第3章 食品的罐藏

第二章 食品的热处理

第一节 热处理的目的

表2-1：常用的热处理 热处理 产品 保热烫 蔬菜、水果 藏处理 巴氏乳、啤酒、果汁、肉、杀菌 蛋、面包、即食食品 杀菌 乳、肉制品、水果、蔬菜 蔬菜、肉、鱼 工艺参数 蒸汽或热水加热到90-100℃ 加热到75-95℃ 预期变化 钝化酶，除氧，减菌，减少生苦味，改变质构 杀灭致病菌 不良变化 营养损失，流失，色泽变化 加热到＞100℃ 转蒸煮 化处理 烘烤 蒸汽或热水加热到90-100℃ 干空气或湿空气加热到＞215℃ 肉、鱼 面包 油炸 肉、鱼、土豆 油中加热到150-180℃ 色泽变化，营养变化，感官变化 杀灭微生物及其孢色泽变化，营子 养变化，感官变化 钝化酶，改变质构，营养损失、流蛋白质变性，淀粉失，水分损失 糊化 改变色泽，形成外营养损失，有壳，蛋白质变性，诱变性物质 杀菌，降低水分 形成外壳，淀粉糊化，结构和体积变化，水分减少，色泽变化 形成外壳，色泽变营养素损失、化，蛋白质变性，流失 淀粉糊化

第二节 热处理原理

食品的杀菌方法有多种，物理的如热处理、微波、辐射、过滤等，化学的如各种防腐剂和抑菌剂，生物的如各种微生物或能产生抗生素的微生物。虽然杀菌方法有多种多样，并且还在不断地发展，但热处理杀菌是食品工业最有效、最经济、最简便、因而也是使用最广泛的杀菌方法，同时也成为用其它杀菌方法时评价杀菌效果的基本参照。

热杀菌的主要目的是杀灭在食品正常的保质期内可导致食品腐败变质的微生物。一般认为，达到杀菌要求的热处理强度足以钝化食品中的酶活性。同时，热处理当然也造成食品的色香味、质构及营养成分等质量因素的不良变化。因此，热杀菌处理的最高境界是既达到杀菌及钝化酶活性的要求，又尽可能使食品的质量因素少发生变化。

要制定出既达到杀菌的要求，又可以使食品的质量因素变化最少的合理的杀菌工艺参数（温度和时间），就必须研究微生物的耐热性，以及热量在食品中的传递情况。

一、微生物的耐热性

（一）影响微生物耐热性的因素 1、污染微生物的种类和数量。

（1）种类。各种微生物的耐热性各有不同，一般而言，霉菌和酵母的耐热性都比较低，在50-60℃条件下就可以杀灭；而有一部分的细菌却很耐热，尤其是有些细菌可以在不适宜生长的条件下形成非常耐热的芽孢。显然，食品在杀菌前，其中可能污染有各种各类的微生物。微生物的

种类及数量取决于原料的状况（来源及储运过程）、工厂的环境卫生、车间卫生、机器设备和工器具的卫生、生产操作工艺条件、操作人员个人卫生等因素。

（2）污染量。微生物的耐热性，与一定容积中所存在的微生物的数量有关。微生物量越多，全部杀灭所需的时间就越长。

2、热处理温度。

在微生物生长温度以上的温度，就可以导致微生物的死亡。显然，微生物的种类不同，其最低热致死温度也不同。对于规定种类、规定数量的微生物，选择了某一个温度后，微生物的死亡就取决于在这个温度下维持的时间。 3、罐内食品成分。

（1）pH值。研究证明，许多高耐热性的微生物，在中性时的耐热性最强，随着pH值偏离中性的程度越大，耐热性越低，也就意味着死亡率越大。

（2）脂肪。脂肪含量高则细菌的耐热性会增强。

（3）糖。糖的浓度越高，越难以杀死食品中的微生物。

（4）蛋白质。食品中蛋白质含量在5%左右时，对微生物有保护作用。 （5）盐。低浓度食盐对微生物有保护作用，而高浓度食盐则对微生物的抵抗力有削弱作用。 （6）植物杀菌素。有些植物（如葱、姜、蒜、辣椒、萝卜、胡萝卜、番茄、芥末、丁香和胡椒等）的汁液以及它们分泌的挥发性物质对微生物有抑制或杀灭作用，这类物质就被称为植物杀菌素。

