殺菌時(shí)間的計(jì)算

10時(shí)間：2023-2023學(xué)年1期 12月4日 一班級(jí)：2023級(jí)食科班目的：1、把握罐頭傳熱的方式 把握殺菌時(shí)間計(jì)算的原理及方法重點(diǎn)：殺菌時(shí)間計(jì)算的原理及方法第三節(jié)殺菌時(shí)間的計(jì)算一、罐頭食品的傳熱罐頭食品在殺菌和冷卻時(shí)存在著熱量的傳遞。各種罐頭的傳熱方式和速度并不一樣，同時(shí)還受各種因素的影響。此外，傳熱中罐內(nèi)各部位的食品受熱也不一樣，這說明在一樣的熱力殺菌條件下，各種食品罐頭，甚至同一罐頭內(nèi)部上的殺菌效果并不肯定一樣。可見確定殺菌工藝條件時(shí)，罐頭的傳熱是極其重要的因素?！惨弧硞鳠岱绞焦揞^食品在殺菌過程中的熱傳導(dǎo)方式主要有傳導(dǎo)、對(duì)流及傳導(dǎo)與對(duì)流混合傳熱等3種方式。1、傳導(dǎo)：由于物體各局部受熱溫度不同，分子所產(chǎn)生的振動(dòng)能量也不同，依靠分子間的相互碰撞，導(dǎo)致熱量從高能量分子向鄰近的低能量分子依次傳遞的熱傳導(dǎo)方式稱為傳導(dǎo)。傳導(dǎo)可分為穩(wěn)定傳導(dǎo)和不穩(wěn)定傳導(dǎo)。前者是指物體內(nèi)溫度的分布和熱傳導(dǎo)速度不隨時(shí)間而變化，后者則是指溫度的分布和熱傳導(dǎo)速度隨時(shí)間而變化且為時(shí)間的函數(shù)。導(dǎo)熱最慢的一點(diǎn)通常在罐頭的幾何中心處，此點(diǎn)稱為冷點(diǎn)。如圖4-6所示，在加熱時(shí)，它為罐內(nèi)溫度最低點(diǎn)，在冷卻時(shí)則為溫度最高點(diǎn)。由于食品的導(dǎo)熱性較差，因此，以導(dǎo)熱方式傳熱的罐頭食品加熱殺菌時(shí)，冷點(diǎn)溫度的變化比較緩慢，因此熱力殺菌需時(shí)較長。屬于導(dǎo)熱方式傳熱的罐頭食品主要是固態(tài)及粘稠度高的食品。2、對(duì)流：借助于液體和氣體的流淌傳遞熱量的方式，即流體各部位的質(zhì)點(diǎn)發(fā)生相對(duì)位移而產(chǎn)生的熱交換。對(duì)流有自然對(duì)流與強(qiáng)制對(duì)流之分，罐頭內(nèi)的對(duì)流通常為自然對(duì)流。傳熱速度較快，所需加熱時(shí)間就短。屬于對(duì)流換熱方式的罐頭食品有果汁、湯類等低粘度液態(tài)罐20～40mm4-63、對(duì)流傳導(dǎo)結(jié)合式傳熱：很多情形下，罐頭食品的熱傳導(dǎo)往往是對(duì)流和導(dǎo)熱同時(shí)存在，或先后相繼消滅。通常，糖水水果、清水或鹽水蔬菜等果蔬罐頭食品屬于導(dǎo)熱和對(duì)流同時(shí)存在型。如糊狀玉米等含淀粉較多的罐頭食品，首先是對(duì)流傳熱，淀粉受熱糊化后，黏度增大，流淌性下降，即由對(duì)流轉(zhuǎn)變?yōu)閭鲗?dǎo)。屬于這類狀況的還有鹽水玉米、稍濃稠的湯和番茄汁等。而蘋果沙司等有較多沉淀固體的罐頭食品，則屬于先導(dǎo)熱后對(duì)流型?？傊?