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总之,混合型传热情况是相当复杂的。
(二)影响罐头食品传热的因素
1、罐头食品的物理特性:
食品的形状、大小、浓度、密度及粘度等。
一般来说,浓度、密度及粘度越小的食品,其流动性越好,加热时主要以对流传热方式进行,加热速度快;
固体食品,则基本上是导热,传热速度很慢;
另外小颗粒、条、块状食品,在加热杀菌时,罐内的液体容易流动,以对流传热为主,传热速度比大的条、块状食品快;
物料层装(混合叉热)比条装传热快。
2、罐藏容器材料的物理性质和厚度:
罐头加热杀菌时,热量由罐外向罐内传递,首先要克服罐壁的热阻R。
而R与壁厚S成正比,与材料的导热系数
成反比。
加热杀菌时,热量传递还要受到罐内食品热阻的影响。
但是除了导热型传热外,食品热阻并不会很大程度地影响传热。
3、罐藏容器的几何尺寸:
在其他条件相同时,加热时间与罐头容积成正比;
为了加快传热,应增大罐径,而非增加罐高。
4、罐头食品的初温:
罐头食品的初温是指杀菌刚刚开始时,罐内食品最冷点的平均温度。
一般来说,初温与杀菌温度之差越小,罐头中心加热到杀菌温度所需要的时间越短,但对流传热型食品的初温对加热时间影响较小。
与之相反,食品初温对导热型食品的加热时间影响很大。
因此,对于导热型食品,热装罐比冷装罐更有利于缩短加热时间。
5、杀菌锅的形式和罐头在杀菌锅中的位置:
罐头工业中常用的杀菌锅有静置式、回转式或旋转式等类型。
一般回转式杀菌锅的传热效果要好于静置式。
回转式杀菌对于加快导热与对流结合型传热的食品及流动性差的食品的传热,尤其有效。
在静置式杀菌锅中,罐头所处位置对于食品的传热效果也有影响。
一般来说,罐头离蒸气喷嘴越远,传热就越慢。
如果杀菌锅内的空气未排除干净,存在空气袋,那么处于空气袋内的罐头,其传热效果就更差。
6、其他:
杀菌锅内的传热介质的种类、介质在锅内的循环速度、热量分布情况等,对传热效果也有不同程度的影响。
二、罐头食品杀菌加热时间的推算
(一)比奇洛基本推算法
罐头食品加热和冷却过程中,罐内的温度随时间的进展而不断变化,一旦温度超过致死温度时就会有微生物死亡,温度不同,导致的死亡量不同。
比奇洛的推算杀菌时间的基本理论就是根据罐头食品传热情况和各温度时微生物热力致死时间的关系,推算达到理论上完全无菌程度时某温度下需要的加热、冷却杀菌时间。
罐头食品内细菌在T℃的TDT为τ分钟,加热t分钟,此时在T℃温度下完成的杀菌程度为:
,称为部分杀菌量或致死量,用A表示,即:
。
例:
115℃时某细菌的TDT为20分钟,118℃时TDT为10分钟,如果细菌最初在115℃处理8分钟,则其致死量为:
,之后在118℃下处理6分钟,致死量为:
,累积致死量:
,意味着热处理的程度已达到将全部细菌杀灭的程度。
如上述,因为:
所以:
也可表示为:
“
”为某温度下的杀菌率(或致死率),即为TDT的倒数。
则总的致死量可以积分求得:
因此罐头食品热力杀菌过程中总的杀菌效果可以根据加热和冷却过程中经历各温度时的部分杀菌量或致死量的总和推算出合理的杀菌时间。
把微生物致死时间和罐头食品的传热过程绘成传热曲线和致死时间曲线,如图4-8所示。
图中曲线(a)上的每一点代表罐头中心温度,横坐标表示加热时间,曲线(b)下横坐标表示致死时间,上横坐标表示致死率。
如果以加热时间为横坐标,以致死率为纵坐标,则可得到致死率曲线图,如图4-9所示。
用积分方法求出致死率曲线所包含的面积,即为杀菌效率值A。
当A=1时,说明杀菌时间正好合适;
A<
时,说明杀菌不充分,当A>
1时,说明杀菌时间过长。
计算加热致死率曲线下所包含的面积方法有两种,即图解法和近似计算法。
1、近似计算法
根据加热间隔时间,把致死率曲线相应地分成若干小区间,每个小区间的面积就是该加热时间内的杀菌效率值。
利用梯形求面积公式计算各个小面积
值,其总和就是杀菌效率值A。
例如:
全粒甜玉米罐头的加热时间与罐中心温度如表4-2所示,试求其合理的热力杀菌时间。
表4-2全粒甜玉米罐头的加热时间与罐中心温度
加热时间
min
罐头中心
温度/℃
加热致死
时间/min
致死率
min-1
A
2
4
6
8
10
14
17
20
24
29
32
35
40
45
47
47.5
48
27.8
102.8
