食品工艺学课程教案 16 二、加热对微生物的影响 （一）微生物和食品的腐败变质 食品中的微生物是导致食品不耐贮藏的主要原因。一般说来，食品原料都带有微生物。在食品的采收、 运输、加工和保藏过程中，食品也有可能污染微生物。在一定的条件下，这些微生物会在食品中生长、 繁殖，使食品失去原有的或应有的营养价值和感官品质，甚至产生有害和有毒的物质。 细菌、霉菌和酵母都可能引起食品的变质，其中细菌是引起食品腐败变质的主要微生物。细菌中非 芽孢细菌在自然界存在的种类最多，污染食品的可能性也最大，但这些菌的耐热性并不强，巴氏杀菌即 可将其杀死。细菌中耐热性强的是芽孢菌。芽孢菌中还分需氧性、厌氧性的和兼性厌氧的。需氧和兼性 厌氧的芽孢菌是导致罐头食品发生平盖酸败的原因菌，厌氧芽孢菌中的肉毒梭状芽孢杆菌常作为罐头杀 菌的对象菌。酵母菌和霉菌引起的变质多发生在酸性较高的食品中，一些酵母菌和霉菌对渗透压的耐性 也较高。 （二）微生物的生长温度和微生物的耐热性 当温度高于微生物的最适生长温度时，微生物的生长就会受到抑制，而当温度高到足以使微生物体 内的蛋白质发生变性时，微生物即会出现死亡现象。 一般认为，微生物细胞内蛋白质受热凝固而失去新陈代谢的能力是加热导致微生物死亡的原因。因 此，细胞内蛋白质受热凝固的难易程度直接关系到微生物的耐热性。蛋白质的热凝固条件受其他一些条 件，如：酸、碱、盐和水分等的影响。 1.微生物的种类 微生物的菌种不同，耐热的程度也不同，而且即使是同一菌种，其耐热性也因菌株而异。正处于生 长繁殖的微生物营养细胞的耐热性较它的芽孢弱。 各种芽孢菌的耐热性也不相同，一般厌氧菌芽孢菌耐热性较需氧菌芽孢菌强。嗜热菌的芽孢耐热性 最强。同一菌种芽孢的耐热性也会因热处理前的培养条件、贮存环境和菌龄的不同而异。例如：菌体在 其最高生长温度生长良好并形成芽孢时，其芽孢的耐热性通常较高；不同培养基所形成的芽孢对耐热性 影响很大，实验室培养的芽孢都比在大自然条件下形成的芽孢耐热性要低；培养基中的钙、锰离子或蛋 白胨都会使芽孢耐热性增高；热处理后残存芽孢经培养繁殖和再次形成芽孢后，新形成芽孢的耐热性就 较原来的芽孢强。 酵母菌和霉菌的耐热性都不很高，酵母（包括酵母孢子）在 100 ℃以下的温度容易被杀死。大多 数的致病菌不耐热。 2.微生物生长和细胞（芽孢）形成的环境条件 这方面的因素包括：温度、离子环境、非脂类有机化合物、脂类和微生物的菌龄。 长期生长在较高温度环境下的微生物会被驯化，在较高温度下产生的芽孢比在较低温度下产生的芽 孢的耐热性强；许多有机物会影响芽孢的耐热性，虽然在某些特殊的条件下能得到一些数据，但也很难 下一般性的结论；有研究显示低浓度的饱和与不饱和脂肪酸对微生物有保护作用，它使肉毒杆菌芽孢的 耐热性提高；关于菌龄对微生物耐热性的影响，芽孢和营养细胞不一样，幼芽孢较老芽孢耐热，而年幼 的营养细胞对热更敏感。 3.热处理时的环境条件 热处理时影响微生物耐热性的环境条件有： pH 值和缓冲介质、离子环境、水分活性、其他介质成 分。 由于多数微生物生长于中性或偏碱性的环境中，过酸和过碱的环境均使微生物的耐热性下降，故一 般芽孢在极端的 pH 值环境下的耐热性较中性条件下的差。缓冲介质对微生物的耐热性也有影响，但缺
食品工艺学课程教案 16 二、加热对微生物的影响 （一）微生物和食品的腐败变质 食品中的微生物是导致食品不耐贮藏的主要原因。一般说来，食品原料都带有微生物。在食品的采收、 运输、加工和保藏过程中，食品也有可能污染微生物。在一定的条件下，这些微生物会在食品中生长、 繁殖，使食品失去原有的或应有的营养价值和感官品质，甚至产生有害和有毒的物质。 细菌、霉菌和酵母都可能引起食品的变质，其中细菌是引起食品腐败变质的主要微生物。细菌中非 芽孢细菌在自然界存在的种类最多，污染食品的可能性也最大，但这些菌的耐热性并不强，巴氏杀菌即 可将其杀死。细菌中耐热性强的是芽孢菌。芽孢菌中还分需氧性、厌氧性的和兼性厌氧的。