食品熱處理和殺菌教學教案

第一節食品加工與保藏個的熱處理

一、食品熱處理的作用

熱處理（Thermalprocessing）是食品加工與保藏中用于改善食品品質、延長食品

貯藏期的最重要的處理方法之一。食品工業中采用的熱處理有不同的方式和工藝,

不同種類的熱處理所達到的主要目的和作用也有不問，但熱處理過程對微生物、

酶和食品成分的作用以及傳熱的原理和規律卻有相同或相近之處。

二、食品熱處理的類型和特點

類型主要有：工業烹飪、熱燙、熱擠壓和殺菌等。

（一）工業烹飪（Industrialcooking）

工業烹飪一般作為食品加工的一種前處理過程，通常是為了提高食品的感官

質量而采取的一種處理手段。烹飪通常有煮、炳（燉）、烘（焙）、炸（煎）、烤

等。一般煮多在沸水中進行；焙、烤則以干熱的形式加熱，溫度較高：而煎、炸

也在較高溫度的油介質中進行。

烹飪能殺滅部分微生物，破壞酶，改善食品的色、香、味和質感，提高食品

的可消化性，并破壞食品中的不良成分（包括一些毒工素等），提高食品的晏全

性，也可使食品的耐貯性提高。但也發現不適當的烘烤處理會給食品帶來營養安

全方面的問題，如燒烤中的高溫使油脂分解產生致癌物質。

（二）熱燙（BlanchingorScalding）

熱燙。又稱燙漂、殺青、預煮，熱燙的作用主要是破壞或鈍化食品中導致食

品質量變化的酣類，以保持食品原有的品質，防止或減少食品在加工和保藏中由

酶引起的食品色、香、味的劣化和營養成分的損失,熱道處理主要應用干蔬菜和

某些水果，通常是蔬菜和水果冷凍、干燥或罐藏前的一種前處地工序。

導致蔬菜和水果在加工和保藏過程中質量降低的兩類主要是氧化酶類和水

解酶類，熱處理是破壞或鈍化酶活性的最主要和最有效方法之一。除此之外，熱

燙還有一定的殺菌和洗滌作用，可以減少食品表面的微生物數量；可以排除食品

組織中的氣體，使食品裝罐后形成良好的真空度及減少氧化作用；熱燙還能軟化

食品組織，方便食品往容器中裝填；熱燙也起到一定的預熱作用，有利于裝罐后

縮短殺菌引溫的時間。

對于果蔬的干藏和冷凍保藏，熱燙的主要目的是破壞或鈍化酶的活性。

但對于豆類的罐藏以及食品后殺菌采用(超)高溫短時方法時，由于此殺菌

方法對酶的破壞程度有限，熱燙等前處理的滅酶作用應恃別注意。

(三)熱擠壓

擠壓是將食品物料放入擠壓機中，物料在螺桿的擠壓下被壓縮并形成熔融狀

態，然后在卸料端通過模具出被擠出的過程。熱擠壓則是指食品物料在擠壓的過

程中還被加熱。熱擠壓也被稱為擠壓蒸煮(Extrusioncooking)。擠壓是結合了混

合、蒸煮、揉搓、剪切、成型等幾種單元操作的過程。

擠壓可以產生不同形狀、質地、色澤和風味的食品。熱擠壓是一種高溫短時

的熱處理過程，它能夠減少食品中的微生物數量和鈍化酶，但無論是熱擠壓或是

冷擠壓，其產品的保藏主要是靠其較低的水分活性和其他條件。

特點：擠壓食品多樣化，可以通過調整配料和擠壓機的操作條件直接生產出

滿足消費者要求的各種擠壓食品；擠壓處理的操作成本較低；在短時間內完成多

種單元操作，生產效率較高；便于生產過程的自動控制和連續生產。

(四)熱殺菌

根據要殺滅微生物的種類的不同可分為巴氏殺菌(Pasteurisation)和商業殺

菌(Sterilization)o

巴氏殺菌是一種較溫和的熱殺菌形式，巴氏殺菌的處理溫度通常在100C以

下，典型的巴氏殺菌的條件是62.8℃、30min,達到同樣的巴氏殺菌效果，可以

有不同的溫度、時間組合。巴氏殺菌可使食品中的酶失活，并破壞食品中熱敏性

的微生物和致病菌。巴氏殺菌的目的及其產品的貯藏期主要取決于殺菌條件、食

品成分(如PH值)和包裝情況。對低酸性食品(pH>4.6),其主要目的是殺滅

致病菌，而對于酸性食品，還包括殺滅腐敗菌和鈍化酶。

商業殺菌一般又簡稱為殺菌，是一種較強烈的熱處理形式，通常是將食砧加

熱到較高的溫度并維持一定的時間以達到殺死所有致病菌、腐敗菌和絕大部分微

生物，殺菌后的食品符合貨架期的要求。

這種熱處理形式一般也能鈍化酶，但它同樣對食品的營養成分破壞也較大。

殺菌后食品通常也并非達到完全無菌，只是殺菌后食品中不含致病菌，殘存的處

于休眠狀態的非致病菌在正常的食品貯藏條件下不能生長繁殖，這種無菌程度被

稱為“商業無菌”。

將食品先密封于容器內再進行殺菌處理是通常罐頭的加工形式，而將經超高

溫瞬時（UHT）殺菌后的食品在無菌的條件下進行包裝，則是無菌包裝。

從殺菌時微生物被殺死的難易程度看，細菌的芽抱具有更高的耐熱性，它通

常較營養細胞難被殺死。另一方面，專性好氧菌的芽泡較兼性和專性厭氧菌的芽

抱容易被殺死。殺菌后食品所處的密封容器中氧的含量通常較低，這在一定程度

上也能阻止微生物繁殖，防止食品腐敗。

在考慮確定具體的殺菌條件時，通常以某種具有代表性的微生物作為殺菌的

對象，通過這種對象菌的死亡情況反映殺菌的程度。

三、食品熱處理使用的能源和加熱方式

食品熱處理可使用幾種不同的能源作為加熱源，主要能源種類有：電，氣（天