，混合型傳熱狀況是相當(dāng)簡單的。〔二〕影響罐頭食品傳熱的因素1、罐頭食品的物理特性：食品的外形、大小、濃度、密度及粘度等。一般來說，濃度、密度及粘度越小的食品，其流淌性越好，加熱時(shí)主要以對(duì)流傳熱方式進(jìn)展，加熱速度快；固體食品，則根本上是導(dǎo)熱，傳熱速度很慢；另外小顆粒、條、塊狀食品，在加熱殺菌時(shí)，罐內(nèi)的液體簡潔流淌，以對(duì)流傳熱為主，傳熱速度比大的條、塊狀食品快；物料層裝〔混合叉熱〕比條裝傳熱快。2、罐藏容器材料的物理性質(zhì)和厚度：罐頭加熱殺菌時(shí)，熱量由罐外向罐內(nèi)傳遞，首先要抑制罐RR與壁厚S成正比，與材料的導(dǎo)熱系數(shù)成反比。加熱殺菌時(shí)，熱量傳遞還要受到罐內(nèi)食品熱阻的影響。但是除了導(dǎo)熱型傳熱外，食品熱阻并不會(huì)很大程度地影響傳熱。3、罐藏容器的幾何尺寸：在其他條件一樣時(shí)，加熱時(shí)間與罐頭容積成正比；為了加快傳熱，應(yīng)增大罐徑，而非增加罐高。4、罐頭食品的初溫：罐頭食品的初溫是指殺菌剛剛開頭時(shí)，罐內(nèi)食品最冷點(diǎn)的平均溫度。一般來說，初溫與殺菌溫度之差越小，罐頭中心加熱到殺菌溫度所需要的時(shí)間越短，但對(duì)流傳熱型食品的初溫對(duì)加熱時(shí)間影響較小。與之相反，食品初溫對(duì)導(dǎo)熱型食品的加熱時(shí)間影響很大。因此，對(duì)于導(dǎo)熱型食品，熱裝罐比冷裝罐更有利于縮短加熱時(shí)間。5、殺菌鍋的形式和罐頭在殺菌鍋中的位置：罐頭工業(yè)中常用的殺菌鍋有靜置式、回轉(zhuǎn)式或旋轉(zhuǎn)式等類型。一般回轉(zhuǎn)式殺菌鍋的傳熱效果要好于靜置式?；剞D(zhuǎn)式殺菌對(duì)于加快導(dǎo)熱與對(duì)流結(jié)合型傳熱的食品及流淌性差的食品的傳熱，尤其有效。在靜置式殺菌鍋中，罐頭所處位置對(duì)于食品的傳熱效果也有影響。一般來說，罐頭離蒸氣噴嘴越遠(yuǎn)，傳熱就越慢。假設(shè)殺菌鍋內(nèi)的空氣未排解干凈，存在空氣袋，那么處于空氣袋內(nèi)的罐頭，其傳熱效果就更差。6、其他：殺菌鍋內(nèi)的傳熱介質(zhì)的種類、介質(zhì)在鍋內(nèi)的循環(huán)速度、熱量分布狀況等，對(duì)傳熱效果也有不同程度的影響。二、罐頭食品殺菌加熱時(shí)間的推算〔一〕比奇洛根本推算法罐頭食品加熱和冷卻過程中，罐內(nèi)的溫度隨時(shí)間的進(jìn)展而不斷變化，一旦溫度超過致死溫度時(shí)就會(huì)有微生物死亡，溫度不同，導(dǎo)致的死亡量不同。比奇洛的推算殺菌時(shí)間的根本理論就是依據(jù)罐頭食品傳熱狀況和各溫度時(shí)微生物熱力致死時(shí)間的關(guān)系，推算到達(dá)理論上完全無菌程度時(shí)某溫度下需要的加熱、冷卻殺菌時(shí)間。TTDTτ分鐘，加熱t(yī)分鐘，此時(shí)在T℃溫度下完成的殺菌程度為：t t，稱為局部殺菌量或致死量，用A表示，即：A 。 例：115℃TDT20118TDT101158t分鐘，則其致死量為：A 1