需氧和兼性 厌氧的芽孢菌是导致罐头食品发生平盖酸败的原因菌，厌氧芽孢菌中的肉毒梭状芽孢杆菌常作为罐头杀 菌的对象菌。酵母菌和霉菌引起的变质多发生在酸性较高的食品中，一些酵母菌和霉菌对渗透压的耐性 也较高。 （二）微生物的生长温度和微生物的耐热性 当温度高于微生物的最适生长温度时，微生物的生长就会受到抑制，而当温度高到足以使微生物体 内的蛋白质发生变性时，微生物即会出现死亡现象。 一般认为，微生物细胞内蛋白质受热凝固而失去新陈代谢的能力是加热导致微生物死亡的原因。因 此，细胞内蛋白质受热凝固的难易程度直接关系到微生物的耐热性。蛋白质的热凝固条件受其他一些条 件，如：酸、碱、盐和水分等的影响。 1.微生物的种类 微生物的菌种不同，耐热的程度也不同，而且即使是同一菌种，其耐热性也因菌株而异。正处于生 长繁殖的微生物营养细胞的耐热性较它的芽孢弱。 各种芽孢菌的耐热性也不相同，一般厌氧菌芽孢菌耐热性较需氧菌芽孢菌强。嗜热菌的芽孢耐热性 最强。同一菌种芽孢的耐热性也会因热处理前的培养条件、贮存环境和菌龄的不同而异。例如：菌体在 其最高生长温度生长良好并形成芽孢时，其芽孢的耐热性通常较高；不同培养基所形成的芽孢对耐热性 影响很大，实验室培养的芽孢都比在大自然条件下形成的芽孢耐热性要低；培养基中的钙、锰离子或蛋 白胨都会使芽孢耐热性增高；热处理后残存芽孢经培养繁殖和再次形成芽孢后，新形成芽孢的耐热性就 较原来的芽孢强。 酵母菌和霉菌的耐热性都不很高，酵母（包括酵母孢子）在 100 ℃以下的温度容易被杀死。大多 数的致病菌不耐热。 2.微生物生长和细胞（芽孢）形成的环境条件 这方面的因素包括：温度、离子环境、非脂类有机化合物、脂类和微生物的菌龄。 长期生长在较高温度环境下的微生物会被驯化，在较高温度下产生的芽孢比在较低温度下产生的芽 孢的耐热性强；许多有机物会影响芽孢的耐热性，虽然在某些特殊的条件下能得到一些数据，但也很难 下一般性的结论；有研究显示低浓度的饱和与不饱和脂肪酸对微生物有保护作用，它使肉毒杆菌芽孢的 耐热性提高；关于菌龄对微生物耐热性的影响，芽孢和营养细胞不一样，幼芽孢较老芽孢耐热，而年幼 的营养细胞对热更敏感。 3.热处理时的环境条件 热处理时影响微生物耐热性的环境条件有： pH 值和缓冲介质、离子环境、水分活性、其他介质成 分。 由于多数微生物生长于中性或偏碱性的环境中，过酸和过碱的环境均使微生物的耐热性下降，故一 般芽孢在极端的 pH 值环境下的耐热性较中性条件下的差。缓冲介质对微生物的耐热性也有影响，但缺
食品工艺学课程教案 17 乏一般性的规律。 大多数芽孢杆菌在中性范围内耐热性最强，pH 值低于 5 时芽孢就不耐热，此时耐热性的强弱常受 其他因素的影响。某些酵母的芽孢的耐热性在 pH= 4-5 时最强。 在磷酸缓冲液中低浓度的 Mg2＋和 Ca2 十对芽孢耐热性的影响与 EDTA 和甘氨酞甘氨酸相似，都能降 低芽孢的耐热性。 食品中低浓度的食盐（低于 4%）对芽孢的耐热性有一定的增强作用，但随着食盐浓度的提高（8％ 以上）会使芽孢的耐热性减弱。如果浓度高于 14％时，一般细菌将无法生长。 其他无机盐对细菌芽孢的耐热性也有影响。氯化钙对细菌芽孢耐热性的影响较食盐弱一些，而苛性 钠、碳酸钠或磷酸钠等对芽孢有一定的杀菌力，这种杀菌力常随温度的提高而增强，因此如果在含有一 定量芽孢的食盐溶液中加入苛性钠、碳酸钠或磷酸钠时，杀死它们所需要的时间可大为缩短。通常认为 这些盐类的杀菌力来自未分解的分子而并不来自氢氧根离子。 芽孢对干热的抵抗能力比湿热的强，如肉毒芽孢杆菌的干芽孢在干热下的杀灭条件是 120℃ ， 120min，而在湿热下为 121℃，4 - 10min。湿热下的蛋白质变性和干热下的氧化，由于氧化所需的能量 高于变性，故在相同的热处理条件下，湿热下的杀菌效果高于干热。 糖的存在也会影响细菌芽孢的耐热性，食品中糖浓度的提高会增强芽孢的耐热性。蔗糖浓度很低时对细 菌芽孢的耐热性影响很小，高浓度的蔗糖对受热处理的细菌芽孢有保护作用，这是由于高浓度的糖液会 导致细菌细胞中的原生质脱水，从而影响了蛋白质的凝固速度以致增强了芽孢的耐热性。