第二章 食品热处理和杀菌

2. 微生物的生长温度和微生物的耐贮性
不同微生物的最适生长温度不同，当温度高 于微生物的最适生长温度时，微生物的生长就会 受到抑制，而当温度高到足以使微生物体内的蛋 白质发生变性时，微生物即会出现死亡现象。
3. 湿热条件下腐败菌的耐热性
一般认为，微生物细胞内蛋白质受 热凝固而失去新陈代谢的能力是加热导 致微生物死亡的原因。因此，细胞内蛋 白质受热凝固的难易程度直接关系到微 生物的耐热性。蛋白质的热凝固条件受 其它一些条件，如：酸、碱、盐和水分 等的影响。
2. 酶的最适温度和热稳定性 影响酶的热稳定性的因素主要有 两大类：一是酶的种类和来源，另一 是热处理的条件。
四、加热对食品营养成分和感观品质的影响
加热对食品成分的影响可以产生有益的结 果，也会造成营养成分的损失。由于不同食 品成分的耐热性不同，热处理可以破坏食品 中不需要的成分，如禽类蛋白中的抗生物素 蛋白、豆科植物中的胰蛋白酶抑制素。热处 理可改善营养素的可利用率，如淀粉的糊化 和蛋白质的变性可提高其在体内的可消化性 。加热也可改善食品的感官品质，如美化口 味、改善组织状态、产生可口的颜色等。
整合重排得： 2.303R（T-T1） Z
Ea=
式中 T1——参比温度，K; T——杀菌温度，K。
（3）温度系数Q值
Q值表示反应在温度T2下进行的速率比 在较低温度下T1下快多少，若Q值表示温度 增加10℃时反应速率的增加情况，则一般 称之为Q10。Z值和Q10的关系为：
10 Z=
lgQ10
二、加热对微生物的影响
一些食品成分的耐热性参数
第三节 食品热处理条件的选择与确定
一、食品热处理方法的选择 （一）热处理应达到相应的热处理目的 1.以加工为主：热处理后食品应满足 热加工的要求 2.以保藏为主要目的：热处理后的食 品应达到相应的杀菌、钝化酶等目的
（二）应尽量减少热处理造成的食品营 养成分的破坏和损失 热处理过程要重视热能在食品中 的传递特征与实际效果，满足食品卫 生的要求，不应产生有害物质。应根 据产品热处理的目的选择优化方法。
常规坐标图
半对数坐标图
lgc=lgc1-
kt 2.303
假设初始的微生物浓度C1=105，则在 热反应开始后任一时间的微生物数量C 都可以直接从曲线中得到。
半对数坐标上的时量曲线为直线, 斜率为-K/2.303 热处理过程中微生物的数量 每减少同样比例所需要的 时间是相同的。
恒比消除
微生物的热力致死速率曲线
如微生物的活菌数每减少90%，也 就是在对数坐标中c的数值每跨过一个 对数循环所对应的时间是相同的，这 一时间被定义为D值，称为指数递减时 间，因此直线的斜率又可表示为：
即：
k
=2.303 K
1
2.303
D=
D
D值的大小可以反映微生物的耐热性。在同一温度下 比较不同微生物的D值时，D值愈大，表示在该温度下 杀死90%微生物所需的时间愈长，即该微生物愈耐热。
微生物热致死反应的一级反应动力学方程：
-
dc
dt
= kc
式中 –dc/dt——微生物浓度（数量）减少的速率； c——活态微生物的浓度； k——一级反应的速率常数。
积分得 取自然对数
-∫
c c1
dc c
=
k∫
t t1
dt
-lnc+lnc1=k（t-t1）
换成常用对数
lgc=lgc1-
kt 2.303
（2）阿累尼乌斯方程
K=k0· e
Ea RT
式中 k——反应速率常数，min-1； k0——频率因子常数，min-1； Ea——反应活化能，J· mol-1 ； R——气体常数，8.314J· mol-1· K-1 ； T——热力学温度，K。
Ea 取对数： lnk=lnk0RT 设温度T1时反应速率常数为k1，则 可通过下式求得频率因子常数： Ea lnk0=lnk1+ RT1
加热时——加热温度、加热致死时间、细胞 浓度、细胞团块存在与否、介质性状和pH值 等方面的因素对腐败菌耐热性的影响： （1） 加热条件：在一定热致死温度下，细 菌（芽孢）随时间变化呈对数性规律死亡； 温度愈高，杀灭它所需的时间愈短。 （2） 细菌状态：在一定热致死温度下，菌 数愈多，杀灭它所需时间愈长。细胞团块的 存在降低热杀菌的效果 （3） 介质性状：包括水分（水分活度）、 pH值、碳水化合物、脂质、蛋白质、无机盐 等，是影响杀菌效果的最重要的因素。 （4） 各种添加物、防腐剂和杀菌剂的影响
Lg（TDT1/TDT）= -
T1-T
Z
=
T-T1
Z
式中 T1,T——分别指两个不同的杀菌温度，℃； TDT1,TDT——对应于T1、T的TDT值； Z——指TDT值变化90%（一个对数循环）所对应的 温度变化值，℃ 。
拟热力致死时间曲线
T-T1 Z
lg（D1/D）=
= lg（K/K1）
式中 D1, D——对应于温度T1、T的D值，min； Z——指D值变化90%（一个对数循环）所对应的温 度变化值，℃ 。
