一、加熱方法的原理
在食品貯藏與保鮮時，加熱殺菌法是最為廣泛應(yīng)用的方法之一。我們知道，食品腐敗大部分是由微生物細(xì)菌、酵母和絲狀菌或霉菌引起的。因此，通過加熱，在溫度達(dá)到變性溫度值后，微生物細(xì)胞內(nèi)的生理活性物質(zhì)，例如酶蛋白質(zhì)、核蛋白質(zhì)、脫氧核糖核酸等，就會發(fā)生變性和鈍化，從而失去細(xì)胞膜的滲透機(jī)能、代謝活性和增殖能力，而導(dǎo)致死亡，最終達(dá)到防止食品腐敗的目的。
1、酶的失活
動植物體內(nèi)的各種酶，大多數(shù)在70～80℃失活。然而，某些細(xì)菌的α—淀粉酶和水果蔬菜中的過氧化物酶等，則需要在90℃以上，比較長的時間才能失活。
2、微生物的死亡
微生物細(xì)胞對加熱的忍耐性依微生物的種類有顯著的差異。一般來說，屬于同一分類學(xué)族的微生物大體顯示類似的耐熱性。
對于酵母，其大部分營養(yǎng)細(xì)胞在50～58℃、10～15min的加熱處理下死亡。若加熱到 100℃，所有的酵母均在數(shù)分鐘內(nèi)死亡。因此，用酵母制作的釀造物可用簡單的低溫加熱方式殺菌，如清酒、啤酒、醬油等的保藏。牛乳等也可用63℃、30min處理來進(jìn)行滅菌。這種采用 100℃以下的溫度和比較短時間的加熱處理，通常稱為巴氏殺菌法。
對于絲狀菌，其大多數(shù)菌絲和孢子在溫?zé)嵯拢?/SPAN>60℃、5～l0min死亡。與食品有關(guān)的紅霉、青霉和毛霉等比其他霉的耐熱性強(qiáng)。而且，干熱下比濕熱下更具耐熱性。在120～130℃、約 30min時，仍不死亡的絲狀菌孢子也不少。
細(xì)菌比酵母和絲狀菌具有更強(qiáng)的耐熱性。細(xì)菌是最原始的生物，其分布廣、種類多、可生存的環(huán)境也寬。多數(shù)酵母和絲狀菌的繁殖在30℃附近最適宜，而細(xì)菌不僅在37℃，而且以 40～50℃為最適溫度的高溫種類也非常多。除了中溫和高溫繁殖細(xì)菌外，細(xì)菌芽孢也比酵母、絲狀菌或霉菌孢子更耐熱，即使在100℃、數(shù)小時的加熱下也不容易死亡。肉毒桿菌即為此屬菌，它是重要的食品中毒菌，一般將其孢子作為判斷食品滅菌或殺菌程度的指示菌。對于這樣的細(xì)菌芽孢，必須進(jìn)行強(qiáng)熱處理，才能完全殺死。
與食品行關(guān)的細(xì)菌和芽孢的耐熱性如表14-1、14-2所示。
表14—1 細(xì)菌的加熱死亡時間
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不形成芽孢的細(xì)菌 |
時間/min |
溫度/0C |
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沙門氏菌 |
4.3 |
60 |
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金黃色葡萄球菌 |
18.8 |
60 |
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埃希氏大腸桿菌 |
20～30 |
57.3 |
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嗜熱鏈球菌 |
15.0 |
70～75 |
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保加利亞乳桿菌 |
30.0 |
71 |
表14—2 細(xì)菌孢子加熱死亡時間
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形成芽孢的細(xì)菌 |
1000C死亡所需的時間/min |
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炭疽桿菌 |
1.7 |
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枯草芽孢桿菌 |
15～20 |
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肉毒桿菌 |
100～230 |
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平酸菌 |
1030 |
二、加熱殺菌的影響因素
l、加熱溫度
由于細(xì)菌芽孢具有非常強(qiáng)的耐熱性，所以在100℃以下的溫度完全殺死微生物，以達(dá)到防腐敗的目的，幾乎是不可能的。只有在高壓殺菌過程中，以100℃以上的溫度和適當(dāng)時間才能使殺菌徹底進(jìn)行。加熱溫度死亡的關(guān)系如表14—3所示。
但是，在實(shí)際操作時，提高加熱溫度必須與食品質(zhì)量相關(guān)聯(lián)，否則可能得不償失。例如，罐頭等用高溫加熱殺菌，雖然殺菌是完全的，但卻降低了內(nèi)容物的風(fēng)味、色澤、組織、狀態(tài)、營養(yǎng)價值等，因此就不可取了。
2、活菌濃度
在某一特定的溫度下，對微生物細(xì)胞群進(jìn)行加熱殺菌時，細(xì)胞群的活菌濃度越高則達(dá)到一定的殺菌效果所需的時間越長，從表14—3就可以很明顯地看出。在數(shù)學(xué)上，這就表現(xiàn)為活菌數(shù)與一定溫度下的加熱時間成對數(shù)關(guān)系。一般把活菌數(shù)減少90％所需要的加熱時間用符號D表示。罐頭工業(yè)等為了安全起見，對耐熱性最強(qiáng)的肉毒桿菌的芽孢進(jìn)行相當(dāng)于12D的加熱處理，即lml中存在1012個孢子，則希望把此細(xì)菌產(chǎn)生的芽孢減少到1個所必要的最低熱處理時間。
表14—3 加熱溫度對芽孢死亡時間的影響
(玉米汁，pH6.0，耐熱性酸敗菌：A.200 000個／ml，B. 2 000個／ml)
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A |
B | ||
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加熱溫度 |
死亡時間 |
