《食品工程技术原理》第五章-食品杀菌技术

目录第五章、食品的杀菌技术5.1概述5.2新型超高温杀菌技术（重点）5.3欧姆加热法超高温杀菌5.4超高压杀菌技术5.5脉冲强光杀菌技术5.6超声波杀菌技术5.7磁场杀菌技术5.8高压脉冲电场杀菌技术5.9感应电子杀菌技术目录5.1概述杀菌可分为热杀菌和非热(冷)杀菌。热杀菌是食品工业常用的灭菌方法，但热处理对食品的色、香、味及营养成分影响颇大。冷杀菌有利于保持食品中功能成分的生理活性，又有利于保持色、香、味及营养成分。目录热杀菌热灭菌是食品工业常用的方法，有巴氏灭菌法、高温短时灭菌法和超高温瞬时灭菌法。•巴氏灭菌法（Pasteurization）：通常在100℃以下的一种较温和的热杀菌形式，达到同样的巴氏杀菌效果，可以有不同的温度时间组合；•高温短时灭菌（HTST）：100℃左右，保持数分钟；•超高温瞬时灭菌（UltraHighTemperaturetreated，UHT）：135-150℃，几秒或几十秒。目录常见热杀菌装置目录非热杀菌非热杀菌技术主要包括物理杀菌和化学杀菌。非热物理杀菌是采用物理手段（如电磁波、压力、光照等）进行杀菌，化学杀菌则是通过化学试剂来达到杀菌的作用。•化学杀菌（杀菌剂、抑菌剂等）•物理杀菌（辐照、紫外线、脉冲电场、振荡磁场、超声波、脉冲光、脉冲x射线等）目录加热杀菌在食品工业中占有极为重要的地位。一方面，以杀灭对象菌（有害微生物）为目标来研究加热杀菌的条件与程度。另一方面，从食品品质（色、香、味）等方面考虑保持食品应有的品质。理想的加热杀菌效果：在热力对食品品质的影响程度限制在最小限度的条件下迅速而有效地杀灭存在于食品物料中的有害微生物，达到产品指标的要求。5.2新型超高温杀菌技术目录•超高温杀菌技术（UltraHighTemperature，简称UHT杀菌法）是利用热交换器或直接蒸汽加热，使食品在135-150℃下保持几秒或几十秒（常为2-8s）加热杀菌后，迅速冷却的杀菌方法。•该方法杀菌效率高，食品的物理化学变化较小。实际应用中常常与无菌包装技术联系，可使食品在常温下长期保存。一、概念目录•UHT杀菌是1949年随着斯托克装置的出现而问世，其后国际上出现了多种类型的超高温灭菌装置。•在1957-1965年间，通过大量的基础理论研究和细菌学研究后，才用于生产。•20世纪60年代初，无菌灌装技术获得成功，与UHT技术相结合，从而发展了灭菌乳生产工艺。•20世纪80年代后，UHT技术得到了更大的发展，其应用范围不仅仅限于液体产品，目前已可应用于固液混合产品和固体粉状产品等。杀菌装置也有很大的发展，进一步促进了UHT技术的发展。二、发展历史目录三、基本原理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杀死微生物，并较好地保持食品原有的品质。按照微生物的一般致死原理，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。大量实验证明，微生物的热致死率是加热温度和受热时间的函数。目录高温对微生物的影响温度℃对微生物的影响121蒸汽在15—20分钟内杀死所有微生物包括芽孢116蒸汽在30—40分钟内杀死所有微生物包括芽孢110蒸汽在60—80分钟内杀死所有微生物包括芽孢100海平面的纯水沸腾温度；很快杀死营养细胞，但不包括芽孢82-93杀死细菌、酵母和霉菌的生长细胞66-82嗜热菌生长60-77牛奶30分钟巴氏杀菌，杀死所有主要致病菌（芽孢菌除外）目录图2-1细菌热致死速率曲线图2-2细菌热致死时间曲线图2-1细菌热致死速率曲线图2-2细菌热致死时间曲线D值又称为指数递减时间，是指在一定热力致死温度条件下，杀死某菌群微生物总数的90%所需时间，也就是在对数坐标中c的数值每跨过一个对数坐标值所对应的时间(min)。