第一节 微生物的耐热性.docx

1、第一节 微生物的耐热性第一节微生物的耐热性食品生产过程中，加热处理有多种好处：使蛋白质变性，淀粉糊化，减轻消化系统压力杀菌作用为科学有效地运用加热杀菌技术，应注意两方面内容：将有害微生物全部杀死对食品不应有不利影响加热杀菌理想效果：对物料操作及其品质影响控制在最小限度内迅速杀死存在于其中的有害微生物选择最适合食品特性的热交换方式及装置，严格操作确定加热杀菌条件需考虑：食品物性，容器，污染食品的微生物种类，数量，习性，加热过程中食品传热特性等。温度是微生物生存及繁殖最重要因素之一，微生物可能繁殖总体范围在-1090之间。不同种属微生物其生长和繁殖的温度范围不同。微生物的繁殖期，繁殖速度，最终细胞

2、量，营养要求，细胞中的酶及细胞的化学组成成分都受温度范围的制约。按微生物繁殖所需最适温度可将微生物分为： 细菌繁殖的温度范围细菌种类最低()最适()最高()嗜热菌3045 50707090嗜温菌中温性菌51530454555低温性菌-5525303035嗜冷菌-10-512151525真菌在最低温度条件下，其繁殖能力与细菌相同，然而，真菌能够繁殖的最高温度却很低，霉菌约为60，酵母菌繁殖的最高温度约为45。微生物繁殖速度，随着偏离最短温度范围的程度增大而下降。特别在高温条件下，繁殖速度急剧下降。加热杀菌对象确定可根据产芽孢细菌耐热确定，此外要考虑食品种类，加工方法及所要求的贮藏性等因素来确定微

3、生物耐热性可用实际使用的温度和时间表示，常用加热致死时间来表示。D值：一定温度条件下，杀死微生物所需时间，常用原数死亡90%所需时间来表示。一、 影响微生物耐热性因素首先受遗传性影响，与所处环境有关。加热前，加热时，加热后对微生物耐热性均有影响。(一) 菌种和菌株微生物种类不同，其耐热程度也不同。即使是同一菌种，其耐热性也因菌株而异。其中，产芽孢菌芽孢耐热性营养体，不同的细菌其芽孢的耐热性也不同。嗜热菌厌氧菌需氧菌芽孢同一菌种芽孢的耐热性也会因热处理前菌龄、培养条件、贮存环境的不同而异(二) 加热前微生物所经历培养条件内因：微生物细胞遗传性，细胞组成成分，细胞形态，细胞培养时间外因：培养基组成

4、成分，培养温度，代谢产物1. 菌龄与耐热性的关系稳定期细胞耐热性对数期，成熟芽孢耐热性未成熟芽孢2. 培养温度与耐热性的关系一般情况下，培养温度越高，所培养的细胞及芽孢耐热性越强。有的在最适温度下培养时，表现最强耐热性，有的则不受培养温度影响。3. 培养基组成与耐热性关系培养基成分的影响效果与菌种，菌株及其他多种因素相关：1) 在营养丰富的培养基上发育的芽孢，耐热性强2) 在高温下培养的在低温下培养形成的芽孢耐热性要强。3) 在发芽前，繁殖的温度范围与死亡温度范围之间，存在对芽孢产生影响的温度条件。采用不使芽孢死亡的高温处理芽孢，可诱导芽孢发芽（热活化现象）经热活化处理过的芽孢，其热敏感性增强

5、(三) 加热时的相关因素如加热温度，时间，细胞浓度，加热时环境情况（水分，食品成分，添加物等），氧气。在一定条件下，将微生物细胞及孢子加热时，其死亡曲线一般按对数法则变化。达到预计杀菌水平所需要的时间随温度上升而缩短。最初微生物数量越大，加热所需的时间也越长。1. 加热方式：湿热杀菌（100，几十分钟）干热杀菌（140-180，数小时）。另外，芽孢，孢子的耐热性营养体2. 热处理温度：热处理温度提高，杀死一定量腐败菌芽孢所需要的时间愈短。3. 原始活菌数：如原始活菌数大，则全部杀死所需时间愈长。4. 水分：Aw 0.20.4 ,经调湿的芽孢具有的耐热性 Aw0.4，耐热性显著降低5. pH值：

