第3章热处理与杀菌.ppt
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1、1,第3章,食品热处理与杀菌,教学目的和要求: 熟悉食品热处理及杀菌的方法,掌握食品热杀菌原理; 掌握食品罐藏、巴氏杀菌、热烫等基本工艺过程和实现工艺的系统要求及设备; 熟悉热处理对食品质量与安全的影响;能够根据不同食品性质选择和确定产品不同杀菌方法、设备和杀菌工艺条件。,2,教 学 内 容 (讲课学时:14h),食品热处理杀菌原理 商业杀菌工艺技术 巴氏杀菌工艺技术 热烫处理工艺技术 热处理对食品质量的影响及控制,3,保藏热处理:降低微生物和酶活性 转化热处理:蒸煮、烘烤、油炸,4,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。 -由于
2、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,这时食品品质可能已劣变到无法食用。 商业杀菌(commercial sterilzation):将病原菌、产毒菌及造成食品腐敗的微生物杀死,罐头内允许残留有微生物或芽孢;在常溫无冷藏狀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。,5,巴氏杀菌(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。 热烫(Blanching):生鲜的食品原料迅速以热水或蒸气加热处
3、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。,6,第1节 食品热处理杀菌原理,微生物的耐热性 食品的传热 食品热杀菌强度的计算 食品热杀菌条件的确定,7,热力杀菌罐藏保存食品的历史,1795年法国大革命时期,拿破伦在欧洲战场东奔西走,新鲜食品不足,士兵净吃盐浸、干燥、烟熏食物,长时间航海士兵因营养不良坏血病猛增,拿破伦意识到士兵虽有士气,但没有丰富的营养也不行。 1804年法国人尼古拉 阿培尔发明了制作罐头 的方法,从此诞生了罐 头。,8,1804年阿培尔发明了把水果、蔬菜、肉、鱼、鸡蛋等调理食品装入玻璃瓶,用软木塞密封后,在沸水中加热处理,就能保存几年的制作方法,获
4、得12000法郎奖金。,9,酒浸鳗鱼肉 法式鳗鱼肉 鳗鱼肉香沙司,10,1810年英国人使用金属罐制作罐头,下图为1824年的产品照片。 马口铁罐发明人:彼得朱兰特,11,1845年阿培尔的外甥开发的100以上的加热杀菌锅。,12,1861年巴斯德发现食品腐败的原因是腐败微生物引起。 揭示了热力 杀菌原理。,13,美国南北战争期间,罐头作为士兵携带的食品而被迅速扩大生产。,14,1871日本第一次生产了罐头,1922成立了罐头协会。,15,现代罐头加工技术的特点: 二重卷边密封,形成装料、抽气、杀菌,流水线作业。,16,1950年美国陆军研究制造了软罐头食品,日本在1969年首次生产了软罐头食
5、品。,17,罐藏工艺的重要性 安全性 无需防腐剂 方便性 常温贮藏流通,18,1895年麻省理工学院开展了食品微生物研究,得出了结论,罐藏食品的腐败是由于加热量经常达不到破坏食品内的微生物所造成。 要制定出既达到杀菌的要求,又可以使食品的质量因素变化最少的合理的杀菌工艺参数(温度和时间),就必须研究微生物的耐热性,以及热量在食品中的传递情况等,以便确定科学合理的热处理条件。,19,一、微生物的耐热性,微生物对热的敏感性常受各种因素的影响,如种类、数量、环境条件等。 鉴定微生物的死亡,常以它是否失去了繁殖与变异能力为标准。,20,依细菌生长速度与温度之相互关系可将之分成: 嗜冷菌(Psychro
6、philes)-生长最适温度在1020,如霉菌和部分细菌可在此温度下生长; 嗜温菌(Mesophiles)-生长最适温度在2536.7; 嗜热菌(Thermophiles)-生长最适温度在5065,有的可以在76.7下缓慢生长。,21,罐头食品的腐败及腐败菌 凡能导致罐头食品腐败变质的各种微生物都称为腐败菌。 有人曾对日本市场销售的罐头进行过普查,在725只肉、鱼、蔬菜和水果罐头中发现有活菌存在的罐头各占20%、10%、8%、和3%;大多数罐头中出现的细菌为需氧性芽孢菌商业无菌。 这些罐头并未出现有腐败变质的现象;主要是罐内缺氧环境抑制了它们生长繁殖的结果;若将这些罐头通气后培养,不久就出现腐