除蔗糖外，其 它的糖如葡萄糖、果糖、乳糖、麦芽糖等的作用并不相同。 食品中的其他成分如淀粉、蛋白质、脂肪等也对芽孢的耐热性有直接或间接的影响，其中淀粉对芽 孢耐热性没有直接的影响，但由于包括蛛不饱和脂肪酸在内的某些抑制剂很容易吸附在淀粉上，因此间 接地增加了芽孢耐热性。蛋白质中如明胶、血清等能增加芽孢的耐热性。食品中含有少量防腐或抑菌物 质会大大降低一般的耐热性。 介质中的一些其他成分也会影响微生物的耐热性，如抗菌素、杀菌剂和香辛料等抑菌物质的存在对 杀菌会有促进和协同作用。 三、加热对酶的影响 （一）酶和食品的质量 酶也会导致食品在加工和贮藏过程中的质量下降，主要反映在食品的感官和营养方面的质量降低。 这些酶主要是氧化酶类和水解酶类，包括过氧化物酶、多酚氧化酶、脂肪氧合酶、抗坏血酸氧化酶等。 不同食品中所含的酶的种类不同，酶的活力和特性也可能不同。以过氧化物酶为例，在不同的水果 和蔬菜中酶活力相差很大，其中辣根过氧化物酶的活力最高，其次是芦笋、马铃薯、萝卜、梨、苹果等， 蘑菇中过氧化物酶的活力最低。与大多数蔬菜相比，水果具有较低的过氧化物酶活力。又如大豆中的脂 肪氧合酶相对活力最高，绿豆和豌豆的脂肪氧合酶活力相对较低。 过氧化物酶在果蔬加工和保藏中最受人关注。由于它的活力与果蔬产品的质量有关，还因为过氧化 物酶是最耐热的酶类，它的钝化作为热处理对酶破坏程度的指标。当食品中过氧化物酶在热处理中失活 时，其他酶以活性形式存在的可能性很小。但最近的研究也提出，对于某些食品（蔬菜）的热处理灭酶 而言，破坏导致这些食品质量降低的酶，如豆类中的脂肪氧合酶较过氧化物酶与豆类变味的关系更密切， 对于这些食品的热处理以破坏脂肪氧合酶为灭酶指标更合理
食品工艺学课程教案 17 乏一般性的规律。 大多数芽孢杆菌在中性范围内耐热性最强，pH 值低于 5 时芽孢就不耐热，此时耐热性的强弱常受 其他因素的影响。某些酵母的芽孢的耐热性在 pH= 4-5 时最强。 在磷酸缓冲液中低浓度的 Mg2＋和 Ca2 十对芽孢耐热性的影响与 EDTA 和甘氨酞甘氨酸相似，都能降 低芽孢的耐热性。 食品中低浓度的食盐（低于 4%）对芽孢的耐热性有一定的增强作用，但随着食盐浓度的提高（8％ 以上）会使芽孢的耐热性减弱。如果浓度高于 14％时，一般细菌将无法生长。 其他无机盐对细菌芽孢的耐热性也有影响。氯化钙对细菌芽孢耐热性的影响较食盐弱一些，而苛性 钠、碳酸钠或磷酸钠等对芽孢有一定的杀菌力，这种杀菌力常随温度的提高而增强，因此如果在含有一 定量芽孢的食盐溶液中加入苛性钠、碳酸钠或磷酸钠时，杀死它们所需要的时间可大为缩短。通常认为 这些盐类的杀菌力来自未分解的分子而并不来自氢氧根离子。 芽孢对干热的抵抗能力比湿热的强，如肉毒芽孢杆菌的干芽孢在干热下的杀灭条件是 120℃ ， 120min，而在湿热下为 121℃，4 - 10min。湿热下的蛋白质变性和干热下的氧化，由于氧化所需的能量 高于变性，故在相同的热处理条件下，湿热下的杀菌效果高于干热。 糖的存在也会影响细菌芽孢的耐热性，食品中糖浓度的提高会增强芽孢的耐热性。蔗糖浓度很低时对细 菌芽孢的耐热性影响很小，高浓度的蔗糖对受热处理的细菌芽孢有保护作用，这是由于高浓度的糖液会 导致细菌细胞中的原生质脱水，从而影响了蛋白质的凝固速度以致增强了芽孢的耐热性。除蔗糖外，其 它的糖如葡萄糖、果糖、乳糖、麦芽糖等的作用并不相同。 食品中的其他成分如淀粉、蛋白质、脂肪等也对芽孢的耐热性有直接或间接的影响，其中淀粉对芽 孢耐热性没有直接的影响，但由于包括蛛不饱和脂肪酸在内的某些抑制剂很容易吸附在淀粉上，因此间 接地增加了芽孢耐热性。蛋白质中如明胶、血清等能增加芽孢的耐热性。食品中含有少量防腐或抑菌物 质会大大降低一般的耐热性。 介质中的一些其他成分也会影响微生物的耐热性，如抗菌素、杀菌剂和香辛料等抑菌物质的存在对 杀菌会有促进和协同作用。 三、加热对酶的影响 （一）酶和食品的质量 酶也会导致食品在加工和贮藏过程中的质量下降，主要反映在食品的感官和营养方面的质量降低。 