热处理对微生物的影响及其在食品加工中的作用

食品中的微生物是导致食品不耐贮藏的主要原因，微生物的耐热性主要受下列因素的影响。

（一）微生物的种类和数量

不同微生物的最适生长温度不同，见表4-4。大多数微生物以常温或稍高于常温为最适生长温度，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。

表4-4 微生物的适应生长温度 单位：℃

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。

微生物的菌种不同，耐热的程度不同。细菌、酵母和霉菌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中存在的种类最多，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。细菌中耐热性最强的是芽孢菌，各种芽孢中，嗜热菌的芽孢耐热性最强，厌氧菌的芽孢次之，需氧菌的芽孢最弱，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。表4-5所示为食品中一些典型芽孢菌的耐热性参数。酵母菌和霉菌引起的变质多发生在酸性较高的食品中，它们的耐热性都不是很高，酵母（包括酵母孢子）在100℃以下的温度也容易被杀死。

表4-5 食品中一些典型芽孢菌的耐热性参数

另外，即使是同一菌种，其耐热性也会因热处理前菌龄、培养条件、贮藏环境的不同而异。金黄色葡萄球菌、粪链球菌、桑夫顿堡沙门氏菌等的耐热性随发育进程而发生变化，稳定期细胞的耐热性要比对数期细胞的耐热性强。芽孢也有这种趋向，成熟芽孢的耐热性比未成熟的芽孢强。不管是细菌的芽孢还是营养细胞，一般情况下，培养温度越高，所培养的细胞及芽孢的耐热性就越强。培养基的组成成分对微生物的耐热性也会产生较大的影响，例如，在含有磷酸或镁的培养基中生长出的芽孢具有较强的耐热性，在含有碳水化合物和氨基酸的环境中培养的芽孢耐热性也有所增强。

食品在热处理前，其中可能被各种各样的微生物污染，微生物的种类及数量取决于原料的状况（来源及贮运过程）、工厂的环境卫生、车间卫生、机器设备和工器具的卫生、生产操作工艺条件、操作人员个人卫生等因素。腐败菌或芽孢全部死亡所需要的时间随原始菌数而异，原始菌数越多，全部死亡所需要的时间越长。因此罐头食品杀菌前被污染的菌数和杀菌效果有直接的关系。如表4-6所示，在对甜玉米罐头的杀菌试验中，加入辅料糖的卫生质量对试验结果产生了决定性的影响。正因为如此，食品工厂的卫生状况直接影响到产品的质量，并且是评判工厂产品质量是否合格的指标之一。

表4-6 原始菌数和玉米罐头杀菌效果的关系

（二）热处理温度

在微生物最高生长温度以上的温度就可以导致微生物的死亡。显然，微生物种类不同，其最低热致死温度也不同。对于规定种类、规定数量的微生物，选择了某一个热致死温度，微生物的死亡就取决于在这个温度下维持的时间。如表4-7所示的枯草芽孢杆菌的一次试验数据表明，提高温度可以减少致死时间，热处理温度越高，热处理时间越短。

表4-7 杀菌温度与致死时间

（三）食品成分的影响

1.pH

在食品各种成分中，pH对微生物耐热性的影响较为突出。这是因为微生物繁殖、酶反应及细胞的表层构造、机能都会直接受到食品pH的影响，并对各代谢系统产生作用。足够强度的酸使细菌蛋白质变性，如同食品蛋白质变性一样，直接影响到食品的杀菌和安全。另一方面，食品的pH大致都在2～7。多数微生物生长于中性或偏碱性的环境中，过酸或过碱的环境都有削弱其耐热性的趋势。

大多数芽孢杆菌在中性范围内耐热性最强，pH＜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。某些酵母的耐热性在pH 4～5最强。表4-8所示为几种细菌耐热性最强时测到的pH。Xezones和Hutchings在pH 4.0～7.0范围内对肉毒杆菌62A在110～118.3℃时的耐热性进行了研究，这种条件下，采用各种食品为供试材料，研究结果表明，无论在多高温度条件下，D值随pH的降低而下降，越是低温加热，其下降幅度越大。

表4-8 细菌耐热性最强时的pH

从食品安全和人类健康的角度，一般将食品按酸度（pH）分为酸性食品（pH≤4.6）和低酸性食品（pH＞4.6）两大类。这是根据肉毒梭状芽孢杆菌的生长习性来决定的。

肉毒梭状芽孢杆菌是嗜温厌氧性细菌，目前已发现有A、B、C、D、E、F和G七种类型，其中C、D和G型不产生毒素，E和F型主要存在于海洋、湖泊等环境，A和B型广泛存在于土壤中。食品热处理中易污染的产毒素菌型为A、B和E型，其中E型在加热到100℃时即会死亡，而A和B型较耐热。肉毒杆菌在生长的过程中会产生致命的肉毒素（因首先在香肠中发现，故命名），据统计，多达65%的摄入此种毒素者遭遇了不幸。在包装容器中密封的低酸性食品给肉毒杆菌提供了一个生长和产毒的理想环境。试验证明，肉毒杆菌在pH≤4.6时不会生长，也就不会产生毒素，其芽孢也受到强烈的抑制，所以pH 4.6被确定为低酸性食品和酸性食品的分界线。(www.xing528.com)