然氣或液化氣），液體燃料（燃油等），固體燃料（如煤、木、炭等）。

直接方式指加熱介質（如燃料燃燒的熱氣等）與食品直接接觸的加熱過程。

（容易污染食品，一般只有氣體燃料可作為直接加熱源，液體燃料則很少）

間接加熱方式是將燃料燃燒所產生的熱能通過換熱器或其他中間介質如空氣）加

熱食品，從而將食品與燃料分開。

第二節食品熱處理反應的基本規律

一、食品熱處理的反應動力學

要控制食品熱處理的程度，人們必須了解熱處理時食品中各成分（微生物、

酶、營養成分和質量因素等）的變化規律，主要包括：（1）在某一熱處理條件下

食品成分的熱處理破壞速率；（2）溫度對這些反應的影響。

（一）熱破壞反應的反應速率

食品中各成分的熱破壞反應一般均遵循一級反應動力學，也就是說各成分的

熱破壞反應速率與反應物的濃度呈正比關系。這一關系通常被稱為“熱火活或熱

破壞的對數規律

在半對數坐標中微生物的熱力致死速率曲線為一直線，該直線的斜率為-k

/2.303。

從圖中可以看出，熱處理過程中微生物的數量每減少同樣比例所需要的時間

是相同的。如微生物的活菌數每減少90%,也就是在對數坐標中c的數值每跨

過一個對數循環所對應的時間是相同的，這一時間被定義為D值，稱為指數遞

減時間（decimalreductiontime）。

致死速率曲線是在一定的熱處理（致死）溫度下得出的，為了區分不同溫度

下微生物的D值，一般熱處理的溫度T作為下標，標注在D值上，即為DT。

D值的大小可以反映微生物的耐熱性。在同一溫度下比較不同微生物的D值時，

D值愈大,表示在該溫度下殺死90%微生物所需的時間愈長，即該微生物愈耐熱。

熱力致死時間（TDT）值是指在某一恒定溫度條件下，將食品中的某種微生

物活菌（細菌和芽抱）全部殺死所需要的時間（min）。試驗以熱處理后接種培養，

無微生物生長作為全部活菌已被殺死的標準。

（二）熱破壞反應和溫度的關系

要了解在一變化溫度的熱處理過程中食品成分的破壞情況，必須了解不同

（致死）溫度卜.食品的熱破壞規律，便于人們比較不同溫度下的熱處理效果。反

映熱破壞反應速率常數和溫度關系的方法主要有3種：一種是熱力致死曲線；另

一種是阿累尼烏斯方程；還有一種是溫度系數。

1.熱力致死時間曲線

熱力致死時間曲線是采用類似熱力致死速率曲線的方法而制得的，它將TDT

值與對應的溫度T在半對數坐標中作圖，則可以得到類似于致死速率曲線的熱

力致死時間曲線（Thermaldeathtimecurveo

反應速率常數的對數與溫度成正比，較高溫度的熱處理所取得的殺菌效果要

高于低溫度熱處理的殺菌效果。不同微生物對溫度的敏感程度可以從Z值反映，

Z值小的對溫度的敏感程度高。要取得同樣的熱處理效果，在較高溫度下所需的

時間比在較低溫度下的短。這也是高溫短時（HTST）或超高溫瞬時殺菌（UHT）

的理論依據。不同的微牛物對溫度的敏感程度不同，提高溫度所增加的破壞效果

不一樣。

上述的D值、Z值不僅能表示微生物的熱力致死情況,也可用于反映食品中的酶、

營

養成分和食品感官指標的熱破壞情況。

2.阿累尼烏斯方程

3.溫度系數Q值

Q值表示反應在溫度T2下進行的速率比在較低溫度Ti下快多少，若Q值表

示溫度增加1（）℃時反應速率的增加情況，則一般稱之為Qm

二、加熱對微生物的影響

（-）微生物和食品的腐敗變質

食品中的微生物是導致食品不耐貯藏的主要原因。一般說來，食品原料都帶有微

生物。在食品的采收、運輸、加工和保敏過程中，食品也有可能污染微生物。在

一定的條件下，這些微生物會在食品中生長、繁殖，使食品失去原有的或應有的

營養價值和感官品質，甚至產生有害和有毒的物質。

細菌、霉菌和酵母都可能引起食品的變質，其中細菌是引起食品腐敗變質的

主要微生物。細菌中非芽抱細菌在自然界存在的種類最多，污染食品的可能性也

最大，但這些菌的耐熱性并不強，巴氏殺菌即可將其殺死。細菌中耐熱性強的是

芽泡菌。芽狗菌中還分需氧性、厭氧性的和兼性厭氧的。需氧和兼性厭氧的芽胞

菌是導致罐頭食品發生平蓋酸敗的原因菌，厭氧芽胞菌中的肉毒梭狀芽泡桿菌常

作為罐頭殺菌的對象菌。酵母菌和霉菌引起的變質多發生在酸性較高的食品中，

一些酵母菌和霉菌對滲透壓的耐性也較高。

（-）微生物的生長溫度和微生物的耐熱性

當溫度高于微生物的最適生長溫度時，微生物的生長就會受到抑制，而當溫

度高到足以使微生物體內的蛋白質發生變性時，微生物即會出現死亡現象。

一般認為，微生物細胞內蛋白質受熱凝固而失去新陳代謝的能力是加熱導致

微生物死亡的原因。因此，細胞內蛋白質受熱凝固的難易程度直接關系到微生物

的耐熱性。蛋白質的熱凝固條件受其他一些條件，如：酸、堿、鹽和水分等的影

響。

1.微生物的種類

微生物的菌種不同，耐熱的程度也不同，而且即使是同一菌種，其耐熱性也

因菌株而異。正處于生長繁殖的微生物營養細胞的耐熱性較它的芽胞弱。

各種芽抱菌的耐熱性也不相同，一般厭氧菌身抱菌耐熱性較需氧菌芽抱菌強。

嗜熱菌的芽抱耐熱性最強。同一菌種芽抱的耐熱性也會因熱處理前的培養條件、