6、细菌一般在微酸至中性范围内耐热性最强，超过这一范围，耐热性下降。6. 营养物质碳水化合物对细菌有保护作用，蔗糖葡萄糖山梨醇果糖甘油脂类对细菌也有保护作用。长链脂肪酸保护效果短链脂肪酸蛋白质也有保护作用无机盐对细菌的作用随无机盐种类、浓度及菌种等变化而异。出现这种现象的原因可能是：盐类透过阻碍层的移动性因盐种类而变，对细胞内pH有影响调节渗透压，防止重要成分在加热时漏出细胞外盐具有水合作用，对酶及重要蛋白质稳定性有影响二价离子可以和蛋白质形成稳定复合体，有助于细菌耐热性的增强高浓度盐类使Aw降低，从而使细胞耐热性增强，其原理与干燥作用相同。目前，食盐对微生物耐热性影响较多。一般情况下，低浓度食盐

7、对细胞的芽孢有一定保护作用，而高浓度（5%）则使其耐热性减弱。当浓度加大到10%左右时，其影响又反而减弱。这种影响的程度常随微生物的种类而异。7. 其他当环境中有防腐剂，杀菌剂共同存在时，杀菌效果会更好。真空时，微生物耐热性下降。(四) 加热后的条件微生物受到某种强烈的外界刺激后，会遭受一定程度的损伤，与正常的群体相比，受伤的群体会从各个方面表现出不同的反应。遭受加热损伤的细胞除营养要求扩大外，还受各种条件影响，并易受抑制剂的影响。二、 微生物耐热机制主要与微生物细胞组成成分，水分，无机盐等因素有关。细菌芽孢耐热原因：芽孢膜构造，不具通透性，酶、DNA稳定，有皮质层存在，细胞核处于脱水状态三、

8、 微生物耐热性试验方法1、 TDT（thermal death time）试管法小型试管 内径7-10mm，厚1 mm，长80-150 mm预备试验 2支/每个处理，求D值，2-4支，计算菌数正式试验 4-6支/每个试验，求D值，6-10支，统计方法优点：装置简单，便于操作 缺点：操作费时，费力 可直接观察 内容物移出试管可能有残留 无污染危险 适用于流动性试样，T115.6 所需空间小 加热、冷却滞差大，且滞后时间无法充分校正2、 TDT罐法后培养困难，不适于供试营长难以发育的食品杀菌时间的杀菌温度选择：Tmax 耐5-10min，Tmin至多加热100min。可致死温度有4-5个，温差为2

9、.5-3.0可致死时间：为100min，致死点前后选择5-8个处理点时，最低间隔5 min 为10min，致死点前后选择5-8个处理点时，最低间隔1-2 min优点：与罐头生产相同的操作条件下对多个产品做加热试验 发生产气酸败，易辨别 填充物料和密封都比试管法省事缺点：有滞差 需特殊密封装置 杀菌锅需便于调节不能用肉眼辨别平酸型败坏后培养易受污染如测产气菌，应注意破罐，防止假阳性3、 烧瓶法 ：可用于100以内的温度条件下进行耐热性试验，三颈烧杯优点：对耐热性弱的微生物进行耐热性试验装置结构简单，操作方便如操作得当，滞差可忽略缺点：待测温度低于100，必须是液态样，注意内容物避免粘附在容器内壁

10、，注意菌体凝集问题 4、 开放型TDT管优点：避免活菌残留 省去熔封，开口缺点：要求温度高于1005、 专用耐热性测定仪测定法 115.5，常用温度101.7-148.9适用于高温短时试验，物料少，加热、冷却快优点：加热、冷却瞬时完成，在高温下，可进行高精确度耐热性测定加热时间精确，重现性好后培养自动进行，无污染危险，节省人力，操作简单，维护、保养费用低廉缺点：装置价格昂贵，温度 101.7以上；仅限于液态食品，不可直接培养6、 毛细管法 常与UHT连用，用小毛细管作加热容器优点：加热、冷却迅速；可保存试样，以备后培养或不开口进行培养，以便观察缺点：费事，后培养易受污染 7、 利用实验室小型蒸

