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通過熱處理控制

2016-11-30 10:48:45 來源:食品伙伴網 瀏覽:

    前面討論了冷藏和冷凍可以阻止微生物繁殖,而要殺死或滅活微生物通常是采用加熱。通常食品加工企業用于殺滅和控制微生物生長的熱處理有幾種形式;預煮 (熱燙)、巴氏消毒法、加熱殺菌或滅菌,還有熱的保持。

  本部分將概述每種熱處理過程。首先介紹有關熱向食物傳遞熱的兩種主要形式。第一種是傳導傳熱,熱是緩慢地由一個粒子向下一個傳遞,首先是容器被加熱,然后將熱傳遞給食物,食物受熱最慢的點通常是離熱源最遠的點,當在爐中烤肉或干的包裝的情形就是這樣,中心受熱最慢。另一種熱傳遞較快的形式叫對流傳熱,熱傳導方式通過容器壁,當食物受熱時,延著容器壁食物溫度升高,遠離容器壁的食物下沉,產生循環,幫助熱在容器內傳遞,當然,對流傳熱只能在食物能夠流動時才能進行,如液體或固液混合體類的食物,如湯罐頭或青豆罐頭。對流傳熱的冷點一般在液體上下流動的交叉點,對流加快了熱處理,使得內容物受熱更快,更均勻。

  為了更快地加熱和使得食物受熱更均勻,我們還可以使用強制對流。通過外力促使食物搖動,搖動或晃動加快了自然的對流過程,更快地將熱從容器的表面傳遞給食物本身,這就是為什么某些加工者使用旋轉裝式殺菌鍋來對罐頭食品進行熱處理。

  知道熱是如何傳遞進食物是容易的,但要科學地計算需要多少熱量才能殺滅致病菌這并不容易,你不能期望經過一定的熱處理微生物就肯定都能被殺死。

  影響微生物死亡速度的因素很多,主要包括:食物的導熱性,食物的特性,微生物的種類,和微生物的耐熱性,下面我們將分別討論。

  影響致死率的因素

  ·食物的導熱性

  ·食物的特性

  ·微生物的種類(芽胞或營養細胞)

  ·微生物細胞的耐熱性

  導熱性:不同的食物導熱方式不同,傳熱速率也不同。如前面介紹的熱傳導導熱和對流導熱,它們的冷點也不同。在食物冷點的致病菌將比那些在食物表面的滅活更慢,因為它們受熱更少。

  食物的特性:食物一定的特性使得熱處理更易或更難破壞其中存在的致病菌。這里有三個例子:在酸性環境下食物中的致病菌更易破壞;糖和油的存在降低了熱對致病菌的作用;濕度的大小,包括食物的濕度和環境濕度,使得致病菌滅活更容易。

  微生物的種類(芽胞或繁殖體):同一致病菌的芽胞比其繁殖體耐熱性高得多,同時不同的致病菌具有不同的熱耐受性。例如,單核李斯特菌,非常耐熱,而創傷弧菌具有很強的熱敏感性。然而,無論那一種的耐熱性,都無法和肉毒梭菌或臘樣芽胞桿菌相比,除了高壓殺菌,在許多種熱處理的情況下這兩種菌都能存活。

  這就是一些為什么各種不同的致病性微生物不會同時死亡的原因。而且,一種致病菌的數千個細胞放在一個食品罐中,它們受到相同的熱處理,仍然不會同時死亡,這是因為相同種的致病菌個體的差異。如同每一種生物,一些強壯,一些較弱,知道對食物的加熱量來滅活其中的致病菌和一些方法來預測致病菌的滅活是很重要的。

一、預煮

  預煮是一種比較溫和的熱處理形式,用來改善食品的質量。預煮可去除產品中的氣體,軟化產品,固定產品的色澤以及滅活酶的活性等。

  它同樣具有殺滅或減少熱敏感致病菌和腐敗微生物數量的作用。

  水和蒸汽型的預煮機在食品加工業中最為常用,它們的構造和操作相似,產品由傳送帶或螺旋結構進入水浴或一蒸汽倉內,水可以通過通入蒸汽直接加熱或分布在水浴中的管道進行加熱。