（二）对热杀菌食品的pH值分类

大量试验证明，较高的酸度可以抑制乃至杀灭许多种类的嗜热菌或嗜温微生物；而在较酸的环境中还能存活或生长的微生物往往不耐热。这样，就可以对不同pH值的食品物料采用不同强度的热杀菌处理，既可达到热杀菌的要求，又不致因过度加热而影响食品的质量。

各种书籍资料中对热处理食品按pH值分类的方法有多种不尽相同的方式，如分为高酸性（≤3.7）、酸性（＞3.7-4.6）、中酸性（＞4.6-5.0）和低酸性（＞5.0）这四类，也有分为高酸性（＜4.0）、酸性（4.0-4.6）和低酸性（＞4.6）这三类的，还有其它一些划分法。

但从食品安全和人类健康的角度，只要分成酸性（≤4.6）和低酸性（＞4.6）两类即可。这是根据肉毒梭状芽孢杆菌的生长习性来决定的。在包装容器中密封的低酸性食品给肉毒杆菌提供了一个生长和产毒的理想环境。肉毒杆菌在生长的过程中会产生致命的肉毒素。因为肉毒杆菌对人类的健康危害极大，所以罐头生产者一定要保证杀灭该菌。试验证明，肉毒杆菌在pH≤4.8时就不会生长（也就不会产生毒素），在pH≤4.6时，其芽孢受到强烈的抑制，所以，pH4.6被确定为低酸性食品和酸性食品的分界线。另外，科学研究还证明，肉毒杆菌在干燥的环境中也无法生长。所以，以肉毒杆菌为对象菌的低酸性食品被划定为pH＞4.6、aw＞0.85。因而所有pH值大于4.6的食品都必须接受基于肉毒杆菌耐热性所要求的最低热处理量。

在pH≤4.6的酸性条件下，肉毒杆菌不能生长，其它多种产芽孢细菌、酵母及霉菌则可能造成食品的败坏。一般而言，这些微生物的耐热性远低于肉毒杆菌，因次不需要如此高强度的热处理过程。

有些低酸性食品物料因为感官品质的需要，不宜进行高强度的加热，这时可以采取加入酸或酸性食品的办法使整罐产品的最终平衡pH值在4.6以下，这类产品称为“酸化食品”。酸化食品就可以按照酸性食品的杀菌要求来进行处理。

（三）微生物耐热性参数

1、热力致死温度：表示对于特定种类的微生物进行杀菌达到某一个温度时，微生物已全部死亡，该温度即热力致死温度。

2、热力致死时间曲线（Thermal death time curve，简称TDT曲线）：用以表示将在一定环境中一定数量的某种微生物恰好全部杀灭所采用的杀菌温度和时间组合。

（图：TDT曲线）

热力致死时间曲线方程：

lgt1T2?T1 ?t2ZTDT曲线与环境条件有关，与微生物数量有关，与微生物的种类有关。

3、F0值：单位为min，即TDT121.1，是采用121.1℃杀菌温度时的热力致死时间。F0值与菌种、菌量及环境条件有关。显然，F0值越大，菌的耐热性越强。利用热力致死时间曲线，可将各种杀菌温度-时间组合换算成121.1℃时的杀菌时间：

F0 = t lg-1[(T－121.1)/Z]

4、Z值：单位为℃，是杀菌时间变化10倍所需要相应改变的温度数。在计算杀菌强度时，对于低酸性食品中的微生物，如肉毒杆菌等，一般取Z=10℃；在酸性食品中的微生物，采取100℃或以下杀菌的，通常取Z=8℃。

5、热力致死速率曲线：表示某一种特定的菌在特定的条件下和特定的温度下，其总的数量随杀菌时间的延续所发生的变化。以热处理（恒温）时间为横坐标，以存活微生物数量为纵坐标，可以得到一条对数曲线，即微生物的残存数量按对数规律变化。

（图：热力致死速率曲线）

热力致死速率曲线方程：

t = D ( lg a－lg b )

