食品工艺学 专题07 食品的商业杀菌 与商业无菌 主讲教师：钟瑞敏

学习内容 学习重点 第二节 热力杀菌微生物控制理论 第三节 食品的商业无菌 第一节 食品的杀菌与除菌方法 1、热力杀菌与非热杀菌一般机理 第一节 食品的杀菌与除菌方法 第二节 热力杀菌微生物控制理论 第三节 食品的商业无菌 1、热力杀菌与非热杀菌一般机理 2、食品酸度、水分活度与杀菌工艺的关系

第一节 食品的杀菌与除菌 请列举一些生活中烹饪或食品制作中涉及杀菌操作的事例？ 一、基本概念与分类 1、食品的杀菌—采用物理或化学手段处理食品，在尽量避免降低食品品质和安全质量的前提下，使食品中污染的微生物完全灭绝或部分灭绝的方法。

2、食品的杀菌方法分类 物理杀菌 化学杀菌 热力杀菌（通过升高温度使微生物致死的方法，是目前最为普遍使用的常规方法，理论成熟、技术形式多样） 非热力杀菌（主要采用电磁波、高静压、电场等方法使食品中微生物致死的技术，目前大多还是处于研发阶段的新技术） 物理杀菌 食品除菌（采用膜分离手段将食品中微生物移除的技术，已应用于液态食品如生啤、果汁饮料等除菌） 通过发生化学反应达到杀灭微生物的方法。比较安全的是臭氧杀菌、二氧化氯杀菌等方法。主要用于水饮料的灭菌处理和工具消毒。属于非热力杀菌范筹。 化学杀菌

二、食品的热力杀菌方法 热杀菌技术--将食品加热至可使蛋白质变性的温度(≥60℃)，从而促使食品中的微生物体内酶系蛋白变性导致微生物死亡的方法。 热介质常用热水、高温高压水蒸汽、高温油、热空气等。 现代食品的热杀菌工艺由法国人Appert发明,已有200多年历史，经过各国长期的生产实践,拥有成熟的基础理论和装备。热杀菌工艺是现代食品工业发展的基础。 虽然杀菌技术种类繁多，但热杀菌工艺在食品生产中最常用、应用范围最广。目前90%以上的食品采用热杀菌。

（一）食品工业应用的热杀菌方法分类与原理 2、从热源分类 1、从传热介质分类 电能 火焰 微波 主要通过电能使发热器件发射红外或远红外（升温致死） 火焰主要通过加热空气产生的热空气粒子流传热 （升温致死） 微波主要通过食品吸收300-300,000MHz高频电磁波并在电场振 荡中引起介电分子运动产生热能（升温致死和电场致死） 干热杀菌 干热杀菌介质一般为热空气（主要为氧化、蛋白变性和浓缩作用破坏微生物原生质致死）（如医用干热灭菌器，160~170 ℃ 30-60min） 湿热杀菌 湿热杀菌介质为水分子，或油脂等（主要为蛋白质变性致死）

（二）食品热力杀菌技术 2、食品热力杀菌方式 1、食品热力杀菌技术 常压常温杀菌 金属罐头 高压常温杀菌 袋装食品 高压高温杀菌 (水蒸汽杀菌) 常压高温杀菌 (火焰或油浴杀菌) 常压常温杀菌 高压常温杀菌 HTST杀菌(70~90 ℃,5~60S) UHT(138℃,2~8S，效果属于 常温杀菌范畴) 高温杀菌(Apperization) （阿氏杀菌＞100℃） 常温杀菌(Pasteurization) （巴氏杀菌60~100℃） 金属罐头 袋装食品 瓶装食品 利乐砖奶、饮料 康美盒果汁果冻 耐热聚酯瓶饮料 杀菌锅杀菌 水浴锅杀菌 喷淋隧道杀菌 （火焰杀菌） 管式杀菌 板式杀菌 预装食品的杀菌 无菌包装食品的杀菌

