《微生物的耐熱性》教案

第一節(jié) 微生物的耐熱性食品生產(chǎn)過程中，加熱處理有多種好處：使蛋白質(zhì)變性，淀粉糊化，減輕消化系統(tǒng)壓力殺菌作用為科學有效地運用加熱殺菌技術(shù)，應留意兩方面內(nèi)容：將有害微生物全部殺死對食品不應有不利影響加熱殺菌抱負效果：對物料操作及其品質(zhì)影響掌握在最小限度內(nèi)快速殺死存在于其中的有害微生物選擇最適合食品特性的熱交換方式及裝置，嚴格操作確定加熱殺菌條件需考慮：食品物性，容器，污染食品的微生物種類，數(shù)量，習性，加熱過程中食品傳熱特性等。-10℃～90℃之間。不同種屬微生物其生長和生殖的溫度范圍不同。微生物的生殖期，生殖速度，最終細胞量，養(yǎng)分要求，細胞中的酶及細胞的化學組成成分都受溫度范圍的制約。按微生物生殖所需最適溫度可將微生物分為：細菌生殖的溫度范圍細菌種類最低(℃)最適(℃)最高(℃)嗜熱菌30～4550～7070～90嗜溫菌 中溫性菌5～1530～4545～55低溫性菌-5～525～3030～35嗜冷菌-10～-512～1515～2560℃，酵母菌生殖的最高溫度約為45℃。方法及所要求的貯藏性等因素來確定微生物耐熱性可用實際使用的溫度和時間表示，常用加熱致死時間來表示。D值：肯定溫度條件下，殺死微生物所需時間，常用原數(shù)死亡90%所需時間來表示。一、影響微生物耐熱性因素響。(一)菌種和菌株微生物種類不同，其耐熱程度也不同。即使是同一菌種，其耐熱性也因菌株而異。其中，產(chǎn)芽孢菌芽孢耐熱性＞養(yǎng)分體，不同的細菌其芽孢的耐熱性也不同。嗜熱菌＞厭氧菌＞需氧菌芽孢同一菌種芽孢的耐熱性也會因熱處理前菌齡、培育條件、貯存環(huán)境的不同而異(二)加熱前微生物所經(jīng)受培育條件內(nèi)因：微生物細胞遺傳性，細胞組成成分，細胞形態(tài)，細胞培育時間外因：培育基組成成分，培育溫度，代謝產(chǎn)物菌齡與耐熱性的關(guān)系穩(wěn)定期細胞耐熱性＞對數(shù)期，成熟芽孢耐熱性＞未成熟芽孢培育溫度與耐熱性的關(guān)系時，表現(xiàn)最強耐熱性，有的則不受培育溫度影響。培育基組成與耐熱性關(guān)系培育基成分的影響效果與菌種，菌株及其他多種因素相關(guān)：在養(yǎng)分豐富的培育基上發(fā)育的芽孢，耐熱性強在高溫下培育的在低溫下培育形成的芽孢耐熱性要強。條件。承受不使芽孢死亡的高溫處理芽孢，可誘導芽孢發(fā)芽〔熱活化現(xiàn)象〕經(jīng)熱活化處理過的芽孢，其熱敏感性增加(三)加熱時的相關(guān)因素如加熱溫度，時間，細胞濃度，加熱時環(huán)境狀況〔水分，食品成分，添加物等，氧氣。計殺菌水平所需要的時間隨溫度上升而縮短加熱方式：濕熱殺菌〔100℃，幾格外鐘〕＞干熱殺菌〔140-180℃，數(shù)小時。另外，芽孢，孢子的耐熱性＞養(yǎng)分體熱處理溫度：熱處理溫度提高，殺死肯定量腐敗菌芽孢所需要的時間愈短。原始活菌數(shù)：如原始活菌數(shù)大，則全部殺死所需時間愈長。水分：Aw0.2～0.4,經(jīng)調(diào)濕的芽孢具有的耐熱性Aw<0.2，耐熱性減弱Aw>0.4，耐熱性顯著降低pH值：細菌一般在微酸至中性范圍內(nèi)耐熱性最強，超過這一范圍，耐熱性下降。養(yǎng)分物質(zhì)碳水化合物對細菌有保護作用，蔗糖＞葡萄糖>山梨醇＞果糖＞甘油脂類對細菌也有保護作用。