热力致死速率曲线目录图2-1细菌热致死速率曲线图2-2细菌热致死时间曲线图2-1细菌热致死速率曲线图2-2细菌热致死时间曲线Z值是指在热致死时间曲线中，使热致死时间降低一个对数周期(即热致死时间降低10倍)所需要升高的摄氏温度数。F值为在指定致死温度下杀死具有特定Z值的一定数量微生物所需要的分钟数。一般可用121℃时热力致死时间表示。热力致死时间曲线目录四、UHT杀菌食品的类型及其装置和效果1微生物的加热杀菌食品中微生物的热杀菌方法有干热和湿热两种不同杀菌方式。一般湿热杀菌效果优于干热杀菌。其原因主要有：①蛋白质凝固所需的温度与其含水量有关，含水量愈大，发生凝固所需的温度愈低。②温热灭菌过程中蒸气放出大量潜热，加速提高温度。③湿热的穿透力比干热大，使深部也能达到灭菌温度，故湿热比干热效果好。目录直接加热：将蒸汽直接喷入食品中（蒸汽喷入式）和将食品喷入蒸汽中（喷入式）两种加热食品方法。间接加热：有板式加热和管式加热以及刮板式加热装置。板式装置是加热介质和食品通过隔板间隙时，相互进行热交换。管式装置是罐中的蒸汽或热水对罐内盘管中流过的食品进行热交换的加热装置。刮板式UHT杀菌装置一般用于高黏性食品和含有固形物的流动食品的加热杀菌。目录2流动性食品UHT杀菌装置和杀菌效果在世界各国有多种无菌包装食品上市，如常温下长期存放的灭菌乳、果汁饮料、葡萄酒、番茄沙司等。这些流动性食品在无菌包装食品中占有很大比例，它们一般被分为低黏性和高黏性两类食品，在UHT杀菌中，二者的杀菌装置和工艺有所不同。目录原奶接受净乳初次杀菌65℃/15秒冷却至4℃储罐冷藏(4℃,24小时)①原奶处理1）低黏性食品UHT杀菌装置与杀菌效果以牛奶为代表。目录②预杀菌/巴氏杀菌工段鲜奶预热(68℃)脱气标准化均质(150bar)巴氏杀菌机(72-85℃/10-20秒)能源再生/冷却储罐冷藏(4℃,24小时)预杀菌奶目录预杀菌奶预热至75℃均质75℃(180-250bar/50bar)超高温灭菌(135-150℃,数秒)能源再生/冷却(20℃)无菌罐无菌灌装③超高温及无菌灌装工段目录2）高黏性食品UHT杀菌装置与杀菌效果高黏性食品的UHT杀菌装置一般采用间接加热的表面刮板式设备和直接加热的蒸汽直接喷射式杀菌设备。对于像番茄酱、牛奶沙司这类的产品，为了防止加热引起的焦糊问题，通常采用表面刮板式UHT杀菌装置。表面刮板式热交换器的断面图加热介质（蒸汽，冷水）保温材料食品旋转轴传热面刮板刀目录随着高黏性食品无菌包装的发展，世界各国更注重开发可长时间、连续杀菌的新装置。代表性的是吴羽式UHT装置，该装置中对高黏性食品UHT杀菌起关键作用的部位，其蒸汽混合基本结构如图所示。12345吴羽式UHT装置中蒸汽混合结构断面图蒸汽多孔板流体目录其整个工艺过程是，在设备关键部位将蒸汽喷入高黏性食品中进行混合，使物料瞬时升到杀菌温度（100～150℃），且加热均匀，然后在真空系统蒸发除去多余水分，再瞬时冷却至所要求的温度。该装置与以前的UHT杀菌装置比，最大优点是能应用于此前因加热焦糊、变色、风味损失而无法进行UHT杀菌加工的食品，使这类高黏性食品在不影响品质的情况下可连续进行UHT杀菌。目录5.3欧姆加热杀菌技术定义：以加热为主要目的，电流直接通过食品使食品内部产生热量而杀菌的技术。特征：采用欧姆加热作为杀菌热源，对于颗粒物料，很好地克服瞬间加热不均、加热较慢的缺点。目前，英国APVBaker公司已制造出工业化规模的欧姆加热设备，可使高温瞬时技术推广应用于含颗粒（粒径高达25mm）食品的加工。目录欧姆加热(ohm-heating)是将电能转变成热能，亦称电阻加热(resistanceheating)、焦耳加热(Jouleheating)、电力加热(electroheating)等，是电流在一对电极之间流过连续流动的食品，食品内部产生热量，达到灭菌的目的。电器模拟装置产品加热交流电电源电极欧姆加热处理器（静态结构）原理图一、欧姆加热的原理此时将食品视为具有一定电阻的导体，在电流的作用下产生焦耳效应，产生热量的大小用焦耳定律描述。