杀菌原理及其杀菌工艺条件的确定

杀菌原理及其杀菌工艺条件的确定一、 食品罐藏原理 ㈠．热力杀菌原理： 微生物 1．引起腐败的原因 食品中的酶 其他化学 食品本身含有各种酶。当食品被采收或屠宰后往往会分解食品使 其不堪食用。但一般这比酶的抗热性不强。通常在装罐前的热处理过 程中就失去活性。所以罐头保藏食品的热处理杀菌对象主要是腐败微 生物。 2．何为杀菌： 当食品加热到某一高温，并保持一段时间使微生物失去生命力， 以保藏食品的过程称之杀菌。 3．商业杀菌： 使罐头在一般正常条件下，运输贮藏和分配销售的时候，罐头不 再遭受腐败微生物破坏致于腐败杀菌，同时也不会有害于人体健康的热力 杀菌。 要达到商业无菌，必须借助于密封容器，进行密封。防止再污染， 达到商业无菌。 ㈡．杀菌条件的科学确定： 1．杀菌条件的确定，要考虑的因素有： ①． 食品的特性、粘度、颗粒大小 ②． 固体与液体的经例 细菌 酵母 霉菌③． 罐头的大小 ④． 装罐前预处理过程 ⑤． 污染腐败微生物的种类、习性、数量等 2．杀菌条件确定的依据： ⑴．微生物的耐热性及种类： 首先必须对食物对象进行微生物方面的调查，搞清造成污染微生 物 有 哪 些 ？ 哪 些是 腐 败 和 致 病 菌？ 它 们 的 耐 热 程度 如 何 ？ 继 而 进行 耐热菌的 TDT 值、 值、 值的测定和计算。

D Z 这对制定杀菌规程来说， 是起决定性作用的关键一步。 对于低酸性食品，其主要危害是肉毒杆菌，因此，低酸性食品罐 头杀菌的中心目的，就是要彻底杀死肉毒杆菌。 ⑵．食品的传热、速度：fh.j（有些资料称热穿透速度） 随着罐头内容物的不同以及固液比基质的粘稠度，固形物在罐内 的排列方式及固形物大小等方面的不同，它们的传热方式和传热速度 也不相同。有的是以对流传热为主，有的是以传导为主，有的是两者 兼有。传热方式对杀菌效果有着极其重要的影响。这一点我们绝对不 能忽视。 ⑶．罐内初菌数 基质中的初菌数对杀菌效果也有着一定的影响。由于微生物的生 长 或 死 亡 都 是 按照 对 数 规 律 递 增或 递 减 的 。 因 此对 同 一 种 微 生 物来 说，如果污染严重，那么要达到一定的安全值，所需的杀菌时间就长， 反之则短。 3．确定热力杀菌工艺条件的过程：腐败微生物的耐热性（F 和 Z）杀菌条件的理论计算食品的热传导值（j.fh.fz.fcx）实 罐 试 验确证性接 种试验保温试验 30~35℃ 1~3 月正常生产线 实罐试验感 官 品 质 及 经 济 性 评 价 正确杀菌 工艺条件 确定耐热性 试验腐败微生 物的分离常年性腐败腐 败保温试验 30~35℃ 1~3 月正常二、腐败微生物的耐热性 ㈠．腐败微生物的一般习性 对环境的要求：① 食品按 PH 分类 ① 高酸性 PH＜4.0 ②酸性 PH4.0~4.5 ③ 低酸性 PH＞4.6 空气 ② ③ PH㈡．要从公共卫生安全角度分： ① 酸性：在酸性食品中肉毒杆菌不产生毒素。

② 低酸性：在低酸性食品中肉毒杆菌产生毒素。 总之：a.在低酸性食品中（PH＞4.6）就有可能使肉毒杆菌芽孢产生。 所以要接受杀死肉毒杆菌的热量 100℃以上。 b.在酸性食品中（PH＜4.5）它不可能产生肉毒杆菌毒素，所以 一般低于 100℃以下。 c.酸化食品可按酸性食品接受杀菌。 ㈢．微生物耐热性的测定： 1．烧瓶法 2.TDT 试管法 3.TDT 罐法TDT—指测定热力致死时间的试管或罐：在测定细菌耐热性时，应尽可能避免热传导的因素，所以要求瞬 时加热，瞬时冷却。 在做试验时，温度应达 4~5 个之多，温差一般为 2.5~3.0℃，以 不同温度进行耐热试验，其杀菌时间要有一定的间隔。 ㈣．微生物耐热性的表示法： 1．D 值：在某一温度下，减少活菌数 90%所需的时间（通常用“分” 表示） 。 D 值相当于细菌致死曲线斜率的负倒数。 D 值愈大，表示该菌芽孢耐热性愈强。 微生物的死亡规律符合于指数规律 y=a x。c c0=10 -t/Dc c0c：表示在某一温度下，经过 t 时间后，该菌的残留浓度。 log=t Dlog D=-t Dt：致死时间t log a ? log bt log c 0 ? log c或 D=2．F 值和 Z 值： ① F：在特定温度下，将一定数量的菌全部杀死所需的时间 或：在 121.1℃时，杀死一定量的菌所需的时间，也就是 121.1℃的 TDT 值，与环境、数量菌种、菌类有关。