这些酶主要是氧化酶类和水解酶类，包括过氧化物酶、多酚氧化酶、脂肪氧合酶、抗坏血酸氧化酶等。 不同食品中所含的酶的种类不同，酶的活力和特性也可能不同。以过氧化物酶为例，在不同的水果 和蔬菜中酶活力相差很大，其中辣根过氧化物酶的活力最高，其次是芦笋、马铃薯、萝卜、梨、苹果等， 蘑菇中过氧化物酶的活力最低。与大多数蔬菜相比，水果具有较低的过氧化物酶活力。又如大豆中的脂 肪氧合酶相对活力最高，绿豆和豌豆的脂肪氧合酶活力相对较低。 过氧化物酶在果蔬加工和保藏中最受人关注。由于它的活力与果蔬产品的质量有关，还因为过氧化 物酶是最耐热的酶类，它的钝化作为热处理对酶破坏程度的指标。当食品中过氧化物酶在热处理中失活 时，其他酶以活性形式存在的可能性很小。但最近的研究也提出，对于某些食品（蔬菜）的热处理灭酶 而言，破坏导致这些食品质量降低的酶，如豆类中的脂肪氧合酶较过氧化物酶与豆类变味的关系更密切， 对于这些食品的热处理以破坏脂肪氧合酶为灭酶指标更合理
食品工艺学课程教案 18 （二）酶的最适温度和热稳定性 酶活性一温度关系曲线是在除了温度变化以外，其他均为标准的条件下进行一系列酶反应而获得的。在 酶活性一温度关系曲线中的温度范围内，酶是“稳定”的，这是因为实际上不可能测定瞬时的初始反应速 率。酶的耐热性的测定则首先是将酶（通常不带有底物）在不同的温度下保温，其他条件保持相同，按 一定的时间间隔取样，然后采用标准的方法测定酶的活性。热处理的时间通常远大于测定分析的时间。 pH 值、水分含量、加热速率等热处理的条件参数也会影响酶的热失活。从上述的酶的耐热性参数 可以看出，热处理时的 pH 值直接影响着酶的耐热性。一般食品的水分含量愈低，其中的酶对热的耐性 愈高，谷类中过氧化物酶的耐热性最明显地体现了这一点。这意味着食品在干热的条件下灭酶的效果比 较差。加热速率影响到过氧化物酶的再生，加热速率愈快，热处理后酶活力再生的愈多。 采用高温短时（HTST）的方法进行食品热处理时，应注意酶活力的再生。食品的成分，蛋白质、 脂肪、碳水化合物等都可能会影响酶的耐热性，如糖分能提高苹果和梨中过氧化物酶的热稳定性。 四、加热对食品营养成分和感官品质的影响 加热对食品成分的影响可以产生有益的结果，也会造成营养成分的损失。热处理可以破坏食品中不 需要的成分，如禽类蛋白中的抗生物素蛋白、豆科植物中的胰蛋白酶抑制素。热处理可改善营养素的可 利用率，如淀粉的糊化和蛋白质的变性可提高其在体内的可消化性。加热也可改善食品的感官品质，如 美化口味、改善组织状态、产生可爱的颜色等。 加热对食品成分产生的不良后果也是很明显的，这主要体现在食品中热敏性营养成分的损失和感官 品质的劣化。如热处理虽然可提高蛋白质的可消化性，但蛋白质的变性使蛋白质（氨基酸）易于和还原 糖发生美拉德反应而造成损失。对于碳水化合物和脂肪，人们一般不考虑它们在热处理中的损失量，而 对其降解反应产物的有关特性特别注意。如还原糖焦糖化反应产物的毒性等。 热处理造成营养素的损失研究最多的对象是维生素。脂溶性的维生素一般比水溶性的维生素对热较 稳定。通常的情况下，食品中的维生素 C、维生素 B1、维生素 D 和泛酸对热最不稳定。 对热处理后食品感官品质的变化，人们也尽可能采用量化的指标加以反映。 食品营养成分和感官品质指标对热的耐性也主要取决于营养素和感官指标的种类、食品的种类，以 及 pH 值、水分、氧气含量和缓冲盐类等一些热处理时的条件。 第三节 食品热处理条件的选择与确定 一、食品热处理方法的选择 热处理的作用效果不仅与热处理的种类有关，而且与热处理的方法有关。也就是说，满足同一热处 理目的的不同热处理方法所产生的处理效果可能会有差异。以液态食品杀菌为例，低温长时和高温短时 杀菌可以达到同样的杀菌效果（巴氏杀菌），但两种杀菌方法对食品中的酶和食品成分的破坏效果可能 不同。 杀菌温度的提高虽然会加快微生物、酶和食品成分的破坏速率，但三者的破坏速率增加并不一样
