食品工藝學(xué)導(dǎo)論食品的熱加工與殺菌.ppt

1,第二章 食品的熱加工與殺菌,教學(xué)目標(biāo): 1、掌握食品加工與保藏中熱處理的作用、種類及特點(diǎn)；食 品熱處理的基本規(guī)律。 2、了解熱能的種類及其在食品中的傳遞。 3、掌握食品熱處理方法選擇的原則和工藝參數(shù)確定。,2,第二章 食品熱處理和殺菌,第一節(jié) 食品加工與保藏中的熱處理 第二節(jié) 食品熱處理的反應(yīng)動力學(xué) 第三節(jié) 食品的熱殺菌 第四節(jié) 食品的非熱殺菌,3,第一節(jié) 食品加工與保藏中的熱處理,一、食品熱處理的作用 二、食品熱處理的種類及特點(diǎn) 三、食品熱處理使用的能源,4,一、食品熱處理的作用,1、正面作用 殺死微生物，主要是致病菌和其他有害微生物； 鈍化酶； 破壞食品中不需要或有害的成分或因子； 改善食品的品質(zhì)與特性； 提高食品中營養(yǎng)成分的可利用率、可消化性等。,5,2、負(fù)面作用 食品中營養(yǎng)成分，特別熱敏性成分有一定損失； 食品的品質(zhì)和特性產(chǎn)生不良的變化； 消耗能量。,二、食品熱處理的種類及特點(diǎn),（一）根據(jù)熱處理的目的分類 （二）根據(jù)加工方法和工序分類,6,（一）根據(jù)熱處理的目的分類,工業(yè)烹飪 熱燙 熱擠壓 殺菌等。,9,（二）根據(jù)加工方法和工序分類,10,1、工業(yè)烹飪(Industrial cooking)的種類和特點(diǎn),11,2、熱燙(Blanching or Scalding),熱燙，又稱燙漂、殺青、預(yù)煮。 熱燙的作用主要是： （1）破壞或鈍化食品中的酶類； （2）有一定的殺菌和洗滌作用； （3）排除食品組織中的氣體，使食品裝罐后形成良好的真空度及減少氧化作用； （4）軟化食品組織，方便食品往容器中裝填； （5）有預(yù)熱作用，有利于裝罐后縮短殺菌時(shí)間。,12,蒸汽熱燙,影響蒸汽熱燙效果的因素 能量消耗的有效性 物料被加熱的均勻性,13,熱水熱燙,各種熱水熱燙設(shè)備基本都是將物料置于70100熱水中，處理一段時(shí)間后進(jìn)行冷卻。 設(shè)備有轉(zhuǎn)鼓式、刮板式、隧道式等。,14,3、熱擠壓（Hot extrusion),熱擠壓是指食品物料在螺桿的擠壓下被壓縮并形成熔融狀態(tài)，然后在卸料端通過模具出口被擠出的過程中還被加熱。熱擠壓也被稱為擠壓蒸煮（Extrusion cooking）。 擠壓是結(jié)合了混合、蒸煮、揉搓、剪切、成型等幾種單元操作的過程。 特點(diǎn)：擠壓食品多樣化；操作成本較低；在短時(shí)間內(nèi)完成多種單元操作，生產(chǎn)效率較高；便于生產(chǎn)過程的自動控制和連續(xù)生產(chǎn)。,15,4、熱殺菌,熱殺菌是以殺滅微生物為主要目的的熱處理方式。 根據(jù)要?dú)缥⑸锏姆N類和程度的不同可分為： 巴氏殺菌(Pasteurisation) 超高溫殺菌（UHT） 商業(yè)殺菌（Sterilization)。,16,第三節(jié) 食品的熱殺菌,一、熱殺菌的概念 二、食品熱殺菌的種類,17,一、熱殺菌的概念,1、熱殺菌的概念 熱殺菌是以殺滅微生物為主要目的的熱處理形式。 利用熱能轉(zhuǎn)換器（如鍋爐）將燃燒的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崴蛘羝鳛榧訜峤橘|(zhì)，再以換熱器將熱水或蒸汽的熱能傳給食品，或?qū)⒄羝苯訃娙氪訜岬氖称贰?18,二、食品熱殺菌的種類,1. 濕熱殺菌 2. 干熱殺菌 采用火焰灼燒或干熱空氣進(jìn)行滅菌的方法。 3. 電熱殺菌 亦稱“歐姆殺菌“，它利用電極將電流通過物體，由于阻抗損失、介質(zhì)損耗等的存在，最終使電能轉(zhuǎn)化為熱能，使食品內(nèi)部產(chǎn)生熱量而達(dá)到殺菌的目的。,19,4、食品濕熱殺菌的主要類型和特點(diǎn),低溫長時(shí)殺菌法巴氏殺菌 高溫短時(shí)殺菌法加壓殺菌 超高溫瞬時(shí)殺菌法UHT殺菌 蒸汽噴射式加熱滅菌法 二次滅菌法,20,1、低溫長時(shí)殺菌法,特點(diǎn) 簡單、方便，殺菌效果達(dá)99，致病菌完全被殺死； 不能殺死嗜熱、耐熱性細(xì)菌、孢子，以及一些殘存的酶類； 設(shè)備較龐大，殺菌時(shí)間較長。