食品罐头杀菌强度的研究和计算

一、微生物的耐热性

（一）影响微生物耐热性的因素

1、污染微生物的种类和数量。

（1）种类。各种微生物的耐热性各有不同，一般而言，霉菌和酵母的耐热性都比较低，在50-60℃条件下就可以杀灭；而有一部分的细菌却很耐热，尤其是有些细菌可以在不适宜生长的条件下形成非常耐热的芽孢。显然，食品在杀菌前，其中可能污染有各种各类的微生物。微生物的种类及数量取决于原料的状况（来源及储运过程）、工厂的环境卫生、车间卫生、机器设备和工器具的卫生、生产操作工艺条件、操作人员个人卫生等因素。

（2）污染量。微生物的耐热性，与一定容积中所存在的微生物的数量有关。微生物量越多，全部杀灭所需的时间就越长。

2、热处理温度。

在微生物生长温度以上的温度，就可以导致微生物的死亡。显然，微生物的种类不同，其最低热致死温度也不同。对于规定种类、规定数量的微生物，选择了某一个温度后，微生物的死亡就取决于在这个温度下维持的时间。

3、罐内食品成分。

（1）pH值。研究证明，许多高耐热性的微生物，在中性时的耐热性最强，随着pH 值偏离中性的程度越大，耐热性越低，也就意味着死亡率越大。

（2）脂肪。脂肪含量高则细菌的耐热性会增强。

（3）糖。糖的浓度越高，越难以杀死食品中的微生物。

（4）蛋白质。食品中蛋白质含量在5%左右时，对微生物有保护作用。

（5）盐。低浓度食盐对微生物有保护作用，而高浓度食盐则对微生物的抵抗力有削弱作用。

（6）植物杀菌素。有些植物（如葱、姜、蒜、辣椒、萝卜、胡萝卜、番茄、芥末、丁香和胡椒等）的汁液以及它们分泌的挥发性物质对微生物有抑制或杀灭作用，这类物质就被称为植物杀菌素。

（二）对热杀菌食品的pH值分类

大量试验证明，较高的酸度可以抑制乃至杀灭许多种类的嗜热菌或嗜温微生物；而在较酸的环境中还能存活或生长的微生物往往不耐热。这样，就可以对不同pH值的食品物料采用不同强度的热杀菌处理，既可达到热杀菌的要求，又不致因过度加热而影响食品的质量。

各种书籍资料中对热处理食品按pH值分类的方法有多种不尽相同的方式，如分为高酸性（≤3.7）、酸性（＞3.7-4.6）、中酸性（＞4.6-5.0）和低酸性（＞5.0）这四类，也有分为高酸性（＜4.0）、酸性（4.0-4.6）和低酸性（＞4.6）这三类的，还有其它一些划分法。

但从食品安全和人类健康的角度，只要分成酸性（≤4.6）和低酸性（＞4.6）两类即可。这是根据肉毒梭状芽孢杆菌的生长习性来决定的。在包装容器中密封的低酸性食品给肉毒杆菌提供了一个生长和产毒的理想环境。肉毒杆菌在生长的过程中会产生致命的肉毒素。因为肉毒杆菌对人类的健康危害极大，所以罐头生产者一定要保证杀灭该菌。试验证明，肉毒杆菌在pH≤4.8时就不会生长（也就不会产生毒素），在pH≤4.6时，其芽孢受到强烈的抑制，所以，pH4.6被确定为低酸性食品和酸性食品的分界线。另外，科学研究还证明，肉毒杆菌在干燥的环境中也无法生长。所以，以肉毒杆菌为对象菌的低酸性食品被划定为pH＞4.6、a w＞0.85。因而所有pH值大于4.6的食品都必须接受基于肉毒杆菌耐热性所要求的最低热处理量。

在pH≤4.6的酸性条件下，肉毒杆菌不能生长，其它多种产芽孢细菌、酵母及霉菌则可能造成食品的败坏。一般而言，这些微生物的耐热性远低于肉毒杆菌，因次不需要如此高强度的热处理过程。

有些低酸性食品物料因为感官品质的需要，不宜进行高强度的加热，这时可以采取加入酸或酸性食品的办法使整罐产品的最终平衡pH值在4.6以下，这类产品称为“酸化食品”。酸化食品就可以按照酸性食品的杀菌要求来进行处理。

（三）微生物耐热性参数

1、热力致死温度：表示对于特定种类的微生物进行杀菌达到某一个温度时，微生物已

全部死亡，该温度即热力致死温度。

2、热力致死时间曲线（Thermal death time curve ，简称TDT 曲线）：用以表示将在一定环境中一定数量的某种微生物恰好全部杀灭所采用的杀菌温度和时间组合。

（图：TDT 曲线）

热力致死时间曲线方程：

Z T T t t 1

221lg -= TDT 曲线与环境条件有关，与微生物数量有关，与微生物的种类有关。

3、F 0值：单位为min ，即TDT 121.1，是采用121.1℃杀菌温度时的热力致死时间。F 0值与菌种、菌量及环境条件有关。显然，F 0值越大，菌的耐热性越强。利用热力致死时间曲线，可将各种杀菌温度-时间组合换算成121.1℃时的杀菌时间：

