食品工艺学讲义

食品工艺学讲义内容摘要：

将各种杀菌温度 时间组合换算成 ℃ 时的杀菌时间： F0 = t lg1[(T－ )/Z] 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℃。 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（ 101乃至 10n），这是一种概率的表示。 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。 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 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。 初温（ IT， initial temperature）。 指杀菌操作开始时，罐内食品物料的温度。 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。 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 24cm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 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； （ TsTm） ~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 TsTm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（ TsTm） ~t半对数坐标传热曲线绕横转动 180176。 ，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。 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。 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。 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 =lg1(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=lg1(Ti121)/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。 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。