,21,2、高溫短時(shí)殺菌法（加壓殺菌）,特點(diǎn) 占地少，緊湊（僅為單缸法的占地面積的20） 處理量大，連續(xù)化生產(chǎn)，節(jié)省熱源，成本低； 可于密閉條件下進(jìn)行操作，減少污染的機(jī)會。但殺菌后的細(xì)菌殘存數(shù)會比低溫長時(shí)殺菌法高； 加熱時(shí)間短，營養(yǎng)成分損失少，乳質(zhì)量高，無燜煮味； 可與CIP清洗配套，省勞力，提高效率； 溫度控制檢測系統(tǒng)要求嚴(yán)格（儀表要準(zhǔn)確）,22,3、超高溫瞬時(shí)殺菌法（UHT殺菌）,特點(diǎn) 溫度控制準(zhǔn)確，設(shè)備精密； 溫度高，殺菌時(shí)間極短，殺菌效果顯著，引起的化學(xué)變化少； 適于連續(xù)自動化生產(chǎn)； 蒸汽和冷源的消耗比高溫短時(shí)殺菌法HTST高。,23,4、蒸汽噴射式加熱滅菌法,（1） 概念 是指采用蒸汽噴射的UHT滅菌法，通常叫做直接蒸汽噴射或DSI。 在最后的滅菌階段將產(chǎn)品與蒸汽在一定的壓力下混合，蒸汽釋放出潛熱將產(chǎn)品快速加熱至滅菌溫度。,24,（2） 特點(diǎn) 1、加熱和冷卻速度較快。 2、能加工粘度高的產(chǎn)品，尤其對那些不能通過板式熱交換器進(jìn)行良好加工的產(chǎn)品來說，它不容易形成結(jié)垢。但蒸汽壓力將限制設(shè)備長時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)。 3、產(chǎn)品滅菌后需要進(jìn)行無菌均質(zhì)，因此設(shè)備本身的成本和運(yùn)轉(zhuǎn)成本大大增加。 4、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，裝置大多是非標(biāo)準(zhǔn)型，系統(tǒng)成本是同等處理能力的板式或管式加熱系統(tǒng)的兩倍。,25,5、二次滅菌法,（1） 概念 二次滅菌法按設(shè)備運(yùn)行方式可分為間歇式和連續(xù)式。 間歇式是指產(chǎn)品第一次滅菌采用管式超高溫滅菌機(jī)，然后經(jīng)灌裝、封蓋后放入間歇式滅菌器內(nèi)進(jìn)行第二次滅菌。 連續(xù)式是指產(chǎn)品第一次滅菌采用管式或板式超高溫滅菌機(jī)，第二次滅菌采用連續(xù)式滅菌機(jī)。該法滅菌處理的產(chǎn)品保存期長，有利于長途儲運(yùn)。,26,（2） 特點(diǎn) 1、 間歇式二次滅菌法設(shè)備簡單，投資較低，但產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定。 2、 連續(xù)式二次滅菌線的特點(diǎn)是投資大，產(chǎn)量高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。 3、 二次滅菌機(jī)是二次滅菌生產(chǎn)線的核心設(shè)備，要求其升溫、降溫快，傳熱均勻，盡量減小熱沖擊和熱慣性，性能良好，嚴(yán)格執(zhí)行滅菌規(guī)程。,27,巴氏殺菌(Pasteurization),在100以下的加熱介質(zhì)中進(jìn)行的低溫殺菌方法，能殺死病原菌及無芽孢細(xì)菌，但無法完全殺滅腐敗菌，因此巴氏殺菌產(chǎn)品沒有在常溫下保存期限的要求。通常根據(jù)目標(biāo)產(chǎn)品中對象菌的耐熱性而確定熱處理程度。 典型的巴氏殺菌的條件是62.8、30min,未包裝的液體產(chǎn)品的巴氏殺菌 低黏度的液體產(chǎn)品，如牛奶、乳制品等，通常使用連續(xù)式的設(shè)備如板式熱交換器。 果汁等產(chǎn)品需要在加熱前脫氣，以防止氧化，通常可以采用真空脫氣。,有包裝產(chǎn)品的巴氏殺菌 采用玻璃罐的，要注意容器爆裂。加熱時(shí)，容器與水的溫差不能超過20，冷卻時(shí)溫差不超過10。 