食品工艺学课程教案 18 （二）酶的最适温度和热稳定性 酶活性一温度关系曲线是在除了温度变化以外，其他均为标准的条件下进行一系列酶反应而获得的。在 酶活性一温度关系曲线中的温度范围内，酶是“稳定”的，这是因为实际上不可能测定瞬时的初始反应速 率。酶的耐热性的测定则首先是将酶（通常不带有底物）在不同的温度下保温，其他条件保持相同，按 一定的时间间隔取样，然后采用标准的方法测定酶的活性。热处理的时间通常远大于测定分析的时间。 pH 值、水分含量、加热速率等热处理的条件参数也会影响酶的热失活。从上述的酶的耐热性参数 可以看出，热处理时的 pH 值直接影响着酶的耐热性。一般食品的水分含量愈低，其中的酶对热的耐性 愈高，谷类中过氧化物酶的耐热性最明显地体现了这一点。这意味着食品在干热的条件下灭酶的效果比 较差。加热速率影响到过氧化物酶的再生，加热速率愈快，热处理后酶活力再生的愈多。 采用高温短时（HTST）的方法进行食品热处理时，应注意酶活力的再生。食品的成分，蛋白质、 脂肪、碳水化合物等都可能会影响酶的耐热性，如糖分能提高苹果和梨中过氧化物酶的热稳定性。 四、加热对食品营养成分和感官品质的影响 加热对食品成分的影响可以产生有益的结果，也会造成营养成分的损失。热处理可以破坏食品中不 需要的成分，如禽类蛋白中的抗生物素蛋白、豆科植物中的胰蛋白酶抑制素。热处理可改善营养素的可 利用率，如淀粉的糊化和蛋白质的变性可提高其在体内的可消化性。加热也可改善食品的感官品质，如 美化口味、改善组织状态、产生可爱的颜色等。 加热对食品成分产生的不良后果也是很明显的，这主要体现在食品中热敏性营养成分的损失和感官 品质的劣化。如热处理虽然可提高蛋白质的可消化性，但蛋白质的变性使蛋白质（氨基酸）易于和还原 糖发生美拉德反应而造成损失。对于碳水化合物和脂肪，人们一般不考虑它们在热处理中的损失量，而 对其降解反应产物的有关特性特别注意。如还原糖焦糖化反应产物的毒性等。 热处理造成营养素的损失研究最多的对象是维生素。脂溶性的维生素一般比水溶性的维生素对热较 稳定。通常的情况下，食品中的维生素 C、维生素 B1、维生素 D 和泛酸对热最不稳定。 对热处理后食品感官品质的变化，人们也尽可能采用量化的指标加以反映。 食品营养成分和感官品质指标对热的耐性也主要取决于营养素和感官指标的种类、食品的种类，以 及 pH 值、水分、氧气含量和缓冲盐类等一些热处理时的条件。 第三节 食品热处理条件的选择与确定 一、食品热处理方法的选择 热处理的作用效果不仅与热处理的种类有关，而且与热处理的方法有关。也就是说，满足同一热处 理目的的不同热处理方法所产生的处理效果可能会有差异。以液态食品杀菌为例，低温长时和高温短时 杀菌可以达到同样的杀菌效果（巴氏杀菌），但两种杀菌方法对食品中的酶和食品成分的破坏效果可能 不同。 杀菌温度的提高虽然会加快微生物、酶和食品成分的破坏速率，但三者的破坏速率增加并不一样
食品工艺学课程教案 19 其中微生物的破坏速率在高温下较大。因此采用高温短时的杀菌方法对食品成分的保存较为有利，尤其 在超高温瞬时灭菌条件下更显著，但此时酶的破坏程度也会减小。此外，热处理过程还需考虑热的传递 速率及其效果，合理选择实际行之有效的温度及时间条件。 选择热杀菌方法和条件时应遵循下列基本原则，首先，热处理应达到相应的热处理目的。以加工为 主的，热处理后食品应满足热加工的要求，以保藏为主要目的的，热处理后的食品应达到相应的杀菌、 钝化酶等目的。其次，应尽量减少热处理造成的食品营养成分的破坏和损失。热处理过程不应产生有害 物质，满足食品卫生的要求。热处理过程要重视热能在食品中的传递特征与实际效果。 二、热能在食品中的传递 对于热杀菌而言，具体的热处理过程可以通过两种方法完成。一种是先用热交换器将食品杀菌并达 到商业无菌的要求，然后装入经过杀菌的容器并密封；另一种是先将食品装入容器，然后再进行密封和 杀菌。 前一种方法多用于流态食品，由于热处理是在热交换器中进行，传热过程可以通过一定的方法进行 强化，传热也呈稳态传热；后一种方法是传统的罐头食品加工方法。