7、败变质现象。,22,若正常加工和杀菌的罐头在贮藏运输中发生变质时,就应该找出腐败的根源,采取根除措施。 事实表明,罐头食品种类不同,罐头内出现腐败菌也各有差异。 各种腐败菌的生活习性不同,故应该选择不同的杀菌工艺要求。 因此,弄清罐头腐败原因及其菌类是正确选择合理加热和杀菌工艺,避免贮运中罐头腐败变质的首要条件。,23,-孢子本性(与遗传有关的因子); -孢子或细胞生长或形成时环境条件; -孢子或细胞在加热时环境及加热后的再生条件。,1影响微生物耐热性的因素,24,霉菌、酵母耐热性低,部分细菌很耐热。 菌种不同、耐热性不同。 同一菌种,菌株不同,耐热性也不同。 正处于生长繁殖的细菌的耐热性比它
8、的芽孢弱。 各种芽孢中,嗜热菌芽孢耐热性最强,厌氧菌芽孢次之,需氧菌芽孢最弱。 同一种芽孢的耐热性也会因热处理前菌龄、培育条件、贮存环境的不同而异。,(1)菌种和菌株,25,(2)原始菌数 腐败菌或芽孢全部死亡所需要的时间随原始菌数而异,原始菌数越多,全部死亡所需要的时间越长。 罐头食品杀菌前被污染的菌数和杀菌效果有直接的关系。 -细菌孢子悬浮液内孢子数越多,该悬浮液的耐热性越强。 肉毒杆菌芽孢的数量对致死时间的影响,26,-罐头生产过程中的卫生情况直接影响杀菌效果 -罐头酸败率随罐头所含芽孢数量的增加而增加 蘑菇罐头经杀菌保温后的酸败情况,27,原始菌数和玉米罐头杀菌效果的关系,28,(3)
9、产生孢子的介质、环境因素 热处理前细菌芽孢的培育和经历,生物有抵御周围环境的本能。食品污染前腐败菌及其芽孢所处的生长环境对其耐热性有一定影响。 -自然条件较人工培养条件更有助于孢子产生耐热性; -不同培养基对所形成的芽孢耐热性影响很大,在含有磷酸或镁的培养基中生长出的芽孢具有较强的耐热性;在含有碳水化合物和氨基酸的环境中培养芽孢的耐热性很强; -在高温下培养比在低温下形成的芽孢的耐热性要强; -菌龄与贮藏期也有一定影响。,29,(4)与加热介质有关因子 热处理时介质或食品成分的影响,原料酸度(pH值) -大多数芽孢杆菌在中性范围内耐热性最强,pH低于5时细菌芽孢就不耐热; -在加工一些蔬菜和汤
10、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,保存食品品质和风味。,加热介质pH对芽孢耐热性的影响,30,肉毒杆菌在pH4.5的食品中生长受到抑制,也不会产生毒素,细菌或芽孢在低pH值条件下不耐热处理,因而在低酸性食品中加酸(以不改变原有风味为原则)以提高杀菌和保藏效果。 酸使微生物耐热性减弱的程度随酸的种类而异,一般乳酸对微生物的抑制作用最强,苹果酸次之,柠檬酸稍弱。罐头中常使用的是柠檬酸。,31,食品的酸度对微生物及其芽孢的耐热性的影响十分显著,所以食品酸度与微生物耐热性这一关系在罐头杀菌的实际应用中具有相当重要的意义。 使罐头食品填充液酸化,结果可使污染细菌耐热性降低。 -如
11、果添加酸的百分比相同,对降低细菌耐热性的有效程度,其顺序为乳酸、柠檬酸和醋酸; -如果以pH值为标准,则其顺序为醋酸、乳酸、柠檬酸。,32,食品化学成份如罐头内容物中的糖、盐、蛋白质、脂肪等对微生物的耐热性有不同程度的影响,糖的影响 -高浓度的糖液对受热处理的细菌的芽孢有保护作用 -糖吸收了微生物细胞中的水分,导致细胞内原生质脱水,影响了蛋白质的凝固速度,从而增强了细胞的耐热性,糖对细菌耐热性的影响,33,盐的影响 低浓度的食盐(2%4%)对微生物的耐热性有保护作用; 8%以上高浓度的食盐对微生物的耐热性有削弱的作用; 这种削弱和保护的程度常随腐败菌的种类而异。 -低浓度食盐的渗透作用吸收了微
12、生物细胞中的部分水分,使蛋白质凝固困难从而增强了微生物的耐热性。 -高浓度食盐的高渗透压造成微生物细胞中蛋白质大量脱水变性导致微生物死亡;食盐中的Na、K、Ca2和Mg2等金属离子对微生物有致毒作用;食盐还能降低食品中的水分活度(Aw),使微生物可利用的水减少,新陈代谢减弱。,34,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 食品中的酶:在罐头杀菌过程中,几乎所有的酶在8090的高温下,几分钟就可能破坏。近年来采用的高温短时杀菌和无菌装罐等新措施,遇到罐头食
