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第一章 食品罐藏工艺
第四节 罐头食品的杀菌与冷却
1.2 微生物的耐热性
腐败菌和致病菌时罐头食品杀菌的对象;
食品杀菌方法很多，如加热法、电离辐射法、高压处理、高频脉冲电场、高频脉冲磁场以及化学法等。罐头杀菌通常采用的是热力杀菌;
腐败菌和致病菌的耐热性与罐头食品的杀菌条件的选择有着直接的关系;微生物对热的敏感性常受各种因素的影响，如种类、数量、环境条件等.
热力杀菌的原理：细胞内蛋白质受热凝固因而失去了新陈代谢的能力。
细胞内蛋白质受热凝固的难易程度直接关系到微生物的耐热性，而蛋白质的受热凝固又常常受多种条件，如酸、碱、盐、水分等的影响。
1.2.1 影响微生物耐热性的因素
微生物的种类和菌龄; 热处理前细胞生长(或芽孢形成)环境; 基质的成分;热处理温度和时间;原始活菌数.
(1) 微生物的种类和菌龄
生育阶段不同,微生物的耐热性也不同。
在同样条件下，对数生长期的菌体抗热性比稳定期的差;
老龄细菌芽孢的耐热性就比幼龄细菌的芽孢抗热性强;
孢子或芽孢的抗热性比营养体强。
耐热性：嗜热菌芽孢厌氧菌芽孢需氧菌芽孢
(2) 热处理前细胞生长(或芽孢形成)环境
热处理前细胞生长的环境(营养条件、培养温度)对微生物抗热性的影响是很明显的。
例如：枯草杆菌：
在含P或Fe的培养基中培养,产生的芽孢的抗热性就强;
在碳水化合物、氨基酸等含量丰富的培养基上,形成的芽孢耐热性强;
在高温下培养时形成的芽孢比低温下形成就更耐热。
(3) 基质的成分：水分
加热杀菌时，微生物的耐热性与介质或罐头食品的化学成分有很大关系。
水分：微生物的抗热性随基质含水量减少而增强。同种微生物在干热条件下的耐热性远远高于湿热条件下的。
(3) 基质的成分：pH值
pH值：是对微生物耐热性影响最大的因素之一。微生物的耐热性随基质pH值偏离其最适pH而下降;在近中性pH值微生物的耐热性最强;当pH4.5后，细菌芽孢就不再耐热;在酸性pH范围偏离最适pH越远,其抗热性下降越明显。
Bigelow 等人1920年研究了好气菌的芽孢在不同pH中，采用不同温度杀菌的致死情况：pH4.6的培养基中，120℃，2min就杀死;pH6.1的培养基中，120℃，9min才杀菌.
在加工某些低酸性食品如蔬菜、汤类罐头食品时，常添加酸，以适当提高内容物的酸度，降低杀菌温度和时间，以便保存食品的应有品质和风味。
(3) 基质的成分：脂肪
脂肪：可在微生物表面形成脂肪膜，将微生物与水分隔开，从而提高微生物的抗热性。
罐头食品中的脂肪或油，能将微生物及其芽孢包围，形成紧密的保护层，从而会增强其抗热性;因脂肪或油本身是不良导热体，妨碍热的传导，也起到一定的保护作用;高脂肪食品杀菌温度要高些，时间要长些。
例如：大肠杆菌、沙门氏菌：在水中加热到60~65℃可死亡，而在油中加热到100℃需30min才死亡，在109℃下也需10min才能死亡。
链球菌：在含水的牛油中加热到100℃，1min即可死亡，而在干牛油中加热到115℃需50min才能死亡。
(3) 基质的成分：糖类
糖类:对微生物的芽孢有保护作用，糖浓度越高，杀菌所需时间越长;低浓度糖对同胞耐热性的影响较小，高浓度糖对芽孢有保护作用;高浓度糖吸收了细菌细胞中的水分，导致细菌细胞原生质脱水，影响了蛋白质凝固速度，从而增加芽孢的耐热性。
酵母菌：在100℃蒸馏水中比在糖液中容易杀死;在43.8﹪的糖液中，致死时间为6min;
在66.9﹪的糖液中，致死时间为28min
(3) 基质的成分：蛋白质
蛋白质：对微生物有保护作用，提高微生物的耐热性。食品中含5%蛋白质时对微生物有保护作用。蛋白质含量17～18﹪或更高时，则对微生物的耐热性影响不在进一步增加。
蛋白质如明胶、血清等能增强芽孢的耐热性。加明胶后，细菌耐热性提高2倍。
(4) 热处理温度和时间
微生物的致死主要由热处理温度和时间决定;从60℃开始的各点温度对微生物都有致死作用;不同温度下，微生物致死时间有很大差异;温度越低，致死时间就越长，反之则随着热处理温度升高，热力致死时间会迅速缩短。
(5) 原始活菌数
热力致死时间与原始活菌数有关，原始活菌数越多，所需的热力致死时间越长。
罐头食品杀菌前被污染的菌数与杀菌效果有直接联系,
罐头食品杀菌时将原始菌数减少到最低温度极为重要.