传热过程热能必须通过容器后才能 传给食品，容器内各点的温度随热处理的时间而变，属非稳态传热，而且传热的方式与食品的状态有关， 传热过程的控制较为复杂。 （一）罐头容器内食品的传热 影响容器内食品传热的因素包括：表面传热系数；食品和容器的物理性质；加热介质（蒸汽）的温 度和食品初始温度之间的温度差；容器的大小。 对于蒸汽加热的情况，通常认为其表面传热系数很大（相对于食品的导热性而言），此时传热的阻 力主要来自包装及食品。对金属包装食品来说，传热时热穿透的速率取决于容器内食品的传热机制。对 于粘度不很高的液体或汤汁中含有小颗粒固体的食品，传热时食品会发生自然对流，热穿透的速率较快， 而且此时的对流传热还可以通过旋转或搅拌罐头来加强，如旋转式杀菌设备。容器内装的是特别黏稠的 液态食品或固态食品时，食品中的传热主要以传导的方式进行，其热穿透的速率较慢。 还有一些食品的传热可能是混合形式的，当食品的温度较低时，传热为热传导，而食品的温度升高 后，传热可能以对流为主。这类食品的热穿透速率随传热形式的变化而发生变化。 要准确地评价罐头食品在热处理中的受热程度，必须找出能代表罐头容器内食品温度变化的温度 点，通常人们选罐内温度变化最慢的冷点（Cold point）温度，加热时该点的温度最低（此时又称最低 加热温度点，Slowest heating point），冷却时该点的温度最高。 罐头冷点的位置与罐内食品的传热情况有关。对于传导传热方式的罐头，由于传热的过程是从罐壁传向 罐头的中心处，罐头的冷点在罐内的几何中心。对于对流传热的罐头，由于罐内食品发生对流，热的食 品上升，冷的食品下降，罐头的冷点将向下移，通常在罐内的中心轴上、罐头几何中心之下的某一位置。 而传导和对流混合传热的罐。其冷点在上述两者之间。 （二）评价热穿透的数据 测定热处理时传热的情况，应以冷点的温度变化为依据。通常测温仪是用铜-康铜为热电偶，利用 其两点上出现温度差时测定其电位差，再换算成温度的原理。测温头可以预先安装在罐内的两点位置上， 然后装内容物并封罐，也可以采用先装罐封罐后再打孔将热电偶测温头插入罐头内。 前者的优点是完全可以达到所测定点的位置。特别是对各种块状的固体物，可使热电偶的测温头插 入食品固体物内部的不同位置上，另一优点是不会破坏罐头原有的真空度，使测得的传热情况基本上和
食品工艺学课程教案 19 其中微生物的破坏速率在高温下较大。因此采用高温短时的杀菌方法对食品成分的保存较为有利，尤其 在超高温瞬时灭菌条件下更显著，但此时酶的破坏程度也会减小。此外，热处理过程还需考虑热的传递 速率及其效果，合理选择实际行之有效的温度及时间条件。 选择热杀菌方法和条件时应遵循下列基本原则，首先，热处理应达到相应的热处理目的。以加工为 主的，热处理后食品应满足热加工的要求，以保藏为主要目的的，热处理后的食品应达到相应的杀菌、 钝化酶等目的。其次，应尽量减少热处理造成的食品营养成分的破坏和损失。热处理过程不应产生有害 物质，满足食品卫生的要求。热处理过程要重视热能在食品中的传递特征与实际效果。 二、热能在食品中的传递 对于热杀菌而言，具体的热处理过程可以通过两种方法完成。一种是先用热交换器将食品杀菌并达 到商业无菌的要求，然后装入经过杀菌的容器并密封；另一种是先将食品装入容器，然后再进行密封和 杀菌。 前一种方法多用于流态食品，由于热处理是在热交换器中进行，传热过程可以通过一定的方法进行 强化，传热也呈稳态传热；后一种方法是传统的罐头食品加工方法。传热过程热能必须通过容器后才能 传给食品，容器内各点的温度随热处理的时间而变，属非稳态传热，而且传热的方式与食品的状态有关， 传热过程的控制较为复杂。 （一）罐头容器内食品的传热 影响容器内食品传热的因素包括：表面传热系数；食品和容器的物理性质；加热介质（蒸汽）的温 度和食品初始温度之间的温度差；容器的大小。 对于蒸汽加热的情况，通常认为其表面传热系数很大（相对于食品的导热性而言），此时传热的阻 力主要来自包装及食品。