杀菌原理及其杀菌工艺条件确定.docx
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杀菌原理及其杀菌工艺条件确定
杀菌原理及其杀菌工艺条件的确定
一、
食品罐藏原理细菌
㈠．热力杀菌原理：
酵母
微生物霉菌
1．引起腐败的原因食品中的酶
其他化学
食品本身含有各种酶。
当食品被采收或屠宰后往往会分解食品使其不堪食用。
但一般这比酶的抗热性不强。
通常在装罐前的热处理过程中就失去活性。
所以罐头保藏食品的热处理杀菌对象主要是腐败微生物。
2．何为杀菌：
当食品加热到某一高温，并保持一段时间使微生物失去生命力，以保藏食品的过程称之杀菌。
3．商业杀菌：
使罐头在一般正常条件下，运输贮藏和分配销售的时候，罐头不再遭受腐败微生物破坏致于腐败，同时也不会有害于人体健康的热力杀菌。
要达到商业无菌，必须借助于密封容器，进行密封。
防止再污染，达到商业无菌。
㈡．杀菌条件的科学确定：
1．杀菌条件的确定，要考虑的因素有：
1．食品的特性、粘度、颗粒大小
2．固体与液体的经例
3．罐头的大小
4．装罐前预处理过程
5．污染腐败微生物的种类、习性、数量等
2．杀菌条件确定的依据：
⑴．微生物的耐热性及种类：
首先必须对食物对象进行微生物方面的调查，搞清造成污染微生物有哪些？
哪些是腐败和致病菌？
它们的耐热程度如何？
继而进行耐热菌的TDT值、D值、Z值的测定和计算。
这对制定杀菌规程来说，是起决定性作用的关键一步。
对于低酸性食品，其主要危害是肉毒杆菌，因此，低酸性食品罐头杀菌的中心目的，就是要彻底杀死肉毒杆菌。
⑵．食品的传热、速度：
fh.j（有些资料称热穿透速度）
随着罐头内容物的不同以及固液比基质的粘稠度，固形物在罐内的排列方式及固形物大小等方面的不同，它们的传热方式和传热速度也不相同。
有的是以对流传热为主，有的是以传导为主，有的是两者兼有。
传热方式对杀菌效果有着极其重要的影响。
这一点我们绝对不能忽视。
⑶．罐内初菌数
基质中的初菌数对杀菌效果也有着一定的影响。
由于微生物的生长或死亡都是按照对数规律递增或递减的。
因此对同一种微生物来说，如果污染严重，那么要达到一定的安全值，所需的杀菌时间就长，反之则短。
3．确定热力杀菌工艺条件的过程：
感官品质
及经济性评价
正常
二、腐败微生物的耐热性
㈠．腐败微生物的一般习性
对环境的要求：
①空气②③PH
食品按PH分类
①高酸性PH＜4.0②酸性PH4.0~4.5③低酸性PH＞4.6
㈡．要从公共卫生安全角度分：
1酸性：
在酸性食品中肉毒杆菌不产生毒素。
2低酸性：
在低酸性食品中肉毒杆菌产生毒素。
总之：
a.在低酸性食品中（PH＞4.6）就有可能使肉毒杆菌芽孢产生。
所以要接受杀死肉毒杆菌的热量100℃以上。
b.在酸性食品中（PH＜4.5）它不可能产生肉毒杆菌毒素，所以一般低于100℃以下。
c.酸化食品可按酸性食品接受杀菌。
㈢．微生物耐热性的测定：
1．烧瓶法2.TDT试管法3.TDT罐法
TDT—指测定热力致死时间的试管或罐：
在测定细菌耐热性时，应尽可能避免热传导的因素，所以要求瞬时加热，瞬时冷却。
在做试验时，温度应达4~5个之多，温差一般为2.5~3.0℃，以不同温度进行耐热试验，其杀菌时间要有一定的间隔。
㈣．微生物耐热性的表示法：
1．D值：
在某一温度下，减少活菌数90%所需的时间（通常用“分”表示）。