13、品异味发生的现象,检验没有细菌的存在,而是过氧化物酶对高温短时杀菌处理的抵抗力比许多耐热细菌还强。因此,将果品中过氧化物酶的钝化作为酸性罐头食品杀菌的指标。,35,(5)加热后的再生条件 杀菌后细菌芽孢所处的环境,嗜热平酸菌在罐头内杀菌后迅速冷却至37以下,并在室温下贮藏,可使罐内芽孢不萌发生长,甚至于自行灭亡。 一般细菌在较低pH下无法萌发生长,肉毒杆菌在pH4.6以下不能发育。因此高酸性食品常用100沸水杀菌,因为不必考虑杀死肉毒杆菌问题。 水分活性对微生物的发育也有影响。 -食品罐头的杀菌不一定要使罐内完全无菌,除要严格控制肉毒杆菌的生长以防其产生毒素外,只要在一般商品流通过程中不变质,
14、而且罐头腐败率在经济上合算范围以内就可以说达到杀菌目的。这就是罐头杀菌通常都称为商业灭菌的原因所在。,36,(6)热处理温度 最低热致死温度;提高温度可以减少致死时间。 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。 按照微生物的一般致死原理,微生物在高于其生长温度区域最大值的热环境中,必然受到致命的损害,且随着受热时间的延长而加剧,直至死亡。 实验证明:微生物的热致死率是加热温度和时间的函数。,37,不同温度时炭疽菌芽孢的活菌残存数曲线,38,热处理温度对玉米汁中平酸菌死亡时间的影响,39,注意:,微生物在热力作用下的死亡特性既然是各种因素综合影响的结果,那么,对腐败菌耐热性作比较时
15、就应指出比较时所处的条件。 利用某对象菌耐热性作为确定某罐头食品的杀菌程度时,测定对象菌耐热性所处的条件和环境应和该罐头食品所含成分基本一致。,40,各种腐败菌对酸性环境的适应性不同,而各种食品的酸度或pH值也各有差异。 根据腐败菌对不同pH值的适应情况及其耐热性,罐头食品按照pH不同常分为四类:低酸性、中酸性、酸性和高酸性。 在罐头工业中,酸性食品和低酸性食品的分界线以pH4.6为界线。 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。,2热杀菌食品的pH分类,41,水份活度Aw和pH对微生物的生长有决定性的影响,实验数据表明,Aw 0.85和pH4.6
16、是一个分界点,如果某食品控制在Aw 0.85以下及pH4.6以下是属于较安全的食品,只需要低于100温度杀菌便可,如果汁罐头就是属于这种情形。 但科学家实验也证明上述两个制约因素中只要有一个达到,便可用100温度杀菌。,水分活度Aw,42,美国食品科学家把罐头食品分为三大类: 酸性食品:指自然pH4.6的产品。 酸化食品:指自然pH4.6,而经配料酸化,成品最终平衡成 pH4.6的产品。 美国FDA将水份活度Aw和pH的不同将罐头食品分为:低酸食品(Low acid foods)和酸化食品(Acidified foods)作为对食品分类管理的依据。,美国FDA判定标准:,43,低酸和酸化食品判
17、定表,(上述资料来源:美国FDA的INSTRUCTIONS FOR ESTABLISHMENT REGISTRATION AND PROCESS FILING FOR ACIDIFIED AND LOW ACID CANNED FOODS 指引小册子),44,各种常见罐头食品的pH值,45,罐头食品按照酸度的分类,46,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。 肉毒杆菌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,故存在于食品原料中的可能性很大。,罐
18、头食品的这种分类主要取决于肉毒杆菌的生长习性,47,罐头内的缺氧条件又对肉毒杆菌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。,Clostridium botulinum,48,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