放射物质核素的衰变活度单位(1居里= 3.7×1010次/秒原子核衰变) 三、食品的非热力杀菌方法简介（非热效应） 1、紫外线杀菌（Ultraviolet Sterilization ） 2、辐照杀菌（Irradiation Sterilization ） 当微生物被紫外线照射时，其细胞的部分氨基酸和核酸吸收紫外线，产生光化学作用，引起细胞内成分特别是核酸、原浆蛋白、酯的化学变化，使细胞质变性而导致微生物死亡。 1）当细菌、病毒吸收超过3600~65000μW/c㎡剂量时，对细菌、病毒的脱氧核醣核酸（DNA）及核醣核酸（RNA）具有强大破坏力。 2）仅适用于透明液体食品的巴氏杀菌；车间空气和容器表面消毒（兼有形成臭氧的杀菌作用）。 利用穿透力很强的α、β、γ射线或电子束辐照食品， 引起微生物的D N A 损伤， 导致微生物死亡。具有低能耗、无污染、无残留、冷加工等优点。 常用60Co-γ射线。当吸收剂量达到6~35 kGy时食品中的病原菌、腐败菌具有显著杀灭作用。已广泛用于肉类、水产、果蔬、香辛料的保鲜或杀菌处理。目前全国已建成和投产的30 万居里以上的 60Co辐照中心有58 座。 电离吸收单位1戈瑞=1J/kg 放射物质核素的衰变活度单位(1居里= 3.7×1010次/秒原子核衰变)

3、超高压或高静压杀菌（Ultrahigh Pressure Sterilization ） 采用100~1000MPa 的超高压对食品进行的杀菌处理。超高压可影响物质的非共价键（氢键、疏水键），引起蛋白质变性、脂肪结晶、淀粉糊化等而导致微生物死亡。 例如：在22~25℃下，100~450MPa可杀灭非芽孢菌（如200MPa下荔枝汁可达到商业无菌的要求）； 但含有芽孢的低酸性食品却不易达到商业无菌的要求（ 通常需在800~1000MPa下辅助热力杀菌方可）。

4、高压脉冲电场杀菌（Pulsed Electric Field Sterilization ） 将食品置于两个电极间产生的瞬间高压脉冲电场中，由于高压脉冲电场可增大微生物膜电位差，使膜厚减小，当膜电位差达到临界值时，细胞膜穿孔，改变其通透性，从而导致微生物死亡。 国内外研究人员使用高压脉冲电场对培养液中的酵母、各类革兰氏阴性菌、阳性菌, 细菌孢子在苹果汁、香蕉汁、菠萝汁、牛奶、蛋清液等进行了大量实验研究结果表明: 抑菌效果可以降低4~ 6 个log, 其处理时间一般在几个微秒到几个毫秒, 最长不超过1 s, 处理后保鲜期提高到4~ 6周，并保持食品原来的色、香、味及营养成。 15～100 kV/cm脉冲电场技术可在低于40℃的条件下实现对液体物料的灭菌。

5、振动或脉冲磁场杀菌 （ Vibrating/Oscillating Magnetic Field Sterilization） 当磁力强度足够时 ，将食品放在N极与S极之间，经过连续摆动，因磁力线切割导致食品内部形成变化的感应电流，1）影响微生物内电子和离子不能正常传递；2）影响酶分子构相的扭曲和变形；3）食品分子形成电离效应，影响微生物代谢；4）可能形成自由基。 目前在果汁、牛奶、调味品等流质食品中杀菌效果研究较多。 西瓜汁：最佳参数组合为磁场强度7. 59T（特斯拉。永磁铁附近的磁感强度大约是0.4～0.7特 ） , 脉冲数15, 西瓜汁温度20 ℃ , 菌落总数和大肠菌群数可达到果汁的商业无菌要求。 牛奶：温度50℃，磁场强度6.33T，脉冲数15。牛奶的菌落总数和大肠菌群数已达到商业无菌要求。

