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通过热处理控制

2016-11-30 10:48:45 来源:食品伙伴网 浏览:

    前面讨论了冷藏和冷冻可以阻止微生物繁殖,而要杀死或灭活微生物通常是采用加热。通常食品加工企业用于杀灭和控制微生物生长的热处理有几种形式;预煮 (热烫)、巴氏消毒法、加热杀菌或灭菌,还有热的保持。

  本部分将概述每种热处理过程。首先介绍有关热向食物传递热的两种主要形式。第一种是传导传热,热是缓慢地由一个粒子向下一个传递,首先是容器被加热,然后将热传递给食物,食物受热最慢的点通常是离热源最远的点,当在炉中烤肉或干的包装的情形就是这样,中心受热最慢。另一种热传递较快的形式叫对流传热,热传导方式通过容器壁,当食物受热时,延着容器壁食物温度升高,远离容器壁的食物下沉,产生循环,帮助热在容器内传递,当然,对流传热只能在食物能够流动时才能进行,如液体或固液混合体类的食物,如汤罐头或青豆罐头。对流传热的冷点一般在液体上下流动的交叉点,对流加快了热处理,使得内容物受热更快,更均匀。

  为了更快地加热和使得食物受热更均匀,我们还可以使用强制对流。通过外力促使食物摇动,摇动或晃动加快了自然的对流过程,更快地将热从容器的表面传递给食物本身,这就是为什么某些加工者使用旋转装式杀菌锅来对罐头食品进行热处理。

  知道热是如何传递进食物是容易的,但要科学地计算需要多少热量才能杀灭致病菌这并不容易,你不能期望经过一定的热处理微生物就肯定都能被杀死。

  影响微生物死亡速度的因素很多,主要包括:食物的导热性,食物的特性,微生物的种类,和微生物的耐热性,下面我们将分别讨论。

  影响致死率的因素

  ·食物的导热性

  ·食物的特性

  ·微生物的种类(芽胞或营养细胞)

  ·微生物细胞的耐热性

  导热性:不同的食物导热方式不同,传热速率也不同。如前面介绍的热传导导热和对流导热,它们的冷点也不同。在食物冷点的致病菌将比那些在食物表面的灭活更慢,因为它们受热更少。

  食物的特性:食物一定的特性使得热处理更易或更难破坏其中存在的致病菌。这里有三个例子:在酸性环境下食物中的致病菌更易破坏;糖和油的存在降低了热对致病菌的作用;湿度的大小,包括食物的湿度和环境湿度,使得致病菌灭活更容易。

  微生物的种类(芽胞或繁殖体):同一致病菌的芽胞比其繁殖体耐热性高得多,同时不同的致病菌具有不同的热耐受性。例如,单核李斯特菌,非常耐热,而创伤弧菌具有很强的热敏感性。然而,无论那一种的耐热性,都无法和肉毒梭菌或腊样芽胞杆菌相比,除了高压杀菌,在许多种热处理的情况下这两种菌都能存活。

  这就是一些为什么各种不同的致病性微生物不会同时死亡的原因。而且,一种致病菌的数千个细胞放在一个食品罐中,它们受到相同的热处理,仍然不会同时死亡,这是因为相同种的致病菌个体的差异。如同每一种生物,一些强壮,一些较弱,知道对食物的加热量来灭活其中的致病菌和一些方法来预测致病菌的灭活是很重要的。

一、预煮

  预煮是一种比较温和的热处理形式,用来改善食品的质量。预煮可去除产品中的气体,软化产品,固定产品的色泽以及灭活酶的活性等。

  它同样具有杀灭或减少热敏感致病菌和腐败微生物数量的作用。

  水和蒸汽型的预煮机在食品加工业中最为常用,它们的构造和操作相似,产品由传送带或螺旋结构进入水浴或一蒸汽仓内,水可以通过通入蒸汽直接加热或分布在水浴中的管道进行加热。

