杀菌公式

（二）公式法

公式法最初由Ball提出，后来经美国制罐公司热工学研究组简化后，用来计算简单型和转折型传热曲线上杀菌时间和F值，简化虽会引起一些误差但无明显影响。现已列入美国食品药物管理局有关规定，在美国得到普遍应用。公式法是根据罐头在杀菌过程中内容物温度的变化在半对数坐标纸上所绘出的加热曲线，以及杀菌一结束，冷却水立即进入杀菌锅进行冷却的曲线才能进行推算并找出答案。它的优点是可以在杀菌温度变更时算出杀菌时间，但其缺点是计算较繁，费时，用公式法计算比较费时，尤其是产品传热呈转折型加热曲线时，还容易在计算中发生错误，又要求加热曲线必须呈有规则的简单型加热曲线或转折型加热曲线，才能求得较正确的结果。

1标绘加热曲线

计算时首先将罐内冷点温度变化数据与时间绘在半对数坐标纸上，如果所得传热曲线呈一条直线时为简单加热曲线，如呈二条直线，则为转折型加热曲一线，可求得传热速率fh（及f2）和滞后因子j、μ，如为转折型加热曲线时，还须绘制冷却曲线，求得X、fc，计算时需有Fi表、f／u：logｇ图和r：logｇ图。

2杀菌值（F0值）和杀菌时间计算 各符号含义介绍：

Z——热力杀菌时对象菌的热力致死时间曲线的斜率（min），也即对温度变化时热力致死时间相应变化或致死速率的估量。低酸性食品按Z=10℃肉毒杆菌计算；酸性食品在低于100℃杀菌时可按Z=8℃计算。

fh——加热曲线中直线部分的斜率，机横跨一个对数周期所需要的时间（min）。在转折型加热曲线中转折点前第一条加热曲线部分的斜率也为fh。

f2——加热曲线中转折点后第二条曲线的斜率（min）。

j——在半对数坐标纸上加热曲线呈直线前加热时间的滞后因子，j?RT——杀菌或杀菌锅温度（℃）。

IT——罐头食品初温（℃），杀菌锅进蒸汽前容器内装食品的平均温度。

I?T?——假初温，它处于横坐标上按58%升温时间标定的点引出的垂直线和加热曲线直线部分

RT?I?T?RT?IT?jII。

延长线相交的交点上，该交点视为假起始点。如升温时间为15min，它处于和15×0.58=8.7min一点引出的垂直线的交点上。

X——转折型加热曲线中第一条直线从42%升温时间包括在内的假起始点到它转折点的加热时间（min）。

fc——半对数冷却曲线中直线部分的斜率（min）。 Cw——冷却水温度（℃）。

B——理论加热时间（min），即42%升温时间+杀菌时间。

tp——从杀菌锅升温到达杀菌温度时开始直至蒸汽关闭和冷却开始时止的间隔时间，它为实际杀菌时间（min），tp=B—0.42×升温时间（min）。

CUT——升温时间（Come-up time），从杀菌锅进蒸汽一直到杀菌锅升温到杀菌温度时止的相隔时间（min）。

I——初温和杀菌锅温度差值（℃），即I=RT—IT。

g——杀菌温度和终止杀菌（停止进汽）时罐内食品测点温度间的差值（℃）。

m+g——杀菌温度和冷却水温度间的差值（℃），即RT—Cw。m+g=100℃时f／u：logｇ和r：logｇ相关图对m+g=70~110℃也适用。

F——在基准温度中杀死一定数量对象菌所需要热处理的时间（min），即该菌的杀菌值。低酸性食品的基准温度常用121.1℃。

Fi——在任何其他致死温度时和121.1℃时热处理一分钟相当的时间（min）。此即

F121.1?1时Fi?1Lilog?1(121.1?TZ)

U——实际杀菌过程中罐内测点上在各致死温度时接受的热致死量累积值以杀菌（锅）温度所需杀菌时间表示之。测点上累积热致死量应和对象菌在基准温度时所需F值相等。即U=FFi

r——加热杀菌时全部杀菌值（F）中加热部分所占比例，在一定Z和m+g条件下，r为log g或g的对应值。

t0.1——杀菌温度和食品测点温度间差值为0.1℃时，从“校正零点”或“假初温”算起的加热杀菌时间（min）。

tu——食品测定温度瞬间到达g=0.1℃后继续加热杀菌时间（min），即B—t0.1=tu。 现用示例进行计算。 （1）简单型加热曲线

净重284克整清水马蹄罐头以10—45/115℃杀菌，罐头内容物初温为13℃，罐头冷却用水温16℃，求该产品的杀菌强度F0值？

根据罐头冷点温度测定记录标绘加热曲线（图2—10），其曲线呈一直线，属于简单加热曲线。由曲线求得fh=6.0，j=0.9314。按照表2-13“简单型加热杀菌热传导曲线的加热杀菌致死值计算表”逐项计算并填写：