罐头冷点的位置与罐内食品的传 热情况有关。 1、传导传热方式的罐头： 2、对流传热的罐头： 3、传导和对流混合传热的罐头：
罐头容器内食品的传热
传导型、对流型传热时罐头的冷点位置
罐头冷点的位置与罐内食品的传热情况有关。 1、传导传热方式的罐头： 由于传热的过程是从罐壁传向罐头的中心处， 罐头的冷点在罐内的几何中心。 2、对流传热的罐头： 由于罐内食品发生对流，热的食品上升，冷的 食品下降，罐头的冷点将向下移，通常在罐内 的中心轴上罐头几何中心之下的某一位置。 3、传导和对流混合传热的罐头： 其冷点在上述两者之间。 每种罐头冷点的位置最好是通过实际测定来确 定，一般要测定6～8罐。
加热后——热死效果的检验：
判断腐败菌是否被杀灭，需测定其 热死效果，常通过对经过热处理后的细 菌芽孢进行再培养，以检查是否仍有存 活。选择适当的培养基，如果腐败菌没 有再生长，说明杀菌工艺适用。
三、加热对酶的影响
1. 酶和食品的质量 酶和食品的质量关系密切，也 会导致食品在加工和贮藏过程中的 质量下降。主要反映在食品的感官 和营养方面的质量降低。
加热前——腐败菌的培育和经历对其耐热性的影响
影响因素主要包括：细胞本身的遗传性、组成 、形态，培养基的成分，培育时的环境因子，发育 时的温度以及代谢产物等。 成熟细胞要比未成熟的细胞耐热。培养温度愈 高，孢子的耐热性愈强，而且在最适温度下培育的 细菌孢子具有最强的耐热性。营养丰富的培养基中 发育的孢子耐热性强，营养缺乏时则弱。
2. 热破坏反应和温度的关系
要了解在一变化温度的热处理过程中 食品成分的破坏情况，必须了解不同（致 死）温度下食品的热破坏规律，同时掌握 这一规律，也便于人们比较不同温度下的 热处理效果。描述热处理过程中食品成分 破坏反应的方法主要有下表中列出的三种 参数：
（1）热力致死时间曲线
是采用类似热力致死速率曲线的 方法而制得的，它将TDT值与对应的 温度T在半对数坐标中做图。
lgc=lgc1-
kt 2.303
从热力致死速率曲线上中也可以看 出，在恒定的温度下经一定时间的热处 理后食品中残存微生物的活菌数与食品 中初始的微生物活菌数有关。为此，人 们提出热力致死时间的概念。 热力致死时间（thermal death time, TDT）值是指在某一恒定温度条 件下，将食品中的某种微生物活菌全部 杀死所需要的时间（min）。
D121——121℃下杀灭90%的微生物所需的杀菌时间，min ；
（D值越高耐热性越强，常在右下角标明具体实验温度）
Z——指D值变化90%（一个对数循环）所对应的温度变化值，℃ 。 （Z值越小说明对温度的敏感程度越高）
4. 影响腐败菌耐热性的因素
1.加热前——腐败菌的培育和经历对 其耐热性的影响 2.加热时——加热温度、加热致死时 间、细胞浓度、细胞团块存在与否、 介质性状和pH值等方面的因素对腐败 菌耐热性的影响 3.加热后——热死效果的检验
1. 微生物和食品的腐败变质 食品中的微生物是导致食品不耐贮 藏的主要原因。细菌、酵母和霉菌都 可能引起食品的变质。
• 引起新鲜水果变质的微生物是酵母菌和霉 菌。引起蔬菜变质的主要是酵母菌、霉菌 和少数细菌。起初霉菌在果蔬表皮，或其 污染物上生长，然后霉菌侵入果蔬组织， 首先分解细胞壁中的纤维素，进一步分解 其中的果胶、蛋白质、有机酸、淀粉、糖 类等，使其变成简单物质。在外观上出现 深色斑点，组织变松、变软、凹陷，渐成 液浆状，并出现酸味、芳香味或酒味等。
• 禽畜肉类的微生物污染，一是在宰杀过程中各 个环节上的污染，二是病畜、病禽肉类所带有 的各种病原菌，如沙门氏菌、金黄色葡萄球菌 、结核杆菌、布鲁氏菌（ Brucella ）等。腐生 性微生物污染肉类后，在高温高湿条件下很快 使肉类腐败变质。肉类腐败变质，先是由于乳 酸菌、酵母菌和其他一些革兰氏阴性细菌在肉 类表面上的生长，形成菌苔而发粘。然后分解 蛋白质产生的 H 2 S 与血红蛋白形成硫化氢血红 蛋白而变成暗绿色，也由于各种微生物生长而 产生不同色素，霉菌生长形成各种霉斑。同时 可产生各种异味，如哈喇味、酸味、泥土味和 恶臭味等。
第二节 食品热处理反应的基本规律
一、食品热处理的反应动力学
1. 热破坏反应的反应速率 食品中各成分的热破坏反应一般均遵循一 级反应动力学，也就是说各成分的热破坏反应 速率与反应物的浓度呈正比关系。这一关系通 常被称为“热灭活或热破坏的对数规律（ logarithmic order of inactivation or destruction）”。这一关系意味着，在某一 热处理温度（足以达到热灭活或热破坏的温度 ）下，单位时间内，食品成分被灭活或被破坏 的比例是恒定的。
（二）评价热穿透的数据
含40％镍，1.5％锰的铜合金。具有低的电阻率温度 系数和中等电阻率(电阻率为48μΩ·cm)。可在较宽 的温度范围内使用。有良好的加工性能和焊接性能 。