采用金屬罐或塑料罐，不論采用熱水還是蒸汽作為加熱介質(zhì)，破裂的危險(xiǎn)性都不大。 巴氏殺菌設(shè)備形式類似熱燙設(shè)備,28,超高溫殺菌（UHT）,利用直接蒸汽或熱交換器，使食品在130150，保持幾秒或幾十秒加熱殺菌后，迅速冷卻的殺菌方法。 可運(yùn)用UHT技術(shù)殺菌的食品有低黏性、高黏性、固液混合型、粉狀固體型等食品，如滅菌乳的加工。,29,商業(yè)滅菌,將病原菌、產(chǎn)毒菌及在食品上造成食品腐敗的微生物殺死，在常溫?zé)o冷藏狀況的商業(yè)貯運(yùn)過程中，在一定的保質(zhì)期內(nèi)，不引起食品腐敗變質(zhì)的加熱處理方法稱為商業(yè)滅菌法。,30,正確的殺菌工藝條件應(yīng)恰好能將食品內(nèi)腐敗菌全部殺死和使酶鈍化，保證貯藏安全，但同時(shí)又能保住食品原有的品質(zhì)或恰好將食品煮熟而又不至于過度。,31,酶鈍化程度有時(shí)也被用做食品殺菌的測定指標(biāo)，例如牛乳巴氏殺菌的效果可以根據(jù)磷酸酶活力測定的結(jié)果判定。這是因?yàn)榕Ｈ橹辛姿崦笩崽幚頃r(shí)的鈍化程度和其他病原菌熱處理時(shí)的死亡程度相互一致。,32,三、食品熱處理使用的能源,主要能源種類有：電，氣（天然氣或液化氣），液體燃料（燃油等），固體燃料（如煤、木、炭等）。 加熱方式有：直接方式和間接加熱方式兩種,33,第二節(jié) 食品熱處理的反應(yīng)動力學(xué),一、熱破壞反應(yīng)的反應(yīng)速率 二、熱破壞反應(yīng)和溫度的關(guān)系 三、加熱對微生物的影響 四、加熱對酶的影響 五、加熱對食品營養(yǎng)成分和感官品質(zhì)的影響,34,一、熱破壞反應(yīng)的反應(yīng)速率,微生物的熱力致死速率曲線 D值（指數(shù)遞減時(shí)間） TDT值(熱力致死時(shí)間）,35,1、微生物的熱力致死速率曲線,食品中各成分的熱破壞反應(yīng)一般均遵循一級反應(yīng)動力學(xué)， 即各成分的熱破壞反應(yīng)速率與反應(yīng)物的濃度呈正比關(guān)系。 這一關(guān)系通常被稱為“熱滅活或熱破壞的對數(shù)規(guī)律”。 以微生物的熱致死為例。 微生物熱致死反應(yīng)的一級反應(yīng)動力學(xué)方程為： -dc/dt = kc 式中： -dc/dt 微生物濃度（數(shù)量）減少的速率 k 一級反應(yīng)的速率常數(shù) c 活態(tài)微生物的濃度,對上式積分，設(shè)在反應(yīng)時(shí)間t10時(shí)的微生物濃度為c1,則反應(yīng)至t時(shí)的結(jié)果為： lgc=lgc1-kt/2.303 即t=1/m(lgc1-lgc) （3-1） 上式即為一定的致死溫度下的致死速率方程，可用曲線來表示，是一直線，稱為微生物的熱力致死速率曲線或殘存活菌曲線，該直線的斜率為 1/m=-k/2.303 。,微生物的熱力致死速率曲線表示某一種特定的菌在特定的條件下和特定的溫度下，其殘存活菌總數(shù)隨時(shí)間的的變化。,37,2、 D值,從圖中可以看出，熱處理過程中微生物的數(shù)量每減少同樣比例所需要的時(shí)間是相同的。假如某食品初始活菌數(shù)的對數(shù)為lg103,熱處理后殘存活菌數(shù)的對數(shù)為lg102, 則加熱時(shí)間t可用下式計(jì)算。 t=1/m(lg103-lg102) t=1/m D 這一時(shí)間被定義為D值，稱為指數(shù)遞減時(shí)間（decimal reduction time）,上式可表達(dá)為 t=D(lgc1-lgc) （3-2）,38,熱力致死速率曲線,D,T,(T12l),D值：在一定的處理環(huán)境中和在一定的熱力致死溫度條件下某細(xì)菌數(shù)群中每殺死90原有殘存活菌數(shù)時(shí)所需要的時(shí)間。,D值的大小可以反映微生物的耐熱性。在同一溫度下比較不同微生物的D值時(shí)，D值愈大，表示在該溫度下殺死90%微生物所需的時(shí)間愈長，即該微生物愈耐熱。 