视频: 日本酸性氧化电位水应用于食品加工中的消毒杀菌
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日本酸性氧化电位水应用于食品加工中的消毒杀菌
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日本酸性氧化电位水应用于食品加工中的消毒杀菌
节目制作经营许可证京字670号
京公网安备号
药品服务许可证(京)-经营-第九章第三节-肉类罐头杀菌工艺条件的确定
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&第三节
肉类罐头杀菌工艺条件的确定
&&&&正确的杀菌工艺条件是获得肉类罐头质量保证的关键之一。杀菌条件的确定需对诸多因子进行考虑，包括微生物的耐热性，食品的热传导性，杀菌温度与时间的理论计算，实罐试验，接种试验，保温试验，生产线实罐试验等。
&&&&一、微生物的耐热性
&&&&(一)微生物的种类
&&&&根据微生物能够生长繁殖的温度可将微生物分为：①低温微生物：指在0℃温度下，在2周内有明显繁殖的微生物；②中温微生物：指0℃以下和55℃以上的温度下不能繁殖的微生物；③高温微生物：指在55℃以上的温度下能够繁殖的微生物。
微生物的生长繁育与pH有着密切关系。根据pH可把罐头食品分为：①高酸性食品：pH为4.0以下；②酸性食品：其pH为4.0～ 4.5；③低酸性食品：pH为4.6以上。大多数的肉类罐头属于低酸性食品。低酸性食品中常会有肉毒杆菌产生毒素，其芽孢具有较强的耐热性。
&&&&(二)热致死曲线
&&&&尽管微生物的种类不同或耐热温度不同，但其热致死曲线一般都相似。假设在纵坐标上表示残存细菌的对数，横坐标表示加热时间(min)，则在一定范围内细菌致死曲线一般均为直线()。
&&&&1.D值 如中所示，设经一定的加热时间后细菌的残存数可减少到1/10，则再经过同样长的时间后，剩下的细菌中的残存数又减少到1/10
。这样的加热时间，即把细菌数减少到1/10所需的时间(min)称为D值(decimal reduction time,DRT,杀死90%细菌的时间)。由于微生物的热致死是以对数速度进行的，D值也表示致死曲线穿过一对数周期所需的时间(min)。要表示在某个加热温度下的D值，需在其右下角注明加热温度(℃)。如D121.1℃，即表示在121.1℃加热温度下的D值，通常以Dr表示D121.1℃。同一细菌在不同的温度下D值不同。D值越大，表示该菌的耐热性越强。如果设某一细菌最初数为a，经某一致死温度加热一段时间(min)后的残存数为b，则该细菌的致死曲线可用公式表示：
&&&&&&&&&&t=D(lga-lgb)
&&&&2.Z值 细菌的D值本身不受原始菌数影响，但随加热温度而不同。如果在纵坐标上标以Ｄ值的对数，横坐标上标以加热的温度，则形成的Ｄ值与温度的关系曲线称为热致死时间曲线，也称耐热性曲线。在多数情况下，一定的温度范围内此曲线为一直线。此时，
Ｄ值跨过一个对数周期(Ｄ值变化1/10)所对应的温度差(℃)称为Ｚ值()。Ｚ值也表示了细菌热致死时间曲线穿过一对数周期(Ｄ值变化1/10)的斜率，称之为热致死时间曲线斜率。
&&&&如果设温度Ｔ1时Ｄ值为ＤＴ1，温度Ｔ2时的Ｄ值为ＤＴ2，则温度与Ｄ值的关系为：
&&&&因此，Ｚ值是温度变化对细菌耐热性影响的估量。
&&&&3.Ｆ值 Ｆ值是加热杀菌的致死值。它表示在某一致死温度将一定数量的细菌致死所需的热处理时间(min)。