对番茄、梨、菠萝及其汁类，pH＜4.7，对无花果，pH≤4.9，我们一般也称之为酸性食品。在pH≤4.6的酸性条件下，肉毒杆菌不能生长，其他多种产芽孢细菌、酵母及霉菌则可能造成食品的败坏。但这些微生物的耐热性远低于肉毒杆菌，因此不需要如此高强度的热处理过程。

最终平衡pH＞4.6，A_W＞0.85的食品，包括酸化而降低pH的低酸性水果、蔬菜制品，都必须接受基于肉毒杆菌耐热性所要求的最低热处理量。

有些低酸性食品物料因为感官品质的需要，不宜进行高强度的加热，这时可以采取加入酸或酸性物质的办法，将食品的最终平衡pH控制在4.6以下，这类产品称为酸化食品。酸化食品就可以按照酸性食品的杀菌要求来进行处理。常见的产品有：水果如菠萝和梨，蔬菜如黄瓜、卷心菜和花菜，以及某些鱼类产品等，它们分别加入了柠檬酸、醋酸和番茄酱。

在加工食品时，可以通过适当的加酸来提高食品的酸度，以控制微生物（通常以肉毒杆菌芽孢为主）的生长，降低或缩短杀菌的温度或时间。酸与热的组合对微生物更具破坏性。表4-9所示为破坏产毒素的厌氧性肉毒杆菌孢子的要求。

表4-9 不同pH下破坏食品中肉毒杆菌孢子所需要的时间

2.盐

食品中天然含有的无机盐种类很多，生产上为了工艺目的常常会加入食盐。一般认为低浓度盐可以使微生物细胞适量脱水而蛋白质难以凝固；高浓度的盐则可使微生物细胞大量脱水，蛋白质变性，导致微生物的死亡。并且高浓度盐造成的水分活度的下降也会强烈地抑制微生物的生长。

通常食盐的浓度在2%以下时，对芽孢的耐热性有一定的保护作用，而4%以上浓度时，则可削弱其耐热性。如果浓度高于14%时，一般细菌将无法生长。盐浓度的这种保护和削弱作用的程度，常随腐败菌的种类而异。例如在115℃对加盐的青豆罐头做细菌残存率试验，（表4-10），当盐浓度为0～0.5%时，芽孢的耐热性有增强的趋势，当盐浓度为1%～2.5%时芽孢的耐热性最强，而当盐浓度增至4%时，影响甚微。

表4-10 青豆罐头汤汁中食盐浓度与细菌残存率

3.糖

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，糖的浓度越高，越难以杀死食品中的微生物。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，从而降低了蛋白质的凝固速度，以致增强了芽孢的耐热性。例如酵母菌在蒸馏水中加热到100℃，几乎立即杀灭，而在43.8%的糖液中需要6min，在66.9%的糖液中需要28min。

当蔗糖浓度很低时对细菌芽孢的耐热性影响很小，而高浓度的糖液一方面会提高微生物的耐热性，另一方面又会因强烈的脱水作用（使A_W变小）而抑制食品中微生物的生长。除蔗糖外，其他糖（如葡萄糖、果糖、乳糖、麦芽糖等）的影响作用并不相同。

4.脂肪

脂肪含量高则细菌的耐热性会增强，这是因为食品中的脂肪和蛋白质的接触会在微生物表面形成凝结层。凝结层既妨碍水分的渗透，又是热的不良导体，所以增加了微生物的耐热性。例如大肠杆菌和沙门氏菌在水中加热到60～65℃时即死亡，而在油中加热到100℃需经30min才能死亡。所以对于脂肪含量高的罐头，其杀菌强度要加大，如油浸青鱼罐头需118℃、60min，而红烧青鱼罐头则为115℃、60min。

5.蛋白质

蛋白质或其相关物质对微生物有一定的保护作用，如明胶、血清等能增加芽孢的耐热性。试验证明，食品中蛋白质含量在5%左右时，对微生物有保护作用，蛋白质含量达15%以上时（如鱼罐头），则对耐热性没有什么影响。例如将某种芽孢放在pH 6.9的磷酸盐缓冲液中，含有1%～2%明胶的比不加明胶的耐热性要增加2倍，但其作用机制尚不十分清楚。

6.植物杀菌素

有些植物的汁液以及它们分泌的挥发性物质对微生物有抑制或杀灭作用，这类物质就称为植物杀菌素。罐头中用到的含有植物杀菌素的原料有葱、姜、蒜、辣椒、芥末、丁香和胡椒等。如果食品中含有这些原料，就可以对杀菌有促进和协同作用，也就意味着减弱了微生物的耐热性。不过植物杀菌素因品种、器官部位、生长期等的不同而效率变化很大。