食品工艺学(杀菌)

第四节罐头食品的杀菌与冷却1.概述2.罐头食品的微生物学3.罐头食品的传热学4.罐头食品的杀菌工艺条件的确定5.罐头食品的杀菌技术与设备达到商业无菌破坏食品中的酶，尽可能保持食品原有色泽、风味和营养1.概述１.１罐头食品杀菌的目的商业无菌罐头食品经过适度的热杀菌后,不含有对人体健康有害的致病性微生物(包括休眠体)，也不含有在通常温度条件下能在罐头中繁殖的非致病性微生物。１.2.罐藏食品中的微生物罐头食品的杀菌对象罐头中常见的腐败菌罐头食品的杀菌对象致病菌腐败菌食品腐败(FoodSpoilage)：是指食品在微生物作用下，食品的感官品质、营养品质甚至卫生安全品质等发生不良变化，而丧失其可食性的现象。腐败菌(Spoilagebacteria)：导致食品腐败变质的各种微生物。１.３罐头常见腐败变质现象及其原因胀罐平盖酸败黒变或硫臭腐败发霉引起食物中毒的产毒菌１.３.１胀罐又称胖听(swell)是指罐头底盖不像正常情况下呈平坦或内凹状，而出现外凸的现象。是罐头食品最常见的腐败变质现象。隐胀罐：外观正常，若用硬棒扣击底盖的一端，则它的另一端底盖就会外凸，如用力将凸端慢慢地向罐内掀压，罐头则又重新恢复原状。轻胀罐：底或盖呈外凸状，若用力将凸端掀回原装，则另一端随之外凸。硬胀罐：罐头底、盖同时坚实的或永久性的外凸。根据底盖外凸程度，可以分为：假胀罐氢胀罐细菌性胀罐胀罐发生的原因：因食品装量过多或罐内真空度过低所造成；一般杀菌后就会出现，如午餐肉罐头就极易出现假胀罐现象。假胀罐（或物理性胀罐）：因罐内食品酸度太高，内壁迅速腐蚀,锡、铁溶解产生氢气，大量氢气聚集顶隙中而出现胀罐，一般经一段时间贮藏后才会出现.氢胀罐（或化学性胀罐）：因微生物在罐头中生长繁殖而出现的食品腐败变质所引起的胀罐现象。产生原因：①杀菌不足；②罐头裂漏细菌性胀罐：(2)平盖酸败(Flatsours)是指罐头外观正常，而内容物却已在细菌活动下发生腐败，呈轻微或严重酸味的变质现象。导致罐头食品产生平盖酸坏变质的微生物，被称为平酸菌；平酸菌大多数为兼性厌氧的嗜热性腐败菌；平酸菌能将碳水化合物分解产生乳酸、甲酸、乙酸等有机酸类，使食品酸败，但不产生气体；罐头外观正常，必须开罐检验方能区别。平酸菌：平盖酸败(Flatsours)低酸性食品中常见的平酸菌：嗜热脂肪芽孢杆菌(Bacillusstearothermophilus),其耐热性很强(高于肉毒杆菌)，能在49～55℃下生长，最高生长温度65℃。酸性食品中常见的平酸菌：嗜热酸芽孢杆菌(Bacillusthermoacidurans)能在pH4或略低的介质中生长，最适生长温度45℃，最高生长温度54～60℃，是番茄制品中常见的重要腐败菌。在中酸性食品中也能生长。pH低于4.0不再产生芽孢，并迅速自行消失。黒变或硫臭腐败(Sulphidespoilage)硫臭腐败：是由致黒梭状芽孢杆菌(Clostridiumnigrificans)分解含硫蛋白质并产生唯一的H2S气体，H2S与罐内壁铁质反应生成黑色的FeS，沉积于罐内壁或食品上，使食品发黑并呈有臭味，此现象称黒变或硫臭腐败。致黒梭状芽孢杆菌(Clostridiumnigrificans)能在35-70℃范围内生长，适宜生长温度55℃，其芽孢的耐热性比平酸菌和嗜热厌氧腐败菌(e.g内毒杆菌，Clostridiumbotulinum)的低，这类腐败罐头在正常杀菌条件下并不常见，只有杀菌严重不足时才会出现。发霉罐头内食品上出现霉菌生长的现象，称发霉引起食物中毒的产毒菌可在罐头食品中生长的产毒菌种类不多,主要为：肉毒杆菌金黄色葡萄球菌１.４热杀菌的影响因素两大方面：微生物的耐热性罐头的传热连续回转式高压杀菌法火焰杀菌法微波加热杀菌(软包装)预杀菌和无菌装罐技术高(静)压杀菌技术１.５现代杀菌技术的发展新技术的应用为提高罐头食品品质创造了条件。２.