&&&&F值可用于比较不同杀菌过程的杀菌值，但只有当Z值相同时，各微生物的F值才可相互进行比较。温度和Z值不同，F值也不同。通常在F值右侧上下分别注有Z值和致死温度(℃)。例如“F8110”表示致死温度为110℃时杀死Z值为8℃的一定量细菌所需的热处理时间(min)。低酸性食品的杀菌对象主要为肉毒杆菌，一般使用Z值为10℃，致死温度为121.1℃这样的基准，即用“F10121.1”表示之。为简便起见，通常以“F0”代表“F10121.1”。F0值对评价一个容器在杀菌过程中把某种特定微生物减少到某个程度的能力具有重要意义，其数学公式为：
&&&&&&&&&&&F0=Dr(lga-lgb)
&&&&式中：a――初菌数；
&&&&&&&&&&b――杀菌后的菌数。
&&&&举例：某一肉品罐头中每罐含有肉毒杆菌芽孢1个，希望杀菌后，1012罐中只有1罐的残存率，即由a=1012减少至b=1。肉毒杆菌的Dr=0.204(min)，则在121.1℃下杀菌所需的热处理时间就可计算出来。
&&&&知道Dr值后可求得121.1℃杀菌所需的时间。但欲求其他杀菌温度时达到相同杀菌效果的杀菌时间，还必须应用微生物耐热性的另一个特性，即热致死时间曲线的斜率Z值。为便于杀菌过程中F值的计算和使用，设任何Z值的杀菌对象菌经过121.1℃热处理1min时所得的致死值为标准值，即F2121.1=1(min)。Fi则为任何其他温度时相当于121.1℃热处理1min所需的时间(min)。
&&&&若一细菌芽孢悬浮液在121.1℃经过1min热处理后完全失去活力，该细菌芽孢的Z值为10℃，则可求得相同杀菌效果所需加热温度与时间的关系。设在T℃具有121.1℃1min相同的杀菌效果，则F=1，所需加热的时间为Fi时，依的温度与时间关系可由下式求得：
&&&&lgFi=(121.1-T)/Z或Fi=10121.1-T/Z
&&&&假如T=106℃，其Fi值随Z值变化。当Z=10℃时，Fi=32.36；Z=8℃时，则Fi为77.27；
Z=12℃时；Fi=18.11()。即当Z=10℃时，要达到121.1℃1min的杀菌效果，在106℃杀菌时的时间应为32.36min；Z值越大，其在106℃杀菌时间越少；反之Z值越小，106℃的杀菌时间延长，才能达到同样杀菌效果。这也说明了同一杀菌温度对不同Z值的耐热性细菌的杀菌效果不同。
&&&&二、杀菌时的传热
&&&&(一)影响传热的因素
&&&&罐头食品的杀菌是包装后进行的，加之内容物的种类、大小不同，难以进行瞬间的加热冷却。在实际中，往往出现当杀菌即将结束，而罐内的中心温度尚末达到杀菌温度。因此，把细菌致死理论应用到实际生产时，必须考虑到罐头传热问题。
&&&&传热的方式有传导、对流、辐射三种。罐壁或瓶壁热的传播属于传导，但罐内则因内容物的不同而不同，可能是对流、或是传导，或是两者混合进行。对流传热快，传导较慢。块型较大的肉类罐头多数属对流和传导混合型传热，罐内固体中心温度达到杀菌锅温度较慢。午餐肉罐头以传导为主，往往杀菌结束时罐内中心温度尚未达到杀菌锅温度。
&&&&除罐头内容物不同外，还有其他因素影响传热。如罐装量、罐内顶隙、内容物固液之比、粘稠度、块形大小及排列情况、罐头大小及其在杀菌锅内的位置与状态等。
&&&&(二)罐内传热
&&&&1.传热速度的测定
&&&&罐内温度的分布因传热形式不同而异，一般靠近罐壁处升温较快。以传导为主的产品，其几何中心点(俗称冷点)升温最慢。每种罐头产品的冷点正确位置，最好通过实际测定确定，一般测定6～8罐。玻璃罐的冷点除与产品传热方式有关外，还与玻璃罐在杀菌锅内的放置方法有关。在测定罐头传递速度时，应以罐内升温最慢点为依据，测温的条件应尽量与生产实际一致。通常是利用特定的测温仪进行。
&&&&2.传热曲线与fh值
&&&&由测温仪所测得的罐头冷点温度变化数据表明了产品传热快慢及其特性。如果杀菌强度 值或杀菌时间的计算采用一般法或基本推算法(general
method)，则可直接应用。但如果用公式法(formula method)或列线图法计算时，就要应用传热曲线的有关参数。
