热力杀菌原理
中国检验检疫科学研究院
综合检测中心
1.引言
•1874年，美国马里兰州巴尔的摩市罐头制造商A．K．Shriver发明了杀菌锅，这是世界上第1个使用蒸汽在高温高压下来杀菌食品的杀菌锅系统。
这一事件标志着商业化加工罐藏食品的开始。
2热力杀菌基础
•建立罐藏食品热力杀菌的基础是广泛的食品微生物学和杀菌方法的知识。
高温杀死了己经存在的微生物，而密封容器防止了食品受到再次污染。
•确定罐藏食品杀菌所需的适当温度和时间已经成为是罐头工业重点研究的主题。
热力杀菌工艺规程的制订并非易事。
它取决于一系列因素的知识，包括产品的特性、包装容器的尺寸、热杀菌规程的细节。
相当重要的知识是污染微生物的生长繁殖特性和耐热性。
•主管机构要求应由具有热力杀菌专业知识的杀菌权威来建立热力杀菌工艺规程。
杀菌权威是一些具有密封容器包装食品的热力杀菌专业知识和具有恰当的热力杀菌测试设备的个人或组织。
2.1杀菌规程
•杀菌规程包括热力杀菌参数如产品初温、杀菌温度和杀菌时间以及可能影响获得商业无菌的关键因子。
可能影响杀菌规程的关键因子包括产品、容器、预处理方式或杀菌系统的任何特性、条件或无菌状况。
2.1杀菌规程
•美国食品加工者协会26-L（NFPA）
整土豆罐头的杀菌规程
罐型固形物最低初温杀菌温度
最大装罐量116 118 121
3 热力杀菌的建立
•微生物的耐热性取决于一些必须加以考虑的因素，这些因素可以分成三大类——微生物的生长特性、食品特性对微生物受热的影响、食品种类对受热微生物生长的影响。
•杀灭产品中微生物所需的热量可以通过
热致死时间(TDT)测试来确定。
三颈瓶法
用于那些加热温度低于沸水温度的产品。
选用的方法取决于各类因素，包括产品的种类和使用的杀菌系统。
3.1
微生物的耐热性
•指数递减时间D 值
•D值：即指数递减时间，是热力致死速率曲线斜率的负倒数，可以认为是在某一温度下，每减少90％活菌（或芽孢）所需的时间，通常以分钟为单位。
•微生物数量的减少•10612D 加工10-6（0.000001）
热力杀菌原理
热力杀菌原理
热力杀菌原理
•微生物耐热性
•Z值：当热力致死时间减少1/10或增加10倍时所需提高或降低的温度值，一般用Z值表示。
Z值是衡量温度变化时微生物死灭速率变化的一个尺度。
热力杀菌原理
•微生物致死值（Lethality ）
•杀菌值也叫杀菌强度，就是在某温度条件下杀死一定浓度的细菌所需要的时间，又称杀菌致死值、杀菌效率值，简称F 值。
•F 0值=参考温度条件下所需要的时间F 0参考温度
121℃；Z=10 ℃
热力杀菌原理
产品传热数据的测定
•罐藏食品加热特性（热穿透实验）
•目的：确定产品加热的快慢
•在加热过程中使用热点偶或者温度感应设备测定产品的温度变化；
•这些测量设备由置于容器内加热最慢区域产品中的设备感应尖端进行测定；
•考虑关键因素及其上限
•分析数据，得到热穿透曲线。
•容器中的热电偶
3.2
产品传热数据的测定
3.2 产品传热数据的测定
罐藏食品加热特性•容器内最慢加热区域将取决于：
--产品的特性
--容器的类型和大小
--加工方法
--传热机制
3.2 产品传热数据的测定
影响罐藏食品传热特性的因素•产品特性
---一致性（厚度、粘度），颗粒的大小或形式，配方（糖、淀粉），固液比例
•灌装方式
---灌装重量，盐水水位，真空度，顶隙，在容器内排列•温度
---初温，加工温度
3.2 产品传热数据的测定
影响罐藏食品传热特性的因素•加热介质
---蒸汽、水、蒸汽空气混合
•容器
---材质（金属、玻璃、塑料），形状（圆柱、托盘、袋装，等等）•容器方向
---竖直，斜向一边，对于玻璃罐或塑料托盘，盖子朝上还是下。
3.2 产品传热数据的测定
影响罐藏食品传热特性的因素•罐藏食品中典型传热机制为：
--对流（容器内位流体—汤类）