長鏈脂肪酸保護效果＞短鏈脂肪酸蛋白質(zhì)也有保護作用是：鹽類透過阻礙層的移動性因鹽種類而變，對細胞內(nèi)pH調(diào)整滲透壓，防止重要成分在加熱時漏出細胞外鹽具有水合作用，對酶及重要蛋白質(zhì)穩(wěn)定性有影響二價離子可以和蛋白質(zhì)形成穩(wěn)定復合體，有助于細菌耐熱性的增加高濃度鹽類使Aw降低，從而使細胞耐熱性增加，其原理與枯燥作用一樣。目〔5%〕10這種影響的程度常隨微生物的種類而異。其他當環(huán)境中有防腐劑，殺菌劑共同存在時，殺菌效果會更好。真空時，微生物耐熱性下降。(四)加熱后的條件條件影響，并易受抑制劑的影響。二、微生物耐熱機制主要與微生物細胞組成成分，水分，無機鹽等因素有關(guān)。DNA穩(wěn)定，有皮質(zhì)層存在，細胞核處于脫水狀態(tài)三、微生物耐熱性試驗方法1TDT〔thermaldeathtime〕試管法小型試管 內(nèi)徑7-10mm，厚1mm，長80-150mm預備試驗 2支/每個處理，求D值，2-4支，計算菌數(shù)正式試驗 4-6支/每個試驗，求D值，≥6-10支，統(tǒng)計方法優(yōu)點：裝置簡潔，便于操作 缺點：操作費時，費力可直接觀看 內(nèi)容物移出試管可能有殘留無污染危急 適用于流淌性試樣，T≤115.6℃所需空間小 加熱、冷卻滯差大，且滯后時間無法充分校正2TDT后培育困難，不適于供試營長難以發(fā)育的食品殺菌時間的殺菌溫度選擇：Tmax5-10min，Tmin100min。4-52.5-3.0℃100min5-85min10min5-81-2min優(yōu)點：與罐頭生產(chǎn)一樣的操作條件下對多個產(chǎn)品做加熱試驗發(fā)生產(chǎn)氣酸敗，易區(qū)分填充物料和密封都比試管法省事缺點：有滯差需特別密封裝置殺菌鍋需便于調(diào)整不能用肉眼區(qū)分平酸型敗壞后培育易受污染如測產(chǎn)氣菌，應留意破罐，防止假陽性3100℃以內(nèi)的溫度條件下進展耐熱性試驗，三頸燒杯優(yōu)點：對耐熱性弱的微生物進展耐熱性試驗裝置構(gòu)造簡潔，操作便利如操作得當，滯差可無視100℃，必需是液態(tài)樣，留意內(nèi)容物避開粘附在容器內(nèi)壁，留意菌體凝集問題4、開放型TDT管優(yōu)點：避開活菌殘留省去熔封，開口100℃5>115.5101.7-148.9℃適用于高溫短時試驗，物料少，加熱、冷卻快優(yōu)點：加熱、冷卻瞬時完成，在高溫下，可進展高準確度耐熱性測定加熱時間準確，重現(xiàn)性好后培育自動進展，無污染危急，節(jié)約人力，操作簡潔，維護、保養(yǎng)費用低廉缺點：裝置價格昂貴，溫度>101.7℃以上；僅限于液態(tài)食品，不行直接培育6、毛細管法 常與UHT連用，用小毛細管作加熱容器優(yōu)點：加熱、冷卻快速；可保存試樣，以備后培育或不開口進展培育，以便觀看缺點：費事，后培育易受污染7UHT優(yōu)點：與大規(guī)模成套設(shè)備一樣條件進展操作，易求得操作變量，在不充分條件下獲得準確數(shù)據(jù)，裝置體積小，可隔離進展試驗，無污染四、微生物耐熱性參數(shù)1/殘存活菌曲線溫度熱處理微生物，不同時間所得殘存數(shù)對數(shù)值呈直線關(guān)系。圖1-2-3〔P87〕說明：直線橫過一個對數(shù)周期時所需要的時間D值為直線斜率倒數(shù)，即細菌死亡率的倒數(shù)。2D在肯定環(huán)境中肯定的溫度條件下，將全部對象菌90%殺滅所需要的時間。DD值不受原始菌數(shù)影響，其表示方法：D min121.1℃D/懸浮液的性質(zhì)及其他因素而異。D值計算：D1 tm lgalgb3/食品中某一菌種的細胞/芽孢數(shù)全部殺死所的最短熱處理時間。規(guī)律按指數(shù)遞降進展。tlg0