在热力致死速率曲线上，若杀菌时间t足够大，残存菌数可出现负数（10-1乃至10-n），这是一种概率的表示。

6、D值：单位为min，表示在特定的环境中和特定的温度下，杀灭90%特定的微生物所需要的时间。D值越大，表示杀灭同样百分数微生物所需的时间越长，说明这种微生物的耐热性越强。

7、F0=nD：将杀菌终点的确定与实际的原始菌数和要求的成品合格率相联系，用适当的残存率值代替“彻底杀灭”的概念，这使得杀菌终点（或程度）的选择更科学、更方便，同时强调了环境和管理对杀菌操作的重要性。通过F0 = n D，还将热力致死速率曲线和热力致死时间曲线联系在一起，建立了D值、Z值和F0值之间的联系。

在实际杀菌操作中，若n足够大，则残存菌数b足够小，达到某种可被社会（包括消费者和生产者）接受的安全“杀菌程度”，就可以认为达到了杀菌的目标。这种程度的杀菌操作，称为“商业灭菌”；接受过商业灭菌的产品，即处于“商业无菌”状态。商业无菌要求产品中的所有致病菌都已被杀灭，耐热性非致病菌的存活概率达到规定要求，并且在密封完好的条件下在正常的销售期内不生长繁殖。

二、食品的传热

在实际生产中，必须考虑食品的传热问题。 （一）传热方式

热的传递方式有三种：传导、对流和辐射。对于罐藏食品的内容物来说，只有传导和对流两种方式。根据罐内容物的特性，其传热型式有如下几种。

（1）完全对流型——液体物料如果汁、蔬菜汁，和汁液很多而固形物很少且块形很小的物料如汤类罐头；

（2）完全传导型——固体物料如午餐肉、烤鹅等；

（3）（先）传导（后）对流型——受热熔化的物料，如果酱等； （4）（先）对流（后）传导型——受热后会吸水膨胀的物料，如甜玉米等，含有丰富的淀粉质；

（5）诱发对流型——借助机械力量产生对流，如对于八宝粥等粘稠性产品使用回转式杀菌器，在杀菌过程中产生强制性对流。

（二）影响传热的因素

1、罐内食品的物理性质。主要指食品的状态、块形大小、浓度、粘度等。 2、初温（IT，initial temperature）。指杀菌操作开始时，罐内食品物料的温度。 3、容器。对于杀菌操作中的传热，主要考虑容器的材料、容积和几何尺寸。 4、杀菌锅。静置式杀菌锅与回转式杀菌锅的区别。

（三）传热测定

指对罐头中心温度（或称冷点温度）的测定，冷点指罐头在杀菌冷却过程中，温度变化最缓慢的点。传导型食品罐头的冷点在罐的几何中心；对流型食品罐头的冷点在罐中心轴上离罐底2-4cm处。

传热测定的目的，（1）了解不同性质内容物罐头的传热情况，即杀菌过程中温度随时间变化的曲线，为正确制定杀菌工艺条件奠定基础；（2）比较杀菌锅内不同位置的升温情况，为改进、维修设备和改进操作水平提供技术依据；（3）得出罐内食品所接受的杀菌值（Fp），判断罐头食品的杀菌效果。

罐头中心温度测定仪主要由热电偶和电位差计组成。

（四）传热曲线

1、传热曲线的表现形式

Tm~t自然数坐标传热曲线：表示罐头食品冷点处的温度Tm值随杀菌时间t的变化；

（Ts-Tm）~t半对数坐标传热曲线：因杀菌锅操作温度Ts与罐头冷点温度Tm间差值的对数值与杀菌时间值t呈直线关系，故以杀菌温度与冷点温度的差值Ts-Tm为纵坐标，且纵坐标按对数规律安排。

Tm~t半对数坐标传热曲线：将（Ts-Tm）~t半对数坐标传热曲线绕横转动180°，得到以杀菌时间为横坐标，以冷点温度为纵坐标的传热曲线。 2、传热曲线的类型

对流型和传导型食品物料的传热曲线近似于直线，称为简单型曲线（Single logarithmic curve）； 先对流后传导型食品物料的传热曲线近似于两根相交的直线，称为转折型曲线（Broken logarithmic curve）。