貯存環境和菌齡的不同而異。例如：菌體在其最高生長溫度生長良好并形成芽抱

時，其芽抱的耐熱性通常較高；不同培養基所形成的芽胞對耐熱性影響很大，實

驗室培養的芽泡都比在大自然條件下形成的芽泡耐熱性要低；培養基中的鈣、缽

離子或蛋白陳都會使芽泡耐熱性增高；熱處理后殘存芽抱經培養繁殖和再次形成

芽胞后，新形成芽泡的耐熱性就較原來的芽泡強。

酵母菌和霉菌的耐熱性都不很高，酵母（包括酵母抱子）在100℃以下的

溫度容易被殺死。大多數的致病菌不耐熱。

2.微生物生長和細胞（芽泡）形成的環境條件

這方面的因素包拈：溫度、離子環境、非脂類有機化合物、脂類和微生物的

菌齡。

長期生長在較高溫度環境下的微生物會被馴叱，在較高溫度下產生的芽泡比

在較低溫度下產生的芽抱的耐熱性強；許多有機物會影響芽抱的耐熱性，雖然在

某些特殊的條件下能得到一些數據，但也很難下一般性的結論；有研究顯示低濃

度的飽和與不飽和脂肪酸對微生物有保護作用，它使肉毒桿菌芽抱的耐熱性提高;

關于菌齡對微生物耐熱性的影響，芽抱和營養細胞不一樣，幼芽胞較老芽抱耐熱，

而年幼的營養細胞對熱更敏感。

3.熱處理時的環境條件

熱處理時影響微生物耐熱性的環境條件有：pH值和緩沖介質、離子式境、

水分活性、其他介質成分。

由于多數微生物生長于中性或偏堿性的環境中，過酸和過堿的環境均使微生

物的耐熱性下降,故一般芽抱在極端的pH值環境下的耐熱性較中性條件下的差。

緩沖介質對微生物的耐熱性也有影響，但缺乏一般性的規律。

大多數芽胞桿菌在中性范圍內耐熱性最強，pH值低于5時芽泡就不耐熱，

此時耐熱性的強弱常受其他因素的影響。某些酵母的芽胞的耐熱性在pH=4-5時

最強。

在磷酸緩沖液中低濃度的Mg2，?Ca21對芽胞耐熱性的影響與EDTA和甘氨

酉太甘氨酸相似，都能降低芽泡的耐熱性。

食品中低濃度的食鹽（低于4%）對芽抱的耐熱性有一定的增強作用，但隨

著食鹽濃度的提高（8%以上）會使芽泡的耐熱性減弱。如果濃度高于14%時，

一般細菌將無法生長。

其他無機鹽對細菌芽胞的耐熱性也有影響。氯化鈣對細菌芽胞耐熱性的影響

較食鹽弱一些，而苛性鈉，碳酸鈉或磷酸鈉等對芽胞有一定的殺菌力，這種殺菌

力常隨溫度的提高而增強，因此如果在含有一定量芽泡的食鹽溶液中加入苛性鈉、

碳酸鈉或磷酸鈉時，殺死它們所需要的時間可大為縮短。通常認為這些鹽類的殺

菌力來自未分解的分子而并不來自氫氧根離子。

芽泡對干熱的抵抗能力比濕熱的強，如肉毒芽泡桿菌的干芽抱在干熱下的殺

滅條件是120C,120min,而在濕熱下為121C,4-10mino濕熱下的蛋白質變

性和干熱下的氧化，由于氧化所需的能量高于變性，故在相同的熱處理條件下，

濕熱下的殺菌效果高于干熱。

糖的存在也會影響細菌芽胞的耐熱性，食品中糖濃度的提高會增強芽胞的耐

熱性。蔗糖濃度很低時對細菌芽抱的耐熱性影響很小，高濃度的蔗糖對受熱處理

的細菌芽抱有保護作用，這是由于高濃度的糖液會導致細菌細胞中的原生質脫水,

從而影響了蛋白質的凝固速度以致增強了芽抱的耐熱性。除蔗糖外，其它的糖如

葡萄糖、果糖、乳糖、麥芽糖等的作用并不相同。

食品中的其他成分如淀粉、蛋白質、脂肪等也對芽泡的耐熱性有直接或訶接

的影響，其中淀粉對芽泡耐熱性沒有直接的影響，但由于包括蛛不飽和脂肪酸在

內的某些抑制劑很容易吸附在淀粉上，因此間接地增加了芽抱耐熱性。蛋白質中

如明膠、血清等能增加芽胞的耐熱性。食品中含有少量防腐或抑菌物質會大大降

低一般的耐熱性。

介質中的一些其他成分也會影響微生物的耐熱性，如抗菌素、殺菌劑和香辛科等

抑菌物質的存在對殺菌會有促進和協同作用。

三、加熱對酶的影響

（一）酶和食品的質量

前也會導致食品在加工和貯藏過程中的質量下降，主要反映在食品的感官和

營養方面的質量降低°這些酣主要是氧化酶類和水解醒類，包括過氧化物酶、多

酚氧化酶、脂肪氧合隨、抗壞血酸氧化酶等。

不同食品中所含的酶的種類不同，酶的活力和特性也可能不同。以過氧化物

酶為例，在不同的水果和蔬菜中酶活力相差很大，其中辣根過氧化物酶的活力最

高，其次是蘆筍、馬鈴薯、蘿卜、梨、蘋果等，蘑菇中過氧化物酶的活力最低。

與大多數蔬菜相比，水果具有較低的過氧化物酶活力。又如大豆中的脂肪氧合酶

相對活力最高，綠豆和豌豆的脂肪氧合酶活力相對較低。

過氧化物酶在果蔬加工和保藏中最受人關注。由于它的活力與果蔬產品的質

量有關，還因為過氧化物酶是最耐熱的酶類，它的鈍化作為熱處理對酶破壞程度

的指標。當食品中過氧化物酶在熱處理中失活時，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，對于某些食品（蔬菜）的熱處理滅酶而言，破壞

導致這些食品質量降低的酶，如豆類中的脂肪氧合酶較過氧化物酶與豆類變味的

關系更密切，對于這些食品的熱處理以破壞脂肪氧合酶為滅酶指標更合理。

（-）酶的最適溫度和熱穩定性

酶活性一溫度關系曲線是在除了溫度變化以外，其他均為標準的條件下進行

一系列酶反應而獲得的。在酶活性一溫度關系曲線中的溫度范圍內，酶是“穩定''