D值相当于细菌致死曲线斜率的负倒数。
D值愈大，表示该菌芽孢耐热性愈强。
微生物的死亡规律符合于指数规律y=ax。
=10-t/Dc：
表示在某一温度下，经过t时间后，该菌的残留浓度。
log
-
log=-
t：
致死时间
D=
或D=
2．F值和Z值：
1F：
在特定温度下，将一定数量的菌全部杀死所需的时间
或：
在121.1℃时，杀死一定量的菌所需的时间，也就是121.1℃的TDT值，与环境、数量菌种、菌类有关。
2Z：
每一种D值变化10倍或
时的温差。
或：
热力致死时间曲线，斜率的倒数。
或：
热力致死时间每变化10倍或
所供给的温度差，它与环境数量、菌种、菌类有关。
121.1温度
内视性热力致死时间曲线热力致死时间曲线
z值的求法：
①．根据内视性热致死时间曲线求z
log
=
Dr—参照的D值（即121.1℃时的D值）
D—任意温度下的D值
②．根据热力致死时间曲线，在曲线上找出对应于一个对数循环的值或计算某斜率的倒数。
③．D、F、Z值的大小对杀菌速度的影响
D、F、Z值的增大，说明杀菌速度慢，微生物本身耐热性强
④．热力致死时间曲线议程
log
=
∑r：
对应于Tr该菌致死时间（或特定温度121.1℃）
∑：
对应于T该菌致死时间（任意温度）
Z：
热力致死时间穿过一个对数周期所需的温度差
T：
任意一个致死温度
⑤．杀菌值的确定：
罐头食品杀菌的目的在于使罐内腐败微生物失去活力，以便在商品流通过程中保持食品不变质。
为了确定杀菌值，首先要知道引起该罐头食品变质的微生物及其耐热性最强的是哪一种和它的耐热程度多高，即D值和Z值如何？
其次根据T=D（loga－logb），还要了解被污染的程度。
低酸性食品罐头中常有肉毒杆菌数生长产生毒素，所以首先要保证杀灭肉类杆菌，这是低酸性罐头食品杀菌时的最低要求。
根据许多学者的试验测定：
肉毒杆菌芽孢的耐热性较高，为杀菌的对象菌，其浓度指标下降到
C0C=10-12C0a10时间
C010
B10-12
C
计算说明：
例1：
设某一低酸性食品罐头中，每罐含有肉毒杆菌芽孢1个，而希望产品1012罐中，经杀菌只有一罐残存，这样在121.1℃下，杀菌需要多长热处理时间？
解：
a=1012b=1求t=?
根据D=
t=D（loga－logb）=D（log10-12－log1）=12D
根据科学试验证明：
肉毒杆菌的耐热性较高D=0.204（分）
代入上式得：
t=12×0.204=2.45（分）
根据T值的定义：
D值如果是Dr即D121.1℃，则上式中的t值就相当于F值，F=12Dr，这主要是考虑到肉毒杆菌在公共卫生上的因素，的以必须先用12D值才安全，根据美国等国的实际经验，这样的杀菌值才不会有中毒问题发生。
但是低酸性食品中，引起腐败变质的其他微生物的耐热性还有比肉毒杆菌更强的，如嗜热菌芽孢，Dr可达3~4分钟，如同样采用12D值杀菌强度，虽可以使其腐败率降低到非常小的程度，但对感官品质极为不利，甚至不能食用，以采用4~5D的杀菌值为宜，6D也可以接受。
虽然Dr值知道后，就很快求得在121.1℃对杀菌的时间，但要求其他杀菌温度时要达到同样的杀菌效果所需的时间，还必须用微生物特性的另一个值，即热力致死时间曲线的斜率Z值。
log
=
例2：
某产品每克含Z=10℃，D121.1℃=2.00的芽孢10个，罐重570克，杀菌温度为115.5℃，问欲用多长加热时间才能达到正常的腐败率（0.01%）?