8 o.4118620t 6A 2

o.6AAA1 2

100%，意味著熱處理的程度已到達(dá)將全部細(xì)菌殺滅的程度。tA

1 A所以： t也可表示為：dA

dA 1dt “ ”為某溫度下的殺菌率〔或致死率〕，TDTdtAtdt0

StdtA0因此罐頭食品熱力殺菌過程中總的殺菌效果可以依據(jù)加熱和冷卻過程中經(jīng)受各溫度時(shí)的局部殺菌量或致死量的總和推算出合理的殺菌時(shí)間。把微生物致死時(shí)間和罐頭食品的傳熱過程繪成傳熱曲線和致死時(shí)間曲線，如圖4-8所示。圖中曲線〔a〕上的每一點(diǎn)代表罐頭中心溫度，橫坐標(biāo)表示加熱時(shí)間，曲線〔b〕下橫坐標(biāo)表示致死時(shí)間，上橫坐標(biāo)表示致死率。假設(shè)以加熱時(shí)間為橫坐標(biāo)，以致死率為縱坐標(biāo)，則可得到致死率曲線圖，如圖4-9AA=1適宜；AA>1計(jì)算加熱致死率曲線下所包含的面積方法有兩種，即圖解法和近似計(jì)算法。1、近似計(jì)算法依據(jù)加熱間隔時(shí)間，把致死率曲線相應(yīng)地分成假設(shè)干小區(qū)間，每個(gè)小區(qū)間的面積就是該加熱時(shí)間內(nèi)的殺菌效率值。利用梯形求面積公式計(jì)算各個(gè)小面積Ai值，其總和就是殺菌效率值A(chǔ)。A i.n

Li.n

Li.n1 2 inA Ai.n例如：全粒甜玉米罐頭的加熱時(shí)間與罐中心溫度如表4-24-2全粒甜玉米罐頭的加熱時(shí)間與罐中心溫度加熱時(shí)間罐頭中心加熱致死致死率AAmin溫度/℃時(shí)間/minmin-1i,n027.86700.001490.001490.001492102.81290.00780.009290.010784110.0880.01140.01920.03006111.7880.01140.02280.05288111.71650.00610.02630.079110108.91000.01000.02410.103214111.1530.01890.04330.146517113.9360.02780.07010.216620115.6280.03570.12600.342624116.7190.05260.22070.563329118.316.70.05990.18380.747132118.914.80.06760.19120.938335119.5130.07690.36131.299640120.00.08060.41881.718445120.312.40.08060.16121.879647120.312.40.06760.03691.916547.5119.514.80.00780.01881.935348110.11290.00150.00461.93994-235min，A=0.94A=136min。2、〔二〕現(xiàn)用殺菌時(shí)間推算法比奇洛殺菌時(shí)間的推算法，對(duì)象菌致死量須依據(jù)肯定罐型、殺菌溫度及內(nèi)容物初溫等條件下得到的傳熱曲線才能推算，因此不能比較不同殺菌條件下的加熱效果。比方，121℃下殺菌70min和115℃85min，哪個(gè)殺菌效果更好？無法進(jìn)展直接比較。為了彌補(bǔ)上述缺陷，Ball提出了殺菌值或致死值的概念，就是將各溫度下的致死率轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)溫度〔121℃〕F依據(jù)式4-4： lgF