  控制預煮的時間和溫度通常并不作為控制食品安全的關鍵點,只有在預煮作為后道熱殺菌的準備才是例外。對預煮設備如果不控制預煮的溫度和時間,殺菌可能導致偏差,預煮應放在82℃或更高溫度下進行,并須頻繁騰空清理并清潔來防止耐熱菌的生長。

  控制儀器,通常是在水浴中或在流動蒸汽中安放指針式溫度計。如果微小的溫度變化是重要的,指針式溫度計需替換成/或增加溫度控制記錄儀。

  因為大量用于商業化的預煮機從進料到出料都是連續式的,預煮時間通過設備傳動的速度來控制,這可以通過某一產品從進到出的時間來進行核查,同樣可以通過計算設備的轉速來進行檢查。

二、巴氏消毒法

  巴氏消毒法通常用來殺滅那些在正常儲藏條件下可以生長的致病菌的營養細胞,它同樣用于降低腐敗微生物的數量以保障有效的貨架期,但在另一些場合應用,有別的含意,這點將在后面進行討論。巴氏殺菌通常是用沸點以下的溫度進行熱處理,一些例子如下。

  巴氏滅菌奶,這個過程是用來滅活對熱較穩定的病原菌如立克次氏體,同樣它能有效地殺滅單核李斯特氏菌(最耐熱的非芽胞致病菌)。巴氏滅菌奶是通過冷藏的方式進行銷售,非真空包裝。因此,那些生長溫度要求10℃或更高的厭氧芽胞致病菌,如肉毒梭菌,產氣夾膜梭菌,并不是巴氏消毒的對象菌。

  巴氏滅菌蟹肉:這里采用的殺菌是將E型肉毒梭菌作為對象菌,殺菌過程殺滅所有致病菌的營養細胞,但對A型的肉毒梭菌無效,因為它更耐熱,但可以通過冷藏控制A型肉毒梭菌,因為它無法在10℃以下繁殖。

  酸化產品:如水果汁和高糖產品,水果保藏常常用巴氏滅菌來殺滅霉菌和酵母,這些微生物都有可能生長并產生腐敗。對加工者而言這并不是出于安全考慮,但在經濟上是必須的。這些產品的貨架期通常是穩定的,致病菌的生長由于食品中酸或糖的存在而受到抑制。

  部分這類產品并不采用巴氏消毒來殺滅霉菌和酵母,而是在冷藏條件下銷售。當前,未經巴氏消毒的蘋果汁中的有些與致病性大腸桿菌有關的問題已經改變了我們通常對這類或相似產品的顯著危害的觀點。不再僅僅考慮在貯藏和銷售中可能繁殖的致病菌,同樣考慮那些可能簡單地隱藏在產品中的致病菌,因此,這些產品應該采用目標菌為大腸桿菌的巴氏殺菌。

  巴氏滅菌牡蠣是一種特殊產品,它容易導致有健康問題的人群患食源性疾病,特別是創傷弧菌,常常導致死亡。巴氏殺菌的對象為創傷弧菌,它對熱非常敏感,這意味著絕大部分其他致病菌,和腐敗性微生物在加工中并未受到損害。包裝不是密封的,因此肉毒梭菌不是一個危害,去殼的牡蠣通過冷藏銷售,具有相對較短的貨架期,因為產品是生的,腐敗微生物和大量存在成為病原菌的競爭菌,結果導致產品在它變得不安全以前,已經腐敗變質,巴氏滅菌過程是非常溫和的,導致產品還是生的,帶有大量完整的腐敗微生物。腐敗微生物和冷藏條件對致病菌的生長形成了障礙。

  有些巴氏滅菌系統用來處理液體產品,如奶和果汁,另一些是用來處理固體產品。有些是采用逐批處理,而有些是采用連續處理。

  巴氏殺菌鍋:

  巴氏殺菌鍋用于流體,特別是乳制品巴氏殺菌。是通過一個蒸汽通在夾層內壁之間的夾層鍋對牛乳進行殺菌。牛乳上面液面上層必須加熱以,確保一些牛乳的氣泡得到充分殺菌。殺菌鍋必須有攪拌裝置,強制進行熱的對流,這樣可以確保全部牛乳的殺菌按規程進行。應采取各種特殊裝置來確保夾層內不存在死角,比如出品閥,在這個區域里牛乳與空氣分離而沒有受到足夠的熱處理。