的，這是因為實際上不可能測定瞬時的初始反應速率。酶的耐熱性的測定則首先

是將酶（通常不帶有底物）在不同的溫度下保溫，其他條件保持相同，按一定的

時間間隔取樣，然后采用標準的方法測定酶的活性。熱處理的時間通常遠大于測

定分析的時間。

pH值、水分含量、加熱速率等熱處理的條件參數也會影響酶的熱失活，從

上述的酶的耐熱性參數可以看出，熱處理時的pH值直接影響著酶的耐熱性。一

般食品的水分含量愈低，其中的酶對熱的耐性愈高，谷類中過氧化物酶的耐熱性

最明顯地體現了這一點。這意味著食品在干熱的條件下滅酶的效果比較差。加熱

速率影響到過氧化物酶的再生，加熱速率愈快，熱處理后酶活力再生的愈多。

采用高溫短時（HTST）的方法進行食品熱處理時，應注意酶活力的再生。

食品的成分，蛋白質、脂肪、碳水化合物等都可能會影響酶的耐熱性，如糖分能

提高蘋果和梨中過氧化物酶的熱穩定性。

四、加熱對食品營養成分和感官品質的影響

加熱對食品成分的影響可以產生有益的結果，也會造成營養成分的損失。熱

處理可以破壞食品中不需要的成分，如禽類蛋白中的抗生物素蛋白、豆科植物中

的胰蛋白酶抑制素。熱處理可改善營養素的可利用率，如淀粉的糊化和蛋白質的

變性可提高其在體內的可消化性。加熱也可改善食品的感官品質，如美化口味、

改善組織狀態、產生可愛的顏色等。

加熱對食品成分產生的不良后果也是很明顯的，這主要體現在食品中熱敏性

營養成分的損失和感官品質的劣化。如熱處理雖然可提高蛋白質的可消化性，但

蛋白質的變性使蛋白質（氨基酸）易于和還原糖發生美拉德反應而造成損失。對

于碳水化合物和脂肪，人們一般不考慮它們在熱處理中的損失量，而對其降解反

應產物的有關特性特別注意。如還原糖焦糖化反應產物的毒性等。

熱處理造成營養素的損失研究最多的對象是維生素。脂溶性的維生素一般比

水溶性的維生素對熱較穩定。通常的情況下，食品中的維生素C、維生素B1、

維生素D和泛酸對熱最不穩定。

對熱處理后食品感官品質的變化，人們也盡可能采用量化的指標加以反映。

食品營養成分和感官品質指標對熱的耐性也主要取決于營養素和感官指標

的種類、食品的種類，以及pH值、水分、氧氣含量和緩沖鹽類等一些熱處理時

的條件。

第三節食品熱處理條件的選擇與確定

一、食品熱處理方法的選擇

熱處理的作用效果不僅與熱處理的種類有關，而且與熱處理的方法有關。也就是

說，滿足同一熱處理目的的不同熱處理方法所產生的處理效果可能會有差異。以

液態食品殺菌為例，低溫長時和高溫短時殺菌可以達到同樣的殺菌效果（巴氏殺

菌），但兩種殺菌方法對食品中的酶和食品成分的破壞效果可能不同。

殺菌溫度的提高雖然會加快微生物、酶和食品成分的破壞速率，但三者的破壞速

率增加并不一樣，其中微生物的破壞速率在高溫下較大。因此采用高溫短時的殺

菌方法對食品成分的保存較為有利，尤其在超高溫瞬時滅菌條件下更顯著，但此

時酶的破壞程度也會減小。此外，熱處理過程還需考慮熱的傳遞速率及其效果,

合理選擇實際行之有效的溫度及時間條件。

選擇熱殺菌方法和條件時應遵循下列基本原則，首先，熱處理應達到相應的熱處

理目的。以加工為主的，熱處理后食品應滿足熱加工的要求，以保藏為主要目的

的，熱處理后的食品應達到相應的殺菌、鈍化酶等目的。其次，應盡量減少熱處

理造成的食品營養成分的破壞和損失。熱處理過程不應產生有害物質，滿足食品

衛生的要求。熱處理過程要重視熱能在食品中的，’專遞特征與實際效果。

二、熱能在食品中的傳遞

對于熱殺菌而言，具體的熱處理過程可以通過兩種方法完成。一種是先用熱

交換器將食品殺菌并達到商業無菌的要求，然后裝入經過殺菌的容器并密封；另

一種是先將食品裝入容器，然后再進行密封和殺菌。

前一種方法多用于流態食品，由于熱處理是在熱交換器中進行，傳熱過程可

以通過一定的方法進行強化，傳熱也呈穩態傳熱；后一種方法是傳統的罐頭食品

加工方法。傳熱過程熱能必須通過容器后才能傳給食品，容器內各點的溫度隨熱

處理的時間而變，屬非穩態傳熱，而且傳熱的方式與食品的狀態有關，傳熱過程

的控制較為復雜。

（一）罐頭容器內食品的傳熱

影響容器內食品傳熱的因素包括：表面傳熱系數；食品和容器的物理性質；

加熱介質（蒸汽）的溫度和食品初始溫度之間的溫度差；容器的大小。

對于蒸汽加熱的情況，通常認為其表面傳熱系數很大（相對于食品的導熱性

而言），此時傳熱的阻力主要來自包裝及食品。對金屬包裝食品來說，傳熱時熱

穿透的速率取決于容器內食品的傳熱機制。對于粘度不很高的液體或湯汁中含有

小顆粒固體的食品，傳熱時食品會發生自然對流，熱穿透的速率較快，而且此時

的對流傳熱還可以通過旋轉或攪拌罐頭來加強，如旋轉式殺菌設備。容器內裝的

是特別黏稠的液態食品或固態食品時，食品中的傳熱主要以傳導的方式進行，其

熱穿透的速率較慢。

還有一些食品的傳熱可能是混合形式的，當食品的溫度較低時，傳熱為熱傳

導，而食品的溫度升高后，傳熱可能以對流為主。這類食品的熱穿透速率隨傳熱

形式的變化而發生變化。