如果半成品严重腐败，使腐败率变成0.1%，若仍要达到正常的腐败率，问需要对该半成品用多长的加热时间？
每克半成品芽孢数增加了多少个？
解：
①已知：
Z=10℃,D121.1℃=2.00，a=10×570个，b=0.01%，求∑115.5=?
t=D121.1℃（loga－log5）=2（log5700－log0.001）
=2（log5700－log10-4）=2（3.7559+4）
=15.51（分）∵t=∑r
log∑r－log∑=
log15.51－log∑=
log15.51－
=log∑
log15.51+0.56=log∑
+0.56=log∑
∑=56.23（分）
答：
温度为115.5℃时需要56.23分钟的时间才能达到正常腐败率（0.01%）。
②已知：
t=56.23分a=10×570b=0.001求D115.5=？
t115.5=D115.5（loga－logb）
D115.5=
=
灭菌与无菌操作技术
一、物理灭菌法
二、F值与F0值
近年来对灭菌过程无菌检验中存在的问题引起人们的注意。
一方面灭菌温度多系测量灭菌器内的温度不是灭菌物体内的温度，同时无菌检验方法也存在局限性，在检品存在微量的微生物时，往往难以用现行的无菌检验法检出。
因此，对灭菌方法的可靠性进行验证是很必要的。
F与F0值可作用验证灭菌可靠性的参数。
1．D值研究表明微生物受高温杀灭时，在一定温度范围内其死亡速度属一级过程，即：
式中N。
为原始微生物数，Nt为t时残存的微生物数，k为死亡速度常数。
lgNt对t作图，得一条直线，直线的斜率为
令斜率的负倒数为D值，即：
由式6-3可知，当lgNt-lgN0=1时D=t，即D的物理意义为一定温度下将微生物杀灭90％（即使之下降一个对数单位）所需时间。
D值是微生物的耐热参数，不同微生物在不同条件下有不同的D值，如表6-4所示。
表6-4不同灭菌方法不同微生物的D值
灭菌方法
微生物种类
温度/C
介质或样品
D值/min
蒸气灭菌
嗜热脂肪芽孢杆菌
105
5％葡萄糖水溶液
87.8
蒸气灭菌
嗜热脂肪芽孢杆菌
121
5％葡萄糖水溶液
2.4
蒸气灭菌
嗜热脂肪芽孢杆菌
121
注射用水
3.0
蒸气灭菌
产芽胞梭状芽孢杆菌
105
5％葡萄糖水溶液
1.3
干热灭菌
枯草芽胞杆菌
135
纸
16.6
红外线灭菌
枯草芽胞杆菌
160
玻璃板
18秒
2．Z值
随温度升高，微生物死亡速度加速，即k增加，因而D值下降，在一定温度范围内（100~138C）lgD与温度T呈直线关系，直线的斜率
由于此斜率为负值，为避免引入负数，令：
故Z值为降低一个lgD值需升高的温度数，即灭菌时间减少至原来1/10所需要升高的温度。
如Z=10C，则灭菌时间减少至原来1/10，而灭菌效果保持不变需要升高的的温度为10C。
表6-5是一些药物溶液的Z值。
式6-4也可表示为：
设Z=10C，T1=110C，T2=121C，则D2=0.079D1。
即110C1min与121C0.079min的灭菌效果相当。
若Z=10C，灭菌温度每升高一度，则D2=0.794D1，即温度每升高一度，达到相同的灭菌效率的灭菌时间将减少20.6%。
表6-5不同溶液中测定的嗜热脂肪芽孢杆菌的Z值
溶液
Z值/C
5％葡萄糖水溶液
注射用水
5％葡萄糖乳酸盐林格氏溶液
pH7磷酸盐缓冲液
10.3
8.4
11.3
7.6
3．F值与F0值
（1）F值F值的数学表达或可表示如下：
式中t是测量被灭菌物品温度的时间间隔，一般为0.5~1.0min或更小，T是每个△t测量被灭菌物品的温度，To是参比温度。
由此表达式，F为在一定温度（T）下给定Z值所产生的灭菌效力与To给定Z值所产生的灭菌效率相同时所相当的时间，以min为单位。
F值常用于干热灭菌，例如干热灭菌的参比温度用170℃，消毁大肠杆菌内毒素的Z值为54℃，则采用250℃干热灭菌消毁上述内毒素的F值为750min。
根据式（6-2）及（6-3），则：