”t” Z0t 121.1 tlg0 θ不同熱處理溫度，t加熱致死時間，Zlg0

1時對應θ’-θF Z t”0值4〔thermalreductiontime〕Z〔10-n〕10-nnTRTn=nDTRT實為DD值有影響的因素支配，不受原始菌數(shù)影響。TRT值可按從概率角度解釋細菌死亡狀況。TRT值隨溫度而異。如n=1TRT=D。橫坐標為加熱溫度，縱坐標為TRT〔D〕對n〔為始終線遞減指數(shù)n不超過2TDT=nD。n同樣可做出各nTt平行。ZDθ’下，當nD值中nFn值，可將其視為FlgnDlgF”

1ZlgnD””F Z

Z

(”lgF)Z

lgnD 121.1F

”取121.1℃，上式即F ZF nD121.110 Z

D121.1℃時測得，則F＝nD。512D〔罐頭工業(yè)殺菌〕最低加熱過程應降低到最耐熱的肉毒梭狀芽孢桿菌芽孢存活概率僅為10-12適用于pH值＞4.66F值和ZF值：肯定加熱致死溫度〔121.1℃〕下，殺死肯定濃度微生物所需加熱時間。用于比較ZZF值表示:FZ,通常Z＝10℃，如θ＝121.1℃，上下標可省略，否則不省略。ZD1/1010時，相應的加熱溫度變化。Zlgt因

121.1

Ft

10

ZF Z 07Z兩種不同溫度時反響速率常數(shù)的比值。用 表示。K 2 一般

K＝10℃， 2 K 1

10 K11c1K lg a，

K t 2 1t c K tb 1 2tlg1

2，11

lg2 ZZ

10，Z101 1t Z 2

10

lg10五、酶的耐熱性10

1.4～之間，但溫度過高，溫度特別高反響速度反而下降。緣由：溫度上升加速反響假設(shè)溫度過高，蛋白質(zhì)破壞，導致反響速度下降。蛋白質(zhì)被破壞溫度即最低點。轉(zhuǎn)折點為10