1.2.2 微生物耐热性的表示方法
热力致死速率曲线; D值; 热力致死时间(TDT)曲线; 热力指数递减时间(TRT); Z值与F值的关系
(1) 热力致死速率曲线
对数化处理后杀菌时间与残存芽孢数之关系
如以单位样品内活菌残存数的对数值为纵坐标，以加热时间为横坐标，作图，则可得一直线图。该曲线即为热力致死速率曲线(在一定温度下加热时间与微生物残存数之间关系曲线)。
(2) D值
D值(指数递减时间)(Decimal reduction time)------在一定的环境和一定的热力致死温度条件下，每杀死某细菌数群中90﹪原有活菌数时所需要的时间。
D值受处理温度、菌种、细菌或芽孢所处悬浮液性质等的影响;与原始菌数无关;
D值是指热力致死速率曲线经过一个对数周期时所需得时间(min)，它是该直线的倒数;
D值与微生物的死亡速率成反比。D值愈大，则细菌死亡速度愈慢，该菌的耐热性愈强，反之，则愈弱。所以，D值大小与细菌耐热性的强度呈反比。
(3) 热力致死时间(TDT)曲线
热力致死时间(Thermal Death Time，TDT)------是指热力致死温度保持不变，将处于一定条件下的食品(或基质)中的某一对象菌(或芽孢)全部杀死所必须的最短的热处理时间。
热力致死时间(TDT)
判断活菌全部被杀死的标准：以热处理后接种培养时无菌生长，作为活菌全被杀死的标准。
由于全部杀死细菌所需的时间因原始菌数的不同而有差异，因此TDT值也受原始菌数的影响。
热力致死时间随温度而异，它表示了不同热力致死温度时，细菌芽孢的相对耐热性。若以若处理时间的对数值为纵坐标，热处理温度为横坐标，同样可得一直线，这一支线就是热力致死时间(TDT)曲线
在热力致死时间曲线上，Z值为直线横过一个对数周期时所所改变的温度数(℃);
定义：热力致死时间成10倍增加或减小时，所对应的杀菌温度的变化值;
Z 值越大，微生物的耐热性越强;
Z值与D值一样，与原始菌数无关，是微生物耐热性特征值。
(4) 热力指数递减时间(TRT)
为了在计算杀菌时间时将细菌指数递减因素考虑在内，将D值的概念作了进一步扩大，提出热力指数递减时间(Thermal Reduction Time,TRT)的概念;
热力指数递减时间(Thermal Reduction Time,TRT)------在任何热力致死温度条件下将细菌或芽孢数减少到某一程度(如10-n)时所需的热处理时间(min)。
TRT1为热力致死速率曲线横过一个对数循环时所需的热力处理时间。
TRTn为曲线横过n个对数循环时所需的热力处理时间。
TRTn是D的扩大值。TRTn同D值一样不受原始菌数的影响，同样受对D值有影响的因素支配。
作为确定杀菌工艺条件依据，TDT值与TRT值哪个更好?
热力致死时间(TDT)值受原始菌数的影响，热力指数递减时间(TRT值)不受原始菌数的影响
TDT随原始菌数的不同而变化，只有用试验方法才能加以确定，所得到的数据也只能在和试验时的原始菌相一致时才适用。而实际上试验和生产实践中正确控制菌数(即将菌数保持一致)是很困难的。
TRT值不受原始菌数的影响，用TRT作为确定杀菌工艺条件的依据，显然要比用TDT值有利的多。
TRT值的应用为运用概率说明细菌死亡情况奠定了基础
例如：121℃杀菌时TRT12=12D，即经12Dmin杀菌后罐内主要杀菌对象芽孢数(致死率为D值)将降低到10-12。这并不意味只有1/1012个芽孢存在。从概率角度来看，即按照上述条件杀菌后，1个细菌或芽孢只有1/1012存活机会。
TRTn值的概念说明：罐头食品杀菌时间愈长，微生物之数愈接近零，但不等于零，只是存活的机会愈益减少而已。
用TRT值可以确定杀菌终点
用TDT值不能解决杀菌终点：原始菌数不同时，TDT值是不同的，不能将特定条件的试验结果推广到所用条件;
根据TRT值用微生物死亡概率就可以加以说明。TRTn与D一样随温度不同而异。
(5) Z值与F值的关系
如减菌指数n=1,TRT1=D，以加热温度为横坐标，D的对数值为纵坐标，根据各加热温度相应的lgD，在半对数坐标纸上作图，便可得到一条加热温度与D值的直线相关曲线，该直线称为仿热力致死时间曲线或TRT1曲线。
F值------在一定的致死温度(121℃或100℃)杀死一定数量的细菌或芽孢所需的时间(min);又称杀菌效率值，杀菌致死值，杀菌强度等。
F值可用来比较Z值相同的微生物的耐热性，Z值不同时则不适用。
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