110.0
111.7
108.9
111.1
113.9
115.6
116.7
118.3
118.9
119.5
120.0
120.3
120.3
110.1
670
129
88
165
100
53
36
28
19
16.7
14.8
13
12.4
0.00149
0.0078
0.0114
0.0061
0.0100
0.0189
0.0278
0.0357
0.0526
0.0599
0.0676
0.0769
0.0806
0.0806
0.0676
0.0078
0.0015
0.00929
0.0192
0.0228
0.0263
0.0241
0.0433
0.0701
0.1260
0.2207
0.1838
0.1912
0.3613
0.4188
0.1612
0.0369
0.0188
0.0046
0.01078
0.0300
0.0528
0.0791
0.1032
0.1465
0.2166
0.3426
0.5633
0.7471
0.9383
1.2996
1.7184
1.8796
1.9165
1.9353
1.9399
解:
从表4-2中的数据可以看出,当加热时间为35min时,A=0.94,可以近似估算当A=1时的杀菌时间应为36min。
2、
(二)现用杀菌时间推算法
比奇洛杀菌时间的推算法,对象菌致死量须根据一定罐型、杀菌温度及内容物初温等条件下得到的传热曲线才能推算,因此不能比较不同杀菌条件下的加热效果。
比如,121℃下杀菌70min和115℃杀菌85min,哪个杀菌效果更好?
无法进行直接比较。
为了弥补上述缺陷,Ball提出了杀菌值或致死值的概念,就是将各温度下的致死率转换成标准温度(121℃)的加热时间,也即F值。
根据式4-4:
当T=121℃时,
,则τ=F
假设TDT曲线通过121℃时F=1min,则上式就变换成:
有:
上式中的“τ”表示任何温度下达到相当于在标准杀菌条件(121℃)下处理1min的杀菌效果所需要的时间(min)。
则相应的致死率(L)为:
L表示在任何温度下处理1min所取得的杀菌效果相当于标准杀菌条件(121℃)下处理1min的杀菌效果的效率值。
根据上式就可以计算出在F=1min条件下其他各温度相应的
值。
三、杀菌温度和食品初温不同的罐内食品测点温度的换算
(一)食品初温相同,杀菌温度不同时的换算
已知某一杀菌温度和食品初温条件下测得罐内食品温度数据,则食品初温相同时,其他杀菌温度下罐内温度可按下式计算:
式中:
—现用杀菌温度下罐内温度值(℃);
—原用杀菌温度下罐内温度值(℃);
—原用杀菌温度(℃);
—现用杀菌温度(℃);
—食品初温(℃);
(二)杀菌温度相同,初温不同的换算
式中,
—原食品初温(℃);
—现食品初温(℃)。
四、食品热杀菌条件的确定
(一)实罐试验
以满足理论计算的杀菌值(
)为目标,可以有各种不同杀菌温度一时间的组合,实罐试验的目的就是根据罐头食品质量、生产能力等综合因素选定杀菌条件。
使热杀菌既能达到杀菌安全的要求,又能维持其高质量,在经济上也最合理。
因此,某些产品选用低温长时间的杀菌条件可能更合适些。
例如,属于传导传热型的非均质态食品,若选用高温短时杀菌条件,常会因为传热不均匀而导致有些个体食品中出现
值过低的情况,并有杀菌不足的危险。
(二)实罐接种的杀菌试验
实罐试验时在根据产品感官质量最好和经济上又最合理所选定的温度-时间组合成最适宜的杀菌条件基础上,为了确证所确定(理论性)杀菌条件的合理性,往往还要进行实罐接种的杀菌试验。
常采用将耐热性强的腐败菌接种于数量较少的罐内进行杀菌试验,借以确证杀菌条件的安全程度。
如实罐接种杀菌试验结果与理论计算结果很接近,则对所订杀菌条件的合理性和安全性有了更可靠的保证和高度的信心。
此外,对那些用其他方法无法确定杀菌工艺条件的罐头也可用此法确定其合适的杀菌条件。
1、试验用微生物
(1)罐头食品按酸度的分类
表4-3罐头食品按酸度的分类
酸度级别
pH值
常见腐败菌
热力杀菌要求
低酸性
5.0以上
嗜热菌、嗜温厌氧菌
嗜温兼性厌氧菌
高温杀菌
105~121℃
中酸性
4.6~5.0
酸性
3.7~4.6
非芽孢耐热菌耐酸芽孢菌
沸水或100℃以下介质中杀菌
高酸性
3.7以下
酵母、霉菌、酶
(2)杀菌对象菌
低(中)酸性食品:
梭状产芽孢杆菌(Clostridiumsporogenses)PA3679芽孢
酸性食品:
巴氏固氮梭状芽孢杆菌(Clostridiumpasteurianum)或凝结芽
孢杆菌(Bacilluscoagulans)芽孢
高酸性食品:
乳酸菌、酵母。
也认为此类食品中酶比腐败菌显示出更强的耐热性,所以酶的钝化是其杀菌的主要问题。
2、实罐接种方法
对流传热的产品可接种在罐内任何处,而传导传热产品则不同。
根据研究,这类产品的冷点在几何中心处,冷点的受热程度约低10%,因此在计算时要考虑到这一点,总的芽孢数是根据实际测定结果而确定。
接种菌液通常用芽孢悬浮液(蒸馏水或8.5g/LNaC1溶液)当天配置,按每罐加入芽孢数104~105为1mL接种液。
对流产品可在装料后未加盐水或糖水前,滴加接种液。
浆状食品则在装罐前先接种,并搅拌混合。
块状食品要尽可能接种在冷点位置或冷点与罐底之间(这是指呈转折型加热曲线的产品),其接种方法有二:
一是先加部分产品,然后滴加接种菌液,最后装满;
二是用长针头将接种液注入罐内,位置依要求而定。
3、试验罐数
如果每一组取试验罐50只(一般使用于大罐),则正确率为95%时,可求得最小腐败率5%-6%(参见表4-4),另外应有空白对照样。
品质鉴评样、传热测定可取25~50罐。
表4-4保温试验时必要试样量和可能检出腐败率的关系
腐败率/%
正确率/%
95
99
0.5
1
3
5
7
597
298
148
74
58
41
919
458
228
151
131
90
64
9
11
12
15
26
22
18
55
49
44
33
31
16
21
25
23
4、试验分组
根据杀菌条件的理论计算,按杀菌时间的长短至少分为5组,其中1组为杀菌时间最短,试样腐败率达到100%;
1组为杀菌时间最长,预计可达0%的腐败率;
其余3组的杀菌时间将出现不同的腐败率,通常杀菌时间在30--100min之间,每隔5min为1组,比较理想的是根据F值随温度提高时按对数规律递减情况,F值可按0.5,1.0,2.0,4.0,6.0,确定不同加热时间加以分组。
每次试验要控制为5组,否则罐数太多,封罐前后停留时间过长,将影响试验结果。
因此试验要求在一天内完成,并用同一材料。
对照组的罐头也应有3-5组,以便核对自然污染微生物的耐热性,同时用来检查核对二重卷边是否良好,罐内净重、沥干重和顶隙度等。
还将用6~12罐供测定冷点温度之用。
5、试验记录
依据要求做好记录。
(三)保温贮藏试验
1、保温温度
霉菌:
21.1~26.7℃结芽孢杆菌:
35.0~43.2℃
嗜温菌和酵母:
26.7~32.2℃嗜热菌:
50.0--57.2℃
2、保温时间
PA3679菌的保温时间至少3个月,在最后1个月中尚未有胀罐的罐头不取出,继续保温,也有保温1年以上的。
梭状厌氧菌、酵母或乳(酪)酸菌,至少保温1个月,如一星期内全部胀罐,可不再继续培养。
霉菌生长也慢,要2-3周,也可能要3个月或更长一些时间。
嗜热菌要10d~21d,高温培养时间不宜过长,因可能加剧腐蚀而影响产品质量,FS1518嗜热脂肪芽孢杆菌的芽孢如在其生长温度以下存放较长时间,可能导致其自行死亡,因此必须在杀菌试验后尽早保温培养。
保温试验样品应每天观察其容器外观有无变化,当罐头胀罐后即取出,并存放在冰箱中。
保温试验完成后,将罐头在室温下放置冷却过夜,然后观察其容器外观、罐底盖是否膨胀,是否低真空,然后对全部试验罐进行开罐检验,观察其形态、色泽、pH值和粘稠性等,并一一记录其结果。
接种肉毒杆菌试样要做毒性试验,也可能有的罐头产毒而不产气。
当发现容器外观和内容物性状与原接种试验菌所应出现的征状有差异时,可能是漏罐污染或自然界污染了耐热性更强的微生物造成,这就要进行腐败原因菌的分离试验。
(四)生产线上实罐试验接种
实罐试验和保温试验结果都正常的罐头加热杀菌条件,就可以进入生产线的实罐试验做最后验证。
试样量至少100罐以上,试验时必须对以下内容进行测定并做好记录:
生产线实罐试样也要经历保温试验,希望保温3~6个月。
当保温试样开罐后检验结果显示内容物全部正常,即可将此杀菌条件用于实际生产,如果发现试样中有腐败菌,则要进行原因菌的分离实验。
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