&&&&(1)传热曲线 是将测得的罐内冷点温度变化绘在半对数坐标上所得的曲线。即以实际温度与加热或冷却温度之差的对数值为纵坐标，以时间为横坐标。为避免在坐标轴上用温差表示，可将用于标出加热曲线的坐标纸上下游转180℃，而对数坐标上最高线标出的温度应比杀菌温度低一度，第一个对数周期座标为每隔1℃，第二个对数为每隔10℃，这样就可依次标出其余的温度值。然后就可按加热时间测得的罐头温度在坐标线上点出并将所得各点连起来。为简单型加热曲线(simple
heating curve)。当产品出现先对流传热而后出现传导传热(如淀粉溶液开始变稠)时，就产生转折型加热曲线(broken heating
curve)如。
&&&&(2)校正零点(corrected zero of process) 为加热曲线中直线部分延长线上的假起始点。一般，金属罐或玻璃罐的滞后升温时间中42%可视为有效直线加热部分。因而，将升温时间乘0.58(100%-42%)，并在时间坐标上确定该点，作垂线并与传热曲线中直线部分延长相交，其交点为校正零点。校正零点上相应的温度为假初温。
&&&&设罐头初温度IT，假初温度为I′T′，杀菌锅温度为RT，则：
&&&&Jh=(RT-I′T′)/(RT-IT)=jI/I
&&&&式中：Jh为加热滞后因子。
&&&&(3)fh值 称为加热特性值，它表示传热曲线直线部分穿过一个对数周期所需要的时间(min)(图1-9-5)。也表示使杀菌温度和罐头内的中心温度之差变为1/10所需的时间(min)。
&&&&在实测求得某一产品的fh值后，当更换罐型(内容物装罐时条件一致)时，可通过换算求得fh值，不必一一重新测定其传热曲线特性。根据公式换算，我国目前已有圆型罐对流传热和传导传热fh值换算表可供查阅。
&&&&关于软罐头的传热，取决于食品本身的温度传导率和食品的厚度。其理论公式为：
&&&&fh=2.303/9.87×包装厚度/内容物的温度传导率 (日本)
&&&&三、杀菌条件的计算
&&&&杀菌条件的计算方法大致有三种：一般法或基本推算法，公式计算法，列线图计算法。在此仅介绍前两种方法。
&&&&(一)一般法或基本推算法
&&&&此法为古典法，是至今最为普遍使用的方法。它把杀菌过程中包括升温和冷却阶段的所有致死效率累积在一起并取总和，这就能够对罐头杀菌时全部受热致死程度作出估量。此法简单，易掌握。
&&&&1.杀菌值(F)的计算
&&&&(1)Li称之为微生物杀菌过程中各致死温度时相应的致死率，这是确定杀菌值的基础。致死率Li可按照下列公式计算
&&&&&&&&&Li=lg-1[(Ti-Tr)/Z]
&&&&式中：Ti――罐内冷点上测得的各温度；
&& &&&&&Tr――基准温度121.1 ℃；
&&&&&&&&&&Z――微生物热致死时间曲线的斜率。
&&&&Li值(也称kf值)除可用公式计算得到外，还可直接从致死率表中查得()。通常低酸性食品中致死率值可以90℃起计算。
&&&&(2)F值计算
&&&&由于Li=1/Fi，即致死率Li为Fi的倒数。当F2121.1=1作为低酸性食品杀菌过程中计算基准，杀菌过程中F值可按照下式推算：
&&&&设罐头食品杀菌过程中加热时间为ti,ti+1，ti+2……tn-1，而在冷点上测得的温度相应为Ti,Ti+1，Ti+2……Tn-1，相应的致死率为Li,Li+1，Li+2……Ln-1时，则由上式可得：
&&&&式中：△ti――冷点温度从Ti升到Ti+1时，其加热时间从t1到ti+1的时间间隔(min)。
&&&&如果罐内温度的测定按照同一间隔时间进行，则由上式可得：
&&&&* 注Li值也即过去采用的Kf值∶公式
&&&&举例：某罐头用温度记录测定仪对其冷点上温度变化进行了测定，得到其温度曲线()。在测温记录图上选定一罐温度曲线的有关数据组成表1-9-3。然后根据罐内的不同温度计算或查表确定其相应的致死率，并选用Z=10℃作为计算或查表依据。由表1-9-3看出，加热间隔时间(△t)均为2而Li和Ln均为零。根据式，可直接在中计算∑Li值。∑Li=3.5552，F0=△t×∑Li=2×3.(min)。
