第三章食品的熱處理和殺菌

熱加工方法（Thermalprocessing）

殺菌(sterilization)

熱燙(Blanching）工業烹飪（Industrialcooking）熱擠壓（Hotextrusion）第一節熱殺菌原理1.熱殺菌的概念

根據要殺滅微生物種類的不同可分為：

商業殺菌（Commercial

Sterilization）

巴氏殺菌（Pasteurisation）

一、概述商業殺菌（CommercialSterilization）將病原菌、產毒菌及造成食品腐敗的微生物殺死，食品中允許殘留有微生物或芽孢，不過，在常溫無冷藏狀況的商業貯運過程中，在一定的保質期內，不引起食品腐敗變質，這種加熱處理方法稱為商業殺菌法。商業殺菌一般又簡稱為殺菌

特點

商業殺菌是一種較強烈的熱處理形式，對食品營養成分和品質的破壞也較大。

殺菌的效果必須借助良好的包裝才能維持。巴氏殺菌(Pasteurization)在100℃以下的加熱介質中的低溫殺菌方法，以殺死病原菌及無芽孢細菌，但無法完全殺滅腐敗菌，因此巴氏殺菌產品沒有在常溫下保存期限的要求。巴氏殺菌也稱為低溫長時殺菌法。特點

相對于商業殺菌而言，巴氏殺菌是一種較溫和的熱殺菌形式。

殺菌的效果及產品的儲藏期取決于殺菌條件、食品成分（如：pH值）和包裝情況2.熱殺菌的目的和意義目的意義P84制定合理的殺菌的工藝參數需從兩個因素考慮高溫對微生物數量的影響達到預想的高溫時，熱量向食品中的傳遞3.熱殺菌的工藝要求二熱殺菌原理

按照微生物的一般致死原理，微生物在高于其生長溫度區域最大值的熱環境中，必然受到致命的損害，且隨著受熱時間的延長而加劇，直至死亡。實驗證明：微生物的熱致死率是加熱溫度和時間的函數。（一）加熱對微生物的影響1.

微生物的生長溫度微生物的最適生長溫度

溫度高于微生物的最適生長溫度時，微生物的生長就會受到抑制甚至出現死亡現象。微生物的最適生長溫度與熱致死溫度（℃）微生物最低生長溫度最適生長溫度最高生長溫度嗜熱菌30---4550---7070---90嗜溫菌5---1530---4545---55低溫菌-5---525---3030---55嗜冷菌-10----512---1515---252.影響微生物耐熱的因素

——影響微生物熱致死率的因素菌種與菌株原始活菌數熱處理前細菌芽孢的培育和經歷熱處理時介質或食品成分的影響污染菌的種類

微生物種類不同，其耐熱的程度也不同；各菌種芽孢的耐熱性也不相同；同一菌種芽孢的耐熱性也會因熱處理前菌齡、培養條件、貯存環境的不同而異。無芽孢的細菌，在60~80幾分鐘就可以殺滅；霉菌和酵母更不耐熱，只有少數幾種的耐熱性稍強。

原始活菌數(初菌數）在同溫下原始菌數愈多，全部死亡所需要的時間愈長。原始菌數愈高，腐敗菌全部死亡時間也隨之而增長。污染量菌種、菌數與污染源有關原料來源原料新鮮度加工處理過程的合理性車間個人衛生加熱前微生物所經歷的培養條件

加熱前，影響微生物耐熱性的主要因素內在因素外在因素熱處理時介質（食品成分）的影響熱處理時影響微生物耐熱性的環境條件有：

pH值和緩沖介質

水分

其他介質成分

食品pH值pH與芽孢致死時間的關系①

根據腐敗菌對不同pH值的適應情況及其耐熱性，(罐頭)食品按照pH值不同常分為四類：低酸性、中酸性、酸性和高酸性。酸度pH值食品種類常見腐敗菌殺菌要求低酸性>5.0蝦、蟹、貝類、禽、牛肉、豬肉、火腿、羊肉、蘑菇、青豆嗜熱菌、嗜溫厭氧菌、嗜溫兼性厭氧菌高溫殺菌105~121℃中酸性4.6~5.0蔬菜肉類混合制品、湯類、面條、無花果酸性3.7~4.6荔枝、龍眼、櫻桃、蘋果、枇杷、草莓、番茄醬、各類果汁非芽孢耐酸菌、耐酸芽孢菌沸水或100℃以下介質中殺菌高酸性<3.7菠蘿、杏、葡萄、檸檬、果醬、果凍、酸泡菜、檸檬汁等酵母、霉菌