② Z：每一种 D 值变化 10 倍或 时的温差。10 1或：热力致死时间曲线，斜率的倒数。 或：热力致死时间每变化 10 倍或 所供给的温度差，它与环境数10 1量、菌种、菌类有关。在这条曲线每一点上的细菌总数 时间 100 是相等的。也就是讲任何一点杀 菌总数是相等的10121.1温度121.1温度内视性热力致死时间曲线 z 值的求法： ①．根据内视性热致死时间曲线求 z logD Dr热力致死时间曲线= Tr? Tr zDr—参照的 D 值（即 121.1℃时的 D 值） D—任意温度下的 D 值②．根据热力致死时间曲线，在曲线上找出对应于一个对数循环的值 或计算某斜率的倒数。 ③．D、F、Z 值的大小对杀菌速度的影响 D、F、Z 值的增大，说明杀菌速度慢，微生物本身耐热性强 ④．热力致死时间曲线议程r T log ? = ?? Tr Z∑r：对应于 Tr 该菌致死时间（或特定温度 121.1℃） ∑：对应于 T 该菌致死时间（任意温度） Z：热力致死时间穿过一个对数周期所需的温度差 T：任意一个致死温度⑤．杀菌值的确定： 罐头食品杀菌的目的在于使罐内腐败微生物失去活力，以便在商品流通过程中保持食品不变质。

为了确定杀菌值，首先要知道引起该罐头食品变质的微生物及其 耐热性最强的是哪一种和它的耐热程度多高， D 值和 Z 值如何？其 即 次根据 T=D（loga－logb） ，还要了解被污染的程度。低酸性食品罐头 中常有肉毒杆菌数生长产生毒素，所以首先要保证杀灭肉类杆菌，这 是低酸性罐头食品杀菌时的最低要求。 根据许多学者的试验测定：肉毒杆菌芽孢的耐热性较高，为杀菌 的对象菌，其浓度指标下降到 C0 C=10 -12C 0 a 10 C 0 10 时间B 10 -12C计算说明： 例 1：设某一低酸性食品罐头中，每罐含有肉毒杆菌芽孢 1 个，而希 望产品 1012 罐中，经杀菌只有一罐残存，这样在 121.1℃下，杀菌需 要多长热处理时间？ 解：a=10 12 b=1 求 t=? 根据 D=t log a ? log bt=D(loga－logb)=D(log10 -12 －log1)=12D 根据科学试验证明：肉毒杆菌的耐热性较高 D=0.204（分） 代入上式得：t=12×0.204=2.45(分) 根据 T 值的定义：D 值如果是 Dr 即 D121.1℃，则上式中的 t 值就相当于 F 值， F=12Dr， 这主要是考虑到肉毒杆菌在公共卫生上的因素， 的以必须先用 12D 值才安全，根据美国等国的实际经验，这样的杀菌 值才不会有中毒问题发生。

但是低酸性食品中，引起腐败变质的其他微生物的耐热性 还有比 肉毒杆菌更强的，如嗜热菌芽孢，Dr 可达 3~4 分钟，如同样采用 12D 值杀菌强度，虽可以使其腐败率降低到非常小的程度，但对感官品质 极为不利，甚至不能食用，以采用 4~5D 的杀菌值为宜，6D 也可以接 受。 虽然 Dr 值知道后，就很快求得在 121.1℃对杀菌的时间，但要求 其他杀菌温度时要达到同样的杀菌效果所需的时间，还必须用微生物 特性的另一个值，即热力致死时间曲线的斜率 Z 值。 logD Dr=Tr ? T Z例 2：某产品每克含 Z=10℃，D121.1℃=2.00 的芽孢 10 个，罐重 570 克，杀菌温度为 115.5℃，问欲用多长加热时间才能达到正常的腐败 率（0.01%）?如果半成品严重腐败，使腐败率变成 0.1%，若仍要达到 正常的腐败率，问需要对该半成品用多长的加热时间？每克半成品芽 孢数增加了多少个？ 解 ： ① 已 知 ： Z=10 ℃ ,D121.1 ℃ =2.00杀菌， a=10×570 个 ， b=0.01% ， 求∑115.5=? t= D121.1℃(loga－log5)=2(log5700－log0.001) =2(log5700－log10 -4 )=2(3.7559+4) =15.51(分) log∑r－log∑= ∵t=∑rT ? Tr Zlog15.51－log∑= log15.51－10115 . 5 ? 121 . 1 10115 . 5 ? 121 . 1=log∑log15.51+0.56=log∑ ?+0.56=log∑ ∑=56.23（分） 答 ： 温 度 为 115.5℃ 时 需 要 56.23 分 钟 的 时 间 才 能 达 到 正 常 腐 败 率 （0.01%） 。

