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第二章 食品熱處理和保藏 本章內(nèi)容 第一節(jié) 食品加工與保藏的熱處理 第二節(jié) 食品熱處理反應(yīng)的基本規(guī)律 第三節(jié) 熱殺菌的典型應(yīng)用——食品罐藏 第一節(jié) 食品加工與保藏的熱處理 一、食品熱處理的作用 熱處理（Thermal processing）是食品加工與保藏中用于改善食品品質(zhì)、延長食品貯藏期的最重要的處理方法之一。 熱處理對微生物的作用 熱處理對酶的作用 熱處理對食品成分的作用 二、食品熱處理的類型和特點 （一）工業(yè)烹飪 工業(yè)烹飪一般作為食品加工的一種前處理過程，通常是為了提高食品的感官質(zhì)量而采取的一種處理手段。烹飪通常有煮、燜（燉）、烘（焙）、炸（煎）、烤等。 烹飪能殺滅部分微生物，破壞酶，改善食品的色、香、味和質(zhì)感，提高食品的可消化性，并破壞食品中的不良成分（包括一些毒工素等），提高食品的安全性，也可使食品的耐貯性提高。 二、食品熱處理的類型和特點 （二）熱燙 熱燙。又稱燙漂、殺青、預(yù)煮，熱燙的作用主要是破壞或鈍化食品中導(dǎo)致食品質(zhì)量變化的酶類，防止或減少食品在加工和保藏中由酶引起的食品色、香、味的劣化和營養(yǎng)成分的損失。 導(dǎo)致蔬菜和水果在加工和保藏過程中質(zhì)量降低的兩類主要是氧化酶類和水解酶類，對于果蔬的干藏和冷凍保藏，熱燙的主要目的是破壞或鈍化酶的活性。 二、食品熱處理的類型和特點 （三）熱擠壓 擠壓是將食品物料放入擠壓機中，物料在螺桿的擠壓下被壓縮并形成熔融狀態(tài)，然后在卸料端通過模具出被擠出的過程。它能夠減少食品中的微生物數(shù)量和鈍化酶，但產(chǎn)品的保藏主要是靠其較低的水分活性和其他條件。 擠壓是結(jié)合了混合、蒸煮、揉搓、剪切、成型等幾種單元操作的過程。 二、食品熱處理的類型和特點 （四）熱殺菌（重要概念，需理解并掌握） 根據(jù)要殺滅微生物的種類的不同可分為巴氏殺菌（Pasteurisation）和商業(yè)殺菌（Sterilization）。 巴氏殺菌：一種較溫和的熱殺菌形式，處理溫度通常在100℃以下。巴氏殺菌可使食品中的酶失活，并破壞食品中熱敏性的微生物和致病菌。巴氏殺菌的目的及其產(chǎn)品的貯藏期主要取決于殺菌條件、食品成分（如pH值）和包裝情況。對低酸性食品（pH＞4.6），其主要目的是殺滅致病菌，而對于酸性食品，還包括殺滅腐敗菌和鈍化酶。 商業(yè)殺菌：一般又簡稱為殺菌，是一種較強烈的熱處理形式，通常是將食品加熱到較高的溫度并維持一定的時間以達到殺死所有致病菌、腐敗菌和絕大部分微生物，殺菌后的食品符合貨架期的要求。 商業(yè)無菌：殺菌后食品通常也并非達到完全無菌，只是殺菌后食品中不含致病菌，殘存的處于休眠狀態(tài)的非致病菌在正常的食品貯藏條件下不能生長繁殖，這種無菌程度被稱為“商業(yè)無菌”。 無菌包裝：將食品先密封于容器內(nèi)再進行殺菌處理是通常罐頭的加工形式，而將經(jīng)超高溫瞬時（UHT）殺菌后的食品在無菌的條件下進行包裝，則是無菌包裝。 三、食品熱處理使用的能源和加熱方式 食品熱處理主要能源種類：電，氣（天然氣或液化氣），液體燃料（燃油等），固體燃料（如煤、木、炭等）。 直接方式：加熱介質(zhì)（如燃料燃燒的熱氣等）與食品直接接觸的加熱過程。 間接加熱方式：是將燃料燃燒所產(chǎn)生的熱能通過換熱器或其他中間介質(zhì)如空氣）加熱食品，從而將食品與燃料分開。 第二節(jié) 食品熱處理反應(yīng)的基本規(guī)律 一、加熱對微生物的影響 （一）微生物和食品的腐敗變質(zhì) 食品中的微生物是導(dǎo)致食品不耐貯藏的主要原因。 