乳制品的巴氏殺菌

產 品

低溫長時間

高溫短時間

脫脂或全脂牛乳、干酪乳清

63℃/30分鐘

72℃/15秒

濃縮脫脂牛乳、加甜味劑和冰淇淋混合物的牛乳

68℃/30分鐘

79℃/25秒

奶油

74℃/30分鐘

85℃/15秒

    乳制品的巴氏殺菌過程被稱做低溫長時間過程,時間為30分鐘,殺菌溫度根據脂肪含量不同而從63℃到74℃。為了確保得到這個最低的殺菌過程,殺菌鍋必須在液體牛乳中裝有既能指示又能記錄數值的溫度計,而且在牛乳上面的空間要裝指示式的溫度計。這種殺菌鍋盛放產品的容積有限,而且能耗較高。因此,多數制造液體產品的殺菌器都采用片式熱交換器的連續式巴氏殺菌器。

  牛乳是從原料貯存罐進入到殺菌工藝系統的,原料貯存罐的乳能保持液位平衡。平衡罐的位置必須低于整個系統,目的是為了一旦發生停電,所有原料乳能返回到平衡罐里,當這個系統恢復供電時重新進行殺菌。原料乳被一個小的提升泵從平衡罐里抽出,通常使用不會產生很大壓力的離心泵。原料乳被送到片式熱交換器的熱回收段,在這個熱回收段里原料乳從已經被殺菌過的牛乳中吸收熱量。原料乳與已經消毒過的牛乳被一個薄薄的不銹鋼片隔開。熱的原料乳通過定時泵來傳遞,它是一個已經校準和密封的,以設定的流速來傳送牛乳的泵。定時泵必須是一正排量泵,而且它可以當作均質器。定時泵使原料乳通過片式熱交換器的熱交換段,原料乳從不銹鋼隔層另一側的蒸汽或熱水獲得的熱量。當原料就達到預設巴氏殺菌溫度略高些時,原料乳就離開熱交換段,進入到一個收集管里,這是一個連續不斷朝上傾斜的管子。以預設的定時泵速度,讓牛乳流過收集管管長,獲得設定殺菌時間。在管子的末端牛乳的溫度能自動測量。假如管子末端的溫度計顯示溫度在巴氏殺菌溫度之上時,就可以確定牛乳在規定的時間內已經經過巴氏殺菌了。收集管必須向上傾斜,目的是不讓氣泡形成。否則氣泡就會限制管的直徑,使流速加快,縮短殺菌過程。

  除了指示溫度計外,溫度控制記錄儀也能測量溫度和記錄溫度,而且控制導流閥。假如溫度維持在預先設定的最低溫度或之上,這個閥門就一直打開。如果沒達到最低溫度,閥門就關上,迫使殺菌不徹底的牛乳返回到平衡罐里。導流閥的位置(開或關)自動記錄在的溫度記錄紙上。

  從定時泵出來的消毒乳仍然有壓力,然后通過片式熱交換器的熱回收段,在這里消毒乳可以把一些熱量傳遞給被不銹鋼片隔開的原料乳,這些板式很薄且附著一些小乳。因此消毒乳通常必須處在比原料乳大的壓力下,這樣一些滲出物就以消毒乳一端流向原料乳的一端,通過在熱交換器回收段原料乳段安置定時泵,這種壓力差就有保證了。保證經過巴氏滅菌的消毒奶不會被原料乳污染。

  位于熱回收段的原料乳段調壓泵必須相對比較小,而且當有足夠的反壓時泵就會打滑,象離心泵,這種方法不會產生更大的壓力。如果使用調壓泵,則必需在熱回收部位原料乳側的進口端和熱回收部位消毒乳側的出口端安置壓力傳感器和壓力表,而且必須是消毒乳側壓力大于原料乳側,假如不是這樣的話,傳感器必須促使調壓泵關閉,定時泵失靈或導流閥關閥也必須同樣迫使調壓泵關閉。因為在這種情況下,在消毒乳側就沒有壓力產生。

  當牛乳離開片式熱回收段,它就進入片式熱交換器的冷卻段,這里冷卻水在板片的另一側,它使牛乳冷卻到貯存所需的溫度。最后,牛乳流到消毒乳貯存罐里,這個系統的最高點必須存在空氣敞開點,來保證消毒乳中有正壓力。