这两种类型的传热曲线因其有规律性，故可用于“公式法”或“列图线法”计算杀菌值。

三、杀菌强度的计算及确定程序 （一）热杀菌时间的推算

比奇洛（Begelow）在1920年首先提出罐藏食品杀菌时间的计算方法（基本法）。随后，鲍尔（Ball）、奥尔森（Olsen）和舒尔茨（Schultz）等人对比奇洛的方法进行了改进（鲍尔改良法）。鲍尔还推出了公式计算法。史蒂文斯（Stevens）在鲍尔公式法的基础上又提出了方便实际应用的列图线法。

1、比奇洛基本法。

基本法推算实际杀菌时间的基础，是罐头冷点的温度曲线和对象菌的热力致死时间曲线（TDT曲线）。

比奇洛将杀菌时罐头冷点的传热曲线分割成若干小段，每小段的时间为（ti）。假定每小段内温度不变，利用TDT曲线，可以获得在某段温度（Ti）下所需的热力致死时间（τi）。热力致死时间τi 的倒数1/τi为在温度Ti杀菌1 min所取得的效果占全部杀菌效果的比值，称为致死率；而ti/τi即为该小段取得的杀菌效果占全部杀菌效果的比值Ai，称为“部分杀菌值”。

将各段的部分杀菌值相加，就得到总杀菌值A（或称累积杀菌值）。

A=ΣAi

比奇洛法的特点：①方法直观易懂，当杀菌温度间隔取得很小时，计算结果与实际效果很接近；②不管传热情况是否符合一定模型，用此法可以求得任何情况下的正确杀菌时间；③计算量和实验量较大，需要分别经实验确定杀菌过程各温度下的TDT值，再计算出致死率。

2、鲍尔改良法。针对比奇洛基本法需要逐一计算热致死时间、致死率和部分杀菌值的繁琐，鲍尔等人作了一些改进，主要有两点：①建立了“致死率值”的概念；②时间间隔取相等值。改进后的方法称为“鲍尔改良法”。 （1）致死率值：

L= 1/t =lg-1(T - 121)/z

致死率值L的含义：对F0=1 min的微生物，经T温度，1 min的杀菌效果与该温度下全部杀灭效果的比值；也可表达为经温度T，1 min的杀菌处理，相当于温度121℃时的杀菌时间。 实际杀菌过程中，冷点温度随时间不断变化，于是，

Li=lg-1(Ti-121)/z

微生物Z值确定后，即可预先计算各温度下的致死率值，列成表格，以方便使用。 （2）时间间隔：

鲍尔改良法的时间间隔等值化，简化了计算过程。若间隔取得太大，会影响到计算结果的准确性。

整个杀菌过程的杀菌强度（总致死值）：

Fp = ∑(Li △t)= △t.∑Li

Fp值与F0值的关系：F0值指在标准温度下（121℃）杀灭对象菌所需要的理论时间；Fp值指将实际杀菌过程的杀菌强度换算成标准温度下的时间。判断一个实际杀菌过程的杀菌强度是否达到要求，需要比较F0与Fp的大小，要求：

Fp ≥ F0

一般取Fp略大于F0。

3、公式法和列图线法。

公式法首先由鲍尔提出，经过美国制罐公司热学研究组简化后，用来计算简单型和转折性传热曲线上杀菌时间和F值。公式法是根据罐头在杀菌过程中（含加热阶段和冷却阶段）冷点温度的变化在半对数坐标纸上所绘出的传热曲线进行推算，以求得整个杀菌过程的杀菌值FP，通过与对象菌的F0值对比，评判和确定实际需要的杀菌时间。公式法的优点是可以在杀菌温度变更时算出杀菌时间；其缺点是计算繁琐、费时，计算中容易发生错误，并且要求传热曲线必须呈有规律的简单型曲线或转折型曲线才能使用。

为了方便公式法的使用，奥尔森和史蒂文斯根据各参数间的数学关系，制作出如计算尺般的一系列计算图线。使用者从杀菌操作温度TP、升温时间t1、罐头冷点初温IT等基础参数出发，在计算图线上查阅和作连线，最终可推算出实际杀菌操作所需的恒温时间。但列图线法只能适用于简单型传热曲线。