D值與初始活菌數(shù)無關(guān)，但因熱處理溫度、菌種、環(huán)境等因素而異。,39,部分食品中常見腐敗菌的D值,40,3、熱力致死時(shí)間(TDT）,熱力致死時(shí)間（TDT）值是指在某一恒定溫度條件下，將食品中的某種微生物活菌（細(xì)菌和芽孢）全部殺死所需要的時(shí)間(min)。 試驗(yàn)以熱處理后接種培養(yǎng)，無微生物生長作為全部活菌已被殺死的標(biāo)準(zhǔn)。,41,二、熱破壞反應(yīng)和溫度的關(guān)系,42,1、熱力致死時(shí)間曲線(TDT曲線）,以熱殺菌溫度T為橫坐標(biāo)，以微生物全部死亡時(shí)間t（的對數(shù)值）為縱坐標(biāo)，根據(jù)各加熱溫度時(shí)相應(yīng)的加熱致死時(shí)間在半對數(shù)坐標(biāo)圖上畫出相應(yīng)的曲線 。 該圖表明加熱致死規(guī)律同樣按指數(shù)遞降進(jìn)行，它的加熱至死率為的常數(shù)，可用直線方程表示。,43,2、 Z值,式中：T1、T2為不同加熱處理溫度 t1、 t2 不同溫度時(shí)致死時(shí)間,Z值：熱力致死曲線穿過一個(gè)對數(shù)周期所升高的溫度，其值等于該曲線斜率的倒數(shù)。,不同微生物對溫度的敏感程度可以從Z值反映，Z值小對溫度的敏感程度高。,44,3、F值,通常以121.1為標(biāo)準(zhǔn)溫度，此時(shí)對應(yīng)的熱力致死時(shí)間稱為F值，也稱殺菌致死值或安全殺菌值。 由于微生物的種類和溫度均為特指，通常F值要采用上下標(biāo)標(biāo)注，以便于區(qū)分。,45,三、加熱對微生物的影響,1、微生物熱致死機(jī)理：當(dāng)溫度高于微生物的最適生長溫度時(shí)，微生物的生長就會受到抑制，而當(dāng)溫度高到足以使微生物體內(nèi)的蛋白質(zhì)發(fā)生變性而失去新陳代謝的能力時(shí) ，微生物即會出現(xiàn)死亡現(xiàn)象。 2、微生物受熱死亡的影響因素 微生物的種類 微生物生長和細(xì)胞（芽孢）形成的環(huán)境條件 熱處理時(shí)的環(huán)境條件,46, 菌種不同、耐熱性不同 同一菌種，菌株不同，耐熱性也不同 正處于生長繁殖的細(xì)菌的耐熱性比它的芽孢弱 各種芽孢中，嗜熱菌芽孢耐熱性最強(qiáng)，厭 氧菌芽孢次之，需氧菌芽孢最弱。 同一種芽孢的耐熱性也會因熱處理前菌齡、 培育條件、貯存環(huán)境的不同而異,（1）菌種與菌株,47,生物有抵御周圍環(huán)境的本能。食品污染前腐 敗菌及其芽孢所處的生長環(huán)境對他們的耐熱性有一定影響 在含有磷酸或鎂的培養(yǎng)基種生長出的芽孢有較強(qiáng)的耐熱性；在含有碳水化合物和氨基酸的環(huán)境中培養(yǎng)芽孢的耐熱性很強(qiáng)；在高溫下培養(yǎng)比在低溫下喂養(yǎng)形成的芽孢的耐熱性要強(qiáng) 菌齡與貯藏期也有一定影響。,（2）熱處理前細(xì)菌芽孢的培育和經(jīng)歷,48,（3）熱處理時(shí)介質(zhì)或食品成分的影響,熱處理時(shí)影響微生物耐熱性的環(huán)境條件有： pH值和緩沖介質(zhì)、離子環(huán)境、水分活性、其他介質(zhì)成分。,49,酸度：,對大多數(shù)芽孢桿菌來說，在中性范圍內(nèi)耐熱性最強(qiáng)，pH低于5時(shí)細(xì)菌芽孢就不耐熱，此時(shí)耐熱性的強(qiáng)弱受其它因素控制。,加熱介質(zhì)pH對芽孢耐熱性的影響,50,51,酸性及低酸性食品pH值劃分的依據(jù),當(dāng)PH4.8時(shí)，肉毒梭狀芽孢桿菌的芽孢受到抑制，不會生長繁殖（即不能產(chǎn)生毒素）。為增強(qiáng)安全性，以4.6為界線。 當(dāng)Aw0.85時(shí)，其芽孢也不能生長繁殖。 低酸性食品的條件：pH 4.6及Aw0.85 低酸性食品必須采用高壓殺菌。酸性食品和Aw0.85的食品則可采用常壓殺菌（巴氏殺菌）。