对金属包装食品来说，传热时热穿透的速率取决于容器内食品的传热机制。对 于粘度不很高的液体或汤汁中含有小颗粒固体的食品，传热时食品会发生自然对流，热穿透的速率较快， 而且此时的对流传热还可以通过旋转或搅拌罐头来加强，如旋转式杀菌设备。容器内装的是特别黏稠的 液态食品或固态食品时，食品中的传热主要以传导的方式进行，其热穿透的速率较慢。 还有一些食品的传热可能是混合形式的，当食品的温度较低时，传热为热传导，而食品的温度升高 后，传热可能以对流为主。这类食品的热穿透速率随传热形式的变化而发生变化。 要准确地评价罐头食品在热处理中的受热程度，必须找出能代表罐头容器内食品温度变化的温度 点，通常人们选罐内温度变化最慢的冷点（Cold point）温度，加热时该点的温度最低（此时又称最低 加热温度点，Slowest heating point），冷却时该点的温度最高。 罐头冷点的位置与罐内食品的传热情况有关。对于传导传热方式的罐头，由于传热的过程是从罐壁传向 罐头的中心处，罐头的冷点在罐内的几何中心。对于对流传热的罐头，由于罐内食品发生对流，热的食 品上升，冷的食品下降，罐头的冷点将向下移，通常在罐内的中心轴上、罐头几何中心之下的某一位置。 而传导和对流混合传热的罐。其冷点在上述两者之间。 （二）评价热穿透的数据 测定热处理时传热的情况，应以冷点的温度变化为依据。通常测温仪是用铜-康铜为热电偶，利用 其两点上出现温度差时测定其电位差，再换算成温度的原理。测温头可以预先安装在罐内的两点位置上， 然后装内容物并封罐，也可以采用先装罐封罐后再打孔将热电偶测温头插入罐头内。 前者的优点是完全可以达到所测定点的位置。特别是对各种块状的固体物，可使热电偶的测温头插 入食品固体物内部的不同位置上，另一优点是不会破坏罐头原有的真空度，使测得的传热情况基本上和
食品工艺学课程教案 20 实罐一致。而后者则往往只能固定在罐内一定部位（如冷点处），不易插入固体物内，即使插入，也很 难控制在预定部位，这为获得正确和满意的数据带来困难。 传热曲线是将测得罐内冷点温度（TP）随时间的变化画在半对数坐标上所得的曲线。 三、食品热处理条件的确定 为了知道食品热处理后是否达到热处理的目的，热处理后的食品必须经过测试，检验食品中微生物、 酶和营养成分的破坏情况以及食品质量因素（色、香、味和质感）的变化。 如果测试的结果表明热处理的目的已达到，则相应的热处理条件即可确定。现在也可以采用数学模 型的方法通过计算来确定热处理的条件，但这一技术尚不能完全取代传统的实验法，因为计算法的误差 需要通过实验才能校正，而且作为数学计算法的基础，热处理对象的耐热性和热处理时的传热参数都需 要通过实验取得。 下面以罐头食品的热杀菌为主，介绍热处理条件的确定方法。 （一）确定食品热杀菌条件的过程 确定食品热杀菌条件时，应考虑影响热杀菌的各种因素。食品的热杀菌以杀菌和抑酶为主要目的， 应基于微生物和酶的耐热性，并根据实际热处理时的传热情况，确定达到杀菌和抑酶的最小热处理程度。 （二）食品热杀菌条件的计算 食品热杀菌的条件主要是杀菌值和杀菌时间，目前广泛应用的计算方法有 3 种：改良基本法、公式 法和列线图解法。 1．改良基本法 1920 年比奇洛（Bigelow）首先创立了罐头杀菌理论，提出推算杀菌时间的基本法（The general mathod），又称基本推算法。该方法提出了部分杀菌率的概念，它通过计算包括升温和冷却阶段在内的 整个热杀菌过程中的不同温度一时间组合时的致死率，累积求得整个热杀菌过程的致死效果。1923 年 鲍尔（Ball）根据加热杀菌过程中罐头中心所受的加热效果用积分计算杀菌效果的方法，形成了改良基 本法（Improved general method) 。该法提高了计算的准确性，成为一种广泛使用的方法。 在杀菌过程中，食品的温度会随着杀菌时间的变化而不断发生变化，当温度超过微生物的致死温度 时，微生物就会出现死亡。温度不同，微生物死亡的速率不同。在致死温度停留一段时间就有一定的杀 菌效果。