--传导（粒子与粒子之间的热传播-午餐肉）
--两者结合（随着产品越来越粘稠，对流逐渐变为传导）
•
不同传热机制的罐藏食品冷点位置3.2 产品传热数据的测定
3.2 产品传热数据的测定
3.3 杀菌计算
热杀菌过程的计算
•计算方法
---一般方法
---F/t=10[(121-T)/Z]
3.3 杀菌计算
热杀菌过程的计算
•计算方法
---Ball公式法
热致死的作用
---加热的曲线的斜率
---加热结束后终产品温度与介质温度的差异
更灵活—参考热渗透数据可以：
---改变初始温度
---改变杀菌锅温度
---改变F0值
计算新的加工过程
热力杀菌规程的制定
热力杀菌规程的制定
热力杀菌原理
热力杀菌规程
Process Schedule •包括热加工参数
•---产品的初始温度
•---加工温度
•---加工时间
•可能影响达到商业无菌的其他关键因素
热力杀菌原理
•美国食品加工者协会26-L（NFPA）
整土豆罐头的杀菌规程
罐型固形物最低初温杀菌温度
最大装罐量116 118 121
热力杀菌原理
热力杀菌规程
•其它的影响关键因素（2541a、2541c）：•产品配方
•制备程序
•容器的类型、尺寸和/或形状
•加工系统类型和/或操作
热力杀菌原理
热力杀菌规程•与产品相关的潜在关键因素（2541a）•产品粘度
•最大固形物装罐量
•固液比
•粒子大小
•最小顶隙
•初始温度
•糖浆浓度
•最终平衡ph值
•罐内产品方向
酸化食品
3.4
•酸化食品可以采用热充填保温杀菌。
这包括装填热的产品，然后在冷却前保持一段时间。
•酸化产品也可以在巴氏灭菌设备、常压蒸煮设备或杀菌锅进行规定时
间的杀菌。
在这种情况下，需要根据产品传热速率建立杀菌规程。
3.5 实罐接种测试
•通过实罐接种测试确认理论计算的杀菌规程是可行的，有时也是必要的。
•产品接种的是已知数量的微生物，然后在一个或几个杀菌温度下进行不同时间的杀菌。
杀菌后的产品在适合接种微生物生长的温度下保温培养。
那些杀菌不充分的产品将显示腐败现象。
没有发现腐败则可证明杀菌结果令人满意。
3.5 实罐接种测试
4 热力杀菌方法
•有多种方法可用于密封容器包装食品的杀菌。
多数产品经过充填、密封然后在某些类型的杀菌锅(压力容器)中进行杀菌。
这些类型的热力杀菌系统已经被称之为传统的热力杀菌方法。
•一类不同而新型的热力杀菌方法是无菌加工。
•杀菌锅或其它热力杀菌系统必须恰当地建造和操作以确保最终产品的商业无菌。
必须通过杀菌权威或设备制造商建立杀菌操作规程。
4.1 杀菌锅操作规程的确定
•杀菌权威采用热分布测试以帮助建立所有类型杀菌锅的操作规程。
•在杀菌锅装填时，感温探头或热电偶固定了罐头间。
监控杀菌过程各个感温探头的温度以确保杀菌锅温度指示装置(水银温度计MIG)的温
度能够代表整个杀菌锅温度。
•杀菌锅操作规程必须经过设计以获得加热介质在杀菌锅内的均匀温度分布。
•对于使用蒸汽作为热介质的杀菌锅，在开始杀菌计时之前排除锅内空气是非常重要的，因为空气的传热效率远低于蒸汽。
4.1 杀菌锅操作规程的确定
4.1 杀菌锅操作规程的确定
5 总结
•1．杀菌是在科学确定的特定时间和温度下热对食品的作用。
•2．已经科学确定的杀菌规程对于特定产品来说是专有的，包括杀菌公式、加工方法、容器规格和杀菌系统类型。
•3．杀菌的确定取决于可靠的传热信息和产品中微生物的耐热性。
•4．微生物的耐热性取决于微生物种类、食品对微生物受热的影响、食品对受热微生物生长的影响。
5 总结
•5．应在模拟商业处理的产品中进行传热数据(时间/温度)的测定。
•6．微生物耐热性数据和热穿透数据用于杀菌计算。
•7．基于pH和充填温度关系的热充填保持杀菌方法适用于酸化食品。
•8．有时候需要通过实罐接种测试法来确认理论计算的杀菌结果。
•9．标准杀菌操作规程应获得权威设备人员的认可。