1.0。當過轉(zhuǎn)折點后，隨著溫度提高，K值下降。溫度高于80℃，熱處理幾分鐘，幾乎全部酶患病不行逆破壞。留意：某些酶經(jīng)過熱殺菌還能再度活化。其次節(jié)、食品的熱傳遞熱量傳遞方式的分子間熱運動引起。發(fā)生于固體或接觸物體之間對流：適用于液體物質(zhì)。當液體或氣體中存在某種程度溫度差時，溫度不同的兩局部就會通過其密度差發(fā)生混合。這種混合比通過傳導更易使溫度均勻全都。除自然混合作用〔自然對流〕外，還有強制對流。透過物體散失。加熱殺菌分類，按接觸方式可分為間接加熱和間接加熱。一、罐裝食品傳熱方式(一)傳熱方式：有傳導，對流，對流傳導三種。傳導傳熱型所需要時間較長。傳導傳熱型罐頭：固態(tài)的，粘稠度高的食品或加熱冷卻過程中不能流淌的食品。對流傳熱型其冷點處于中心軸偏下部位。加熱冷卻過程較短。對流傳導結(jié)合式可分為先對流后傳導：冷卻時只傳導傳熱，乳糜狀玉米罐頭先傳導后對流：冷卻時只對流傳熱，蘋果沙司罐頭(二)影響罐裝食品傳熱的因素固態(tài)食品：先裝到容器中再殺菌液態(tài)食品：先裝到容器中再殺菌或先殺菌再分裝內(nèi)因：裝罐量，頂隙量，真空度，固形物量，糖液濃度，汁液與固形物比例，粘稠度，熟化程度，加工方法，食品組成與性狀，填充方法，加熱過程中特性，加熱前食品初溫及在容器內(nèi)分布。外因：容器大小與外形，加熱過程旋轉(zhuǎn)，攪動，殺菌鍋內(nèi)容器數(shù)量，容器所處，殺菌鍋內(nèi)噴入蒸汽壓力，噴射位置，殺菌鍋內(nèi)溫度分布，有無所囊，升溫時間等。具體有：食品的物理性質(zhì)外形，大小，粘稠度和相對密度不同，糖〔溫度上升，粘度下降，淀粉〔6%，方式為傳導，果膠，塊形大小，裝罐方式食品初溫對于傳導型加熱食品：影響顯著；對于對流型加熱食品：影響不顯著。容器傳熱特性，熱阻，幾何尺寸〔h/D=0.25,加熱時間最短。對于對流傳熱型罐頭：容器種類和罐壁厚度對加熱殺菌時間影響很大。對于傳導傳熱型罐頭：食品導熱性對殺菌時間影響較大。殺菌設(shè)備形式：回轉(zhuǎn)式＞靜置式其他：加熱時食品特性，加熱前罐內(nèi)溫度分布狀況，殺菌鍋裝填量，罐的碼放排列方式。二、罐裝食品傳熱的測定1把握罐藏食品的傳熱特性建立相應加熱和冷卻條件依據(jù)測得的加熱和冷卻的傳熱曲線直接對殺菌效果作出評價2短桿水銀溫度計 專用罐頭中心溫度測定儀3〔測溫點的選擇〕罐內(nèi)加熱最緩慢點〔冷點〕對流傳熱型罐藏食品：中心軸上離罐底罐高10%～15%，罐內(nèi)中心線上熱導傳熱型罐藏食品：幾何中心或微偏上方熱導對流結(jié)合型罐藏食品：對流傳熱和導熱兩冷點之間，由二者比值打算25%的罐內(nèi)中心線作測定點特別罐藏食品：需測定〔10mm5mm〕4試樣量 4～6只〔≤10〕測定次數(shù) ≥1次/分鐘，導熱型可適當延長測罐內(nèi)及殺菌鍋內(nèi)溫度變化狀況三、罐裝食品的傳熱曲線(一)傳熱曲線類型線。在半對數(shù)坐標圖上作出的加熱殺菌和冷卻時的傳熱曲線直線，其斜率可用fh、fcfh和fc表示加熱殺菌時速率和冷卻速率。f越高，速率越慢。這此曲線稱為單數(shù)半對數(shù)曲線，純粹圖像。這兩漸近線的交點一般叫轉(zhuǎn)折點。這種熱傳遞曲線稱為轉(zhuǎn)折型半對數(shù)加熱曲線。一般應把升溫時間42%計算在殺菌時間中〔不適于傳熱好或升溫時溫差為2～3℃食品〕(二)傳熱速率表達式1Ball某一殺菌溫度時，加熱時間可依據(jù)半對數(shù)加熱曲線的fh值推算。tB

lgjIf ”h gt :殺菌溫度下加熱時間〔min〕bf :半對數(shù)加熱傳熱直線橫過一個對數(shù)周期所需的加熱時間〔min〕h”：殺菌鍋殺菌溫〔θs〕和加熱完畢時罐內(nèi)冷點上能到達的最高溫度(θ )間的差值g :殺菌鍋殺菌溫度〔θs〕和殺菌開頭前罐藏食品初溫〔θc〕的差值。I”:假初溫c：初溫c