微生物的耐热性影响微生物耐热性的因素微生物耐热性的表示方法2.1影响微生物耐热性的因素微生物的种类数量热处理前细胞生长(或芽孢形成)环境食品的酸度（pＨ）食品的化学成分热处理温度和时间(１)微生物的种类和数量微生物种类:可为三个群:A群(热敏感微生物):沙门氏菌、埃希氏菌、变形菌、假单胞菌属的细菌，芽孢菌属、梭菌属细菌的营养体，酵母营养细胞、霉菌的菌丝以及酵母孢子和部分霉菌的孢子；B群(耐热微生物):微球菌(牛奶腐败)、嗜热链球菌及其他链球菌、乳杆菌、绝大多数霉菌有性孢子和酵母有性孢子、霉菌无性孢子、大多数的病毒;C群(非常耐热的微生物):主要是芽孢杆菌属和梭菌属的芽孢。生育阶段不同,微生物的耐热性也不同。在同样条件下，对数生长期的菌体抗热性比稳定期的差；老龄细菌芽孢的耐热性就比幼龄细菌的芽孢抗热性强；孢子或芽孢的抗热性比营养体强。耐热性：嗜热菌芽孢厌氧菌芽孢需氧菌芽孢微生物数量热力致死时间与原始活菌数有关，原始活菌数越多，所需的热力致死时间越长。原始菌数和玉米罐头杀菌效果的关系发生平盖酸败的百分率121℃时的杀菌时间（min）无糖60芽孢/10g糖2500芽孢/10g糖70809000000095.875.054.2(2)热处理前细胞生长(或芽孢形成)环境热处理前细胞生长的环境(营养条件、培养温度)对微生物抗热性的影响明显。(3)食品酸度（pH值）pH值是对微生物耐热性影响最大的因素之一•Bigelow等人1920年研究了好气菌的芽孢在不同pH中，采用不同温度杀菌的致死情况：耐热性最强的pH：肉毒梭菌：6.3-6.9枯草杆菌：6.8-7.6酵母：6.80.111010098.9110121杀菌时间（分）杀菌温度(℃)pH5--7pH4.5pH3.5介质pH值对细菌芽孢耐热性的影响常见食品的pH值食品种类pH值食品种类pH值平均最低最高平均最低最高苹果3.43.23.7番茄汁4.34.04.4苹果沙司3.63.24.2番茄酱4.44.24.6杏3.93.44.4芦笋(绿)5.55.45.6葡萄汁3.22.93.7青刀豆5.45.25.7柠檬汁2.42.32.8胡萝卜5.25.05.4桃3.83.64.0蘑菇5.85.85.9酸渍黄瓜3.93.54.3青豆6.26.06.3甜酸渍品2.72.53.0甘薯5.25.15.4草莓3.43.03.9马铃薯5.55.45.6番茄4.34.14.6菠菜5.45.15.9(4)基质的成分：水分加热杀菌时，微生物的耐热性与介质或罐头食品的化学成分有很大关系。水分：微生物的抗热性随基质含水量减少而增强。同种微生物在干热条件下的耐热性远远高于湿热条件下的。脂肪脂肪能增强微生物的耐热性。原因：脂肪与微生物细胞的蛋白质胶体接触，形成的凝结薄膜层妨碍了水分的渗入，使蛋白质凝固困难；脂肪是热的不良导体，阻碍了热的传入。糖类糖类:对微生物的芽孢有保护作用,糖浓度越高，杀菌所需时间越长；低浓度糖对芽孢耐热性的影响较小，高浓度糖对芽孢有保护作用；糖浓度高到一定程度（60%左右）时，高渗透压环境能抑制微生物生长。蛋白质蛋白质对微生物有保护作用,提高微生物的耐热性。食品中含5%蛋白质时对微生物有保护作用。蛋白质含量17～18﹪或更高时，则对微生物的耐热性影响不进一步增加。蛋白质如明胶、血清等能增强芽孢的耐热性。加明胶后，细菌耐热性提高2倍。盐类NaCl等2-3%提高耐热性，进一步提高浓度则降低耐热性；食盐浓度对微生物细菌残存率的影响02040608010000.511.522.533.54食盐浓度(%)细菌残存率(%)天然抗菌物质或化学抑菌物质微生物的耐热性会明显下降，并可降低原始菌量。某些蔬菜和香辛料，如洋葱、辣椒、胡椒、芹菜、蒜头、芥末、胡萝卜等的汁液挥发出来的物质有抑制或杀死微生物的作用。这些物质称植物杀菌素。（５）热处理温度和时间微生物的致死主要由热处理温度和时间决定；从60℃开始的各点温度对微生物都有致死作用；不同温度下，微生物致死时间有很大差异；温度越低，致死时间就越长，反之则随着热处理温度升高，热力致死时间会迅速缩短。