11、汽吹入式UHT装置优点：与大规模成套设备相同条件进行操作，易求得操作变量，在不充分条件下获得准确数据，装置体积小，可隔离进行试验，无污染四、 微生物耐热性参数1、 加热致死速率曲线/残存活菌曲线根据试验结果：微生物死亡数是按指数递减或按对数循环下降。在一定环境和一定致死温度热处理微生物，不同时间所得残存数对数值呈直线关系。图1-2-3（P87）表明：直线横过一个对数周期时所需要的时间D值为直线斜率倒数，即细菌死亡率的倒数。2、 D值定义在一定环境中一定的温度条件下，将全部对象菌90%杀灭所需要的时间。D值愈大，细菌死亡速率愈慢，该菌耐热性愈强。D值不受原始菌数影响，其表示方法：D121.1 m

12、in D值随热处理温度、菌种、细菌/悬浮液的性质及其他因素而异。 D值计算： 3、 加热致死时间曲线温度不变，将处于一定条件下的孢子悬浮液/食品中某一菌种的细胞/芽孢数全部杀死所的最短热处理时间。细菌加热致死时间随致死温度而异。它表示不同温度时细菌芽孢相对耐热性。加热致死规律按指数递降进行。 不同热处理温度，t加热致死时间，Z 时对应-值4、 加热减数时间（thermal reduction time）Z为直线斜率绝对值的倒数。加热减数时间：任一规定温度，将对象菌减少到某一程度（10-n）时所需的加热时间。10-n中n称为递减指数，表示TRTn=nDTRT实为D值概念的扩大。所以受对D值有影响

13、的因素支配，不受原始菌数影响。TRT值可按从概率角度解释细菌死亡情况。TRTn值随温度而异。如n=1,则TRT=D。横坐标为加热温度，纵坐标为TRT（实际为D）对数值，在半对数坐标轴上画出拟致死时间曲线（为一直线）递减指数n不超过2时，则TDTn=nD。同样可做出各n值时，T对t曲线，称为加热减数时间曲线。它们和拟加热致死时间曲线相平行。Z值实际上是某对象菌耐热性参数。D值本身并不代表全部杀菌时间。在规定下，当nD值中n接近无穷大，即F值。但实际中不需要。只要根据实际污染情况的调查和安全性保证试验即可确定n值，可将其视为F值。由此建立加热减数时间曲线方程。因F相应取121.1，上式即，如D值在

14、121.1时测得，则FnD。5、 12D概念（罐头工业杀菌）最低加热过程应降低到最耐热的肉毒梭状芽孢杆菌芽孢存活概率仅为10-12适用于pH值4.6食品。6、 F值和Z值F值：一定加热致死温度（一般为121.1）下，杀死一定浓度微生物所需加热时间。用于比较Z值相同的细菌耐热性，但对于Z值不同的细菌不适用。故F值表示: ,通常Z10，如121.1，上下标可省略，否则不省略。Z值：加热致死时间曲线或加热致死速率曲线中加热时间或D值按照1/10或10倍变化时，相应的加热温度变化。Z值愈大，因温度上升而取得的杀菌效果就愈小。因，故7、 温度系数和Z值关系两种不同温度时反应速率常数的比值。用表示。一般1

15、0，五、 酶的耐热性含酶的物质中，在一定范围内提高温度，则酶的反应速率随之增加。其一般在1.42.0之间，但温度过高，温度特别高反应速度反而下降。原因：温度升高加速反应如果温度过高，蛋白质破坏，导致反应速度下降。蛋白质被破坏温度即最低点。转折点为。当过转折点后，随着温度提高，K值下降。温度高于80，热处理几分钟，几乎所有酶遭受不可逆破坏。注意：某些酶经过热杀菌还能再度活化。第二节、食品的热传递热量传递方式传导：热量从物体的这一部分向那一部分或向接触的另一物体所发生的传递。组成物质的分子间热运动引起。发生于固体或接触物体之间对流：适用于液体物质。当液体或气体中存在某种程度温度差时，温度不同的两部