,52,對于新品種，估計(jì)殺菌條件的經(jīng)驗(yàn)原則如下：,A含酸食品：85100、1030 min，酸性飲料采用85、15 min， B植物/蔬菜罐頭：115121、1530 min，蛋白飲料采用121、15 min， C動物性罐頭：115121、5090 min， 說明：大罐取上限，難煮的取上限，固體的取上限，酸度大取下限。 121、100是兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的殺菌溫度，普遍采用。,53,糖,高濃度的糖液對受熱處理的細(xì)菌的芽孢有保護(hù)作用,糖對細(xì)菌耐熱性的影響,54,鹽的影響, 通常食鹽的濃度在4%以下時(shí)，對芽孢的耐熱性有一定的保護(hù)作用，而8%以上濃度時(shí)，則可削弱其耐熱性。 這種削弱和保護(hù)的程度常隨腐敗菌的種類而異。,55,食品中其它成分的影響, 淀粉對芽孢沒有直接影響 蛋白質(zhì)如明膠、血清等能增強(qiáng)芽孢的耐熱性 脂肪和油能增強(qiáng)細(xì)菌芽孢耐熱性的作用 如果食品中加入少量的殺菌劑和抑制劑也能大大減弱芽孢的耐熱性。,56,（4）熱處理溫度,熱處理溫度越高，殺死一定量腐敗菌芽孢所需要的時(shí)間越短。,不同溫度時(shí)炭疽菌芽孢的活菌殘存數(shù)曲線,57,熱處理溫度對玉米汁中平酸菌死亡時(shí)間的影響,58,（5）原始活菌數(shù),腐敗菌或芽孢全部死亡所需要的時(shí)間隨原始菌數(shù)而異，原始菌數(shù)越多，全部死亡所需要的時(shí)間越長。 因此罐頭食品殺菌前被污染的菌數(shù)和殺菌效果有直接的關(guān)系。,59,原始菌數(shù)和玉米罐頭殺菌效果的關(guān)系,60,四、加熱對酶的影響,（一）酶和食品的質(zhì)量 （二）酶的熱穩(wěn)定性,61,（一）酶和食品的質(zhì)量,與食品質(zhì)量降低有關(guān)的酶類及其作用,62,（二）酶的熱穩(wěn)定性,溫度、pH值、水分含量、加熱速率等熱處理的條件參數(shù)也會影響酶的熱失活。 絕大多數(shù)酶在80以上即被鈍化，只有部分酶比較耐熱。 采用121 以上高溫殺菌時(shí)，會出現(xiàn)殺菌強(qiáng)度足夠但酶沒有被鈍化的現(xiàn)象。 高酸性食品因所需殺菌強(qiáng)度低，有時(shí)也存在酶鈍化不完全的現(xiàn)象。 酶的活性（酶的催化反應(yīng)速度）和酶失活速度與溫度之間的關(guān)系可用溫度系數(shù)Q10來表示。,63,五、加熱對食品營養(yǎng)成分和感官品質(zhì)的影響,（一）植物性食品原料 1.質(zhì)構(gòu)：細(xì)胞半透膜的破壞；細(xì)胞間結(jié)構(gòu)的破壞并導(dǎo)致細(xì)胞分離；其他變化如蛋白質(zhì)變性、淀粉糊化等。 2.顏色：美拉德反應(yīng)“褐變”；天然色素或外加色素的變化。 3.營養(yǎng)素：Vc、VB1、VB6損失。 4.風(fēng)味:脂肪氧化“蛤敗”。,64,（二）動物性食品原料 1.質(zhì)構(gòu)：肌肉收縮，變硬或變軟。 2.顏色:肌紅蛋白轉(zhuǎn)化成高鐵肌紅蛋白，從鮮紅色變成紅褐色;美拉德反應(yīng)和熱降解反應(yīng)引起變色。 3.營養(yǎng)素：氨基酸損失可能達(dá)到1020%；維生素如硫胺素、泛酸損失。,65,第三節(jié) 食品熱處理?xiàng)l件的選擇與確定,一、食品熱處理方法的選擇 二、熱能在食品中的傳遞 三、食品熱處理?xiàng)l件的確定 四、典型的熱處理工藝,66,一、食品熱處理方法的選擇,選擇熱處理方法和條件時(shí)應(yīng)遵循基本原則 熱處理應(yīng)達(dá)到相應(yīng)的熱處理目的。 應(yīng)盡量減少熱處理造成的食品營養(yǎng)成分的破壞和損失。 熱處理過程不應(yīng)產(chǎn)生有害物質(zhì)，滿足食品衛(wèi)生的要求。 熱處理過程要重視熱能在食品中的傳遞特征與實(shí)際效果。,67,二、熱能在食品中的傳遞,（一）罐頭容器內(nèi)食品的傳熱 1、影響容器內(nèi)食品傳熱的因素包括： a、表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)； b、食品和容器的物理性質(zhì)； c、加熱介質(zhì)的溫度和食品初始溫度； d、容器； e、殺菌鍋。