要準確地評價罐頭食品在熱處理中的受熱程度，必須找出能代表罐頭容器內

食品溫度變化的溫度點，通常人們選罐內溫度變化最慢的冷點（Coldpoint）溫

度，加熱時該點的溫度最低（此時又稱最低加熱溫度點，Slowestheatingpoint）,

冷卻時該點的溫度最高。

罐頭冷點的位置與罐內食品的傳熱情況有關。對于傳導傳熱方式的罐頭，由于傳

熱的過程是從罐壁傳向罐頭的中心處，罐頭的冷點在罐內的幾何中心。對于對流

傳熱的罐頭，由于罐內食品發生對流，熱的食品二升，冷的食品下降，罐頭的冷

點將向下移，通常在罐內的中心軸上、罐頭幾何中心之下的某一位置。而傳導和

對流混合傳熱的罐。其冷點在上述兩者之間。

（二）評價熱穿透的數據

測定熱處理時傳熱的情況，應以冷點的溫度變化為依據。通常測溫儀是用銅

-康銅為熱電偶，利用其兩點上出現溫度差時測定其電位差，再換算成溫度的原

理。測溫頭可以預先安裝在罐內的兩點位置上，然后裝內容物并封罐，也可以采

用先裝罐封罐后再打孔將熱電偶測溫頭插入罐頭內。

前者的優點是完全可以達到所測定點的位置。特別是對各種塊狀的固體物,

可使熱電偶的測溫頭插入食品固體物內部的不同位置上，另一優點是不會破壞罐

頭原有的真空度，使測得的傳熱情況基本上和實罐一致。而后者則往往只能固定

在罐內一定部位（如冷點處），不易插入固體物內，即使插入，也很難控制在預

定部位，這為獲得正確和滿意的數據帶來困難。

傳熱曲線是將測得罐內冷點溫度（TP）隨時間的變化畫在半對數坐標上所得的曲

線。

三、食品熱處理條件的確定

為了知道食品熱處理后是否達到熱處理的目的，熱處理后的食品必須經過測

試，檢驗食品中微生物、酶和營養成分的破壞情況以及食品質量因素（色、香、

味和質感）的變化。

如果測試的結果表明熱處理的目的已達到，則相應的熱處理條件即可確定。

現在也可以采用數學模型的方法通過計算來確定熱處理的條件，但這一技術尚不

能完全取代傳統的實驗法，因為計算法的誤差需要通過實驗才能校正，而且作為

數學計算法的基礎，熱處理對象的耐熱性和熱處理時的傳熱參數都需要通過實驗

取得。

下面以罐頭食品的熱殺菌為主，介紹熱處理條件的確定方法。

（一）確定食品熱殺菌條件的過程

確定食品熱殺菌條件時，應考慮影響熱殺菌的各種因素。食品的熱殺菌以殺菌和

抑酶為主要目的，應基于微生物和酶的耐熱性，并根據實際熱處理時的傳熱情況,

確定達到殺菌和抑醐的最小熱處理程度。

（-）食品熱殺菌條件的計算

食品熱殺菌的條件主要是殺菌值和殺菌時間，目前廣泛應用的計算方法有3

種：改良基本法、公式法和列線圖解法。

1.改良基本法

1920年比奇洛(Bigelow)首先創立了罐頭殺菌理論，提出推算殺菌時訶的

基本法(Thegeneralmathod),又稱基本推算法。該方法提出了部分殺菌率的概

念，它通過計算包括升溫和冷卻階段在內的整個熱殺菌過程中的不同溫度一時間

組合時的致死率，累積求得整個熱殺菌過程的致死效果。1923年鮑爾(Ball)根

據加熱殺菌過程中罐頭中心所受的加熱效果用積分計算殺菌效果的方法，形成了

改良基本法(Improvedgeneralmethod)。該法提高了計算的準確性，成為一種

廣泛使用的方法。

在殺菌過程中，食品的溫度會隨著殺菌時間的變化而不斷發生變化，當溫度

超過微生物的致死溫度時，微生物就會出現死亡。溫度不同，微生物死亡的速率

不同。在致死溫度停留一段時間就有一定的殺菌效果。可以把整個殺菌過程看成

是在不同殺菌溫度下停留一段時間所取得的殺菌效果的總和。比奇洛首先提出了

部分殺菌量(Partialsterility)的概念。

殺菌值又稱F值,是指在一定的致死溫度下將一定數量的某種微生物全部殺

死所需的時間(min)o由于微生物的種類和溫度均為特指，通常F值要采用

上下標標注，以便于區分，即。一般將標準殺菌條件下的殺菌值記為Foo

對于罐頭的殺菌而言，要求達到的殺菌程度為商業無菌(Commercial

sterility)o經過試驗，人們確定了罐頭食品殺菌達到商業無菌的理論殺菌值：

F=TRTn=nD

上式中的遞減指數n因不同的對象菌而不同，如對于低酸性食品在標準殺菌

條件(121.1°C)下進行殺菌時，當對象菌是PA3679菌時，=5；對象菌是嗜熱

脂肪芽泡桿菌時，n=6；對象菌是肉毒梭狀芽抱桿菌時，n=12o

2.公式計算法

此法是由鮑爾提出，后經美國制罐公司熱工學研究組簡化，用來計算簡單型

和轉折型傳熱曲線上殺菌時間和F值。公式法是根據罐頭在殺菌過程中罐內容物

溫度的變化在半對數坐標紙上所繪出的加熱曲線，以及殺菌結束冷卻水立即進入

殺菌鍋進行冷卻的曲線才能進行推算并找出答案。

它的優點是可以在殺菌溫度變更時算出殺菌時間，其缺點是計算繁瑣、費時,

還容易在計算中發生錯誤，又要求加熱曲線必須呈有規則的簡單型加熱曲線或轉

折型加熱曲線，才能求得較正確的結果。

(三)食品熱殺菌條件的確定

1.實罐試驗

一般情況下罐頭食品經熱力殺菌處理后，其感官品質將下降，但如果采用高

溫短時殺菌，可加速罐內傳熱速率，從而使內容物感官品質變化減小，同時還提