從食品安全和消費者健康的角度只要分成低酸性和酸性兩類即可。酸性食品和低酸性食品的分界線以pH4.6為界線。根據FDA標準低酸性食品（Lowacidfood）：

指最終平衡pH＞4.6，Aw

＞0.85的任何食品，包括酸化而降低pH值的低酸性水果、蔬菜制品，它不包括pH＜4.7的番茄、梨、菠蘿極其汁類和pH≤4.9的無花果。酸化食品（Acidifiedfoods）：是指加入酸或酸性食品使產品最后平衡pH≤4.6，Aw

＞0.85的食品。酸性食品（Acidfood）：指天然pH≤4.6的食品。對番茄、梨、菠蘿極其汁類，pH＜4.7；對無花果pH≤4.9，也稱為酸性食品。

pH＞4.6、Aw

＞0.85的食品統稱為低酸性食品。其標準菌是肉毒梭狀芽孢桿菌，該菌在Aw

為0.9~0.93,pH＞4.6的環境下能生存。凡是低酸性食品必須接受低酸性食品的殺菌強度（高溫高壓）。酸性食品中出現的腐敗菌主要是耐熱性較低的微生物如：耐酸性細菌、酵母、霉菌等，一般以酵母作為主要殺菌對象。酸性食品可采用常壓殺菌。如沸水中殺菌。

不同類型的食品所需的殺菌條件平衡后pH 水分活度 殺菌方式 ≤4.6 ≤0.85常壓殺菌(巴氏殺菌) ≤4.6>0.85常壓殺菌(巴氏殺菌) >4.6 ≤0.85常壓殺菌(巴氏殺菌)>4.6>0.85高壓殺菌②加熱方式的影響

在相同的熱處理條件下，濕熱下的殺菌效果高于干熱。③食品的化學成分：脂肪食品糖液濃度低濃度糖高濃度糖糖與微生物耐熱性的關系食品鹽液濃度食品其他成分淀粉對微生物芽孢耐熱性沒有直接影響蛋白質如明膠、血清等能增強芽孢的耐熱性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。3、微生物的耐熱參數

經過幾代科學家的努力與探索，現在常用下列一些數學曲線與數值來表示微生物與熱殺菌有關的耐熱特性：(1)熱力致死溫度(2)熱力致死時間(3)熱力致死速率曲線(4)D值(5)熱力致死時間曲線(6)Z值(7)F0值(8)F0=nD(1)熱致死溫度

最古老的概念，在確定殺菌工藝時已不使用。

(2)熱致死時間(ThermalDeathTime,TDT)

(3)熱致死速率曲線（DeathRateCurve）

高溫對微生物數量減少的影響都有一個相似的和可測的變化模型。（圖1）圖1不同微生物的熱致死曲線圖2微生物的熱力致死速率曲線該曲線為直線，說明細菌受熱致死的速度基本上正比于受熱體系中活菌的數量（對數死亡法則）。圖3圖453設原始菌數為a，經過一段熱處理時間t后，殘存菌數為b，直線的斜率為k，則：lgb–lga=k(t–0)∵a＞b

整理上式得

t＝﹣1／k(lga－lgb)

圖3該直線的斜率就是該殺菌溫度下的熱致死率。圖4（4）DT值（DecimalReductionTime）要表示在某個溫度下的D值，只需在D值下方標注加熱溫度的度數。如D250D121℃℉與℃的換算關系：℉

=9/5℃，1℃=0.56℉D121℃=5指數遞減時間.圖5設原始菌數為a，經過一段熱處理時間t后，殘存菌數為b，直線的斜率為k，則：lgb–lga=k(t–0)∵a＞b

整理上式得

t＝﹣1／k(lga－lgb)

令D＝﹣1／k

則得到熱力致死速率曲線方程

t＝D(lga－lgb)令b＝a10-1

則D=t圖5微生物熱力致死速率曲線

D值與菌種有關、與環境條件有關、與殺菌溫度有關。D值的大小可以反映微生物的耐熱性。

D值的意義：設原始菌數為a，經過一段熱處理時間t后，殘存菌數為b，直線的斜率為k，則：lgb–lga=k(t–0)∵a＞b

整理上式得

t＝﹣1／k(lga－lgb)