,68,2、冷點(diǎn)（Cold point）,罐內(nèi)溫度變化最慢的點(diǎn)，加熱時(shí)該點(diǎn)的溫度最低（此時(shí)又稱最低加熱溫度點(diǎn)，Slowest heating point），冷卻時(shí)該點(diǎn)的溫度最高。 罐頭冷點(diǎn)的位置與罐內(nèi)食品的傳熱情況有關(guān) 對于傳導(dǎo)傳熱方式的罐頭，罐頭的冷點(diǎn)在罐內(nèi)的幾何中心。 對于對流傳熱的罐頭，通常在罐內(nèi)的中心軸上、罐頭幾何中心之下的某一位置。 傳導(dǎo)和對流混合傳熱的罐。其冷點(diǎn)在上述兩者之間。,69,三、食品熱處理?xiàng)l件的確定,（一）確定食品熱殺菌條件的過程 1、食品的熱殺菌以殺菌和抑酶為主要目的，應(yīng)基于微生物和酶的耐熱性； 2、根據(jù)實(shí)際熱處理時(shí)的傳熱情況，確定達(dá)到殺菌和抑酶的最小熱處理程度。,70,（二）食品熱殺菌條件的計(jì)算,改良基本法 公式法 列線圖解法。,71,1、改良基本法（鮑爾改良法）,1920年比奇洛（Bigelow）首先創(chuàng)立了殺菌理論，提出推算殺菌時(shí)間的基本法（The general mathod），又稱基本推算法。該方法提出了部分殺菌率的概念，它通過計(jì)算包括升溫和冷卻階段在內(nèi)的整個(gè)熱殺菌過程中的不同溫度-時(shí)間組合時(shí)的致死率，累積求得整個(gè)熱殺菌過程的致死效果。 1923年鮑爾（Ball）根據(jù)加熱殺菌過程中罐頭中心所受的加熱效果用積分計(jì)算殺菌效果的方法，形成了改良基本法（Improved general method) 。該法提高了計(jì)算的準(zhǔn)確性，成為一種廣泛使用的方法。,72,計(jì)算基礎(chǔ)：殺菌過程中的冷點(diǎn)傳熱曲線和微生物的熱力致死時(shí)間曲線（TDT）。 致死率：一定溫度下單位時(shí)間（通常取1分鐘）微生物的致死程度。 設(shè)一定溫度下的致死時(shí)間為，則致死率為1/?？梢岳斫鉃樵谀硿囟认?，殺菌時(shí)間1分鐘所取得的效果占全部殺菌效果的比數(shù)。 部分致死值：一定溫度下經(jīng)過時(shí)間t取得的殺菌效果占全部殺滅效果的比數(shù)。用A表示， A=t/,73,安全殺菌值F指在某一恒定的殺菌溫度下（通常以121.1 為標(biāo)準(zhǔn)溫度）殺滅一定數(shù)量的微生物或芽孢所需的加熱時(shí)間。 實(shí)際殺菌值F0指在某一殺菌條件下總的殺菌效果（在實(shí)際殺菌過程中罐頭中心溫度是變化的） 判斷殺菌強(qiáng)度是否達(dá)到要求，需要比較F0與F的大小。 要求： F0 F 一般取F0 略大于F 。,74,A）致死率值：,據(jù)TDT方程 lg(t/F)=(121.1-T)/z， 令：F =1 min t= lg-1 (121-T)/z T-殺菌過程中的某一溫度 t-溫度T時(shí)，達(dá)到與121、1 min相同的殺菌 效果所需要的時(shí)間 令 L= 1/t =lg-1(T - 121)/z L就是致死率值（或殺菌值）,75,致死率值L的含義：,也可表達(dá)為經(jīng)溫度T，1 min的殺菌處理，相當(dāng)于溫度121時(shí)的殺菌時(shí)間。 該致死率值與比奇洛法中的致死率含義不同。比奇洛法中的致死率是完整意義上的致死率；而鮑爾改良法中的致死率值只是與121經(jīng)1 min殺菌產(chǎn)生的殺菌效果的比較值。,76,實(shí)際殺菌過程中，冷點(diǎn)溫度隨時(shí)間不斷變化，于是， Li=10(121 - Ti)/z 微生物Z值確定后，即可預(yù)先計(jì)算各溫度下的致死率值。大多數(shù)專業(yè)書上都有這類表格。稱作“F121z=1時(shí)，各溫度下的致死率表”。 對于酸性食品，通常采用常壓殺菌，也就相應(yīng)將各個(gè)溫度下的殺菌效果換算成100下的殺菌效果。