細(xì)菌、霉菌和酵母都可能引起食品的變質(zhì)，其中細(xì)菌是引起食品腐敗變質(zhì)的主要微生物。 細(xì)菌中耐熱性強的是芽孢菌(需氧性、厭氧性的和兼性厭氧)。 罐頭食品平蓋酸�。盒柩鹾图嫘詤捬跹挎呔�。 罐頭殺菌的主要對象菌：厭氧芽孢菌中的肉毒梭狀芽孢桿菌。 一、加熱對微生物的影響 （二）微生物的生長溫度和微生物的耐熱性 當(dāng)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。 當(dāng)溫度高到足以使微生物體內(nèi)的蛋白質(zhì)發(fā)生變性時，細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)受熱凝固而失去新陳代謝的能力微生物即會出現(xiàn)死亡現(xiàn)象。 1.微生物的種類 微生物的菌種不同，耐熱的程度也不同。各種芽孢菌的耐熱性也不相同，一般厭氧菌芽孢菌耐熱性較需氧菌芽孢菌強。嗜熱菌的芽孢耐熱性最強。 2.微生物生長和細(xì)胞（芽孢）形成的環(huán)境條件 溫度、離子環(huán)境、非脂類有機化合物、脂類和微生物的菌齡。 3.熱處理時的環(huán)境條件 熱處理時影響微生物耐熱性的環(huán)境條件： pH值、離子環(huán)境、水分活性、其他介質(zhì)成分。 食品的pH值是選擇殺菌溫度的最重要的參考依據(jù)之一。 （1）低酸性食品（pH≥5.3）；（2）中酸性食品（pH為4.5-5.3）； （3）酸性食品（pH為3.7-4.5）；（4）高酸性食品（pH值在≦3.7）。 殺菌經(jīng)驗總結(jié)：pH4.6為分界線，大于4.6為低酸性食品，采用高壓高溫殺菌121℃，果蔬類食品由于熱敏性強，115℃左右。小于4.6為酸性食品。采用100℃殺菌，酸度大的可選擇巴氏殺菌（80—90℃）。 二、加熱對酶的影響 （一）酶和食品的質(zhì)量 酶也會導(dǎo)致食品在加工和貯藏過程中的質(zhì)量下降，主要反映在食品的感官和營養(yǎng)方面的質(zhì)量降低。 對食品影響較大的酶：氧化酶類和水解酶類，包括過氧化物酶、多酚氧化酶、脂肪氧合酶、抗壞血酸氧化酶等。 （二）酶的最適溫度和熱穩(wěn)定性 酶的活性和穩(wěn)定性與溫度之間有密切的關(guān)系。在較低的溫度范圍內(nèi)，隨著溫度的升高，酶活性也增加。大多數(shù)酶在30～40℃的范圍內(nèi)顯示最大的活性，而高于此范圍的溫度將使酶失活。 影響酶的耐熱性的因素主要有兩大類：一是酶的種類和來源；另一是熱處理的條件。 pH、水分含量、加熱速率等熱處理的條件參數(shù)也會影響酶的熱失活。pH直接影響酶的耐熱性。一般食品的水分含量愈低，其中的酶對熱的耐性愈高。 采用高溫短時的方法進行食品熱處理時，應(yīng)注意酶活力的再生。 三、加熱對食品營養(yǎng)成分和感官品質(zhì)的影響 有益影響 破壞食品中不需要的成分，如禽類蛋白中的抗生物素蛋白、豆科植物中的胰蛋白酶抑制素。 不良影響 蛋白質(zhì):蛋白質(zhì)的變性使蛋白質(zhì)（氨基酸）易于和還原糖發(fā)生美拉德反應(yīng)而造成損失。 維生素：食品中的維生素C、維生素B1、維生素D和泛酸對熱最不穩(wěn)定。 四、食品熱處理的反應(yīng)動力學(xué) 1．熱力致死速率曲線 微生物及其芽孢的耐熱性研究表明，微生物的死亡速率是以指數(shù)遞減或以對數(shù)級下降的，本規(guī)律也適用于食品中的酶。圖4-1是微生物加熱致死速度曲線或稱活菌殘存數(shù)曲線，縱坐標(biāo)表示每1mL中的芽孢數(shù)，橫坐標(biāo)表示加熱時間（min） 。 D值（decimal reduction time）：D值是表示在規(guī)定的溫度下殺死90%的細(xì)菌及其芽孢所需要的時間。 