Z——10℃ fh——6.0min RT——115℃

Fi——由附录表2-? 查得Z=10℃时，RT=115℃时的Fi值为4.074 Cw——16℃

m+g——RT—Cw=115—16=99℃ IT——13℃

I?T?——10×0.58=5.8min，由图2-10加热曲线的直线部分延长线与5.8min相交点的温度为20℃

jI——RT—I?T?=115—20=95℃ I——RT—IT=115—13=102℃

j——jI/I=95/102=0.9314 log jI——log95=1.9777

B——42%升温时间+杀菌时间=0.42×10+45=49.2min B/fh——49.2/6.0=8.2

Log g——logjI—B/fh=1.9777—8.2=—6.2222

如果Log g<—1或g<0.1℃，不要再逐项计算，可超越两项后，从“t0.1”一项起再逐项计算。 t0.1——fh×(logjI+1)=6.0×(1.9777+1)=6.0×2.9777=17.8662min tu——B—t0.1=49.2—17.8552=31.3338min

fh/u0.1——从f/u：log g 相关图查得log g=—1时的fh/u0.1值为0.7

fhfhU0.1?Fi——

6.00.7?4.074?2.1039

tuFi——31.3338／4.074=7.69

fhfhU0.1?FiF——F=+

tuFi=2.1039+7.69=9.795min

284克清水马蹄罐头经10—45/115℃杀菌后的杀菌值（F0）为9.8min。

若认为该产品的F0值过大并要求减为F0=6min，则要求多长的杀菌时间？如采用114℃或

121℃杀菌时又需要多长时间？

按表2-14“简单加热杀菌热传导曲线的加热杀菌时间计算表”逐项计算并填入该项内。 F——6min Z——10℃

fh——6.0min，仍按图2-10为依据 j——0.9314，仍按图2-10为依据 RT——115℃ Fi——同前例4.074 Cw——16℃ m+g——99℃ IT——13℃ I——102℃ jI——95℃ logjI——1.9777

fh/u——fh/（F×Fi）=6.0/（6×4.074）=6.0/24.444=0.2455

log g——从fh/u：log g相关图（图2- ）上fh/u=0.2455时按Z=10℃的曲线查得log g<-1。此时，不要再逐项计算下去，超越到“t0.1”一项起，再逐项计算下去。

t0.1——fh×（logjI+1）=fh×（1.9777+1）=6.0×2.9777=17.87min

fh/u0.1——从f/u：log g 相关图查得log g=—1时的fh/u0.1值为0.7 tu——（F×Fi）—

fhfhU0.1=6.0×4.074—6.0/0.7=24.444—8.571=15.873min

B——t0.1+tu=17.87+15.873=33.37min

tp——B—（0.42×CUT）=33.37—（0.42×10）=33.37—4.2=29.53≈30min

当284克清水马蹄罐头杀菌强度F0=6.0min时，罐头初温仍为13℃，罐头用冷却水温为16℃，杀菌温度为115℃时，升温时间仍用10min，则杀菌时间用30min即可，即杀菌式为10—30/115℃。

当以114℃为杀菌温度时，所需的杀菌时间计算基本上同上所述，按标2-14“杀菌时间计算

表”逐项计算与填写，所不同的是：

Fi——由Fi表查得Z=10℃时，RT=114℃的Fi值为5.129min fh/u——fh/（F×Fi）=6.0／（6×5.129）=6.0/30.774=0.195 tu——（F×Fi）—

fhfhU0.1=6.0×5.129—6.0／0.7=30.774—8.571=22.2min

B——t0.1+tu=17.866+22.2 = 40.07min

tp——B—（0.42×CUT）=40.07—（0.42×10）=40.07—4.2=35.87≈36min

当284克清水马蹄罐头杀菌强度F0=6.0min时，罐头初温仍为13℃，罐头用冷却水温为16℃，杀菌温度为114℃时，升温时间仍用10min，则杀菌时间用36min即可，即杀菌式为10—36/114℃。