19、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。 由于中酸性食品的杀菌强度要求与低酸性食品的要求相同,因此它也被并入低酸性食品一类。,49,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。,50,微生物耐热性通常用时间和温度来表
20、示。 当食品中微生物菌群与高温接触时,虽然微生物营养细胞没有芽孢对温度的忍耐力强,但高温对微生物数量减少的影响都有一个相似的变化在一定的致死温度下,随着时间的增加,微生物数量以对数减少。,3微生物耐热性参数,51,热力致死温度:古老概念,微生物死亡不仅仅与温度有关,已不再使用。 热力致死时间(Thermal Death Time):热力温度保持恒定不变,将处于一定条件下的悬浮液或食品中某一菌种的细胞或芽孢全部杀死所必需的最短热处理时间。 细菌的热力致死时间随致死温度而异。它表示了不同热力致死温度时细菌芽孢的相对耐热性。,(1)热力致死时间曲线(TDT曲线),52,若以热处理温度为横坐标,以热处
21、理时间为纵坐标(对数值),就得到一条直线,即热力致死时间曲线。 表明热力致死规律按指数递降进行。与微生物种类、数量和环境条件有关。 Z值的概念:直线横过一个对数循环所需要改变的温度数()。 Z-1/k,热力致死时间曲线,Z,53,换句话说:Z值为热力致死时间按照1/10,或10倍变化时相应的加热温度变化()。 Z值等于该曲线斜率的倒数。 Z值越大,因温度上升而取得的杀菌效果就越小。 热力致死时间曲线方程: lg(t1/t2)=(2-1)/Z t1=t2lg-1(2 -1)/Z 对于低酸性食品,以肉毒杆菌为对象菌,一般取Z=10 对于酸性食品,采取100或以下杀菌,通常取Z=8,54,F0值:通
22、常用121(国外用250F或121.1)作为标准温度,该温度下的热力致死时间用符号F0来表示,并称为F0值。 F0值就是在121.1温度条件下杀死一定浓度的细菌所需要的时间F0值与原始菌数是相关的。 -121.1时的热力致死时间(min),即TDT121.1。-与微生物种类、数量和环境条件有关。,55,理论杀菌强度F0 : F0tlg-1(-121.1)/Z 任意杀菌温度的F值: F= F0lg-1(121.1-)/Z lg(t1/t2)=(2-1)/Z t1=t2lg-1(2 -1)/Z,56,(2)热力致死速率曲线(活菌残存数曲线),微生物及其芽孢的热处理死亡数是按指数递减或按对数循环下降
23、的。 若以纵坐标为物料单位值内微生物细胞数或芽孢数的对数值,以横坐标为热处理时间,可得到一直线热力致死速率曲线。 D值的概念:直线横过一个对数循环时所需要的时间(Decimal reduction time)。 D-1/k,热力致死速率曲线,D,57,热力致死速率方程: t=D(lga-lgb) a-原始菌数;b-残留菌数 D值:在一定的处理环境中和在一定的热力致死温度条件下某细菌数群中每杀死90%原有残存活菌数时所需要的时间。 -在特定的环境中和特定的温度条件下,杀灭90%特定的微生物所需要的时间(min)。 -热力致死速率曲线直线斜率的倒数。直线斜率实际反映了细菌的死亡速率。,58,D值越
24、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。 D值随热处理温度、菌种、细菌活芽孢所处的环境和其它因素而异。 注意:D值不受原始菌数影响。,59,D值可以根据热力致死速率图中直线横过一个对数循环所需的热处理时间求得。 也可以根据直线方程式求得,因为它为直线斜率的倒数,即:D=t/(lga-lgb),例: 100热处理时,原始菌数为1104,热处理3分钟后残存的活菌数是1101,求该菌D值。 3 D= = 1.00 log1.0 104 log1.010 即D 100 或D100=1.00,60,热力指数递减时间(TRT),(3)仿热力致死时间曲线,为了计算杀菌
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