目录欧姆加热技术与传统热杀菌技术在热量产生和传递方面有着本质的区别。对于粒径小于15mm的食品，常规热杀菌方法是采用管式或刮板式换热器进行间接热交换，其热传递速率取决于传导、对流或辐射的换热条件。目录欧姆加热，是利用食品本身所具有的电不良传导性所产生的电阻来加热食品，使食品不分液体、固体均可受热一致，并可获得比常规方法更快的颗粒加热速率。因而可缩短含大颗粒固体食品的杀菌时间，得到高品质产品，同时更能保持食品颗粒的完整性，是目前用来加工含颗粒食品最为有效的杀菌技术之一。目录二、欧姆加热杀菌优点欧姆加热是体积加热方式，液体和其中的固体几乎同时加热，加热更加迅速。在传统加热中，固体受热依靠传导液体的热量，因此当固体中心的温度达到灭菌温度时，液体和固体的表面已经过热，降低产品的质量。（1）欧姆加热是快速的体积加热目录(2)流动接近塞状流,形成均匀的温度场(3)没有传热面,固体表面不会结成硬块,也不会结垢(4)特别适合加热含有大颗粒的食物(直径25mm)和高粘度、热敏性、导热系数低的食品目录(5)可处理固形物含量高达(50-80)%的物料，传统加热中、固体靠液体传导热量，故必须有足够的液体来加热固体，欧姆加热则没有这个问题。(6)欧姆加热是电加热，虽然电能较贵，但其转化率较高（90%），其他能量的转化率只有(45-50)%，故加热1t产品的能耗与用蒸汽加热是差不多的。(7)对产品的机械损伤小，产品颗粒非常完整。目录与传统的巴氏杀菌相比，欧姆加热对牛奶的杀菌效果更好：巴氏杀菌处理后牛奶菌落总数和大肠菌群残留率分别为15.76％和4.80％，欧姆加热处理后的牛奶菌落总数的大肠菌群残留率均可达到0。从牛奶的营养成分损失情况来看，欧姆加热与巴氏杀菌相比也有一定的优势：巴氏杀菌处理后牛奶中蛋白质和乳糖的损失率分别为1.74％和4.15％，而欧姆加热处理后牛奶中蛋白质和乳糖的损失率分别为1.40％和3.73％。目录仪表控制板电源产品出口欧姆加热器机械操作仪表化泵泵控制电力输出控制电力总电源一条生产线的欧姆加热器和电源配置它由三个基本组件构成，即加热器、电源装置和标准仪表板。加热器最简单的结构有3个电极罩和两根串联连接的加热管。在加热条件范围更广时，需要更大的电源装置，因此有必要增加更多的加热区段。两组加热段串联的单根欧姆加热器产品出口塑料电极罩内衬塑料的不锈钢管电极产品进口电源三、连续作业的欧姆加热装置目录5.4超高压杀菌技术定义：指将密封于弹性容器内的食品置于水或其它液体作为传压介质的压力系统中，经100MPa以上的压力处理，以达到杀菌，灭酶和改善食品的功能特性等作用。超高压处理通常在室温或较低的温度下进行，在一定高压下食品蛋白质变性、淀粉糊化、酶失活、生命停止活动，细菌等微生物被杀死。而在超高压作用下，蛋白质等生物高分子物质及色素、维生素、香气成分等低分子化合物的共价键却不发生变化，从而使超高压处理过的食品仍然保持其原有的营养价值、色泽和天然风味。目录与传统的热处理相比，超高压处理具有无可比拟的优点：首先，它能在常温或较低温度下达到杀菌、灭酶的作用，与传统的热处理相比，减少了由于高热处理引起的食品营养成分和色、香、味的损失或劣化；其次，由于传压速度快、均匀、不存在压力梯度，超高压处理不受食品的大小和形状的影响，使得超高压处理过程较为简单；此外，这一技术耗能也较少，处理过程中只需在升压阶段以液压式高压泵加压，而恒压和降压阶段则不需要输入。一、超高压杀菌的优点目录从国内外的现状和趋势看，有关超高压处理技术的研究和应用集中在两方面：（一）以达到食品保藏为目的，研究超高压的杀菌、灭酶作用。（二）以修饰、改变食品有关特性为宗旨，研究超高压对食品理化性质的影响。目录超高压杀菌的图示目录目录1高压对微生物的影响①超高压作用下，微生物形态的变化；②超高压对微生物新陈代谢的影响；③高压达到一定程度会发生不可逆变化。二、超高压杀菌的原理2环境因素对高压杀菌的影响①加压时间②加压温度：温度越高杀菌效果越好。③物料的化学组成：一般来说，