当以121℃为杀菌温度时，所需的杀菌时间计算基本上同上所述，按标2-14“杀菌时间计算表”逐项计算与填写，所不同的是：

RT——121℃

Fi——由Fi表查得Z=10℃时，RT=121℃的Fi值为1.023min fh/u——fh/（F×Fi）=6.0/（6×1.023）=0.978

log g——从fh／u：log g相关图（图2- ）上fh／u = 0.978时，按Z=10℃的曲线查得log g=—0.56。由于log g > —1，故仍按顺序计算，故

log jI—log g——1.9777—（—0.56）=2.5377 B——fh×（log jI—log g）=6×2.5377=15.23min

tp——B—(0.42×CUT)=15.23—(0.42×10)=15.23—4.2=11.03≈11min

当284克清水马蹄罐头杀菌温度为121℃时，则杀菌时间仅需11min即可，它比114℃的36min缩短2倍多，比115℃的30min缩短1.5倍多。这明显地看出高温短时杀菌的优越性。

（2）转折型加热曲线

2,950克清水竹笋罐头的杀菌条件是15—40—10/116℃，冷却水温为20℃，罐头杀菌前初温为66℃，求其杀菌强度F0值？

根据罐头中心温度测定记录仪标绘加热曲线（图2-11），其曲线呈二条直线，属于转折型加热曲线，是对流和传导传热复合过程，杀菌前期是对流加热，而后期是传导传热。多数的油浸类或清水

类大块罐头属于这种类型。由第一条直线求得fh值，第二条直线求得f2值，并自二条直线的交点所对应的时间减去58%升温时间求出X值，而j值仍以第一条直线求得，冷却曲线fc同样以实测温度—时间的记录标绘出图2-12，并以横跨一对数周期为冷却速率fc值。

然后按表2- 15“转折型加热曲线热传导时的加热杀菌致死值计算表”逐项计算并填写： Z——10℃

fh——24.4min（图2-11中第一条直线的传热速率） f2——54min（图2-11中第二条直线的传热速率） fc——22min（图2-12）

j——0.68（如图2-11所示，I?T?=82℃，j=jI/I=RT—I?T?/RT—IT=116-82/116-66=34/50=0.68min） X——17.5 min（X=26.2—8.7=17.5, 参见图2-11） RT——116℃ IT——66℃ Cw——20℃

B——42%升温时间+杀菌时间=0.42×15+40=46.3min I——RT—IT=116—66=50℃ jI——0.68×50=34℃ log jI——log34=1.5315 X/fh——17.5/24.4=0.717

log gbh——0.8145, (log jI—X/fh=1.5315—0.717=0.8145) m+g——RT—Cw=116—20=96℃

fh/Ubh——16，（从r：log g 相关图查得log gbh=0.8145时按Z=10℃曲线查得的fh/Ubh值为16） rbh——0.71，(从f/u：log g 相关图查得log gbh=0.8145时，按m+g=100℃的曲线查得r=0.71) (B—x)/f2——0.5333，（46.3—17.5）/54=28.8/54=0.5333) Log g——0.281，(log gbh—(B—x)/f2=0.8145—0.5333=0.281)

修正log g——0.3225, [当f2≠fc时，按 log g＋0.07（1—fc/f2）计算，则0.281＋0.07（1—22/54）= 0.281＋0.07×0.593]=0.281＋0.0415=0.3225，由于修正后的log g>-1，故按次序计算下去]

f2/u——3.4, (从f/u：log g 相关图查得log g＝0.3225时，按Z=10℃曲线查得f/u值，得出f2/u=3.4) Fi——3.236min, 由附录表2-查得Z=10℃时，RT=116℃时的Fi值为3.236min F1——4.91min, F2——0.41min,

(f2f2U?Fi?543.4?3.236??4.91)

rbh?(f2?fh)(fhUbh)?Fi0.71?(54?24.4)16?3.236?0.41

F0——F1—F2=4.91—0.41=4.5 min

F0值为4.5min。（如用一般法求F0值，结果为4.57min ,十分接近） 如考虑到F0偏高，而采用F值为4min，则需要多少杀菌时间？

按表2- 16“转折型加热曲线热传导时的杀菌时间计算表”逐项计算并填写： F0——4.0min

Z至rbh各项与前计算F值相同。

rbh?(f2?fh)fhUbh——1. 402，(0.71?(54?22.4)16?0.71?31.616?1.402)

f2/u——3.76，(f254??3.76

rbh?(f2?fh)4?3.236?1.402F?Fi?fhUbhlog g——0.36, (从f/u：log g 相关图上按Z=10℃曲线查得f/u为3.76 时相应的log g值，得出log g=0.36)