16、分就会通过其密度差发生混合。这种混合比通过传导更易使温度均匀一致。除自然混合作用（自然对流）外，还有强制对流。辐射：任何物体都相应地从表面散发热能，传递给另一物体。热能可能被反射，吸收或透过物体散失。加热杀菌分类，按接触方式可分为间接加热和间接加热。一、 罐装食品传热方式(一) 传热方式：有传导，对流，对流传导三种。1. 传导传热型在传导加热或冷却中，吸收和释放热量最缓慢部位在罐头中心。称冷点。冷点加热杀菌所需要时间较长。传导传热型罐头：固态的，粘稠度高的食品或加热冷却过程中不能流动的食品。2. 对流传热型其冷点处于中心轴偏下部位。加热冷却过程较短。3. 对流传导结合式可分为先对流后传导：冷却

17、时只传导传热，乳糜状玉米罐头先传导后对流：冷却时只对流传热，苹果沙司罐头(二) 影响罐装食品传热的因素固态食品：先装到容器中再杀菌液态食品：先装到容器中再杀菌或先杀菌再分装1. 内因：装罐量，顶隙量，真空度，固形物量，糖液浓度，汁液与固形物比例，粘稠度，熟化程度，加工方法，食品组成与性状，填充方法，加热过程中特性，加热前食品初温及在容器内分布。2. 外因：容器大小与形状，加热过程旋转，搅动，杀菌锅内容器数量，容器所处，杀菌锅内喷入蒸汽压力，喷射位置，杀菌锅内温度分布，有无所囊，升温时间等。具体有：1) 食品的物理性质形状，大小，粘稠度和相对密度不同，糖（温度升高，粘度下降），淀粉（6%，传热方

18、式为传导），果胶，块形大小，装罐方式2) 食品初温对于传导型加热食品：影响显著；对于对流型加热食品：影响不显著。3) 容器传热特性，热阻，几何尺寸（h/D=0.25,加热时间最短）。对于对流传热型罐头：容器种类和罐壁厚度对加热杀菌时间影响很大。对于传导传热型罐头：食品导热性对杀菌时间影响较大。4) 杀菌设备形式：回转式静置式5) 其他：加热时食品特性，加热前罐内温度分布情况，杀菌锅装填量，罐的码放排列方式。二、 罐装食品传热的测定1、 目的 掌握罐藏食品的传热特性 建立相应加热和冷却条件 根据测得的加热和冷却的传热曲线直接对杀菌效果作出评价2、 方法 短杆水银温度计 专用罐头中心温度测定仪3、

19、 测定点（测温点的选择） 罐内加热最缓慢点（冷点）对流传热型罐藏食品：中心轴上离罐底罐高10%15%，罐内中心线上热导传热型罐藏食品：几何中心或微偏上方热导对流结合型罐藏食品： 对流传热和导热两冷点之间，由二者比值决定 一般取离罐底罐高约25%的罐内中心线作测定点特殊罐藏食品：需测定（每10mm始，隔5mm放一热电偶）4、 测试方法试样量 46只（10）测定次数 1次/分钟，导热型可适当延长测罐内及杀菌锅内温度变化情况三、 罐装食品的传热曲线(一) 传热曲线类型 为加热杀菌和冷却时的传热曲线。是将测得的罐内冷点温度的变化在半对数坐标轴上作图所得的曲线。以实际上温度与加热或冷却温度差的对数值为纵

20、坐标，以时间为横坐标作曲线。在半对数坐标图上作出的加热杀菌和冷却时的传热曲线，除加热和冷却最初阶段外都呈直线，其斜率可用fh、fc表示，为直线横过一个对数循环时需要的加热和冷却时间。fh和fc表示加热杀菌时速率和冷却速率。f越高，速率越慢。这此曲线称为单数半对数曲线，纯粹对流型和传导型食品传热曲线属于此类。有些曲线并非如此。如果食品在杀菌初期先通过对流传热加热，再通过传导加热，这类食品热传递曲线是一个由两条斜率水同的直线所构成的图像。这两渐近线的交点一般叫转折点。这种热传递曲线称为转折型半对数加热曲线。一般应把升温时间42%计算在杀菌时间中。（不适于传热好或升温时温差为23食品）(二) 传热速

