食品热处理条件确定方法

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。确定食品热杀菌条件的过程如图4-4所示。

图4-4 确定食品热杀菌条件的过程

（二）热杀菌条件的计算

1920年，比奇洛（Bigelow）最早根据细菌致死率和罐藏食品传热曲线创建了罐藏食品杀菌理论，现被称为基本推算法；其后鲍尔（Ball）在1923年根据加热杀菌过程中罐头足以受热效果，研究出用积分法计算杀菌效果的方法，被称为公式法，这种计算杀菌工艺条件的鲍尔理论在罐头工业中得到了广泛应用。为了进一步简化这种计算方法，1939年奥尔森（Olson）和史蒂文斯（Stevens）及舒尔茨（Schultz）提出了改进的计算法。1948年，斯塔博（Stumbo）和希克斯（Hicks）进一步提出了罐头食品杀菌的理论基础F值，从而使罐藏技术趋于完善。所有推算方法实际上是比奇洛基本推算方法的进一步改进和提高。因此，我们仅介绍比奇洛基本法。

比奇洛基本法推算实际杀菌时间的基础，是食品冷点的温度曲线和对象菌的热力致死时间曲线。在实际的杀菌过程中，食品内冷点的温度不可能始终等于杀菌操作温度（对于某些固体食品，甚至直到杀菌结束，冷点温度仍未达到操作温度），冷点温度只要上升到对象菌的最高生长温度以上，就具有杀菌效果。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。

比奇洛将杀菌时食品冷点的传热曲线分割成若干小段，每个温度段各自的平均温度为θ_i，对应的热力致死时间为τ_imin，在该温度段停留的时间为t_i，热力致死时间τ_i的倒数1/τ_i为在温度θ_i杀菌1min所取得的效果占全部杀菌效果的比值，称为致死率；而t_i/τ_i即为该小段取得的杀菌效果占全部杀菌效果的比值A_i，称为“部分杀菌值”。将各段的部分杀菌值相加，就得到总杀菌值A（或称累积杀菌值）。

当A=1时，表示整个杀菌过程达到了100%的杀菌量，食品内微生物被完全杀死；当A＜1时，表示杀菌不足；A＞1时，则表示杀菌过度。由此可以推算出所需的杀菌时间。

例如，在对某一种罐头产品进行杀菌实验时，获得的数据如表4-17所示：第一列为按顺序测得的罐头冷点温度θ_i，第二列为在该温度下维持的时间t。表中的第三列则给出了在不同的杀菌温度下彻底杀灭对象菌所需要的时间τ。按照该温度时相应热处理时间计算所得的各致死量和它们的累积量，试评价该杀菌试验是否达到了杀菌要求。

表4-17 各热处理温度时的致死量及其累积量(www.xing528.com)

采用比奇洛基本法进行计算：求出各温度下的致死率1/τ，填入表中第四列；用公式A_i=t_i/τ_i求出各温度段所取得的部分杀菌值，填入表中第五列；利用公式A=∑A_i计算累积杀菌值，并填入表中第六列。杀菌完成后，累积杀菌值=1.04＞1，说明达到了杀菌的要求。为了不致过度加热，理论上可以计算出需要减少的恒温时间，但在实际应用中，考虑到生产条件的波动，这点超量是可以接受的。

比奇洛基本法的特点：①方法直观易懂，当杀菌温度间隔取得小时，计算结果与实际效果很接近；②不管传热情况是否符合一定模型，用此法可以求得任何情况下的正确杀菌时间；③计算量和实验量较大，需要分别经实验确定杀菌过程中各温度下的TDT（热力致死时间）值，再计算出致死率。

（三）实罐接种的杀菌试验

到目前为止，已经讨论的许多变量使得仅仅通过计算来确定安全热处理的条件显得相当困难，尤其是应用于一种新产品时，通过热致死曲线、传热速率和具体杀菌锅的特性而得的数学公式通常只用作一个安全热处理的粗略界定，而其结果需采用实罐接种的杀菌试验。将一些罐头腐败的常见细菌或芽孢定量接种在罐头内，在所选定的杀菌温度中进行不同时间的杀菌，再保温检查其腐败率。常采用将耐热性强的腐败菌接种于数量较少的罐头内进行杀菌试验，借以确证杀菌条件的安全程度。

通常低酸性食品用耐热性高于肉毒杆菌的生芽孢梭状杆菌（Clostridium sporogenses）PA3679芽孢，pH 3.7以下的酸性食品用巴氏固氮梭状芽孢杆菌（Clostridium pasteurianum）或凝结芽孢杆菌（Bacillus coagulans）芽孢，高酸性食品则用乳酸菌、酵母作试验对象菌。

（四）保温贮藏试验

接种实罐试验后的试样要在恒温下进行保温试验，培养温度依据试验菌的不同而不同，并且要保存一段时间。例如PA3679菌的保温时间至少3个月，在最后1个月中尚未有胀罐的罐头不取出，继续保温，也有保温 1年以上的。梭状厌氧菌、酸母或乳（酪）酸菌，至少保温 1个月，如 1周内全部胀罐，可不再继续培养。嗜热菌要 10～21d，高温培养时间不要过长，这是因为可能加剧腐蚀而影响产品的质量。

（五）生产线试生产

接种实罐试验和保温试验结果都正常的罐头加热杀菌条件，就可以进入生产线的实罐试验做最后验证。试样量至少 100罐以上，试验时必须对热烫温度与时间、装罐温度、装罐量（固形物、汤汁量）、黏稠度、顶隙、食品的pH、食品的水分活性、封罐机蒸汽喷射条件、封罐机真空度、封罐时食品的温度、加热前食品平均含菌量、杀菌条件、杀菌锅参数、罐头密封性检查等进行测定并做好记录。生产线试生产的实罐试样也要经历保温试验，希望保温3～6个月，当保温试验开罐后检验结果显示内容物全部正常，即可将此杀菌条件作为生产上使用。如果发现试样中有腐败菌，则要进行原因菌的分离试验，并重复上述步骤。