修正log g——0.32, [由于f2≠fc，按 log g—0.07（1—fc/f2）计算，则0.36—0.07（1—22/54）= 0.36—0.07×0.593]=0.36—0.042＝0.32]

f2×(log gbh—log g)——26.70min，（54×（0.8145—0.32）=54×0.4945=26.70 B——44.2min, [X+ f2×(log gbh—log g)=17.5+26.7=44.2] tp——38min, B—0.42×CUT=44.2—0.42×15=37.9≈38

如以F值为4.0min来杀菌2,950克清水竹笋罐头，则需要杀菌时间38min，即用15—38—10/116℃杀菌式（初温66℃，冷却水温20℃）。

表2-13简单型加热杀菌热传导曲线的加热杀菌致死值计算表 产品名称 pH 罐 型 日期 F值计算项目 Z fh J RT Fi（从Fi 表） Cw m+g [=RT—Cw] IT I [=RT—IT] JI [=j×I] Log jI B [=tp+0.42CUT] B/fh Log g [=logjI—B/fh] 若log g<—1时，超越到t0.1一项起计算 fh/U（从f/u：log g图查） F [=fhfhU?Fi ] t0.1 [=fh×(log jI+1)] tu [ =B—t0.1] fh/U0.1 (从f/u：log g图求log g=—1时的fh/U) fhfhu0.1?Fi tu/Fi F [=fhfhu0.1?Fi +tu/Fi]

表2-14 简单型加热杀菌热传导曲线的加热杀菌时间计算表

商品名称 pH 罐 型 日期 B值计算项目 F Z fh j RT Fi（查Fi表） Cw m+g（RT-Cw） IT j [=RT-IT] jI [=j×I] Log jI fh/U [=fh/(Fi×F)] （若log g<-1时 超越到t0.1一项起计算） Log g（从f/u：log g图） Log jI-log g B [=fh×(logjI-log g)] tp [=B-0.42CUT] t0.1 [=fh×(log jI+1)] fh/U0.1(从f/U：log g图， 求log g=-1时的fh/U) tu [=F×Fi—fhfhU0.1 ]

B [=t0.1+tu] tp[=B-0.42×CUT]

表2-15 转折型加热曲线热传导时的加热杀菌致死值计算表

商品名称 pH 罐型 日期 F0值计算项目 Z fh f2 fc j x RT IT Cw B[tp+0.42CUT] I[=RT-IT] jI[=j×I] Log jI x/fh Log gbh[=logjI-x/fh] m+g[=RT-Cw] fh/Ubh（从f/u:log g图） rbh[从r:log g图] (B-X)/f2 logg[=loggbh—(B—x) /f2] 修正log g(f2≠fc时) [=log g+0.07(1-fc/f2)] （若修正的log g<-1时 超越到t0.1一项起计算） f2/U(从f/U:log g图) Fi(从Fi表) F1[?F2[?f2(f2U)?Firbh?(f2?fh)(fhUbh)?Fi ] ] F0[=F1-F2] t0.1[=x+f2(log gbh+1)] tu[=B-t0.1] tu/Fi f2/U0.1（从f/U:log g图， 求log g=-1时的f/U） F3[=(f2Uf20.1] )?Fi F0[F3-F2+tu/Fi]

表2-16 转折型加热曲线热传导时的加热杀菌时间计算表

商品名称 pH 罐型 日期 B和tp值计算项目 Z fh f2 fc j x RT IT Cw I[=RT—IT] jI [=j×I] log jI x/fh Log gbh[=logjI—x/fh] m+g[=RT—Cw] fh/Ubh（从f/u:log g图） Fi (从Fi表中) rbh[从r：log g图] rbh?(f2?fh)fhUbh f2rbh?(f2?fh)fhUbhf2/U[?F?Fi?] log g（从f/U：log g图） 修正log g(f2≠fc时) [=log g—0.07（1—fc／f2）] （若修正的log g<—1时 超越到t0.1一项起计算） f2×（log gbh—log g） B[＝x＋ f2×（log gbh＋1）] tp=B— 0.42×CUT t0.1[＝x＋f2（log gbh＋1）] 从f2/U0.1（f／U：log g图， 求log g＝－1时的f／U） tu [＝F×Fi—B[=t0.1 + tu] tp[=B-0.42CUT]

f2(f2U0.1) ]

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