②已知：t=56.23 分 a=10×570 b=0.001 求 D115.5=？t115.5=D115.5(loga－logb) D115.5=t115 . 5 ? 5 log a ? log b=56 . 23 log 5700 ? log 10 ? 4灭菌与无菌操作技术一、物理灭菌法 二、F 值与 F0 值近年来对灭菌过程无菌检验中存在的问题引起人们的注意。一方面灭菌温度多系 测量灭菌器内的温度不是灭菌物体内的温度，同时无菌检验方法也存在局限性，在检 品存在微量的微生物时，往往难以用现行的无菌检验法检出。因此，对灭菌方法的可 靠性进行验证是很必要的。F 与 F0 值可作用验证灭菌可靠性的参数。 1． 值研究表明微生物受高温杀灭时， D 在一定温度范围内其死亡速度属一级过程， 即：式中 N。为原始微生物数，Nt 为 t 时残存的微生物数，k 为死亡 速度常数。lgNt 对 t 作图，得一条直线，直线的斜率为令斜率的负倒数为 D 值，即： 由式 6-3 可知，当 lgNt- lgN0=1 时 D=t，即 D 的物理意义为一定温度下将微生物杀灭 90％（即使之下降一个对数单位）所需时间。

D 值是微生物的耐热参数，不同微生物在 不同条件下有不同的 D 值，如表 6-4 所示。 表 6-4 灭菌方法 蒸气灭菌 微生物种类 嗜热脂肪芽孢杆 菌 蒸气灭菌 嗜热脂肪芽孢杆 菌 蒸气灭菌 嗜热脂肪芽孢杆 菌 蒸气灭菌 产芽胞梭状芽孢 杆菌 105 5％葡萄糖水溶液 1.3 121 注射用水 3.0 121 5％葡萄糖水溶液 2.4 不同灭菌方法不同微生物的 D 值 温度/?C 105 介质或样品 5％葡萄糖水溶液D ֵ/min87.8干热灭菌 红外线灭 菌枯草芽胞杆菌 枯草芽胞杆菌135 160纸 玻璃板16.6 18 秒2．Z 值 随温度升高，微生物死亡速度加速，即 k 增加，因而 D 值下降，在一定温度范围 内（100~138?C）lgD 与温度 T 呈直线关系，直线的斜率 由于此斜率为负值，为避免引入负数，令：故 Z 值为降低一个 lgD 值需升高的温度数，即灭菌时间减少至原来 1/10 所需要升高的 温度。如 Z=10?C，则灭菌时间减少至原来 1/10，而灭菌效果保持不变需要升高的的温 度为 10?C。表 6-5 是一些药物溶液的 Z 值。式 6-4 也可表示为：设 Z=10?C，T1=110?C，T2=121?C，则 D2=0.079D1。

即 110?C 1 min 与 121?C 0.079 min 的灭菌效果相当。 若 Z=10?C，灭菌温度每升高一度，则 D2=0.794D1，即温度每升高一度，达到相同 的灭菌效率的灭菌时间将减少 20.6%。 表 6-5 不同溶液中测定的嗜热脂肪芽孢杆菌的 Z 值 溶 5％葡萄糖水溶液 液Z ֵ/?C10.3注射用水 5％葡萄糖乳酸盐林格氏溶 液 pH 7 磷酸盐缓冲液8.4 11.3 7.63．F 值与 F0 值 （1）F 值F 值的数学表达或可表示如下：式中 t 是测量被灭菌物品温度的时间间隔，一般为 0.5~1.0 min 或更小，T 是每个△t 测量被灭菌物品的温度，To 是参比温度。由此表达式，F 为在一定温度（T）下给定 Z 值所产生的灭菌效力与 To 给定 Z 值所产生的灭菌效率相同时所相当的时间，以 min 为 单位。F 值常用于干热灭菌，例如干热灭菌的参比温度用 170℃，消毁大肠杆菌内毒素 的 Z 值为 54℃，则采用 250℃干热灭菌消毁上述内毒素的 F 值为 750 min。 根据式（6-2）及（6-3），则： 若 Nt 确定为灭菌效果（国际标准为 10—6， 即灭菌后微生物的存活概率不得大于百万分之一），也可将在一定温度（T）下杀死容 器中全部微生物所需的时间称为 F 值，即式（6-8），它等于 D 值与微生物数降低值的 乘积，F 值的意义就更明确了。