令D＝﹣1／k

則得到熱力致死速率曲線方程

t＝D(lga－lgb)圖6若某罐食品中含微生物總數為１００萬。如果將１００罐此食品同時放入殺菌鍋，在某一特定溫度下加熱并持續７倍Ｄ值的時間后，經檢驗這些食品中殘活菌數為從統計的觀點：從概率的觀點：10(5)熱力致死時間曲線(ThermalDeathTimeCurve,TDT)表示微生物的熱力致死時間(TDT)隨熱殺菌溫度的變化而呈現的規律。圖7圖7熱力致死時間曲線設直線的斜率為k，取曲線上任意兩點1（TDT1,T1）、2(TDT2,T2)則：logTDT2–logTDT1=k(T2–T1)

若T2

＞T1

則：TDT1

＞TDT2整理上式得

logTDT2–logTDT1

＝﹣k(T2–T1)令Z＝﹣1／k

則得到熱力致死時間曲線方程

Log(TDT1/TDT2)=T2-T1Z熱力致死時間曲線可用以比較不同的溫度-時間組合的殺菌強度：

t1=t2lg-1T2-T1/Z

Log(TDT1/TDT2)=T2-T1ZlogTDT2–logTDT1

＝﹣k(T2–T1)令Z＝﹣1／k

則（6）Z值：Log(TDT1/TDT2)=T2-T1z熱力致死時間曲線方程：當

lg(TDT1/TDT2)=1時，Z=T2-T1Z值與D值的關系？Log(D1/D2)=T2-T1z仿熱力致死曲線Z值與微生物的種類有關、與環境因素有關。Z值的性質例：如果Z值為15時，要想使加熱時間縮短1/10，只需將溫度提高150F即可。或15×0.56=8.4℃例：在某殺菌條件下，在121.1℃用1min恰好將菌全部殺滅；現改用110℃、10min處理，問能否達到原定的殺菌目標？設Z=10℃。解：已知：T1=110℃，t1=10min，T2=121.1℃，t2=1min，Z=10℃。利用TDT曲線方程，將110℃、10min轉化成121.1℃下的時間t2’，則t2’=0.78min＜t2說明未能全部殺滅細菌。那么在110℃下需要多長時間才夠呢？仍利用上式，得t1’=12.88min（7）F值F值又稱殺菌值。F值表示的是特定熱處理條件下的殺菌能力。

F值可用于比較Z值相同的微生物的耐熱性，但對Z值不同的微生物并不適用。故F值的完全表示法是：

FZθGB:西式蒸煮火腿：致病菌不得檢出。

腐敗菌：菌落總數≤10000個/g

大腸菌群≤40個/100g（8）F0值F0值：單位為min，是采用121.1℃（250℉）殺菌溫度時，將一定數量Z值為10℃（15℉）的微生物殺死所需要的時間。意義：進行殺菌效果的比較例：t1=t2log-1T2-T1/ZF0=tlog-1T-121.1/Z

圖6（9）F0=nD：設將菌數降低到b=a10-n為殺菌目標。采用某一個殺菌溫度T，根據熱力致死速率曲線方程，所需理論殺菌時間：tT=DT[lga–lg(a10-n)]即tT=nDT令T=121.1℃（250℉）上式變為F0=nD121.1℃n值并非固定不變，要根據工廠和食品的原始菌數或污染菌的重要程度而定。比如在美國：對PA3697，n=5；對肉毒桿菌，n=12。商業無菌F0=nD的意義：用適當的殘存率值代替過去“徹底殺滅”的概念，這使得殺菌終點（或程度）的選擇更科學、更方便，同時強調了環境和管理對殺菌操作的重要性。通過F0=nD，建立起了D值、Z值和F0值之間的聯系。熱致死速率曲線方程：t=D(lga-lgb)熱致死時間曲線方程：

lg(TDT1/TDT2)=T2-T1zlg(D1/D2)=T2-T1z設：T1為121.1℃,t1=F0;在T2

溫度下，t2=FT2lgFT2/F0=(121.1-T2)/Z例：某產品凈重454g，含有D121.1℃=0.6min、Z=10℃的芽孢12只/g；若殺菌溫度為110℃，要求效果為產品腐敗率不超過0.1%。求（1）理論上需要多少殺菌時間？