高了殺菌設備的利用率。

以滿足理論計算的殺菌值(Fo)為目標，可以有各種不同殺菌溫度一時間的組合，

實罐試驗的目的就是根據罐頭食品質量、生產能力等綜合因素選定殺菌條件。

某些產品選用低溫長時間的殺菌條件可能更合適些。例如，屬于傳導傳熱型的非

均質態食品，若選用高溫短時殺菌條件，常會因為傳熱不均勻而導致有些個體食

品中出現Fo值過低的恃況，并有殺菌不足的危險，計算殺菌條件時，如lgg>l,

表明殺菌結束時冷點溫度和殺菌溫度差將超過10℃o這就表明傳熱速率很緩慢，

鄰近冷點食品受熱不足，而鄰近罐壁的部分食品則受熱過度。

2.實罐接種的殺菌試驗

實罐試驗時在根據產品感官質量最好和經濟上又最合理所選定的溫度一時

間組合成最適宜的殺菌條件基礎上，為了確證所確定(理論性)殺菌條件的合理

性，往往還要進行實罐接種的殺菌試驗。將常見導致罐頭腐敗的細菌或芽抱定量

接種在罐頭內，在所選定的殺菌溫度中進行不同時間的殺菌，再保溫檢查其腐敗

率。

根據實際商業上一般允許罐頭腐敗率為0.01%來計算。如檢出的正確率為

95%,實罐試驗數應達29,960罐之多。當然不可能用數量如此大的罐頭來做試

驗，經濟上也不合理。

因此，常采用將耐熱性強的腐敗菌接種于數量較少的罐頭內進行殺菌試驗，

借以確訐殺菌條件的安全程度。如實罐接種殺菌試驗結果與理論計算結果很接近,

則對所訂殺菌條件的合理性和安全性有了更可靠的保證和高度的信心。此外，對

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合適的殺菌條

件。

(1)試驗用微生物

通常低酸性食品用耐熱性高于肉毒桿菌的梭狀產芽抱桿菌(Clostridium

sporogenses)PA3679芽抱，pH<3.7的酸性食品用巴氏固氮梭狀芽泡桿菌

(Clostridiumpasteurianum)或凝結芽胞桿菌(Bacilluscoagulans)芽。,高酸

性食品則用乳酸菌、酵母做試驗對象菌。

(2)實罐接種方法

對流傳熱的產品可接種在罐內任何處，而傳導傳熱產品則不同。根據研究，

這類產品的冷點在幾何中心處，冷點的受熱程度約低10%,因此在計算時要考慮

到這一點，總的芽抱數是根據實際測定結果而確定。

(3)試驗罐數

如果每一組取試驗罐50只(一般使用于大罐)，則正確率為95%時，可求得最

小腐敗率5%-6%。這樣的試樣量是必需的，最好每組取試驗罐100只或更多一

些，則可求得更小的腐敗率。另外應有空白對照樣。品質鑒評樣、傳熱測定可用

25-50罐。

(4)試驗分組

根據殺菌條件的理論計算，按殺菌時間的長短至少分為5組，其中1組為殺菌時

間最短，試樣腐敗率達到100%；1組為殺菌時間最長，預計可達0%的腐敗率；

其余3組的殺菌時間將出現不同的腐敗率，通常殺菌時間在30-100min之間，每

隔5min為1組，比較理想的是根據F值隨溫度提高時按對數規律遞減情況，F

值可按().5、1.0、2.()、4.0、6.0,確定不同加熱時間加以分組。

每次試驗要控制為5組，否則罐數太多，封罐前后停留時間過長，將影響試驗結

果。因此試驗要求在一天內完成，并用同一材料。

對照組的罐頭也應有3-5組，以便核對自然污染微生物的耐熱性，同時用來

檢查核對二重卷邊是否良好，罐內凈重、瀝干重和頂隙度等。還將用6-12罐供

測定冷點溫度之用。

(5)試驗記錄

試驗時必須對以下內容進行測定并做好記錄：接種微牛物菌名和編號：接種

菌液量、接種菌數和接種方法；各操作時間(如預處理時間、裝罐時間、排氣、

封罐前停留時間等)；熱燙溫度與時間；裝罐溫度；裝罐重量；內容物豁度(如

果它為重要因子)；頂隙度；鹽水或湯汁的濃度；熱排氣溫度與時間；封罐和蒸

汽噴射條件；真空度(指真空封罐)；封罐時內容物溫度；殺菌前罐頭初溫；殺

菌升溫時間；殺菌過程中各階段的溫度和時間；殺菌鍋上儀表(壓力表、水銀溫

度計，溫度記錄儀)指示值；冷卻條件。

3.保溫貯藏試驗

接種實罐試驗后的試樣要在恒溫下進行保溫試驗。培養溫度依據試驗菌的不

同而不同。

4.生產線上實罐試驗

接種實罐試驗和保溫試驗結果都正常的罐頭加熱殺菌條件，就可以進入生產線的

實罐試驗做最后驗證。出樣量至少100罐以上，試驗時必須對以下內容進行測定

并做好記錄。

四、典型的熱處理工藝

（一）工業烹飪

1.焙烤

焙（Baking）和烤（Roasting）基本上是相同的單元操作，它們都是以高溫

熱來改變食品的食用特性。

兩者的區別在于烘焙主要用于面制品和水果，而燒烤主要針對肉類、堅果和

蔬菜。焙烤也可達到一定的殺菌和降低食品表面水分活性的作用，使制品有一定

的保藏性。但焙烤食品的貯藏期一般較短，結合冷藏和包裝可適當地延長貯臧期。

焙烤過程中的傳熱存在著傳導、對流和熱輻射等多種形式。烤爐的爐壁通過

熱輻射向食品提供反射熱能，遠紅外線輻射則通過食品對遠紅外線吸收以及遠紅

外線與食品的相互作用產生熱能。