6、臭氧杀菌技术（Ozone Sterilization ） 臭氧在水中的氧化还原电位仅次于氟，杀菌能力远高于氯和二氧化氯。通过与微生物细胞膜上的脂质双键反应，作用于蛋白和脂多糖，形成溶菌作用而导致微生物死亡。 应用： 1）水饮料：在水中臭氧浓度0.3-2mg/L时，0.5-1min内就可以致死细菌。 2）食品采用气体置换包装，真空包装、封入脱氧包装和封入粉末酒精包装时，填充臭氧以杀灭酵母菌，就可解决这些包装食品变质问题。 3）对食品生产过程中盛装容器、管路、设备、车间环境消毒也取得令人满意效果。常用臭氧浓度3-10mg/L。 4）空气杀菌的臭氧标准浓度是0.2mg/m3。

7、膜过滤除菌技术(冷过滤除菌) （Membrane filtration Sterilization） 现代膜过滤技术可实现0.0001μm 的截留孔径。食品物料中微生物粒径一般在0.5~2 μm 。一般截留孔径小于0.05 μm 时可达到除菌要求。 应用： 1）常用微孔陶瓷、金属膜、中空纤维、反渗透膜、纸板等材料。微孔过滤、超滤和反渗透膜过滤已成功应用于液态食品的冷过滤除菌生产。 2）在果酒、低度白酒、纯生啤酒、果汁生产已广泛应用。

第二节 热力杀菌微生物控制理论

120-130℃4h不易杀灭。疯牛病毒 朊病毒 细菌芽孢 分枝杆菌（如结核分枝杆菌） 原虫孢囊 原虫营养体 革兰氏阴性菌（如大肠杆菌） 无包膜病毒（如乙肝病毒） 革兰氏阴性菌（如大肠杆菌） 真菌及孢子 原虫孢囊 朊病毒 细菌芽孢 分枝杆菌（如结核分枝杆菌） 原虫营养体 革兰氏阳性菌（如乳酸菌） 脂包膜病毒（如流感病毒）

一、食品pH值、水份活度Aw与食品中残存微生物的关系

一、食品pH值、水份活度Aw与食品中残存微生物的关系 美国联邦法规（Code of Federal Regulations(CFR)）根据大量科学证据，在 CFR Title 21 Parts 113中确定食品中危害性最强的肉毒梭状芽孢杆菌（Clostridium botulinum ）及其芽孢作为必须杀灭的对象。--致命剂量:0.1μg Clostridium botulinum 1970s美国暴发过几次比较严重的低酸性食品、肉类制品肉毒梭状芽孢杆菌毒素中毒事件。目前美国每年至少发生110个该食物中毒的病例。家庭制作的蔬菜罐头、玉米浆、烟熏肉或鱼、蜂蜜等食品易发生肉毒梭状芽孢杆菌食物中毒，尤其是婴儿为易发人群。

确定平衡pH＞4.6作为食品必须采用高温杀菌的界点，是基于 C. botulinum芽孢可在平衡pH＞4.6的食品中萌发并生长，而C. botulinum芽孢必须121℃高温才能杀灭。 平衡pH＞4.6的食品，可残留的危害性致病菌除了肉毒梭状芽孢杆菌芽孢，还有嗜温菌和嗜热菌等生孢菌芽孢，必须采用高温（115~121℃）条件才能杀灭。 科学证据表明：平衡pH＜4.6的食品中即使残留存在肉毒梭状芽孢杆菌的芽孢，它们将处于被抑制状态，不能萌发生长，不会危害人体健康。 平衡pH＜4.6的食品适宜非芽孢菌（即普通腐败菌，如酵母、霉菌、非芽孢细菌）生长，但易于在常温（60~100℃）条件下短时间内可杀灭；

什么是水分活度？微生物一般适宜在什么环境中生长繁殖？ 2. 食品水份活度Aw 0.85是食品安全控制的另一重要界点 什么是水分活度？微生物一般适宜在什么环境中生长繁殖？