21、率表达式1、 Ball表达式某一杀菌温度时，加热时间可根据半对数加热曲线的fh值推算。:杀菌温度下加热时间（min）:半对数加热传热直线横过一个对数周期所需的加热时间（min）：杀菌锅杀菌温度（s）和加热结束时罐内冷点上能达到的最高温度(1)间的差值:杀菌锅杀菌温度（s）和杀菌开始前罐藏食品初温（c）的差值。:假初温：初温：加热滞后因子2、 一般表达式加热杀菌时间与的关系：罐内容物温度第三节杀菌强度和杀菌时间的计算及评价一、 杀菌对象菌的选择罐藏食品进行最后热处理的对象主要是致病菌，腐败菌，产毒菌。罐藏食品商业无菌（commercial sterilization of canned food

22、）：罐藏食品经适度热杀菌以后，不含有致病的微生物，也不含常温下能系列的非致病微生物。1、 选择原因罐藏食品种类不同，罐内腐败菌也不同，导致罐头腐败原因也不同，各腐败菌生活习性不同，故杀菌工艺也不同确定对象菌才能正确选择合理杀菌工艺避免罐头腐败变质。2、 根据腐败菌对不同pH值的适应性及耐热性，罐藏食品应分为：酸度级别食品种类常见腐败菌热力杀菌要求低酸性食品（pH4.6，Aw0.85）低酸性食品5.0肉嗜热菌，嗜温厌氧菌或嗜温兼性厌氧菌高温杀菌105121.1中酸性食品4.65.0蔬菜，面条酸性食品（pH4.6）酸性食品：3.74.6水果及果汁非芽孢耐酸菌、耐酸芽孢菌沸水或100以下介质杀菌高酸

23、性食品：3.7菠萝，杏，葡萄，柠檬，醋栗，泡菜酵母，霉菌，酶（耐酸性强，耐热性差）1) 判断依据：肉毒杆菌的生长习性（抗热、厌氧）土壤菌。分为AB型，E型AB型：耐酸，pH4.6时，生长受抑制E型：产毒2) 低酸性食品中存在的微生物：肉毒杆菌，PA3679生芽梭状芽孢杆菌（厌氧腐败菌），平酸菌（嗜热脂肪芽孢杆菌）中酸性食品存在的微生物：嗜热解糖梭状芽孢杆菌（解糖厌氧菌），杀菌条件同低酸性食品。故中酸性食品被归入低酸性食品一类。pH3.7：酪酸菌和凝结芽孢杆菌（腐败）在此条件下仍可生长，故pH3.7成为酸性食品和高酸性食品的分界线。高酸性食品：耐酸性细菌，酵母，霉菌（该条件下，酶耐热性高于微生物

24、）二、 杀菌强度1、 意义杀菌效率值。通过测定罐头中心温度，根据此结果按对象菌的Z值进行一系列计算，得到在该杀菌条件下的实际杀菌效果，即杀菌强度（F0）。用实际杀菌效果即杀菌强度F0和TDT曲线上的F值比较，即可知道在实际操作杀菌条件下是否达到杀菌要求。2、 杀菌强度F0值计算F0值定义：在参数温度为121.1下总的累积致死效应。（total ijtegrated lethal effect）美国：仅指保持恒定温度下的时间（holding time） 保温时间，保温部分的杀菌温度计算方法：确定121.1下D值针对不同微生物种类确定nD ，计算F0值许多腐败微生物比肉毒杆菌耐热性强，在实际运用过

25、程中，在罐头工业中通常选择F0值为818，并依产品类别设定F0值。各种食品原料的典型F0值如书P111页，最下方所式计算F0值考虑的其他因素：食品品质即C0值（蒸煮值）：，C0值提高，品质下降Z值取决于食品类型，一般在1523之间。选择食品杀菌F0值的同时，评估C0值。制定F0值考虑安全问题及食品接受性。3、 规定杀菌对象菌标准F值的依据确定杀菌值之前，首先确定引起该罐藏食品变质的a微生物种类及b其耐热性，c了解腐败菌污染程度对于低酸性食品，考虑肉毒杆菌12D耐热性高嗜热菌（45）D6D酸性食品，选用80作参照温度，通常用45D的杀菌强度，F值较小。三、 加热杀菌时间的推算及评价1920比奇洛