” j：加熱滯后因子 s

cc

s I2加熱殺菌時間tjt

與uusnns cjlgu

jlgj tf h

f lg( ) h u

：罐內(nèi)容物溫度第三節(jié)殺菌強度和殺菌時間的計算及評價一、殺菌對象菌的選擇罐藏食品進展最終熱處理的對象主要是致病菌，腐敗菌，產(chǎn)毒菌。罐藏食品商業(yè)無菌commercialsterilizationofcanned物。1罐藏食品種類不同，罐內(nèi)腐敗菌也不同，導致罐頭腐敗緣由也不同，各腐敗菌生活習性不同，故殺菌工藝也不同確定對象菌才能正確選擇合理殺菌工藝避開罐頭腐敗變質(zhì)。2、依據(jù)腐敗菌對不同pH值的適應性及耐熱性，罐藏食品應分為：酸度級別低酸性食品低酸性食品＞5.0食品種類肉常見腐敗菌熱力殺菌要求高溫殺菌〔pH>4.6，Aw>0.85〕4.6～5.0蔬菜，面條氧菌或嗜溫兼性厭氧菌105～121.1℃酸性食品酸性食品：3.7～4.6水果及果汁非芽孢耐酸菌、沸水或100℃〔pH≤4.6〕耐酸芽孢菌以下介質(zhì)殺菌高酸性食品：＜3.7酵母，霉菌，酶檸檬，醋栗，泡檸檬，醋栗，泡〔耐酸性強耐菜 熱性差〕推斷依據(jù)：肉毒桿菌的生長習性〔抗熱、厭氧〕土壤菌。分為AB型，E型ABpH＜4.6EPA3679生芽梭狀芽孢桿菌〔厭氧腐敗菌酸菌〔嗜熱脂肪芽孢桿菌〕中酸性食品存在的微生物：嗜熱解糖梭狀芽孢桿菌〔解糖厭氧菌食品。故中酸性食品被歸入低酸性食品一類。pH＝3.7：酪酸菌和分散芽孢桿菌〔腐敗〕在此條件下仍可生長，故pH＝3.7成為酸性食品和高酸性食品的分界限。高酸性食品：耐酸性細菌，酵母，霉菌〔該條件下，酶耐熱性高于微生物〕二、殺菌強度1Z到在該殺菌條件下的實際殺菌效果，即殺菌強度〔F。0F和TDTF0件下是否到達殺菌要求。2F0F值定義：在參數(shù)溫度為121.1〔totalijtegratedlethal0effect〕美國：僅指保持恒定溫度下的時間〔holdingtime〕121.1Ft0 0

10 Z t0

保溫時間，保溫局部的殺菌溫度121.1℃下D針對不同微生物種類確定t＝nD0Ft0 0

121.110 Z ，計算F0很多腐敗微生物比肉毒桿菌耐熱性強，在實際運用過程中，在罐頭工業(yè)中通常選擇F08～18，并依產(chǎn)品類別設(shè)定F值。0各種食品原料的典型F值如書P1110F值考慮的其他因素：0食品品質(zhì) 即C0

值〔蒸煮值：C0

100t10Z ，C0

值提高，品質(zhì)下降Z15～23F0C0值。F0值考慮安全問題及食品承受性。3F確定殺菌值之前，首先確定引起該罐藏食品變質(zhì)的a微生物種類及bc腐敗菌污染程度對于低酸性食品，考慮肉毒桿菌12D耐熱性高嗜熱菌〔4～5〕D～6D804～5DF三、加熱殺菌時間的推算及評價1920比奇洛〔Bigelow〕根本推算法依據(jù)細菌致死率和罐藏食品傳熱曲線創(chuàng)立殺菌理論1923Ball公式法 由殺菌過程中罐頭中心受熱效果，爭論用積分法計算殺菌效果的方法1939OlsonStevensSchultz改進計算法19231948Stumbo 提出F值 間考慮細菌數(shù)現(xiàn)在 最計算法 將數(shù)值影響考慮在內(nèi)比奇洛推算法：條件下需要的加熱、冷卻殺菌時間。1At0t0