当食品中水份活度Aw＞0.85，同时平衡pH＞4.6时，更需考虑高温杀菌，否则食品腐败和安全风险极大。 高Aw 是大多数致病菌的适宜生长环境。确定Aw ＞ 0.85 作为罐藏食品安全控制点，是基于金黄色葡萄球菌（ S. aureus ）代谢毒素产生的最小Aw为 0.85 。 最适生长温度37 ℃ ，最适生长pH7.4，干燥环境下可存活数周。 代谢毒素包括：溶血毒素、杀死白细胞素、肠毒素（可耐受100 ℃煮沸30分钟而不被破坏）等。 当食品中水份活度Aw＞0.85，同时平衡pH＞4.6时，更需考虑高温杀菌，否则食品腐败和安全风险极大。

杀菌强度必须高于致病菌芽孢和耐热腐败菌的耐热强度，需采用高温杀菌（115~121.1℃）工艺。 二、食品酸度分类与杀菌方法的选择 1.低酸性食品(平衡pH≥4.6、Aw＞0.85) 杀菌强度必须高于致病菌芽孢和耐热腐败菌的耐热强度，需采用高温杀菌（115~121.1℃）工艺。 这类食品的主要杀灭对象菌包括： 2）嗜温生孢厌氧菌（适宜生长温度35~50℃）：常见于蔬菜、肉类和水产 罐头。 生孢梭状杆菌:缺氧腐败; D121.1℃=1.5min; 肉毒杆菌及芽孢（A和B型）: 缺氧腐败/产神经毒素; D121.1℃=0.2min 1）嗜热生孢菌（适宜生长温度40~55℃）：常见于蔬菜、猪肉类罐头。 嗜热脂肪芽孢杆菌：平盖酸败；D 121.1℃=4~5min; 嗜热解糖梭状芽孢杆菌：高温缺氧发酵; D 121.1℃=3~4min; 致黑梭状芽孢杆菌(Clostridium nigrificans) ：致黑硫臭腐败; D 121.1℃=2~3min;

a.天然酸性食品:常见腐败菌为耐酸非芽孢菌（酵母、霉菌、乳酸菌等）多数在65~100 ℃常温可杀灭。 常采用65~100℃杀菌工艺。 2.中酸性食品(3.7＜ pH＜4.6 、Aw＞0.85 ） 杀菌强度视情况而定。 a.天然酸性食品:常见腐败菌为耐酸非芽孢菌（酵母、霉菌、乳酸菌等）多数在65~100 ℃常温可杀灭。 常采用65~100℃杀菌工艺。 b.酸化食品(加酸、发酵，平衡pH≤4.6) 。当酸化不当或食品并不是所有成分pH＜4.6 时，可能存在：耐酸嗜热菌（主要对象菌如凝结芽孢杆菌。 需采用高温（ ＞ 100℃）杀菌工艺。）

3.高酸性食品(2.5＜ pH＜3.7 、Aw＞0.85 ） 杀菌强度只须高于耐酸性非芽孢菌的耐热强度，只需采用巴氏杀菌（65~100℃）工艺。 常见腐败菌为耐酸性非芽孢菌（酵母菌、霉菌、乳酸菌等，适宜生长温度30℃左右， D65~90℃＜2min）。 最常用巴氏杀菌温度为：65~85 ℃ 。

本课重点学习了热杀菌的基本概念、各种热杀菌和非热杀菌技术原理以及热力杀菌微生物控制理论。 小结 本课重点学习了热杀菌的基本概念、各种热杀菌和非热杀菌技术原理以及热力杀菌微生物控制理论。 食品的杀菌可采用物理或化学方法。目前90%以上的食品采用热杀菌，是基于其极高的生产效率和对食品安全的保证。但许多非热杀菌新技术也展现出极好的应用前景。 采用热力杀菌技术处理食品，要达到食品安全水平，一般要根据食品的平衡酸度、湿度特点科学选择合理的杀菌方法。因为不同酸度的食品所含微生物种类不同，不同种类的微生物的抗热特性不同。只有方法合理，才能确保食品安全。