26、（Bigelow）基本推算法根据细菌致死率和罐藏食品传热曲线创建杀菌理论1923Ball公式法由杀菌过程中罐头中心受热效果，研究用积分法计算杀菌效果的方法1939Olson Stevens Schultz 改进计算法简化1923年公式法1948Stumbo 提出F值计算杀菌时间考虑细菌数现在最新计算法将数值影响考虑在内比奇洛推算法：基本理论：找出罐藏食品的传热情况和各温度时细菌受热致死时间关系。推算预定温度工艺条件下需要的加热、冷却杀菌时间。A致死量（lethal value ）t/t0 部分杀菌量第四节、食品加热杀菌和热力杀菌装置一、 低温加热杀菌作用：将食品中所存在的微生物部分地而不是全部

27、杀灭的一种杀菌方法。适用范围：酒精，牛奶，果汁等液体食品（pH4.6） 食品品质易受高温影响，只需部分灭菌（杀死拮抗微生物）注意：常与冷藏，发酵，使用添加物（糖、盐、防腐剂，降低Aw的物质），包装，加脱氧剂等。操作：可分为三个阶段，升温阶段，保温阶段，冷却阶段严格操作时间，热交换充分有效进行分类：从操作角度分为回转式，连续式1、批量式低温加热杀菌装置液态食品：热交换三个阶段在同一装置中进行，夹层锅（热交换率高）固体食品：产品装入大型筐隔板上，在盛有热水的水槽中浸泡一段时间，再移入冷却水槽降温。或者将蒸汽送入密闭室，用蒸汽杀菌特点：固体食品传热系数小，热交换效率不高，表面易受过度热处理。可用于在

28、设定温度下保温较长时间的食品技术性强，操作管理费工2、连续式低温加热杀菌装置固体食品/固液混合食品：不能连续加热杀菌，如用小容器包装，可连续处理液态食品：无论是否有包装，都适宜连续处理1) 对于液态食品而言，热交换器有管式和板式管式有蛇管式，双管式，多管式板式：应用广板式热交换器特点：总传热系数大设备安装占用面积小，运转时内容量小，滞留时间短，易于将各分解并进行清洗，易于调节流量，同一组片内同时进行两种以上产品的热交换，采用适当金属材料不存在金属污染问题，可自动控制，节省人工费用。2) 罐装、瓶装小包装食品杀菌连续式水槽杀菌设备：适合于腌制菜和果品罐头杀菌，不适合瓶装食品分几个区，各分区内调节

29、加热速度有传递带连续热水喷淋杀菌设备：酸性食品低温杀菌，对瓶装食品尤为合适设六个以上温度分区，第一预热区，第二预热区，低温杀菌区，预冷区，冷却区，最终冷却区连续蒸汽加热式杀菌设备（隧道形）热量传递速度不稳定，随蒸汽温度和速度而变连续滚动式常压加热杀菌设备罐的移动机构是一个螺旋形导轨，使罐沿导轨进行滚动3、高频加热杀菌使高频电磁能在物体内部转变为热能进行加热的一种方式。若从导电性的角度划分，有金属和电解质溶液之类易于导电的导体和难于导电的电介体。以前者为对象的加热谓之感应加热，以后都为对象的加热叫做介质加热感应加热采用频率为数百千赫（kHz）以内的电磁波,介质加热采用数兆赫（MHz）以上的电磁波，微波相应的频率为300MHz30GHz二、 高温加热杀菌1、 间歇装置:高压杀菌釜分为立式和卧式1) 立式压力杀菌釜：安装时一半安装在地面以下，开口比地面高80-90cm按蒸汽供给方式分：底部蒸汽吹入式，上部蒸汽吹入式2) 卧式压力杀菌釜：一般在地面上，大型装置低于地面20-30cm，目的使轨道与地面高度相同可以分为：底部蒸汽吹入式，