  還有其它幾種適用于液體或半流體產品的巴氏殺菌器,管式熱交換器、刮板式熱交換器和噴射加熱器,每種熱交換器都有它們各自優點和缺點。管式熱交換器,刮板式熱交器和片式熱交換器可以用作加熱或冷卻產品之用。

  管式熱交換器

  在管式熱交換器里,產品在夾層管子里流動,夾層內熱水或蒸汽與產品逆流著。流速、管長、加熱介質的溫度和產品本身的特性是影響熱傳遞的因素。這種熱交換器通常用在調味乳制品、高粘度果汁等食品的巴氏殺菌,這些食品會污染片式熱交換器。

  刮板式熱交換器

  干酪醬、布丁、人造黃油和花生脂等高粘度的食品不用管式熱交換器,而用刮板式熱交換器。刮板式熱交換也是由內管和外管組成。但內管中旋轉刮板不停地掃刮管內壁,這種掃刮推進很快,均勻加熱,使食品焦結程度減少到最低。除了刮板運動速度也能影響熱傳遞效率外,其它控制因素與管式熱交換器相似。

  蒸汽直接噴射式巴氏殺菌器

  這種殺菌方式是蒸汽直接噴射到產品上而提高它的溫度,這種類型的加熱方式必須根據由蒸汽帶來的水量,不斷調整,或用其它方法來除去所加入的水。

  許多產品是在包裝到容器內在水浴、水噴射或蒸汽環境中進行巴氏殺菌。例如,特選蟹肉罐頭使用間歇式巴氏殺菌,它通常使用兩個大的水槽,一個為了加熱蟹肉罐頭,另一個用于冷卻蟹肉罐頭用。

  因為這種殺菌過程對殺滅A型肉毒梭菌和其它類型的腐敗菌無效,而以食品在完成巴氏殺菌后要盡快地冷卻到某一個溫度之下,抑制A型肉毒梭菌和其它殘存微生物的活動,盛冰水或冷卻水的第二個罐就是為了達到這個目的。成品通常貯存在3℃下或更低,目的是為了阻止E型肉毒梭菌芽胞再生長。

  為正確地控制這個殺菌過程,需要在熱水浴鍋里安裝有溫度指示記錄儀和一個計時器。這個系統與其它已經討論過的系統不同的是控制水溫而不是產品的溫度。

  重要一點是在每次殺菌結束時,至少應檢查一至兩個經過熱水殺菌的罐頭的中心溫度。

  連續巴氏殺菌系統:

  連續式巴氏殺菌多用于許多最終包裝容器產品的巴氏殺菌,例如醋、啤酒、果汁和酸化食品。在這個系統中,容器在一個連續的皮帶上輸送通過蒸汽和熱水噴射逐漸加熱,然后用水噴射冷卻。其加工過程由傳送帶的速度來決定。這種控制主要是對水噴射或蒸汽環境的溫度進行控制,而不是產品溫度。因此,很重要的一點就是確保水噴射器正常地工作,使容器得到足夠的殺菌。

三、熱保持

  熱保持一般是使食品溫度在5℃以下或60℃以上保存。

  熱保持可用一個可以加熱的盛水容器,使它產生蒸汽,來加熱鍋中的食物。當足夠的蒸汽使食物的溫度保持在60℃以上時,致病菌的生長就得到了抑制。低于這個溫度,致病菌就有可能繁殖,控制這個工序最好的辦法是定時檢測食品內部的溫度。

  雖然熱常用于調味料在未與其他配料混合前的處理。溫度的控制預煮一樣。在某些情形下,對產品的安全性而言,保持合適的溫度并不是一個關鍵控制點,例如調味料中的pH值或水活度并不在適合致病菌生長條件的范圍內。

四、高壓熱力殺菌

  最后一種熱處理形式稱之為高壓殺菌或罐頭殺菌。高壓殺菌是一種相當厲害的加熱過程,它的溫度必須控制在沸點之上,一般121℃左右,為了達到這個溫度蒸汽或水應處在很高的大氣壓下面。因為每平方英寸15磅的壓力下才能達到121℃這個溫度。