加熱溫度 |
死亡時間 |
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100 105 110 115 120 125 130 135 140 |
1 320 690 225 84 23 8 3.5 1.25 1.0 |
100 105 110 115 120 125 130 135 140 |
1 080 540 175 60 17 6 2.5 1.0 0.66 |
加熱時環(huán)境的水分含量是影響微生物死亡的最大因素。一般，環(huán)境的水分含量越低，細(xì)胞的耐熱性越強(qiáng)。加熱時環(huán)境溶液的氫離子濃度是影響微生物死亡的重要因素。營養(yǎng)細(xì)胞和芽孢在中性或近干中性的環(huán)境溶液中顯示最強(qiáng)的耐熱性。環(huán)境溶液由中性向酸性變化或向堿性變化均降低細(xì)胞的耐熱性，其中酸性方向的降低更為顯著。因此pH低的食品容易殺菌，即耐熱性低，pH高的食品則相對困難。如表14—4所示，橘子之類的強(qiáng)酸性原料，輕微殺菌就可以了，而卷心菜之類的中性原料要高溫長時間。
表14—4 pH不同的各種罐頭所需的殺菌溫度和時間
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罐頭種類 |
PH |
殺菌溫度/℃ |
殺菌時間/min |
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橘子 |
2.70 |
82 |
3 |
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蘋果 |
3.53 |
102 |
10 |
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杏 |
3.60 |
102 |
12 |
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葡萄 |
8.80 |
102 |
12 |
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桃 |
4.00 |
100 |
20 |
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梨 |
4.20 |
100 |
17 |
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番茄 |
5.05 |
100 |
20 |
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胡蘿卜 |
6.07 |
115 |
30 |
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馬鈴薯 |
6.20 |
115 |
60 |
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玉米 |
6.90 |
120 |
57 |
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豆類 |
6.97 |
115 |
38 |
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卷心菜 |
6.97 |
115 |
45 |
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菜豆 |
6.98 |
115 |
25 |
除了以上各種因素外，存在于環(huán)境溶液中的各種低分子物質(zhì)和高分子物質(zhì)也影響微生物細(xì)胞的耐熱性。例如，大部分食品中的氧化鈉，在0.5％～3.0％的低濃度時，對某些細(xì)菌芽孢有阻止加熱致死的效果，但高濃度則與此相反，能促進(jìn)加熱死亡。糖類對某種微生物的營養(yǎng)細(xì)胞和芽孢與低濃度氯化鈉的情況一樣，有保護(hù)的作用。但能起最大保護(hù)作用的濃度依微生物的種類不同而異。一般來說，生長在糖濃度高的環(huán)境下的高滲透壓的微生物，高糖濃度有最大的保護(hù)作用。然而，氯化鈉和糖類等的低分子溶質(zhì)對微生物的保護(hù)效果并不普遍。有些微生物不受這些物質(zhì)的保護(hù)。與此相反，蛋白質(zhì)和淀粉等高分子物質(zhì)的保護(hù)效果是相當(dāng)普遍的，大部分微生物的營養(yǎng)細(xì)胞和芽孢的耐熱性隨這些物質(zhì)濃度增加而增強(qiáng)。
另外，具有殺菌作用和抑菌作用的大多數(shù)化合物與加熱并用，則可以提高加熱殺菌的效果。
三、超高溫殺菌
一般在高溫(120～130℃)下短時間加熱比低溫(115℃以下)長時間加熱可保留更好的風(fēng)味、色澤、組織和狀態(tài)，而且對細(xì)菌芽孢的死亡也更有效果。根據(jù)食品的種類已創(chuàng)造出各種方法，隨著技術(shù)和裝置的進(jìn)步，在更高溫度下，從數(shù)分鐘以至數(shù)秒鐘加熱時間的“高溫短時殺菌法”(筒稱HTST法)正在研究和試用中。目前已應(yīng)用的瞬間高溫方法有HCF法、馬奇法和史密斯博羅法。
馬奇法是美國普遍應(yīng)用的方法，為HCF改良法。適用于用泵輸送的液體、半流動體的食品殺菌。即是在加壓狀態(tài)下加熱殺菌、急速冷卻，在過熱蒸汽或無菌惰性氣體中連續(xù)裝罐、卷邊密封。
史密斯—博羅法是全部在鐵制密封室內(nèi)進(jìn)行。用新鮮蒸汽急速地在150～170℃的超高溫瞬間殺菌后，急劇冷卻至121～125℃，在121～124℃下裝入已殺過菌的罐里，卷邊密封后急劇冷卻。這些均稱為無菌裝罐法。 .
對于全是液體而易腐敗的牛乳的大規(guī)模連續(xù)殺菌，可以采用70～75℃、15～16s(HTST法)處理。另一種較為先進(jìn)的方法是，預(yù)先在2～6min內(nèi)，將牛乳預(yù)熱到80～88℃，然后用加熱到130～150℃的數(shù)個熱交換器，加熱0.5～2s。這種超高溫瞬間殺菌法已在許多國家應(yīng)用。