傳導通常是通過載裝食品的模盤傳給食品，模盤一般與烤爐的爐底或傳送帶

接觸，增加模盤與食品間的溫度差可加快焙烤的速率。烤爐內自然或強制循環的

熱空氣、水蒸氣或其他氣體則起到對流傳熱的作用。

食品在烤爐中焙烤時，水分從食品表面蒸發逸出并被空氣帶走，食品表面與

食品內部的濕度梯度導致食品內部的水分向食晶表面轉移，當食品表面的水分蒸

發速率大于食品內部的水分向食品表面轉移速率時，蒸發的區域會移向食品內部,

食品表面會干化，食品表面的溫度會迅速升高到熱空氣的溫度（110-240℃）,形

成硬殼（Crust）o

食品焙烤時的加熱方式有直接加熱法和間接加熱法。

直接加熱法通過直接燃燒燃料來加熱食品，可通過控制燃燒的速率和熱空氣

的流速來調節溫度“此方法加熱時間短，熱效率高，容易控制，而且設備的啟動

時間短。但產品可能會受到不良燃燒產物的污染，燃燒室也需定期的維護以保持

其高效運作。

間接加熱法通過燃燒燃料加熱空氣或產生蒸汽，蒸汽也可由鍋爐提供。空氣

或蒸汽通過加熱管（走管內）加熱焙烤室內的空氣和食品。燃燒氣體可以通過位

于烘爐內的輻射散熱器散熱，也可在烘爐壁的夾層中通過來加熱爐內的空氣和食。

通過電加熱管（板）加熱也屬于間接加熱法。此法衛生條件好，安全性高。

2.油炸

油炸也主要是為了提高食品的食用品質而采用的一種熱處理手段。通過油炸

可以產生油炸食品特有的色、香、味和質感。油炸處理也有一定的殺菌、火酶和

降低食品水分活性的作用。油炸食品的貯臧性主要由油炸后食品的水分活性所決

定。

當食品被放入熱油中，食品表面層的溫度會很快升高，水分也會迅速蒸發。

其傳熱傳質的情況與焙烤時的情況相似，傳熱的速率取決于油和食品之間的溫度

差，熱穿透的速率則由食品的導熱特性決定。油炸后食品表面形成的硬殼呈多孔

結構，里面具有大小不同的毛細管，油炸時水和水蒸氣從較大的毛細管逸出，其

位置被油取代。緊貼食品表面的邊界層的厚度決定了傳熱傳質的快慢，邊界層的

厚度又與油的黏度和速率有關。

食品獲得完全油炸的時間取決于食品的種類、油的溫度、油炸的方法、食品

的厚度（大小）和所要達到的食用品質。對于一些有可能污染致病菌的食品（如

肉類），如果要通過油炸取得殺菌的作用，油炸時必須使食品內部受到足夠的熱

處理程度。

油炸溫度的選擇主要由油炸工藝的經濟性和希望達到的油炸效果所決定。溫

度高，時間一般較短，設備的生產能力也相對較高。但溫度高會加速油脂降解成

游離脂肪酸，這會改變油的黏度、風味和色澤，這樣會增加換油的次數，加大油

的消耗。另一經濟方面的損失是食品在高溫產生的一些不良變化，食品中的含油

量也會提高。丙烯醛是高溫時產生的降解物，它在油的上方產生藍色的煙霧，造

成空氣污染。

油炸溫度的選擇還取決于油炸后食品希望達到的油炸效果。一些食品（如炸

面圈、炸魚和家禽等）油炸時油的溫度較高，油炸的時間較短，油炸后食品表面

形成硬殼，但食品內部水分含量仍較高，食品在貯藏過程中由于水分和油脂的擴

散，食品表面很快會變軟，因此不耐貯藏。

(二)熱燙

熱燙具有殺菌、排除食品物料中的氣體、軟化食品物料以便于裝罐等作用。

蔬菜和水果的熱燙還可結合去皮、清洗和增硬等處理形式同時進行。

根據其加熱介質的種類和加熱方式的情況，目前使用的熱燙方法可分為：熱

水熱燙(Hot-waterblanching)>蒸汽熱燙(Steamblanching)、熱空氣熱燙(Hot-air

blanching)和微波熱燙(Microwaveblanching)等。其中又以熱水熱燙和蒸汽熱

燙較為常用。

熱水熱燙采用熱水作為加熱和傳熱的介質，熱燙時食品物料浸沒于熱水中或

將熱水噴淋到食品物料上面。這種方法傳熱均勻，熱利用率較高，投資小，操作

易控制，對物料有一定的清洗作用。食品中的水溶性成分(包括維生素、礦物質

和糖類等)易大量損失，耗水量大，產生大量廢水。

蒸汽熱燙是用蒸汽直接噴向食品物料，這種方法克服了熱水熱燙的一些不足。

食品物料中的水溶性成分損失少，產生的廢水少或基本上無廢水。設備投資較熱

水法大，大量處理原料時可能會傳熱不均，熱效率較熱水法低，熱燙后食品重量

上有損失。

熱空氣熱燙通常采用空氣和水蒸氣混合(沸騰床式)力口熱。熱處理時間短，

食品的質量較好，無廢水，有一定的物料混合作用。設備較復雜，操作要求高，

多處于研究階段。

微波熱燙則是采用微波直接作用于食品物料并產生熱能，其熱效率高，時間短，

對食品中的營養成分破壞小，無廢水，和蒸汽結合使用可降低成本，縮短熱燙時

間。設備投資較大，成本高。

(三)熱擠壓

熱擠壓是指物料在擠壓過程中還受到熱的作用。擠壓過程中的熱可以由擠壓

機和物料自身的摩擦和剪切作用產生，也可由外熱導入。熱能使物料的溫度上升，

發生“蒸煮”作用。

特點：生產工藝簡單、熱效率高、可連續化生產、應用的物料范圍廣、產品形式

多、投資少、生產費用低以及無副產物產生等。

根據擠壓過程各階段的作用和擠壓食品的變化,擠壓過程一般可分為:輸送混合、

壓縮剪切，熱熔均壓和成型膨化等階段，但每一段之間的變化有時很難分清楚.