故也有F100z=1時(shí)，各溫度下的致死率表。,77,B）整個(gè)殺菌過程的殺菌強(qiáng)度（總致死值）,F0= (Li t)= t.Li,78,用鮑爾改良法計(jì)算殺菌強(qiáng)度及殺菌時(shí)間的例題：,某低酸性食品罐頭作殺菌試驗(yàn)，殺菌對象菌D=4min，原始菌數(shù)為100個(gè)/罐，要求腐敗率為萬分之一。用殺菌公式10-25-10反壓冷卻/121，傳熱數(shù)據(jù)如下表，試評價(jià)該殺菌公式。,79,解：,F=D(lga-lgb)=4(lg100-lg10-4)=24(min) F0= t.Li = 39.1394=27.41(min) F0 F 但殺菌強(qiáng)度過大?？稍?21縮短3min，如將上表中第33分鐘數(shù)據(jù)取消，則 F0= t.Li = 38.1619=24.48(min) F0略大于F，滿足殺菌要求。因此殺菌公式應(yīng)改為：10-22-10反壓冷卻/121。,基本法（比奇洛法）的特點(diǎn)：,方法直觀易懂，當(dāng)殺菌溫度間隔取得很小時(shí)，計(jì)算結(jié)果與實(shí)際效果很接近。 不管傳熱情況是否符合一定模型，用此法可以求得任何情況下的正確殺菌時(shí)間。 計(jì)算量和實(shí)驗(yàn)量較大，需要分別經(jīng)實(shí)驗(yàn)確定殺菌過程各溫度下的TDT值，再計(jì)算出致死率。還需要準(zhǔn)確測定冷點(diǎn)的傳熱曲線。,81,2、公式法,公式法首先由鮑爾提出，用來計(jì)算簡單型和轉(zhuǎn)折性傳熱曲線上殺菌時(shí)間和F值。 公式法是根據(jù)罐頭在殺菌過程中（含加熱階段和冷卻階段）冷點(diǎn)溫度的變化在半對數(shù)坐標(biāo)紙上所繪出的傳熱曲線進(jìn)行推算，以求得整個(gè)殺菌過程的殺菌值F0，通過與對象菌的F值對比，評判和確定實(shí)際需要的殺菌時(shí)間。 公式法的優(yōu)點(diǎn)是可以在殺菌溫度變更時(shí)算出殺菌時(shí)間；其缺點(diǎn)是計(jì)算繁瑣、費(fèi)時(shí)，計(jì)算中容易發(fā)生錯(cuò)誤，并且要求傳熱曲線必須呈有規(guī)律的簡單型曲線或轉(zhuǎn)折型曲線才能使用。,82,3、列線圖解法,為了方便公式法的使用，奧爾森和史蒂文斯根據(jù)各參數(shù)間的數(shù)學(xué)關(guān)系，制作出如計(jì)算尺般的一系列計(jì)算圖線。 使用者從殺菌操作溫度、升溫時(shí)間、罐頭冷點(diǎn)初溫等基礎(chǔ)參數(shù)出發(fā)，在計(jì)算圖線上查閱和作連線，最終可推算出實(shí)際殺菌操作所需的恒溫時(shí)間。 但列圖線法只能適用于簡單型傳熱曲線。,83,第五節(jié) 食品的非熱殺菌,一、食品非熱殺菌技術(shù)的種類 二、重要的食品非熱殺菌技術(shù),84,一、食品非熱殺菌技術(shù)的種類,非熱殺菌技術(shù),物理殺菌：輻照殺菌、超高壓殺菌、高壓脈 沖電場殺菌、磁力殺菌、脈沖強(qiáng) 光殺菌、微波殺菌、超聲波殺菌等,化學(xué)殺菌：添加抑菌或防腐劑、臭氧、二氧 化碳、 Nisin、酶等,85,物理殺菌與化學(xué)殺菌比特點(diǎn)是：,1、物理殺菌不需要向食品中加入化學(xué)物質(zhì)，因而克服了化學(xué)試劑與微生物細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)作用生成的產(chǎn)物對人體產(chǎn)生的不良影響，同時(shí)避免了食品中殘留的化學(xué)試劑對人體的負(fù)面作用； 2、物理殺菌是一次性殺菌，對菌體有較強(qiáng)烈的作用，物理殺菌效果明顯，條件易于控制，外界環(huán)境的影響較小； 3、物理殺菌能更好地保持食品的自然風(fēng)味，甚至改善食品的質(zhì)構(gòu)，如超高壓殺菌用于肉類和水產(chǎn)品類，提高了肉制品的嫩度和風(fēng)味。,86,二、重要的食品非熱殺菌技術(shù),1.