在加熱致死速度曲線圖上D值表示在縱坐標(biāo)上細(xì)菌減少數(shù)為一個對數(shù)循環(huán)時，所對應(yīng)的橫坐標(biāo)上的加熱時間，它是直線斜率K值的倒數(shù)，表示微生物的抗熱能力，不同種類微生物的D值是不相同的。D值不受原始菌數(shù)的影響。 D值可按下式計算： 例：已知蘑菇罐頭對象菌D121=4 min，欲在121℃下把對象菌殺滅99.9%，問需多長殺菌時間？如果使活菌數(shù)減少為原來的0.01%，問需多長殺菌時間？ 四、食品熱處理的反應(yīng)動力學(xué) 2.加熱致死時間曲線 圖4-2是加熱致死時間曲線（Thermal death time curve—TDT曲線）。縱坐標(biāo)表示加熱致死時間（min），橫坐標(biāo)表示加熱殺菌溫度（℃）。 Z值：熱致死曲線中，時間降低一個對數(shù)周期，或縮短90%的加熱時間，所需要升高的溫度。Z值也表示微生物的抗熱能力，Z值越大，微生物耐熱性越強，不同種類微生物的Z值不同。 圖4-2加熱致死時間曲線中，細(xì)菌的致死時間，與加熱殺菌溫度之間的關(guān)系可根據(jù)Arrhenius法則表示如下： (2) 式中：T0為標(biāo)準(zhǔn)溫度；T為殺菌溫度；t’e為在溫度T0下的致死時間；te為在溫度T下的致死時間，Z是lg（te/t’e)=1時的值，即一個對數(shù)循環(huán)所相應(yīng)的溫度差。 四、食品熱處理的反應(yīng)動力學(xué) 3.標(biāo)準(zhǔn)溫度下的殺菌時間 一般標(biāo)準(zhǔn)溫度采用121.1℃，這時的值稱為F 值，故式（2）可用下式表示： F值：在恒定的加熱標(biāo)準(zhǔn)溫度下，殺滅一定數(shù)量的細(xì)菌營養(yǎng)體或芽孢所需要的時間。通常是表示標(biāo)準(zhǔn)溫度為121.1℃或l00℃時的致死時間。 非標(biāo)準(zhǔn)溫度時的F值，則必須在F的右下角注明溫度，如F116=3.96min，即表示溫度為116℃時的F值為3.96min。 達到同樣的殺菌強度，非標(biāo)準(zhǔn)溫度和標(biāo)準(zhǔn)溫度的換算： F=F標(biāo)×10121-t/Z ，或者F標(biāo)=F×10t-121/Z ，其中10t-121/Z稱為換算系數(shù)。 例題：對象菌Z=10℃，F(xiàn)121=10 min，求 F131 = ？ min， F141 = ？ min， F111 =？ min， F101= ？ min。 四、食品熱處理的反應(yīng)動力學(xué) 4.D值、Z值、F值之間的關(guān)系 以縱坐標(biāo)為D的常用對數(shù)值，橫坐標(biāo)為加熱殺菌溫度T，作D與T關(guān)系曲線（圖4-3），這條曲線稱為擬加熱致死時間曲線（phantom-TDT）。圖4-3中T1的D值為D1，T2的D值為D2，于是可以得到D值與Z值的關(guān)系： 根據(jù)D=t/(lga-lgb)，若t=tn，lga-lgb =n的話，則nD =tn。 又根據(jù) 可見在121.1℃時求得的D值乘以n就求得值，即 F=nD 在美國用“6D”值來殺死嗜熱芽孢菌，用“12D”值來殺死肉毒桿菌，以確定食品的安全性，這時F值稱為安全殺菌強度。 五、熱殺菌條件的確定 1.食品熱殺菌值 罐頭食品在熱殺菌過程中，殺菌效率通常通過罐頭殺菌F值的計算來確定，因此F值也被用作表示食品加熱殺菌效果的指標(biāo)。罐頭殺菌值又稱殺菌致死值、殺菌強度，包括安全殺菌F值和實際殺菌條件下的F值兩個內(nèi)容。 安全殺菌F值與實際殺菌F0值 安全殺菌F值也稱為標(biāo)準(zhǔn)值，它被作為判別某一殺菌條件合理性的標(biāo)準(zhǔn)值。 