  控制预煮的时间和温度通常并不作为控制食品安全的关键点,只有在预煮作为后道热杀菌的准备才是例外。对预煮设备如果不控制预煮的温度和时间,杀菌可能导致偏差,预煮应放在82℃或更高温度下进行,并须频繁腾空清理并清洁来防止耐热菌的生长。

  控制仪器,通常是在水浴中或在流动蒸汽中安放指针式温度计。如果微小的温度变化是重要的,指针式温度计需替换成/或增加温度控制记录仪。

  因为大量用于商业化的预煮机从进料到出料都是连续式的,预煮时间通过设备传动的速度来控制,这可以通过某一产品从进到出的时间来进行核查,同样可以通过计算设备的转速来进行检查。

二、巴氏消毒法

  巴氏消毒法通常用来杀灭那些在正常储藏条件下可以生长的致病菌的营养细胞,它同样用于降低腐败微生物的数量以保障有效的货架期,但在另一些场合应用,有别的含意,这点将在后面进行讨论。巴氏杀菌通常是用沸点以下的温度进行热处理,一些例子如下。

  巴氏灭菌奶,这个过程是用来灭活对热较稳定的病原菌如立克次氏体,同样它能有效地杀灭单核李斯特氏菌(最耐热的非芽胞致病菌)。巴氏灭菌奶是通过冷藏的方式进行销售,非真空包装。因此,那些生长温度要求10℃或更高的厌氧芽胞致病菌,如肉毒梭菌,产气夹膜梭菌,并不是巴氏消毒的对象菌。

  巴氏灭菌蟹肉:这里采用的杀菌是将E型肉毒梭菌作为对象菌,杀菌过程杀灭所有致病菌的营养细胞,但对A型的肉毒梭菌无效,因为它更耐热,但可以通过冷藏控制A型肉毒梭菌,因为它无法在10℃以下繁殖。

  酸化产品:如水果汁和高糖产品,水果保藏常常用巴氏灭菌来杀灭霉菌和酵母,这些微生物都有可能生长并产生腐败。对加工者而言这并不是出于安全考虑,但在经济上是必须的。这些产品的货架期通常是稳定的,致病菌的生长由于食品中酸或糖的存在而受到抑制。

  部分这类产品并不采用巴氏消毒来杀灭霉菌和酵母,而是在冷藏条件下销售。当前,未经巴氏消毒的苹果汁中的有些与致病性大肠杆菌有关的问题已经改变了我们通常对这类或相似产品的显著危害的观点。不再仅仅考虑在贮藏和销售中可能繁殖的致病菌,同样考虑那些可能简单地隐藏在产品中的致病菌,因此,这些产品应该采用目标菌为大肠杆菌的巴氏杀菌。

  巴氏灭菌牡蛎是一种特殊产品,它容易导致有健康问题的人群患食源性疾病,特别是创伤弧菌,常常导致死亡。巴氏杀菌的对象为创伤弧菌,它对热非常敏感,这意味着绝大部分其他致病菌,和腐败性微生物在加工中并未受到损害。包装不是密封的,因此肉毒梭菌不是一个危害,去壳的牡蛎通过冷藏销售,具有相对较短的货架期,因为产品是生的,腐败微生物和大量存在成为病原菌的竞争菌,结果导致产品在它变得不安全以前,已经腐败变质,巴氏灭菌过程是非常温和的,导致产品还是生的,带有大量完整的腐败微生物。腐败微生物和冷藏条件对致病菌的生长形成了障碍。

  有些巴氏灭菌系统用来处理液体产品,如奶和果汁,另一些是用来处理固体产品。有些是采用逐批处理,而有些是采用连续处理。

  巴氏杀菌锅:

  巴氏杀菌锅用于流体,特别是乳制品巴氏杀菌。是通过一个蒸汽通在夹层内壁之间的夹层锅对牛乳进行杀菌。牛乳上面液面上层必须加热以,确保一些牛乳的气泡得到充分杀菌。杀菌锅必须有搅拌装置,强制进行热的对流,这样可以确保全部牛乳的杀菌按规程进行。应采取各种特殊装置来确保夹层内不存在死角,比如出品阀,在这个区域里牛乳与空气分离而没有受到足够的热处理。