超高壓（UHP,又稱為高靜壓/HHP )殺菌技術(shù)食品的超高壓處理技術(shù)是指將密封于彈性容器內(nèi)的食品置于水或其他液體作為傳壓介質(zhì)的壓力系統(tǒng)中，經(jīng)100 MPa以上的壓力處理，以達(dá)到殺菌、滅酶和改善食品的功能特性等作用。,87,優(yōu)點(diǎn)： 1、能在常溫或較低溫度下達(dá)到殺菌、滅酶的作用，減少了由于高熱處理引起的食品營養(yǎng)成分和色、香、味的損失或劣化； 2、由于傳壓速度快、均勻，不存在壓力梯度，超高壓處理不受食品的大小和形狀的影響，使得超高壓處理過程較為簡單； 3、耗能也較少。,88,2.高壓脈沖電場(PEF)殺菌,利用強(qiáng)電場脈沖的介電阻斷原理對食品微生物產(chǎn)生抑制作用。 這種超高壓脈沖電路構(gòu)型以電容完全放電產(chǎn)生的指數(shù)衰減電壓波形為基礎(chǔ)，電極間距離為0.5cm或1cm，處理量分別為12.5mL或25mL，脈沖頻率一般為0.1-10Hz。,89,高壓脈沖電場殺菌機(jī)理,有多種假說，歸納起來主要有： (1)場的作用。脈沖電場產(chǎn)生磁場，這種脈沖電場和脈沖磁場交替作用，使細(xì)胞膜透性增加，振蕩加劇，膜強(qiáng)度減弱，因而膜被破壞，膜內(nèi)物質(zhì)容易流出，膜外物質(zhì)容易滲入，細(xì)胞膜的保護(hù)作用減弱甚至消失。 （2）電離作用。電極附近物質(zhì)電離產(chǎn)生的陰、陽離子與膜內(nèi)生命物質(zhì)作用，因而阻斷了膜內(nèi)正常生化反應(yīng)和新陳代謝過程等的進(jìn)行；同時(shí)，液體介質(zhì)電離產(chǎn)生03的強(qiáng)烈氧化作用，能與細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)發(fā)生一系列反應(yīng)。,90,優(yōu)點(diǎn)：處理時(shí)間短、能耗低、傳遞快速、均勻等。 脈沖電場一般使用的溫度是45-50，聲強(qiáng)在30kVcm-1 ，可有效進(jìn)行食品滅酶殺菌。,91,3.脈沖強(qiáng)光殺菌,用連續(xù)的寬帶光譜短而強(qiáng)的脈沖，抑制食品和包裝材料表面、透明飲料、固體表面和氣體中的微生物。 其最基本的結(jié)構(gòu)是動力單元和惰性氣體燈單元，通過由動力單元向惰性氣體燈單元提供能量，以使惰性氣體燈發(fā)出與太陽光光譜相近，但強(qiáng)度更強(qiáng)的紫外線至紅外線區(qū)域光進(jìn)行殺菌。,92,4.磁力殺菌,磁力殺菌采用6000的磁力強(qiáng)度，將食品放在N極與S極之間，經(jīng)過連續(xù)擺動，不需加熱，即可達(dá)到100%的殺菌效果，對食品的成分和風(fēng)味無任何影響。 5.感應(yīng)電子殺菌 以電為能源的線性感應(yīng)電子加速器所產(chǎn)生的電離輻射，導(dǎo)致微生物的DNA和細(xì)胞發(fā)生變化，進(jìn)而鈍化和殺死有害微生物。,93,6.半導(dǎo)體光催化殺菌,半導(dǎo)體光催化殺菌時(shí)，當(dāng)光照射到較大聚集體的TiO2表面時(shí)，激發(fā)產(chǎn)生光生電子和光生空穴對。由于光生電子遷移速度比光生空穴快得多，所以可將光生電子和光生空穴分開。 光生電子、空穴對一方面與細(xì)胞壁、細(xì)胞膜以及胞內(nèi)組分作用，導(dǎo)致酶失活等，這方面已在酵母菌細(xì)胞以及大腸桿菌細(xì)胞中得到驗(yàn)證；另一方面光生電子、空穴對與水或水中溶解氧發(fā)生作用形成氫氧自由基，它們與細(xì)胞壁、細(xì)胞膜或胞內(nèi)物質(zhì)作用，使細(xì)胞功能單元失活，這方面在海拉細(xì)胞中得到驗(yàn)證。,94,7.超聲波滅菌,超聲波對傳聲媒質(zhì)的相互作用，蘊(yùn)藏著巨大的能量，這種能量能在極短的時(shí)間內(nèi)足以起到殺滅和破壞微生物的作用，而且能夠?qū)κ称樊a(chǎn)生諸如均質(zhì)、催陳、裂解大分子物質(zhì)等多種作用，具有其他物理滅菌方法難以取得的最佳效果，從而提高品質(zhì)，保持功能成分不受破壞。,95,8.紫外線殺菌,原理：使物體表面的微生物細(xì)胞內(nèi)核