热处理温度和时间12011030015030251212050100150200250300350枯草杆菌马铃薯杆菌肉毒梭菌A肉毒梭菌B致死时间（min）100℃125℃芽孢菌在不同温度下的致死时间050100150200250300350100105110115120125130杀菌温度杀菌时间（min）枯草杆菌肉毒梭菌两种菌在不同温度下所需杀菌时间２.２微生物耐热性的表示方法热力致死温度热力致死速率曲线热力致死时间(TDT)F值与Z值、D值的关系２.２.１热力致死温度定义：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。2.2.2热力致死速率曲线1954年日本的谷川等人以鲑鱼罐头中分离出的巨大芽孢杆菌为对象菌进行108℃的热杀菌试验，发现残存的芽孢数与热处理时间之间存在下面的关系：杀菌时间(min)残存芽孢数(个/ml)11000000001.5500000002.510000000410000006100000810000101000杀菌时间与残存芽孢数之关系图020000000400000006000000080000000100000000120000000012345678910杀菌时间(min)残存芽孢数(个/ml)谷川等人根据试验结果，以杀菌时间做横坐标、残存活菌数做纵坐标作图：对数化处理后杀菌时间与残存芽孢数之关系0123456789024681012加热时间(min)残存芽孢数(logX/ml)如以单位样品内活菌残存数的对数值为纵坐标，以加热时间为横坐标，作图，则可得一直线图。该曲线即为热力致死速率曲线(在一定温度下加热时间与微生物残存数之间关系曲线)。热力致死速率曲线设原始菌数为a，经过一段热处理时间t后，残存菌数为b，直线的斜率为k，则：lgb–lga=k(t–0)t=-1/k(lga–lgb)令–1/k=D，则：t=D(lga－lgb)热力致死速率曲线与菌种有关，与环境条件有关，与杀菌温度有关。D值D值:指数递减时间(Decimalreductiontime)定义：在一定的环境和一定的热力致死温度条件下，每杀死某细菌数群中90﹪原有活菌数时所需要的时间。D值受处理温度、菌种、细菌或芽孢所处悬浮液性质等的影响；与原始菌数无关；从图上可知，D值是指热力致死速率曲线经过一个对数周期时所需得时间(min)，它是该直线斜率的倒数；D值与微生物的死亡速率成反比。D值愈大，则细菌死亡速度愈慢，该菌的耐热性愈强，反之，则愈弱。所以，D值大小与细菌耐热性的强度呈正比。例如：某菌原始数1×104，110℃热处理3min后，菌数降为1×10，则：)lg(lgbaDtbatDlglgD值的计算与表示：min114310lg10314laD表示为：D110℃＝1.00部分食品中常见腐败菌的D值腐败菌腐败特征耐热性嗜热脂肪芽孢杆菌平盖酸败D121=4.0-5.0min嗜热解糖梭状芽孢杆菌产酸产气D121=3.0-4.0min嗜热菌致黑梭状芽孢杆菌致黑硫臭D121=2.0-3.0min肉毒杆菌A、B产酸产气产毒D121=6-12sec生芽孢梭状芽孢杆菌(P.A3697)产酸产气D121=6-40sec低酸性食品嗜温菌凝结芽孢杆菌平盖酸败D121=1-4sec巴氏固氮梭状芽孢杆菌产酸产气D100=6-30sec酪酸梭状芽孢杆菌产酸产气D100=6-30sec酸性食品嗜温菌多粘芽孢杆菌产酸产气D100=6-30sec2.2.4热力致死时间(TDT)曲线热力致死时间(ThermalDeathTime，TDT)：是指热力致死温度保持不变，将处于一定条件下的食品(或基质)中的某一对象菌(或芽孢)全部杀死所必须的最短的热处理时间。lgt2-lgt1=k(T2-T1)lgt1-lgt2=-k(T2-T1)令Z=-1/k则得到热力致死时间曲线方程：ZTTtt12