dt A致死量〔lethalvalue〕 t/t0局部殺菌量第四節(jié)、食品加熱殺菌和熱力殺菌裝置一、低溫加熱殺菌作用：將食品中所存在的微生物局部地而不是全部殺滅的一種殺菌方法。適用范圍：酒精，牛奶，果汁等液體食品〔pH<4.6〕食品品質(zhì)易受高溫影響，只需局部滅菌〔殺死拮抗微生物〕留意：常與冷藏，發(fā)酵，使用添加物〔Aw的物質(zhì)等。操作：可分為三個階段，升溫階段，保溫階段，冷卻階段嚴格操作時間，熱交換充分有效進展分類：從操作角度分為回轉(zhuǎn)式，連續(xù)式1、批量式低溫加熱殺菌裝置液態(tài)食品：熱交換三個階段在同一裝置中進展，夾層鍋〔熱交換率高〕溫。或者將蒸汽送入密閉室，用蒸汽殺菌特點：固體食品傳熱系數(shù)小，熱交換效率不高，外表易受過度熱處理?？捎糜谠谠O(shè)定溫度下保溫較長時間的食品技術(shù)性強，操作治理費工2、連續(xù)式低溫加熱殺菌裝置固體食品/固液混合食品：不能連續(xù)加熱殺菌，如用小容器包裝，可連續(xù)處理液態(tài)食品：無論是否有包裝，都適宜連續(xù)處理對于液態(tài)食品而言，熱交換器有管式和板式管式有蛇管式，雙管式，多管式板式：應用廣板式熱交換器特點：總傳熱系數(shù)大設(shè)備安裝占用面積小，運轉(zhuǎn)時內(nèi)容量小，滯留時間短，易于將各分解并進展清洗，易于調(diào)整流量，同一組片內(nèi)同時進展兩種以上產(chǎn)品的熱交換，承受適當金屬材料不存在金屬污染問題，可自動掌握，節(jié)約人工費用。罐裝、瓶裝小包裝食品殺菌連續(xù)式水槽殺菌設(shè)備：適合于腌制菜和果品罐頭殺菌，不適合瓶裝食品分幾個區(qū)，各分區(qū)內(nèi)調(diào)整加熱速度有傳遞帶連續(xù)熱水噴淋殺菌設(shè)備：酸性食品低溫殺菌，對瓶裝食品尤為適宜冷區(qū)，冷卻區(qū)，最終冷卻區(qū)連續(xù)蒸汽加熱式殺菌設(shè)備〔隧道形〕熱量傳遞速度不穩(wěn)定，隨蒸汽溫度和速度而變連續(xù)滾動式常壓加熱殺菌設(shè)備罐的移動機構(gòu)是一個螺旋形導軌，使罐沿導軌進展?jié)L動3、高頻加熱殺菌使高頻電磁能在物體內(nèi)部轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮苓M展加熱的一種方式。假設(shè)從導電性的角度劃分，有金屬和電解質(zhì)溶液之類易于導電的導體和難于導電的電介體。以前者為對象的加熱謂之感應加熱，以后都為對象的加熱叫做介質(zhì)加熱感應加熱承受頻率為數(shù)百千赫〔kHz〕以內(nèi)的電磁波,介質(zhì)加熱承受數(shù)兆赫〔MHz〕以上300MHz～30GHz二、高溫加熱殺菌1立式壓力殺菌釜：安裝時一半安裝在地面以下，開口比地面高80-90cm按蒸汽供給方式分：底部蒸汽吹入式，上部蒸汽吹入式臥式壓力殺菌釜：一般在地面上，大型裝置低于地面20-30cm，目的使軌道與地面高度一樣可以分為：底部蒸汽吹入式，底部蒸汽吹入—空氣冷卻，空氣加壓—熱水加熱式30min，殺菌釜大小由罐型和生產(chǎn)量打算。用于玻璃容器的靜止壓力殺菌釜由于金屬容器和玻璃容器在加熱和冷卻時所具有的特性及密封方式各不一樣有很大差異。溫度和壓力不對應子耐強度比不上經(jīng)二重卷封的金屬容器。當T＞116℃殺菌時，無論什么產(chǎn)品，其容器內(nèi)壓均比殺菌釜內(nèi)的蒸汽壓高。緣由：容器內(nèi)容器蒸汽壓隨溫度上升而提高內(nèi)容物產(chǎn)生物理性膨脹不分散性氣體存在為防止殺菌時容器受內(nèi)壓作用“變形”或“蓋子被頂開脫落〔跳蓋〕入壓縮空氣，使外壓＞內(nèi)壓。容器內(nèi)產(chǎn)生壓力大小受以下因素影響：裝罐時溫度，密封時容器內(nèi)的頂隙，密封時的真空度，殺菌溫度，內(nèi)容物空氣含量回轉(zhuǎn)式殺