1(121T)Z當(dāng)T=121lgF

0 ，則τ=FTDT121℃時(shí)F=1min，則上式就變換成：lg1Z

(121T)121T有： 10 Z上式中的“τ”表示任何溫度下到達(dá)相當(dāng)于在標(biāo)準(zhǔn)殺菌條件〔121℃〕1min需要的時(shí)間〔min〕。則相應(yīng)的致死率〔L〕為：1 T121L 10 ZL1min〔121℃〕1minF=1minL值。i三、殺菌溫度和食品初溫不同的罐內(nèi)食品測(cè)點(diǎn)溫度的換算〔一〕食品初溫一樣，殺菌溫度不同時(shí)的換算某一殺菌溫度和食品初溫條件下測(cè)得罐內(nèi)食品溫度數(shù)據(jù)，則食品初溫一樣時(shí)，其他殺菌溫度下罐內(nèi)溫度可按下式計(jì)算：T“TT“T”殺

(T”

T”)罐 殺 T” T 殺 罐殺 0式中： T“罐

—現(xiàn)用殺菌溫度下罐內(nèi)溫度值〔℃〕；T”—原用殺菌溫度下罐內(nèi)溫度值〔℃〕；罐T”—原用殺菌溫度〔℃〕；殺T“—現(xiàn)用殺菌溫度〔℃〕；殺T—食品初溫〔℃〕；0〔二〕殺菌溫度一樣，初溫不同的換算T“T罐 殺

TT殺

T”0(TT“ 0

T”)罐式中， T”—原食品初溫〔℃〕；0T“—現(xiàn)食品初溫〔℃〕。0四、食品熱殺菌條件確實(shí)定〔一〕實(shí)罐試驗(yàn)以滿足理論計(jì)算的殺菌值〔F0

〕為目標(biāo)，可以有各種不同殺菌溫度一時(shí)間的組合，實(shí)罐試驗(yàn)的目的就是依據(jù)罐頭食品質(zhì)量、生產(chǎn)力量等綜合因素選定殺菌條件。使熱殺菌既能到達(dá)殺菌安全的要求，又能維持其高質(zhì)量，在經(jīng)濟(jì)上也最合理。因此，某些產(chǎn)品選用低溫長時(shí)間的殺菌條件可能更適宜些。例如，屬于傳導(dǎo)傳熱型的非均質(zhì)態(tài)食品，假設(shè)選用高溫短時(shí)殺菌條件，常會(huì)由于傳熱不均勻而導(dǎo)致有些個(gè)體食品中消滅F0有殺菌缺乏的危急?！捕硨?shí)罐接種的殺菌試驗(yàn)