可以把整个杀菌过程看成是在不同杀菌温度下停留一段时间所取得的杀菌效果的总和。比奇洛 首先提出了部分杀菌量（Partial sterility）的概念。 杀菌值又称 F 值，是指在一定的致死温度下将一定数量的某种微生物全部杀死所需的时间（min) 。 由于微生物的种类和温度均为特指，通常 F 值要采用上下标标注，以便于区分，即 。一般将标 准杀菌条件下的杀菌值记为 F0。 对于罐头的杀菌而言，要求达到的杀菌程度为商业无菌(Commercial sterility）。经过试验，人们确 定了罐头食品杀菌达到商业无菌的理论杀菌值： F＝TRTn＝nD 上式中的递减指数 n 因不同的对象菌而不同，如对于低酸性食品在标准杀菌条件(121.1℃）下进行 杀菌时，当对象菌是 PA3679 菌时，＝5；对象菌是嗜热脂肪芽孢杆菌时 ， n＝6；对象菌是肉毒梭状 芽孢杆菌时，n＝12
食品工艺学课程教案 20 实罐一致。而后者则往往只能固定在罐内一定部位（如冷点处），不易插入固体物内，即使插入，也很 难控制在预定部位，这为获得正确和满意的数据带来困难。 传热曲线是将测得罐内冷点温度（TP）随时间的变化画在半对数坐标上所得的曲线。 三、食品热处理条件的确定 为了知道食品热处理后是否达到热处理的目的，热处理后的食品必须经过测试，检验食品中微生物、 酶和营养成分的破坏情况以及食品质量因素（色、香、味和质感）的变化。 如果测试的结果表明热处理的目的已达到，则相应的热处理条件即可确定。现在也可以采用数学模 型的方法通过计算来确定热处理的条件，但这一技术尚不能完全取代传统的实验法，因为计算法的误差 需要通过实验才能校正，而且作为数学计算法的基础，热处理对象的耐热性和热处理时的传热参数都需 要通过实验取得。 下面以罐头食品的热杀菌为主，介绍热处理条件的确定方法。 （一）确定食品热杀菌条件的过程 确定食品热杀菌条件时，应考虑影响热杀菌的各种因素。食品的热杀菌以杀菌和抑酶为主要目的， 应基于微生物和酶的耐热性，并根据实际热处理时的传热情况，确定达到杀菌和抑酶的最小热处理程度。 （二）食品热杀菌条件的计算 食品热杀菌的条件主要是杀菌值和杀菌时间，目前广泛应用的计算方法有 3 种：改良基本法、公式 法和列线图解法。 1．改良基本法 1920 年比奇洛（Bigelow）首先创立了罐头杀菌理论，提出推算杀菌时间的基本法（The general mathod），又称基本推算法。该方法提出了部分杀菌率的概念，它通过计算包括升温和冷却阶段在内的 整个热杀菌过程中的不同温度一时间组合时的致死率，累积求得整个热杀菌过程的致死效果。1923 年 鲍尔（Ball）根据加热杀菌过程中罐头中心所受的加热效果用积分计算杀菌效果的方法，形成了改良基 本法（Improved general method) 。该法提高了计算的准确性，成为一种广泛使用的方法。 在杀菌过程中，食品的温度会随着杀菌时间的变化而不断发生变化，当温度超过微生物的致死温度 时，微生物就会出现死亡。温度不同，微生物死亡的速率不同。在致死温度停留一段时间就有一定的杀 菌效果。可以把整个杀菌过程看成是在不同杀菌温度下停留一段时间所取得的杀菌效果的总和。比奇洛 首先提出了部分杀菌量（Partial sterility）的概念。 杀菌值又称 F 值，是指在一定的致死温度下将一定数量的某种微生物全部杀死所需的时间（min) 。 由于微生物的种类和温度均为特指，通常 F 值要采用上下标标注，以便于区分，即 。一般将标 准杀菌条件下的杀菌值记为 F0。 对于罐头的杀菌而言，要求达到的杀菌程度为商业无菌(Commercial sterility）。经过试验，人们确 定了罐头食品杀菌达到商业无菌的理论杀菌值： F＝TRTn＝nD 上式中的递减指数 n 因不同的对象菌而不同，如对于低酸性食品在标准杀菌条件(121.1℃）下进行 杀菌时，当对象菌是 PA3679 菌时，＝5；对象菌是嗜热脂肪芽孢杆菌时 ， n＝6；对象菌是肉毒梭状 芽孢杆菌时，n＝12