（二）确定热杀菌条件的步骤

用上述各种方法计算出的热杀菌操作条件，还是属于理想状态，究竟能否实际使用，还需要经过一系列的评判和测试。确定正确的杀菌条件的途径如下图所示。

微生物耐热特性 食品传热特性 ↑ ↓ ↓

耐热性试验 热杀菌条件（温度和时间）的计算 ↑ ↓

腐败菌分离 可行性试验（感官品质和经济性） ↑ ↑ ↓

│ │ 确证性接种试验 │ │ │ │ 腐败←───────保温试验 │ ↓

│ 生产线试验 │ ↓ 腐败←──────────保温试验 ↓

热杀菌条件的最终确定

第三节 热处理技术

一、食品罐藏的基本过程

食品的罐藏就是把食品置于罐（can，tin）、瓶（bottle）或袋（sac，sachet）中，密封后加热杀菌，借助容器防止外界微生物的入侵，达到在自然温度下长期存放的一种保藏方法。

罐藏食品俗称罐头，相应的容器称为空罐、罐头盒。罐藏食品的生产过程由预处理（包括拣选、清洗、去皮核、修整、预煮、漂洗、分级、切割、调味、抽空等工序）、装罐、排气、密封、杀菌、冷却和后处理（包括保温、擦罐、贴标、装箱、仓储、运输）等工序组成。预处理的工序组合可根据产品和原料而有不同，但排气、密封和杀菌为罐藏食品必需的和特有的工序，因此也就是罐藏食品生产的基本工序。

与干藏和冻藏不同，罐藏方法并不是人们直接受到自然现象的启示而加以利用，而是人们不断地探索和总结在长期的社会实践中的经验而发明创造的。据一些古书的记载，早在千年以前，就有用密封和加热法保存食物的例子，但限于当时的条件，还只是零星的局部经验，并未很快地推广开来和形成规模生产。

现代意义上的罐藏食品，出现于18世纪末的法国。糖食业主尼古拉阿培尔（Nicolas Appert）为获得拿破仑政府征求军队食品保存方法的赏金，经过十年的努力，发明了用玻璃瓶密封并加热来长期保存食物的方法，西文“（罐头）杀菌”一词即源于此（appertization）。

（一）装罐

1、容器的准备。主要是对选定容器的清洁处理。 2、装罐的工艺要求。

（1）装罐迅速，不要积压。

（2）保证净重和固形物含量。 （3）原料需合理搭配。 （4）保留适当顶隙。 3、装罐的方法。

（1）人工装罐法：适用于①需要合理搭配，②有排列要求，③经不起机械性摩擦和冲击的原料。简便易行，适应性广；但效率低，偏差大，操作面积大，卫生状况控制难。 （2）机械装罐法：适用于较均匀的原料（颗粒态、半固态、液态）。效率高，装量准确，连续性好，易于控制卫生条件，占地面积小；但适应性小。

4、预封。将罐身与罐盖初步钩合，罐盖能自由转动但不能脱落。预封的目的：①留有排气通道，②防止表面层被蒸汽烫伤，③防止蒸汽冷凝水落入罐内，④保持顶隙处较高的温度，⑤便于使用高速封罐机。预封一般用于需要热力排气的产品，并非所有产品所必需。 （二）排气

1、排气的目的。

（1）降低杀菌时罐内压力，防止变形、裂罐、胀袋等现象。 （2）防止好氧性微生物生长繁殖。 （3）减轻罐内壁的氧化腐蚀。

（4）防止和减轻营养素的破坏及色、香、味成分的不良变化。 2、排气方法

（1）热灌装法：将加热至一定温度的液态或半液态食品趁热装罐并立即密封，或先装固态食品于罐内，再加入热的汤汁并立即密封。密封前罐内中心温度一般控制在80℃左右。特别适合于流体食品，也适合块状但汤汁含量高的食品。 （2）加热排气法：预封后的罐头在排气箱内经一定温度和时间的加热，使罐中心温度达到80 ℃左右，立刻密封。特别适合组织中气体含量高的食品。

（3）蒸汽喷射排气法：在专用的封口机内设置蒸汽喷射装置，临封口时喷向罐顶隙处的蒸汽驱除了空气，密封后蒸汽冷凝形成真空。该法适合于原料组织内空气含量很低的食品。需要有较大的顶隙。