F＝DT×（lg N0－lg 10－6）(2) F0 ֵ6 – 8在湿热灭菌中，参比温度规定为 121℃，以嗜热脂肪芽孢杆菌为生物指示剂的 Z 值为 10℃，则与 F 值类似：即 F0 值为一定灭菌温度（T）下 Z 值为 10 ℃所产生的灭菌效率与 121℃、Z 值为 10 ℃ 所产生的灭菌效率相同时所相当的时间（min）。也就是说 F0 是将各种灭菌温度的灭菌 效果转换为 121℃灭菌的等效值。目前 F0 用于热压灭菌。一般要求一个灭菌程序（加 热及冷却过程）的 F0 大于 8，遇热极敏感的的产品，可允许 F0 小于 8，但必须采取措施 确保产品无菌，除使用生物指示剂进行验证外，还必须连续、严格的对微生物进行监 控。 灭菌过程中，只需记录被灭菌物品的温度与时间，就可算出 F0。假设表 6-6 的灭 菌程 序，8 min 从 100℃升至 115℃，恒温 30 min，然后同样以 8 min 降温至 100℃，△t 取 1 min，按表 6-6 数据 及式 6-9 计算该灭菌程序的 F0 值 如下： 表 6-6 灭菌过程中不同时间的温度 时间 /min 温度 /℃ 时间 /min 温度 /℃ 114 112 110 108 106 104 102 100 39 40 41 42 43 44 45 46 100 102 104 106 108 110 112 114 115 0 1 2 3 4 5 6 7 8~38结果表明，上述灭菌程序 46 min 的灭菌效果与 121℃，8.40 min 的灭菌效果相 当。

与式 6-8 类似，F0 值可看作是 D121 值与微生物数降低值的乘积，即：F0＝D121×（lgNo－lgNt）6-10同样，Nt 为灭菌后希望达到微生物残存数。如将含有 200 个嗜热脂肪芽胞杆菌的 5％葡 萄糖水溶液以 121℃热压灭菌时，D 为 2.4 min，Nt 值为 10—6，则：F0＝2.4 ×（lg 200－lg 10—6）=19.92 (min)因此，可以认为 F0 相当于以 121℃热压灭菌时，杀死容器中全部微生物所需要的时间。 4．影响 F 值与 F0 值的因素F0 值的计算对于验证灭菌效果极为有用，当产品以 121℃湿热灭菌时，灭菌器内的温 度虽能迅速升到 121℃，而被菌物品内部则不然，由于包装材料热传导、灭菌物品的数 量、摆放位置及其他因素影响使灭菌器内各处温度不均匀。而从式 6-9 看出，F0 将随 着产品温度（T）变化而呈指数的变化，故温度即使很小的差别（如 0.1~1℃）将对 F0 值产生显著的影响，同时 F0 值要求测定灭菌物品内的实际温度，故用 F0 来监测灭菌效 果具有重要的意义。为了使 F0 测定准确，需要研究影响 F0 值的因素： （1）温度 由于温度的微小差别将使 F0 值发生显著的变化，因此首先应保证温度测量的准确性。

应选择灵敏度高，重现性好，精密度为 0.1 的热电偶，并对热电偶进行校验。其次灭菌时应将热电偶的探针置于被测物的内部。有些灭菌记录仪附有 F0 计 算器，温度探头经灭菌器通向柜外的温度记录仪，在灭菌过程中和灭菌后，自动显示F0 值。（2）灭菌物品在灭菌器内的数量与排布 要注意灭菌器内各层、四角、中间位置热分布是否均匀，并进行实际测定，作出合理排布，同时灭菌物品不能挤得太满，应 留有空间，使各处温度分布均匀，测得 F0 值更可靠。 （2） 灭菌产品溶液粘度及容器充填量。 （3） 灭菌产品微生物污染数 为了确保灭菌效果，根据 F0＝D121×（lgNo－lgNt），若 N0 越大，即被灭菌物中微生物越多，则灭菌时间越长，故生产过程中应尽量减少微 生物的污染，应采取各种措施使每个容器的含菌数控制在 10 以下（lg 10=1）。 另外，计算 F0 时，应适当考虑增加安全因素，一般增加 50％，如规定 F0 为 8 min， 则实际操作应控制到 12 min 为好。

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