  高壓殺菌是在一個可以耐受很高壓力的容器內進行,它的實質是一只壓力鍋或者高壓鍋。

  高壓殺菌的目的是生產商業無菌食品。這就是說成品中所有在正常非冷藏條件下貯藏能夠生長的病原菌和非病原菌都已經被殺死。雖然高壓殺菌的目的是使食品達到商業無菌,但是耐熱的腐敗性生微生物有可能存活下來。對加工者而言,與其說這是一個公共健康的問題,不如稱其為一個經濟問題。我們更關心用于控制致病菌在非冷藏條件下存活繁殖的最低熱力殺菌。這種殺菌通常將肉毒梭菌A型的芽胞作為對象菌,因為它們是所有致病菌中最耐熱的。

  熱處理只是整個過程的一半,另一半是包裝。產品包裝必須保證經過熱處理的食品不再被污染。這種包裝叫密封,在金屬罐中稱為卷封,在玻璃罐中稱為蓋,在塑料蒸煮袋中稱為熱熔封是密封的幾個例子。

  當產品裝入容器并密封,下道工序就是高壓殺菌,容器放入殺菌鍋中,熱介質就進入殺菌鍋中,圍繞在容器周圍。

  高壓蒸汽是最常用的熱介質,但同樣可使用高壓過熱水,蒸汽和空氣的混合氣體,因為蒸汽是最常用的,在此就以它為例。

  熱能是由蒸汽傳向容器,然后向產品傳遞。容器在蒸汽環境中保持預定的一段時間。然后,用水冷卻。冷卻可以是在殺菌鍋中水淋,也可以把罐頭從殺菌鍋中移至冷卻槽中,或者也可以通過空氣冷卻。

  在殺菌中需要考慮的最重要的因素是;需要多少熱量才能滅活在加工食品中的肉毒梭菌,這就需要進行耐熱性試驗;確定容器中冷點的加熱速率──這被稱為熱穿透試驗;同時,確定每一個罐頭都與加熱介質(蒸汽、水或蒸汽/空氣)接觸并在設計的溫度之上──這稱為熱分布試驗。

  所有這些步驟都是殺菌公式制定中的組成部分。殺菌公式制定的第一步就是確定對象致病菌的耐熱性。多年來科研人員對肉毒梭菌等致病菌已經進行了許多的研究。但是,食品本身可能影響致病菌的致死率,所以,對新的,或未經研究的產品進行額外的研究是有必要的。

  熱穿透試驗研究僅適用在試驗中已研究的條件。一些因素可以顯著影響殺菌的致死率,影響熱穿透的因素包括:初溫,熱介質,裝入量,產品粘度,固、液比,產品準備的方式,塊形、大小和擺放形式 ,罐頭在殺菌鍋中的位置,真空包裝產品的真空度和頂隙,容器的大小和形狀,旋轉式熱處理產品中的頂隙。

  初溫或稱IT:初溫越低,罐頭的加熱越慢。

  加熱介質:蒸汽、水和蒸汽/空氣以不同的速率向容器放熱。

  裝入量:罐頭中裝入的產品多,可能會導致加熱減慢,在某些情況(如加工火腿,整雞等)產品必須與罐壁接觸來進行良好的加熱。

  產品的粘度:產品的粘度越大,加熱越慢,這是因為它降低產品對流的速度。固液比:同樣原因,固體含量越高,產品加熱速度越慢。

  產品預處理的方法:經過預煮以后有些產品組織更緊密,降低了傳熱,經過預煮,另一些產品可以導致嚴重水解,同樣降低了加熱速度。塊形,大小和擺放:塊形越大,加熱越慢,如果塊的擺放、影響了對流,加熱同樣降低。容器在殺菌鍋中的位置:對某些產品這同樣會影響對流。真空和頂隙:在真空包裝產品中,頂隙是在罐頭頂部食品上方的空隙一降低無論是頂隙還是真空度,都將降低加熱的速度。

  罐頭的形狀和大小:罐頭越大,加熱越慢,特別對傳導型的產品。罐頭的形狀同樣可以影響對流。

  旋轉式熱處理中的頂隙:頂隙越小,傳熱越慢,因為導致通過產品運動而旋轉的頂隙球較小。

  熱穿透試驗經常通過接種試驗來確認。在這些研究中,一種比肉毒梭菌耐熱性更強的非致病菌接種進罐頭產品中,然后進行熱處理。經保溫試驗觀察其腐敗的情況。

  熱力殺菌公式同樣可以采用其他的科學方法來建立。有些產品需要特殊的方法來制定殺菌公式




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