F 0 = t lg -1[(T －121.1)/Z]

4、Z 值：单位为℃，是杀菌时间变化10倍所需要相应改变的温度数。在计算杀菌强度时，对于低酸性食品中的微生物，如肉毒杆菌等，一般取Z=10℃；在酸性食品中的微生物，采取100℃或以下杀菌的，通常取Z=8℃。

5、热力致死速率曲线：表示某一种特定的菌在特定的条件下和特定的温度下，其总的数量随杀菌时间的延续所发生的变化。以热处理（恒温）时间为横坐标，以存活微生物数量为纵坐标，可以得到一条对数曲线，即微生物的残存数量按对数规律变化。

（图：热力致死速率曲线）

热力致死速率曲线方程：

t = D ( lg a －lg b )

在热力致死速率曲线上，若杀菌时间t 足够大，残存菌数可出现负数（10-1乃至10-n ），

这是一种概率的表示。

6、D 值：单位为min ，表示在特定的环境中和特定的温度下，杀灭90%特定的微生物所需要的时间。D 值越大，表示杀灭同样百分数微生物所需的时间越长，说明这种微生物的耐热性越强。

7、F 0=nD ：将杀菌终点的确定与实际的原始菌数和要求的成品合格率相联系，用适当的残存率值代替“彻底杀灭”的概念，这使得杀菌终点（或程度）的选择更科学、更方便，同时强调了环境和管理对杀菌操作的重要性。通过F 0 = n D ，还将热力致死速率曲线和热力致死时间曲线联系在一起，建立了D 值、Z 值和F 0值之间的联系。

在实际杀菌操作中，若n 足够大，则残存菌数b 足够小，达到某种可被社会（包括消费者和生产者）接受的安全“杀菌程度”，就可以认为达到了杀菌的目标。这种程度的杀菌操作，称为“商业灭菌”；接受过商业灭菌的产品，即处于“商业无菌”状态。商业无菌要求产品中的所有致病菌都已被杀灭，耐热性非致病菌的存活概率达到规定要求，并且在密封完好的条件下在正常的销售期内不生长繁殖。

二、杀菌强度的计算及确定程序

（一）热杀菌时间的推算

比奇洛（Begelow ）在1920年首先提出罐藏食品杀菌时间的计算方法（基本法）。随后，鲍尔（Ball ）、奥尔森（Olsen ）和舒尔茨（Schultz ）等人对比奇洛的方法进行了改进（鲍尔改良法）。鲍尔还推出了公式计算法。史蒂文斯（Stevens ）在鲍尔公式法的基础上又提出了方便实际应用的列图线法。

1、比奇洛基本法。

基本法推算实际杀菌时间的基础，是罐头冷点的温度曲线和对象菌的热力致死时间曲线（TDT 曲线）。

比奇洛将杀菌时罐头冷点的传热曲线分割成若干小段，每小段的时间为（t i ）。假定每小段内温度不变，利用TDT 曲线，可以获得在某段温度（T i ）下所需的热力致死时间（τi ）。热力致死时间τi 的倒数1/τi 为在温度T i 杀菌1 min 所取得的效果占全部杀菌效果的比值，称为致死率；而t i /τi 即为该小段取得的杀菌效果占全部杀菌效果的比值A i ，称为“部分杀菌值”。

将各段的部分杀菌值相加，就得到总杀菌值A（或称累积杀菌值）。

A=ΣA i

比奇洛法的特点：①方法直观易懂，当杀菌温度间隔取得很小时，计算结果与实际效果很接近；②不管传热情况是否符合一定模型，用此法可以求得任何情况下的正确杀菌时间；

③计算量和实验量较大，需要分别经实验确定杀菌过程各温度下的TDT值，再计算出致死率。

2、鲍尔改良法。针对比奇洛基本法需要逐一计算热致死时间、致死率和部分杀菌值的繁琐，鲍尔等人作了一些改进，主要有两点：①建立了“致死率值”的概念；②时间间隔取相等值。改进后的方法称为“鲍尔改良法”。

（1）致死率值：

L= 1/t =lg-1(T - 121)/z

致死率值L的含义：对F0=1 min的微生物，经T温度，1 min的杀菌效果与该温度下全部杀灭效果的比值；也可表达为经温度T，1 min的杀菌处理，相当于温度121℃时的杀菌时间。

实际杀菌过程中，冷点温度随时间不断变化，于是，

L i=lg-1(T i-121)/z

微生物Z值确定后，即可预先计算各温度下的致死率值，列成表格，以方便使用。

（2）时间间隔：

鲍尔改良法的时间间隔等值化，简化了计算过程。若间隔取得太大，会影响到计算结果的准确性。

整个杀菌过程的杀菌强度（总致死值）：

F p = ∑(L i△t)= △t.∑L i

F p值与F0值的关系：F0值指在标准温度下（121℃）杀灭对象菌所需要的理论时间；F p 值指将实际杀菌过程的杀菌强度换算成标准温度下的时间。判断一个实际杀菌过程的杀菌强度是否达到要求，需要比较F0与F p的大小，要求：

F p ≥F0

一般取F p略大于F0。