乳制品的巴氏杀菌

产 品

低温长时间

高温短时间

脱脂或全脂牛乳、干酪乳清

63℃/30分钟

72℃/15秒

浓缩脱脂牛乳、加甜味剂和冰淇淋混合物的牛乳

68℃/30分钟

79℃/25秒

奶油

74℃/30分钟

85℃/15秒

    乳制品的巴氏杀菌过程被称做低温长时间过程,时间为30分钟,杀菌温度根据脂肪含量不同而从63℃到74℃。为了确保得到这个最低的杀菌过程,杀菌锅必须在液体牛乳中装有既能指示又能记录数值的温度计,而且在牛乳上面的空间要装指示式的温度计。这种杀菌锅盛放产品的容积有限,而且能耗较高。因此,多数制造液体产品的杀菌器都采用片式热交换器的连续式巴氏杀菌器。

  牛乳是从原料贮存罐进入到杀菌工艺系统的,原料贮存罐的乳能保持液位平衡。平衡罐的位置必须低于整个系统,目的是为了一旦发生停电,所有原料乳能返回到平衡罐里,当这个系统恢复供电时重新进行杀菌。原料乳被一个小的提升泵从平衡罐里抽出,通常使用不会产生很大压力的离心泵。原料乳被送到片式热交换器的热回收段,在这个热回收段里原料乳从已经被杀菌过的牛乳中吸收热量。原料乳与已经消毒过的牛乳被一个薄薄的不锈钢片隔开。热的原料乳通过定时泵来传递,它是一个已经校准和密封的,以设定的流速来传送牛乳的泵。定时泵必须是一正排量泵,而且它可以当作均质器。定时泵使原料乳通过片式热交换器的热交换段,原料乳从不锈钢隔层另一侧的蒸汽或热水获得的热量。当原料就达到预设巴氏杀菌温度略高些时,原料乳就离开热交换段,进入到一个收集管里,这是一个连续不断朝上倾斜的管子。以预设的定时泵速度,让牛乳流过收集管管长,获得设定杀菌时间。在管子的末端牛乳的温度能自动测量。假如管子末端的温度计显示温度在巴氏杀菌温度之上时,就可以确定牛乳在规定的时间内已经经过巴氏杀菌了。收集管必须向上倾斜,目的是不让气泡形成。否则气泡就会限制管的直径,使流速加快,缩短杀菌过程。

  除了指示温度计外,温度控制记录仪也能测量温度和记录温度,而且控制导流阀。假如温度维持在预先设定的最低温度或之上,这个阀门就一直打开。如果没达到最低温度,阀门就关上,迫使杀菌不彻底的牛乳返回到平衡罐里。导流阀的位置(开或关)自动记录在的温度记录纸上。

  从定时泵出来的消毒乳仍然有压力,然后通过片式热交换器的热回收段,在这里消毒乳可以把一些热量传递给被不锈钢片隔开的原料乳,这些板式很薄且附着一些小乳。因此消毒乳通常必须处在比原料乳大的压力下,这样一些渗出物就以消毒乳一端流向原料乳的一端,通过在热交换器回收段原料乳段安置定时泵,这种压力差就有保证了。保证经过巴氏灭菌的消毒奶不会被原料乳污染。

  位于热回收段的原料乳段调压泵必须相对比较小,而且当有足够的反压时泵就会打滑,象离心泵,这种方法不会产生更大的压力。如果使用调压泵,则必需在热回收部位原料乳侧的进口端和热回收部位消毒乳侧的出口端安置压力传感器和压力表,而且必须是消毒乳侧压力大于原料乳侧,假如不是这样的话,传感器必须促使调压泵关闭,定时泵失灵或导流阀关阀也必须同样迫使调压泵关闭。因为在这种情况下,在消毒乳侧就没有压力产生。

  当牛乳离开片式热回收段,它就进入片式热交换器的冷却段,这里冷却水在板片的另一侧,它使牛乳冷却到贮存所需的温度。最后,牛乳流到消毒乳贮存罐里,这个系统的最高点必须存在空气敞开点,来保证消毒乳中有正压力。