實際殺菌條件下的值是指在某一殺菌條件下的總的殺菌效果，簡稱實際殺菌值，常用 F0值表示，以區(qū)別于安全殺菌值F 。 F0值< F值，說明該殺菌條件不合理，殺菌不足或殺菌強度不夠； F0值等于或略大于F值，說明該殺菌條件合理，達到了商業(yè)滅菌的要求； F0值遠大于F值，說明殺菌過度，使食品遭受了不必要的熱損傷。 五、熱殺菌條件的確定 2.安全殺菌值F值的計算 罐頭食品的安全殺菌值隨其原料的種類、來源不同及加工方法、加工衛(wèi)生條件的不同而異。進行安全殺菌值的計算，必須弄清食品在殺菌前的污染情況，然后從檢驗出的微生物中選擇一種耐熱性最強的腐敗菌或致病菌作為該罐頭的殺滅對象，這一對象菌的耐熱性就是計算安全殺菌值的依據(jù)之一。 （1）殺菌對象的選擇 應(yīng)選擇耐熱性強、不易殺滅，罐頭中經(jīng)常出現(xiàn)、危害最大的微生物或者耐熱性強的酶。 pH≥4.6的低酸性食品，以肉毒梭狀芽孢桿菌為主要殺菌對象，對于某些常出現(xiàn)耐熱性更強的嗜熱腐敗菌或平酸菌的低酸性罐頭食品則應(yīng)以該菌為對象菌。 pH＜4.6的酸性食品，則常以一般細(xì)菌(如酵母)作為主要殺菌對象，但某些酸性食品如番茄及番茄制品中也常出現(xiàn)耐熱性較強的平酸菌如凝結(jié)芽孢桿菌，此時應(yīng)以該菌作為殺菌對象。 （2）殺菌溫度的選擇 pH ≥ 4.6，一般121℃殺菌，極少數(shù)低于115℃殺菌。 pH ＜ 4.6，一般100℃殺菌，極少數(shù)低于85℃殺菌。 實踐中可用pH計檢測，根據(jù)生活經(jīng)驗也可以粗略地估計。 五、熱殺菌條件的確定 （3）安全殺菌值F的計算 經(jīng)過微生物檢測，選定了罐頭殺菌的對象菌，知道了罐頭食品中所污染的對象菌的菌數(shù)及對象菌的耐熱性參數(shù)D值，就可按下式計算安全殺菌值： 式中：FT——在恒定的加熱殺菌溫度（通常取標(biāo)準(zhǔn)溫度＝121.1℃）下殺滅一定濃度的對象菌所需要的加熱殺菌時間，min； DT——在恒定的熱殺菌溫度下，使90%的對象菌死滅所需要的加熱殺菌時間，min； na——殺菌前對象菌的菌數(shù)（或每罐的菌數(shù)）； nb——殺菌后殘存的活菌數(shù)（或罐頭的允許變敗率）。 五、熱殺菌條件的確定 例題：某廠生產(chǎn)425g蘑菇罐頭，通過微生物檢測，選擇以嗜熱脂肪芽孢桿菌為對象菌，并設(shè)內(nèi)容物在殺菌前含嗜熱脂肪芽孢桿菌數(shù)不超過2個/g。經(jīng)過121℃殺菌，保溫儲藏后，允許敗壞率為萬分之五以下，問此條件下罐頭的安全殺菌值F值為多少？ 五、熱殺菌條件的確定 3.實際殺菌F0值的計算 （1）實際殺菌F0值與殺菌安全值F值的換算 實際殺菌F0值實質(zhì)上是把不同溫度下的殺菌時間折算成121℃（或其它標(biāo)準(zhǔn)殺菌溫度）的殺菌時間，相當(dāng)于121℃ （或其它標(biāo)準(zhǔn)殺菌溫度）的殺菌時間或殺菌效果，用F0表示。 特別注意：它不是指工人實際操作所花時間，它是一個理論上折算相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)殺菌溫度下的殺菌時間。 例：某罐頭110℃殺菌10 min，115℃殺菌20 min，121℃殺菌10 min。工人實際殺菌操作時間等于50 min，實際殺菌F0相當(dāng)于121 ℃ 殺菌多長時間？ F0=10×L1+15×L2+10×L3=？ L= 10121-t/Z 或表示為 五、熱殺菌條件的確定 （2）實際殺菌過程——殺菌規(guī)程 殺菌過程中的三項因素：殺菌溫度、殺菌時間、反壓力 殺菌規(guī)程： 或 式中：T——要達到的殺菌溫度（℃） t1——使罐頭升溫到殺菌溫度所需的時間（min）； t2——保持恒定的殺菌溫度所需的時間（min）； t3——罐頭降溫冷卻所需要的時間（min）； p——反壓冷卻時殺菌鍋內(nèi)應(yīng)采用的反壓力（Pa）。 