值過低的狀況，并實(shí)罐試驗(yàn)時(shí)在依據(jù)產(chǎn)品感官質(zhì)量最好和經(jīng)濟(jì)上又最合理所選定的溫度-時(shí)間組合成最適宜的殺菌條件根底上，為了確證所確定〔理論性〕殺菌條件的合理性，往往還要進(jìn)展實(shí)罐接種的殺菌試驗(yàn)。常采用將耐熱性強(qiáng)的腐敗菌接種于數(shù)量較少的罐內(nèi)進(jìn)展殺菌試驗(yàn)，借以確證殺菌條件的安全程度。照實(shí)罐接種殺菌試驗(yàn)結(jié)果與理論計(jì)算結(jié)果很接近，則對(duì)所訂殺菌條件的合理性和安全性有了更牢靠的保證和高度的信念。此外，對(duì)那些用其他方法無法確定殺菌工藝條件的罐頭也可用此法確定其適宜的殺菌條件。1、試驗(yàn)用微生物罐頭食品按酸度的分類4-3罐頭食品按酸度的分類酸度級(jí)別酸度級(jí)別pH常見腐敗菌熱力殺菌要求低酸性5.0嗜熱菌、嗜溫厭氧菌高溫殺菌105～121℃中酸性4.6～5.0嗜溫兼性厭氧菌酸性3.7～4.6非芽孢耐熱菌耐酸芽孢菌100℃以下介高酸性3.7酵母、霉菌、酶質(zhì)中殺菌殺菌對(duì)象菌低〔中〕酸性食品：梭狀產(chǎn)芽孢桿菌(Clostridiumsporogenses)PA3679酸性食品： 巴氏固氮梭狀芽孢桿菌(Clostridiumpasteurianum〕或分散芽孢桿菌(Bacilluscoagulans)芽孢高酸性食品： 乳酸菌、酵母。也認(rèn)為此類食品中酶比腐敗菌顯示出更強(qiáng)的耐熱性，所以酶的鈍化是其殺菌的主要問題。2、實(shí)罐接種方法對(duì)流傳熱的產(chǎn)品可接種在罐內(nèi)任何處，而傳導(dǎo)傳熱產(chǎn)品則不同。依據(jù)爭論，這類產(chǎn)品的冷點(diǎn)在幾何中心處，冷點(diǎn)的受熱程度約低10%，因此在計(jì)算時(shí)要考慮到這一點(diǎn)，總的芽孢數(shù)是依據(jù)實(shí)際測(cè)定結(jié)果而確定。接種菌液通常用芽孢懸浮液〔8.5g/LNaC1〕當(dāng)天配置，按每罐參加芽孢數(shù)104～1051mL種，并攪拌混合。塊狀食品要盡可能接種在冷點(diǎn)位置或冷點(diǎn)與罐底之間〔這是指呈轉(zhuǎn)折型加熱曲線的產(chǎn)品〕，其接種方法有二：一是先加局部產(chǎn)品，然后滴加接種菌液，最終裝滿；二是用長針頭將接種液注入罐內(nèi)，位置依要求而定。3、試驗(yàn)罐數(shù)50〔一般使用于大罐〕，95％5%-6%〔4-425～504-4保溫試驗(yàn)時(shí)必要試樣量和可能檢出腐敗率的關(guān)系9599959995990.5 5979199599959995990.5 597919836551617261 298458932491716252 1482281028441815233 991511126401914224 741311224362013215 58901322332110166 48741420317 4164151828

腐敗率/% 正確率/%

腐敗率/% 正確率/%4、試驗(yàn)分組依據(jù)殺菌條件的理論計(jì)算，按殺菌時(shí)間的長短至少分為51100%;10％330--100min5min1組，比較抱負(fù)的是依據(jù)F對(duì)數(shù)規(guī)律遞減狀況，F(xiàn)0.5,1.0,2.0,4.0,6.0，確定不同加熱時(shí)間加以分組。每次試驗(yàn)要控制為5組，否則罐數(shù)太多，封罐前后停留時(shí)間過長，將影響試驗(yàn)結(jié)果。因此試驗(yàn)要求在一天內(nèi)完成，并用同一材料。比照組的罐頭也應(yīng)有3-5組，以便核對(duì)自然污染微生物的耐熱性，同時(shí)用來檢查核對(duì)二重卷邊是否良好，罐內(nèi)凈重、瀝干重和頂隙度等。還將用6~12罐供測(cè)定冷點(diǎn)溫度之用。5、試驗(yàn)記錄依據(jù)要求做好記錄?！踩潮刭A藏試驗(yàn)1、保溫溫度霉菌：21.1～26.7℃ 結(jié)芽孢桿菌：35.0～43.2℃嗜溫菌和酵母：26.7～32.2℃ 嗜熱菌：50.0--57.2℃2、保溫時(shí)間PA3679311〔酪〕12-3310d～21d，高溫培養(yǎng)時(shí)間不宜過長，因可能加劇腐蝕而影響產(chǎn)品質(zhì)量，F(xiàn)S1518嗜熱脂肪芽孢桿菌的芽孢如在其生長溫度以下存放較長時(shí)間，可能導(dǎo)致其自行死亡，因此必需在殺菌試驗(yàn)后盡早保溫培育。保溫試驗(yàn)樣品應(yīng)每天觀看其容器外觀有無變化，當(dāng)罐頭脹罐后即取出，并存放在冰箱中。保溫試驗(yàn)完成后，將罐頭在室溫下放置冷卻過夜，然后觀看其容器外觀、罐底蓋是否膨脹，