  还有其它几种适用于液体或半流体产品的巴氏杀菌器,管式热交换器、刮板式热交换器和喷射加热器,每种热交换器都有它们各自优点和缺点。管式热交换器,刮板式热交器和片式热交换器可以用作加热或冷却产品之用。

  管式热交换器

  在管式热交换器里,产品在夹层管子里流动,夹层内热水或蒸汽与产品逆流着。流速、管长、加热介质的温度和产品本身的特性是影响热传递的因素。这种热交换器通常用在调味乳制品、高粘度果汁等食品的巴氏杀菌,这些食品会污染片式热交换器。

  刮板式热交换器

  干酪酱、布丁、人造黄油和花生脂等高粘度的食品不用管式热交换器,而用刮板式热交换器。刮板式热交换也是由内管和外管组成。但内管中旋转刮板不停地扫刮管内壁,这种扫刮推进很快,均匀加热,使食品焦结程度减少到最低。除了刮板运动速度也能影响热传递效率外,其它控制因素与管式热交换器相似。

  蒸汽直接喷射式巴氏杀菌器

  这种杀菌方式是蒸汽直接喷射到产品上而提高它的温度,这种类型的加热方式必须根据由蒸汽带来的水量,不断调整,或用其它方法来除去所加入的水。

  许多产品是在包装到容器内在水浴、水喷射或蒸汽环境中进行巴氏杀菌。例如,特选蟹肉罐头使用间歇式巴氏杀菌,它通常使用两个大的水槽,一个为了加热蟹肉罐头,另一个用于冷却蟹肉罐头用。

  因为这种杀菌过程对杀灭A型肉毒梭菌和其它类型的腐败菌无效,而以食品在完成巴氏杀菌后要尽快地冷却到某一个温度之下,抑制A型肉毒梭菌和其它残存微生物的活动,盛冰水或冷却水的第二个罐就是为了达到这个目的。成品通常贮存在3℃下或更低,目的是为了阻止E型肉毒梭菌芽胞再生长。

  为正确地控制这个杀菌过程,需要在热水浴锅里安装有温度指示记录仪和一个计时器。这个系统与其它已经讨论过的系统不同的是控制水温而不是产品的温度。

  重要一点是在每次杀菌结束时,至少应检查一至两个经过热水杀菌的罐头的中心温度。

  连续巴氏杀菌系统:

  连续式巴氏杀菌多用于许多最终包装容器产品的巴氏杀菌,例如醋、啤酒、果汁和酸化食品。在这个系统中,容器在一个连续的皮带上输送通过蒸汽和热水喷射逐渐加热,然后用水喷射冷却。其加工过程由传送带的速度来决定。这种控制主要是对水喷射或蒸汽环境的温度进行控制,而不是产品温度。因此,很重要的一点就是确保水喷射器正常地工作,使容器得到足够的杀菌。

三、热保持

  热保持一般是使食品温度在5℃以下或60℃以上保存。

  热保持可用一个可以加热的盛水容器,使它产生蒸汽,来加热锅中的食物。当足够的蒸汽使食物的温度保持在60℃以上时,致病菌的生长就得到了抑制。低于这个温度,致病菌就有可能繁殖,控制这个工序最好的办法是定时检测食品内部的温度。

  虽然热常用于调味料在未与其他配料混合前的处理。温度的控制预煮一样。在某些情形下,对产品的安全性而言,保持合适的温度并不是一个关键控制点,例如调味料中的pH值或水活度并不在适合致病菌生长条件的范围内。

四、高压热力杀菌

  最后一种热处理形式称之为高压杀菌或罐头杀菌。高压杀菌是一种相当厉害的加热过程,它的温度必须控制在沸点之上,一般121℃左右,为了达到这个温度蒸汽或水应处在很高的大气压下面。因为每平方英寸15磅的压力下才能达到121℃这个温度。