物料質構上的變化主要發生在壓縮剪切、熱熔均壓和成型膨化等階段。

熱擠壓中的蒸煮作用是一種典型的熱處理，它使食品物料中的淀粉質組分發生水

合、糊化和凝膠化，使蛋白質組分發生水合和變性，氨基酸和還原糖發生美拉德

反應等作用，此外它還具有一般熱處理的殺菌、滅酶以及對物料中的抗營養因子

的破壞作用等。

根據擠壓過程中剪切力的大小可將擠壓機分為高剪切力和低剪切力兩種，擠壓機

也可根據加熱的方式分為自熱式和加熱式，根據螺桿的數量分為單螺桿式和雙螺

桿式。

影響擠壓食品質量的兩個主要因素是擠壓的工藝操作條件和食品物料的流

變學特性。最主要的工藝操作條件包括：溫度、壓力、擠壓設備筒體的尺寸和剪

切速率。剪切速率受筒體的設計、螺桿的轉速和螺桿的幾何形狀等的影響。物料

的特性是影響擠出物質構和色澤的主要因素，物料的主要特性包括物料的水分、

物理狀態和化學組成，特別是物料中淀粉、蛋白質、脂肪和糖類的種類和比例。

（四）殺菌

巴氏殺菌的食品物料一般貯藏期較短，通常只有幾小時到幾天，結合其他的

貯藏條件可以提高其貯藏期。

殺菌的方法通常以壓力、溫度、時間、加熱介質和設備以及殺菌和裝罐密封

的關系等來劃分，以壓力劃分可分為常壓殺菌和加壓殺菌；殺菌的加熱介質可以

是熱水、水蒸氣、水蒸氣和空氣的混合物以及火焰等。

常壓殺菌主要以水（也有用水蒸氣）為加熱介質，殺菌溫度在100℃或100℃

以下，用于酸性食品或殺菌程度要求不高的低酸性食品的殺菌。殺菌時罐頭處于

常壓下，適合于金屬罐、玻璃瓶和軟性包裝材料為容器的罐頭。殺菌設備有訶歇

式和連續式的。

加壓殺菌通常用水蒸氣，也可以用加壓水作為殺菌介質。高壓蒸汽殺菌是利

用飽和水蒸氣作為加熱介質，殺菌時罐頭處于飽和蒸汽中，殺菌溫度高于10DC,

用于低酸性食品的殺菌。殺菌設備有間歇式和連續式的，罐頭在殺菌設備中有靜

止的也有回轉的。回轉式殺菌設備可以縮短殺菌時間。

高壓水煮殺菌則是利用空氣加壓下的水作為用熱介質，殺菌溫度高于100℃,

主要用于玻璃瓶和軟性材料為容器的低酸性罐頭的殺菌。

殺菌（包括冷卻）時罐頭浸沒于水中以使傳熱均勻，并防止由于罐內外壓差

太大或溫度變化過劇而造成的容器破損。殺菌時需保持空氣和水的良好循環以使

溫度均勻。殺菌設備主要是間歇式的，但罐頭在殺菌時可保持回轉。

空氣加壓蒸汽殺菌是利用蒸汽為加熱介質，同時在殺菌設備內加入壓縮空氣

以增加罐外壓力，減小罐內外壓差。主要用于玻璃瓶和軟罐頭的高溫殺菌。殺菌

溫度在100℃以上，殺菌設備為間歇式。其控制要求嚴格，否則易造成殺菌時殺

菌設備內溫度分配不均。

火焰殺菌是利用火焰直接加熱罐頭，是一種常壓下的高溫短時殺菌。殺菌時

罐頭經預熱后在高溫火焰（溫度達1300C以上）上滾過，短時間內達到高溫，

維持一段較短時間后，經水噴淋冷卻。

熱裝罐密封殺菌則是對裝罐前的食品進行熱處理.，然后趁熱立即將食品裝罐

密封，利用食品的余熱完成對密封后罐頭的殺菌或進行二次殺菌，達到殺菌要求

后再將罐頭冷卻。主要用于汁醬類酸性食品的殺菌。殺菌設備多用管式或片式,

對裝罐容器的清潔無菌程度要求較高，密封后多將罐頭倒置，以保證對罐蓋的殺

菌。

預殺菌無菌裝罐（包裝）使食品在預殺菌過程中達到殺菌要求，然后冷卻至

常溫，在無菌的狀態下裝入經滅菌處理的無菌容器中并進行密封（封罐）。多用

于液態和半液態食品的殺菌。預殺菌在熱交換器中完成，時間短。

無菌裝罐可在無菌包裝設備或系統中完成，是一種連續的高溫短時或超高溫瞬時

殺菌方法。適用于軟性包裝材料和金屬、塑料容器。

第四節食品的非熱殺菌

一、食品非熱殺菌技術的種類

近年來，對新的非熱殺菌技術的研究愈來愈多，并有一些已投入應用。世界各國

（包括我國）都已將一些非熱殺菌技術應用列為21世紀重點研究和開發的食品

新技術之一。新殺菌技術實際應用須解決3個問題：是否引起新的污染；是否比

傳統方法有明顯的經濟優勢；能否實現規模化生產、加工。

非熱殺菌技術主要包括物理殺菌和化學殺菌。非熱物理殺菌是采用物理手段（如

電磁波、壓力、光照等）進行殺菌，化學殺菌則是通過化學試劑來達到殺菌的作

用。

特點：物理殺菌不需要向食品中加入化學物質，因而克服了化學試劑與微生物細

胞內物質作用生成的產物對人體產生的不良影響，同時避免了食品中殘留的化學

試劑對人體的負面作用；物理殺菌是一次性殺菌，對菌體有較強烈的作用，物理

殺菌效果明顯，條件易于控制，外界環境的影響較小；物理殺菌能更好地保持食

品的自然風味，甚至改善食品的質構，如超高壓殺菌用于肉類和水產品類，提高

了肉制品的嫩度和風味。

二、重要的食品非熱殺菌技術

1.超高壓（UHP,又稱為高靜壓/HHP）殺菌技術

食品的超高壓處理技術是指將密封于彈性容器內的食品置于水或其他液體作為

傳壓介質的壓力系統中，經100MPa以上的壓力處理，以達到殺菌、滅酶和改

善食品的功能特性等作用。

超高壓處理通常在室溫或較低的溫度下進行，在一定高壓下食品蛋白質變性、淀

粉糊化、酶失活，生命停止活動，細菌等微生物被殺死。而在超高壓作用下，蛋

白質等生物高分子物質及色素、維生素、香氣成分等低分子化合物的共價鍵卻不

發生變化，從而使超高壓處理過的食品仍然保持其原有的營養價值、色澤和天然

風味。

優點：它能在常溫或較