第二节 食品高新技术 加工工艺 超高温杀菌(第一章).

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真空瞬时加热杀菌的效果



微生物的影响 高温灭菌奶在37℃下培养10天以后的无菌率均达到100％ 对含枯草杆菌孢子和在牛乳中最耐热的嗜热脂肪芽孢杆菌孢 子的牛奶在 120 ～140℃温度范围下处理后，将全部样品在 不同的温度下培养7天，能够检出的最少孢子数为0.0004个 ／mL。 在温度为135℃、时间为4s时都能达到这个最低数值。 因此，一般情况下可认为杀菌温度135℃是非常可靠的，而 真空瞬时加热杀菌法采用的处理温度为140℃，其安全系数 更大。
第二节 超高温杀菌

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超高温杀菌是达到这一理想效果的途径之一。 超高温杀菌最早用于乳品工业牛奶的杀菌作业。 大量实验表明，微生物对高温的敏感性远大于多 数食品成分对高温的敏感性。故超高温杀菌能在 很短时间内有效地杀死微生物，并较好地保持食 品应有的品质。因而目前广泛用于乳品、饮料和 发酵等行业。 通常的超高温杀菌设备只适用于不含颗粒的物料 或所含颗粒的粒度小于lcm的物料的加热杀菌。
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（一）直接加热法

直接加热法有喷射式和注入式两种型式. 喷射式是把蒸汽喷射到物料流体里。 注入式则是把物料注入到热蒸汽环境中。
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1．喷射式一蒸汽喷射入制品中

喷射式超高温杀菌装置有不同的结构组成，如利 乐拉伐公司的真空瞬时加热杀菌装置，英国APV 公司的直接蒸汽喷射杀菌装置，美国彻里—伯勒 尔公司的大气—真空装置等。喷射式的杀菌装置 有真空瞬时加热杀菌装置和直接喷射式杀菌器。
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一、超高温杀菌的基本原理



超高温杀菌 (UHT)工艺和高温短时间杀菌 (HTST) 工艺的 最大差别是后者仍属于巴氏杀菌范畴，而超高温杀菌已 经达到商业无菌的要求。超高温杀菌工艺最早在牛乳生 产中得到成功应用。 关于超高温 (UHT) 杀菌，尚没有十分明确的定义。习惯 上，把加热温度为 135～150℃，加热时间为 2～8s ，加 热后产品达到商业无菌要求的杀菌过程称为UHT杀菌。 UHT杀菌的理论基础涉及两个方面。一是微生物热致死 的基本原理；二是如何最大限度保持食品的原有风味及 品质。


超高温工艺杀菌效率的定义是以杀菌前后孢子数 的对数比来表示，以下式来表示为： SE＝lg(原始孢子数／最终孢子数)
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（二）UHT杀菌的品质保证

大量实验表明，采用 UHT 瞬时杀菌技术也可最 大程度地保持食品的风味及品质。这主要是因为 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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图中实线为牛乳褐变的温时下限，虚线为灭菌的温时下 限。从图中可以看出，若选择灭菌条件为110～120℃， 1.5～20min；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。在这种杀菌条件下，产品的颜色、 风味、质构及营养等品质没有受到很大的损害。所以， 该技术比常规杀菌方法能更好地保存食品的品质及风味
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UHT杀菌效果


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通常，检验UHT杀菌效果(Sterizing Effect)可用某类微生 物的芽孢作为试验对象。 厌氧微生物 PA3679 的孢子具有极高的的热力致死时间 值（达35），这种孢子用来检验各种超高温处理的效果 无疑是很有说服力的。PA3679细菌孢子在150℃时的热 致 死 速 率 （ 杀 死 90%PA3679 孢 子 数 所 需 时 间 ） 为 0.285s ，处理后的孢子数减少到原先的 1/1012 ，这无疑 是极高的质量标准，此时所需处理的全部时间是 0.285×12＝3.4s， 如果时间进一步延长到 4s ，总孢子数就会减少到 1 ／ 1014，因此，用超高温工艺在135℃高温处理3～4s时间 就有可能得到极为优质的超高温灭菌产品。
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（一）UHT杀菌的微生物致死理论依 据

按照微生物的一般热致死原理，当微生物在高于 其耐受温度的热环境中时，必然受到致命的伤害， 且这种伤害随着受热时间的延长而加剧，直至死 亡。微生物的热致死率是加热温度和受热时间的 函数。
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微生物的耐热性

菌种和菌株 热处理前菌龄、培育条件、贮存环境； 热处理时介质或食品成分如酸度或pH； 原始活菌数； 热处理温度和时间，作为热杀菌，这是主导的 操作因素。
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2．注入式——制品注入蒸汽中

与蒸汽喷射式不同，注入式是将物料注入到充满 过热蒸汽的加热器中，由蒸汽瞬间加热到杀菌温 度而完成杀菌过程。冷却方法与蒸汽喷射法相似， 也是在真空罐中通过膨胀来实现的。
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（二）间接加热法
1．片式热交换器 间接加热法可以采用比直接加热法更高的温度， 使用更短时间的工艺来处理制品。该方法首先必 须解决的是一般片式热交换器使用的密封垫圈不 能承受如此高压的问题。至1950年，APV公司 成功推出了第一套间接加热的超自动控制装置。 在APV装置中经136℃保温2s的灭菌牛乳中无存 活的细菌和耐热孢子。
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二、超高温杀菌的方法



超高温杀菌处理一般有两种方法，即直接加热法 和间接加热法。 直接加热法是用蒸汽直接加热物料，接着是急剧 冷却，在闪蒸过程中将注入的蒸汽蒸发，恢复物 料的原来组成。 间接加热法是通过热交换器间接加热制品的过程。 同样，制品冷却也可间接通过各种冷却剂来实现。 加热介质包括过热蒸汽、热水和加压热水，而冷 却剂常见的是冷水或冰水。

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营养成分的影响


超高温杀菌处理前后牛乳pH值的变化却不大。 真空瞬时加热杀菌温度和时间对于物料的稳定性也有影 响，就灭菌牛乳而言，77组试验所得沉淀量平均在 0.37 和0.66μ L／mL之间，平均约0.5μ L／mL，这一数量的 沉淀是微不足道的。 经真空瞬时加热杀菌的牛乳以 19.6MPa、60℃的均质压 力和均质温度能够使乳脂肪的稳定于乳浆中。 在140℃下保持2～4s的超高温杀菌牛乳的风味较为理想， 在较低温度(5℃和20℃)下，贮存期间的风味变化不大。 真空瞬时加热杀菌对维生素的分解作用不明显，不大于 一般高温短时巴氏杀菌的效果。