若Nt确定为灭菌效果（国际标准为10—6，即灭菌后微生物的存活概率不得大于百万分之一），也可将在一定温度（T）下杀死容器中全部微生物所需的时间称为F值，即式（6-8），它等于D值与微生物数降低值的乘积，F值的意义就更明确了。
F＝DT×（lgN0－lg10－6）6–8
（2）F0值在湿热灭菌中，参比温度规定为121℃，以嗜热脂肪芽孢杆菌为生物指示剂的Z值为10℃，则与F值类似：
即F0值为一定灭菌温度（T）下Z值为10℃所产生的灭菌效率与121℃、Z值为10℃所产生的灭菌效率相同时所相当的时间（min）。
也就是说F0是将各种灭菌温度的灭菌效果转换为121℃灭菌的等效值。
目前F0用于热压灭菌。
一般要求一个灭菌程序（加热及冷却过程）的F0大于8，遇热极敏感的的产品，可允许F0小于8，但必须采取措施确保产品无菌，除使用生物指示剂进行验证外，还必须连续、严格的对微生物进行监控。
灭菌过程中，只需记录被灭菌物品的温度与时间，就可算出F0。
假设表6-6的灭菌程
序，8min从100℃升至115℃，恒温30min，然后同样以8min降温至100℃，△t取1min，按表6-6数据及式6-9计算该灭菌程序的F0值如下：
表6-6灭菌过程中不同时间的温度
时间/min
0
1
2
3
4
5
6
7
8~38
温度/℃
100
102
104
106
108
110
112
114
115
时间/min
39
40
41
42
43
44
45
46
温度/℃
114
112
110
108
106
104
102
100
结果表明，上述灭菌程序46min的灭菌效果与121℃，8.40min的灭菌效果相当。
与式6-8类似，F0值可看作是D121值与微生物数降低值的乘积，即：
F0＝D121×（lgNo－lgNt）6-10
同样，Nt为灭菌后希望达到微生物残存数。
如将含有200个嗜热脂肪芽胞杆菌的5％葡萄糖水溶液以121℃热压灭菌时，D为2.4min，Nt值为10—6，则：
F0＝2.4×（lg200－lg10—6）=19.92（min）
因此，可以认为F0相当于以121℃热压灭菌时，杀死容器中全部微生物所需要的时间。
4．影响F值与F0值的因素
F0值的计算对于验证灭菌效果极为有用，当产品以121℃湿热灭菌时，灭菌器内的温
度虽能迅速升到121℃，而被菌物品内部则不然，由于包装材料热传导、灭菌物品的数量、摆放位置及其他因素影响使灭菌器内各处温度不均匀。
而从式6-9看出，F0将随着产品温度（T）变化而呈指数的变化，故温度即使很小的差别（如0.1~1℃）将对F0值产生显著的影响，同时F0值要求测定灭菌物品内的实际温度，故用F0来监测灭菌效果具有重要的意义。
为了使F0测定准确，需要研究影响F0值的因素：
（1）温度由于温度的微小差别将使F0值发生显著的变化，因此首先应保证温度测量的准确性。
应选择灵敏度高，重现性好，精密度为0.1的热电偶，并对热电偶进行校验。
其次灭菌时应将热电偶的探针置于被测物的内部。
有些灭菌记录仪附有F0计算器，温度探头经灭菌器通向柜外的温度记录仪，在灭菌过程中和灭菌后，自动显示F0值。
（2）灭菌物品在灭菌器内的数量与排布要注意灭菌器内各层、四角、中间位置热分布是否均匀，并进行实际测定，作出合理排布，同时灭菌物品不能挤得太满，应留有空间，使各处温度分布均匀，测得F0值更可靠。
（2）灭菌产品溶液粘度及容器充填量。
（3） 灭菌产品微生物污染数为了确保灭菌效果，根据F0＝D121×（lgNo－lgNt），若N0越大，即被灭菌物中微生物越多，则灭菌时间越长，故生产过程中应尽量减少微生物的污染，应采取各种措施使每个容器的含菌数控制在10以下（lg10=1）。
另外，计算F0时，应适当考虑增加安全因素，一般增加50％，如规定F0为8min，则实际操作应控制到12min为好。
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