宜条件下生长时能产生致命的外毒素，对人的 致死率可达65%。 肉毒杆菌为抗热厌氧土壤菌，广泛分布于自然界中，主 要来自土壤，故存在于原料中的可能性很大。 罐头内的缺氧条件又对它的生长和产毒颇为适宜，因此 罐头杀菌时破坏它的芽孢为最低的要求。 pH值低于4.6时肉毒杆菌的生长就受到抑制，它只有在 pH大于4.6的食品中才能生长并有害于人体健康。 故肉毒杆菌能生长的最低pH值成为两类食品分界的标 准线。
③ F0值：
单位为min，是采用121.1℃杀菌温度时的热力致死时间。 F0值越大，菌的耐热性越强。
T 121 .1 F0 t lg Z
1
微生物耐热性参数
④ Z值：
1000
热致死时间(分钟)
Z值是热力致死时间变化10倍 所需要相应改变的温度数
Z值越大，微生物
100
的耐热性越强。
10
Z
1 95 100 105 110 115 120 125 杀菌温度(℃)
第三章食品的热处理和杀菌
概述
保藏热处理
灭酶、微生物
热处理
转化热处理 改变理化性质
详见表3-1
1. 杀菌(sterilization) —— 将所有微生物及 孢子，完全杀灭的加热处理方法，称为杀菌或绝 对无菌法。要由于有些罐头食品内容物传热速度 相当慢，可能需要几个小时甚至更长时间才能达 到完全无菌，这时食品品质可能以劣变到无法食 用。 2. 商业杀菌法(commercial sterilzation) — — 将病原菌、产毒菌及在食品上造成食品腐败 的微生物杀死，罐头内允许残留有微生物或芽孢， 不过，在常温无冷藏状況的商业贮运过程中，在 一定的保质期内，不引起食品腐败变质，这种加 热处理方法称为商业灭菌法。
70
80 90
0
0 0
0
0 0
95.8
75 54.2
热处理温度越高，杀死一定量 腐败菌芽孢所需要的时间越短。
1000
ý æ Ê Ð ´ ú ² î ¾ »
100 10 1 0 20 40 È ´ ¦ À í ± Ê ä ¼ (· Ö Ö Ó ) 90¡ æ 84¡ æ 80¡ æ 60
图3-3 不同温度时炭疽菌芽孢的活菌残存数曲线
中酸性 酸性
沸水或 100℃以下 介质中杀菌
高酸性
3.7以下 菠萝、杏、葡萄、柠檬、果酱、 酵母、霉 果冻、酸泡菜、柠檬汁、酸渍 菌、酶 食品等
各种常见罐头食品的pH值
罐头食品 pH值 平均 苹果 杏 红酸樱桃 葡萄汁 橙汁 酸渍黄瓜 菠萝汁 番茄 3.4 3.6 3.5 3.2 3.7 3.9 3.5 4.3 最低 3.2 3.2 3.3 2.9 3.5 3.5 3.4 4.6 最高 3.7 4.2 3.8 3.7 4.0 4.3 3.5 4.6 番茄汁 罐头食品 pH值 平均 4.3 最低 4.1 5.4 5.2 5.0 5.8 5.9 5.4 5.1 最高 4.4 5.6 5.7 6.0 5.9 6.5 5.6 5.9
表3-3 热处理温度对玉米汁中平酸菌死亡时 间的影响
温度 ℃ 100 105 110 平酸菌芽孢全 温度 部死亡所需时 ℃ 间（分） 1200 115 600 196 120 125 平酸菌芽孢全 温度 部死亡所需时 ℃ 间（分） 70 130 19 7 135 平酸菌芽孢全 部死亡所需时 间（分） 3 1
100
Ó ) Ö Ö ¼ (· ±ä ¾ Ê ±ú É
10 1 0.1
pH3.5
pH4.5
酸度 • 对大多数芽孢杆菌来 说，在中性范围内耐 热性最强，pH低于5 时细菌芽孢就不耐热， 此时耐热性的强弱受 其它因素控制 • 因此人们在加工一些 蔬菜和汤类时常常添 加酸，适当提高内容 物酸度，以降低杀菌 温度和时间，保存食 Éú ± ¾Î ¶ È¡ æ 品品质和风味。
这样，已知T温度下的D值，Z值，再针对罐头 产品需要确定n值后，就可计算得到相应的F值。 n值并非固定不变，要根据工厂和食品的原始 菌数或着污染菌的重要程度而定。 比如在美国，对肉毒杆菌，要求n=12，对生芽 梭状芽孢杆菌，n=5。
一罐藏食品净重397g，每克含Z=10℃、 D =2.8min的芽孢20个，如果要求成品腐败率 不大于0.01%，求：F 、F 和D 。
表3-2 罐头食品按照酸度的分类
酸度级 别 低酸性 pH值 食品种类 常见腐败 菌 热力杀菌要 求 高温杀菌 105~121℃ 5.0以上 虾、蟹、贝类、禽、牛肉、猪 嗜热菌、 肉、火腿、羊肉、蘑菇、青豆、 嗜温厌氧 青刀豆、笋 菌、嗜温 4.6~5. 蔬菜肉类混合制品、汤类、面 兼性厌氧 菌 0 条、沙司、无花果 3.7~4. 6 荔枝、龙眼、桃、樱桃、李、 非芽孢耐 苹果、枇杷、梨、草莓、番茄、 酸菌、耐 什锦水果、番茄酱、各类果汁 酸芽孢菌