&&&&F0的计算还可用图解法。可将罐内测得的温度与相应时间及Li值标绘在坐标上，然后求出曲线下面的面积和单位面积之比，即为该罐头的杀菌值。
&&&&2.杀菌时间的确定
&&&&上述罐头杀菌过程中罐温测定后计算所得F0值须与产品主要杀菌对象菌必需的F值一致，方可达到商业无菌和产品安全要求。但计算结果所得F0(杀菌值)可能低于或高于该产品杀菌时的最低F值要求，因此应确定适宜的F值。
&&&&举例：某罐头117℃杀菌时加热到41min后开始冷却，实际杀菌从17min开始算起为24min(41-17=24)，冷却5min后罐温下降至80℃，计算F00值得：
&&&&F0=△t∑Li=2×3.(min)
&&&&根据罐头杀菌时F值要求为4(min)即可。即：F=4(min)，由表中Li值看，当∑Li为1.9855时，其F0=△t∑Li=[1.9(冷却)]×2=4.04(min)(其中0.0309为冷却期间的∑Li，在计算F0时应加进去)，即达到了要求。此时所对应的加热时间为34min，则34-17=17(min)。也就是说，实际杀菌仅需17min即可，可减少7min(24-17=7)的杀菌时间。当要求F0提高到10min，则原来杀菌时间所得F0值(7.1)达不到要求，此时需延长杀菌时间。杀菌加热时间到达41min时罐温度已达117℃。若延长杀菌时间8min，则致死率累积值将增加8×0.8(min)，总致死值F0=7.1+3.(min)，达到F0=10min的要求。
&&&&(二)公式计算法
&&&&此法由Ball提出，后经简化而得。在此法计算中需用加热曲线，传热速度fh值，滞后因子j及Fi等参数，还需有f/u∶lg
g图和r∶lg g图及Fi表等。其计算公式为：
&&&&&&&&F=fh/(fu/u0.1×Fi)+tu/Fi
&&&&式中：fh――加热曲线中直线部分的斜率，即横跨一个对数周期所需的时间(min)；
&&&&&&&&&Fi――在任何其他致死温度时，相当于121.1℃时加热处理1min时杀菌效果的时间(min)；
&&&&&&&&&tu――B-t0.1
B：为理论加热杀菌时间(min)，即42%升温时间+杀菌时间；t0.1∶杀菌温度和食品测点温度间差值为0.1℃时，从“校正零点”或“假初温”算起的加热杀菌时间(min)。也就是食品测定温度瞬间到达g=0.1℃后继续加热杀菌时间(min)；
&&&&&&&&&u――实际杀菌过程中罐内测点上在各致死温度时接受的热致死累积值，以杀菌(锅)温度所需的杀菌时间表示。测点上累积热致死量应和对象菌在基准温度时所需F值相等。即u=Ffi；
附及供参考。具体计算可参考有关书籍。
&&&&四、杀菌条件确定程序
&&&&(一)实罐试验 应根据所要求达到的杀菌种类及罐头的传热特性等因素选择适当的温度和时间进行实罐试验。
&&&&(二)实罐接种杀菌试验 在根据产品感官质量最好和经济上又最合理所选定的温度-时间组合成最适宜的杀菌条件基础上，为了证实所确定(理论性)杀菌条件的合理性，往往还要进行实罐接种的杀菌试验。
&&&&(三)保温贮藏试验 实罐接种试验后的试样要在恒温下进行保温贮藏试验，培养温度和保温时间依试验菌而不同。
&&&&(四)生产线上的实罐试险 实罐接种试验和保温试验结果都正常的罐头，即可进入生产线作最后验证，并做好有关记录。生产线实罐试样也要做保温试验。当保温试验结束后，开罐检查其内容物。若全部正常，则可将此杀菌条件应用于生产。
西北农林科技大学食品科学与工程学院
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