热力排气法形成真空的机理：利用饱和蒸汽压随温度的变化，是形成真空的主要原因；内容物体积随温度的变化，也是形成真空的原因之一。

（4）真空排气法：利用机械产生局部的真空环境，并在这个环境中完成封口。该法的适用范围很广，尤其适用于固体物料。罐内必须有顶隙。 3、影响罐内真空度的因素 （1）密封温度 （2）顶隙大小 （3）杀菌温度 （4）食品原料 （5）环境温度 （6）环境气压 （三）密封

1、金属罐密封

金属罐的密封由二重卷边构成。对卷封的质量要求：①叠接率（身盖钩叠接的程度）要求不低于50%；②紧密度（盖钩上平伏部分占整个盖钩宽度的比例）要求大于50%；③接缝盖钩完整率（接缝处盖钩宽度占正常盖钩宽度的比例，）要求大于50%；还要求二重卷边平伏、光滑，不存在垂唇、牙齿、锐边、快口、跳封、假封等现象。 2、玻璃罐密封

有卷封与旋封等形式。 3、软包装袋密封

主要采用热封合，有热冲击式封合，热压式封合等形式。 （四）商业杀菌系统

1、间歇式或静止式杀菌锅。 2、连续式杀菌锅系统。 3、无笼杀菌锅。

4、连续回转式杀菌锅。 5、静水压杀菌器。 （五）冷却

杀菌时间达到后，罐头应迅速冷却。

冷却方法：①水池冷却，②锅内常压冷却，③锅内加压冷却，④空气冷却。

冷却终点：罐温38~40℃。①避免嗜热菌的生长繁殖，②防止高温下食品品质的下降，③利用余热使罐表面水分蒸发，防止生锈。

冷却用水必须经过消毒处理。要求排水口处的水中游离氯含量在1~3 mg/kg，正常条件下的加氯量约为5~8 mg/kg 。 （六）检查

1、外观检查：封口正常，两端内凹。

2、保温检查：将罐头放置在微生物的最适生长温度以足够的时间，观察罐头有无胀罐和真空度下降等现象。

3、敲音检查：用小棒敲击罐头，根据声音的清、浊判断罐头是否发生质变。 4、真空度检查：用真空计抽检罐头的真空度。

5、开罐检查：重量检验，感官检验，微生物检验，化学检验。

二、巴氏杀菌

巴氏杀菌是用于液体食品的温和热处理过程，处理目的一是钝化可能造成产品变质的酶类物质，以延长冷藏产品的货架期，二是杀灭食品物料中可能存在的致病菌营养细胞，以保护消费者的健康不受危害。与商业杀菌同样理由，巴氏杀菌处理的强度取决于产品的pH值，高pH值的产品需要较强烈的热处理。 （一）巴氏杀菌处理系统

1、间歇式巴氏杀菌系统示意图

2、连续式HTST巴氏杀菌系统示意图 （二）巴氏杀菌过程的确定

巴氏杀菌的效果由作用于食品的时间/温度关系来确定。确定时间/温度关系有两个要点。一是处理过程达到预设结果所需的时间/温度，二是达到预设处理过程所需的设备。

三、热烫

热烫也是一种温和强度的热处理，与巴氏杀菌的区别在于热烫应用于固体食品物料如水果和蔬菜。热烫处理的首要目标是钝化食品中的酶，处理的对象酶随产品而异。经过热烫处理，产品获得了贮藏的稳定性，避免了在冷藏食品、冻藏食品或脱水食品中因为酶促反应而造成的品质下降，这也是热烫处理的首要目的。同时，热烫处理可以减少残留在产品表面的微生物营养细胞，可以驱除水果或蔬菜细胞间的空气（对于罐藏制品，在密封前这一处理非常重要），还有利于保持

或巩固大部分水果和蔬菜的色泽。 （一）热烫处理系统 1、回转式水热烫器。 2、隧道式水热烫系统。 3、蒸汽热烫器。

4、三段式蒸汽/热水热烫系统。 5、管式热烫器。

6、流化床式热烫系统。 7、单体快速热烫（IQB）。 （二）热烫处理过程的测定

第四节 热处理与食品质量 一、商业杀菌与食品质量 二、巴氏杀菌与产品质量 三、热烫与产品质量

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/uoq6.html