舉例：椰子汁：5 min—16 min—5 min /121℃ 五、熱殺菌條件的確定 （3）實際殺菌過程中F0值的計算 當(dāng)加熱時間的間隔充分短時，某一時間的罐頭中心溫度幾乎是固定值。因此，在一個無限小的時間間隔內(nèi)，就有一個微小的殺菌效率值，整個殺菌過程的總殺菌效率的F0值可按下式計算： 第三節(jié) 熱殺菌的典型應(yīng)用——食品罐藏 一、罐藏概述 罐藏食品：簡稱罐頭，是新鮮原料經(jīng)過預(yù)處理，裝罐及加罐液，排氣，密封，殺菌和冷卻等工序加工制成的產(chǎn)品。 罐藏：將經(jīng)過一定處理的食品原料裝入包裝容器中，經(jīng)殺菌和滅酶，密封后使包裝容器內(nèi)處于商業(yè)無菌狀態(tài)，罐內(nèi)與外界環(huán)境隔絕而不被微生物再污染，從而使食品在室溫下長期保存。 罐藏的優(yōu)點：經(jīng)久耐藏，食用方便，安全衛(wèi)生，市場調(diào)節(jié)等作用。 二、罐頭食品的傳熱方式 1、罐裝食品的中傳熱方式 傳熱方式：傳導(dǎo)、對流、對流傳導(dǎo) 冷點：在罐頭殺菌工藝中，罐頭內(nèi)吸收和釋放熱量最緩慢之點，稱之為冷點。 2、罐頭冷點溫度 導(dǎo)熱型罐藏食品的冷點測定：幾何中心或微偏上方； 對流傳熱型罐藏食品的冷點測定：在中心軸上離罐底罐高10%~15%的罐內(nèi)中心線上； 導(dǎo)熱對流結(jié)合型罐藏食品冷點的測定：處于對流傳熱和導(dǎo)熱兩冷點之間，由兩者比值決定，一般取離罐底高約25%的罐內(nèi)中心線點為測定點。 罐藏容器類型：金屬罐、玻璃罐和軟包裝（蒸煮袋） 材料的質(zhì)量要求：安全無毒；具有良好的密封性，防止外界微生物的污染；具有良好的耐高溫、高壓和耐腐蝕性能；適合運輸，適合工業(yè)化生產(chǎn)。 三、罐藏容器 金屬罐 優(yōu)點：密封性好，殺菌時傳熱性好，耐高溫、耐壓、適合搬運。 缺點：罐身不透明，一次性使用，常和內(nèi)容物發(fā)生作用。 三、罐藏容器 玻璃罐 優(yōu)點：性質(zhì)穩(wěn)定，與內(nèi)容物不起化學(xué)反應(yīng)，具有透明度，空罐可回收重復(fù)利用。 缺點：殺菌時傳熱性差，不能受驟熱和驟冷的變化，重量大，易碎，運輸不便，內(nèi)容物易受光照影響。 三、罐藏容器 軟包裝（蒸煮袋） 優(yōu)點：重量輕、易開啟，耐高溫，殺菌時傳熱快，封口方便簡便，不透氣、水、光等。 缺點：制造工藝和材料要求較高。 四、罐藏容器涂料 目的： 在罐頭容器內(nèi)壁覆蓋一層保護膜，把食品和罐壁錫層隔開，防止金屬容器接觸腐蝕。 要求： 1、要求涂料膜與食品接觸后對人體無毒害；無嗅、無味；不會使食品產(chǎn)生異味或變色； 2、要求涂料膜組織必須致密，基本無孔隙點，具有良好的抗腐蝕性能（功能）； 3、要求能良好地附著在鍍錫板表面，并有一定的機械加工性能。 五、罐頭常用殺菌設(shè)備 1、靜止蒸汽殺菌鍋 靜止殺菌鍋是逐批式的、無攪動的壓力容器，用于對包裝在密封容器內(nèi)的食品進行殺菌。 通常把容器堆放或混雜擺放在殺菌架、籠筐、殺菌車、籃筐、殺菌盤中，推入或卸出殺菌鍋。 2、加壓靜止殺菌鍋 施加于殺菌鍋的壓力，超過在某一給定溫度情況下由加熱介質(zhì)所施加的壓力，也稱過壓。 一些過壓殺菌的容器例子有帶熱密封蓋子或雙層金屬卷邊的半剛性塑料容器，軟包裝袋，金屬盤和玻璃瓶。 案例分析：牛奶的殺菌以及保質(zhì)期qYa紅軟基地

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