  高压杀菌是在一个可以耐受很高压力的容器内进行,它的实质是一只压力锅或者高压锅。

  高压杀菌的目的是生产商业无菌食品。这就是说成品中所有在正常非冷藏条件下贮藏能够生长的病原菌和非病原菌都已经被杀死。虽然高压杀菌的目的是使食品达到商业无菌,但是耐热的腐败性生微生物有可能存活下来。对加工者而言,与其说这是一个公共健康的问题,不如称其为一个经济问题。我们更关心用于控制致病菌在非冷藏条件下存活繁殖的最低热力杀菌。这种杀菌通常将肉毒梭菌A型的芽胞作为对象菌,因为它们是所有致病菌中最耐热的。

  热处理只是整个过程的一半,另一半是包装。产品包装必须保证经过热处理的食品不再被污染。这种包装叫密封,在金属罐中称为卷封,在玻璃罐中称为盖,在塑料蒸煮袋中称为热熔封是密封的几个例子。

  当产品装入容器并密封,下道工序就是高压杀菌,容器放入杀菌锅中,热介质就进入杀菌锅中,围绕在容器周围。

  高压蒸汽是最常用的热介质,但同样可使用高压过热水,蒸汽和空气的混合气体,因为蒸汽是最常用的,在此就以它为例。

  热能是由蒸汽传向容器,然后向产品传递。容器在蒸汽环境中保持预定的一段时间。然后,用水冷却。冷却可以是在杀菌锅中水淋,也可以把罐头从杀菌锅中移至冷却槽中,或者也可以通过空气冷却。

  在杀菌中需要考虑的最重要的因素是;需要多少热量才能灭活在加工食品中的肉毒梭菌,这就需要进行耐热性试验;确定容器中冷点的加热速率──这被称为热穿透试验;同时,确定每一个罐头都与加热介质(蒸汽、水或蒸汽/空气)接触并在设计的温度之上──这称为热分布试验。

  所有这些步骤都是杀菌公式制定中的组成部分。杀菌公式制定的第一步就是确定对象致病菌的耐热性。多年来科研人员对肉毒梭菌等致病菌已经进行了许多的研究。但是,食品本身可能影响致病菌的致死率,所以,对新的,或未经研究的产品进行额外的研究是有必要的。

  热穿透试验研究仅适用在试验中已研究的条件。一些因素可以显著影响杀菌的致死率,影响热穿透的因素包括:初温,热介质,装入量,产品粘度,固、液比,产品准备的方式,块形、大小和摆放形式 ,罐头在杀菌锅中的位置,真空包装产品的真空度和顶隙,容器的大小和形状,旋转式热处理产品中的顶隙。

  初温或称IT:初温越低,罐头的加热越慢。

  加热介质:蒸汽、水和蒸汽/空气以不同的速率向容器放热。

  装入量:罐头中装入的产品多,可能会导致加热减慢,在某些情况(如加工火腿,整鸡等)产品必须与罐壁接触来进行良好的加热。

  产品的粘度:产品的粘度越大,加热越慢,这是因为它降低产品对流的速度。固液比:同样原因,固体含量越高,产品加热速度越慢。

  产品预处理的方法:经过预煮以后有些产品组织更紧密,降低了传热,经过预煮,另一些产品可以导致严重水解,同样降低了加热速度。块形,大小和摆放:块形越大,加热越慢,如果块的摆放、影响了对流,加热同样降低。容器在杀菌锅中的位置:对某些产品这同样会影响对流。真空和顶隙:在真空包装产品中,顶隙是在罐头顶部食品上方的空隙一降低无论是顶隙还是真空度,都将降低加热的速度。

  罐头的形状和大小:罐头越大,加热越慢,特别对传导型的产品。罐头的形状同样可以影响对流。

  旋转式热处理中的顶隙:顶隙越小,传热越慢,因为导致通过产品运动而旋转的顶隙球较小。

  热穿透试验经常通过接种试验来确认。在这些研究中,一种比肉毒梭菌耐热性更强的非致病菌接种进罐头产品中,然后进行热处理。经保温试验观察其腐败的情况。

  热力杀菌公式同样可以采用其他的科学方法来建立。有些产品需要特殊的方法来制定杀菌公式




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