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杀菌基础知识

食物安全加工控制培训班教材

民以食为天，食物安全，核心是“以人为本”，这是一个重要而又复杂的话题，充分表现了保障食物安尽是全社会的一路责任。

关护着人类健康，维系着企业生存，影响着国家安宁和经济的发展。

成立健全有关食物安全的标准体系，又是开展食物安全评价活动最重要的技术基础工作。

我国已经于2006年发布了GB/T22000《食物安全管理体系食物链中各类组织的要求》国家标准，食物链中不同类型食物的生产加工活动存在较大不同。

首先食物门类多、品种多，原料来源普遍，加工工艺复杂、设备专用，各类产品的特性也不一样等等多种因素的影响，食物安全危害可能会在原料接收、加工制作、贮存运输的各个环节得以暴露。

分析其原因、制定办法、实施控制、强化监管、持续改良必需贯穿整个食品加工、处置、消费和服务的全进程，我国政府对这方面的工作一直比较重视，食物安全法的修订、食物行业安全管理体系的七个标准的发布，以及与各个标准相配套的理解与实施贯标培训材料丛书的编写，也通过了SAC/TC261组织专家审定，此刻国家指定的出版社出版食物培训教材丛书。

本系列从书共7册。

包括：

一、罐头食物　生产企业要求　

二、肉及肉制品　生产企业要求

3、速冻果蔬　生产企业要求　

4、果汁和蔬菜汁类　生产企业要求　

五、速冻方便食物　生产企业要求

六、水产品加工　企业要求

7、餐饮业　要求

食物的杀菌

参加这一培训班的人员来自肉制品、果蔬、调味品等各个行业，正如GB/T22000《食物安全管理体系食物链中各类组织的要求》中所说的那样食物链中不同类型食物的生产加工活动存在较大不同。

所以各类产品的标准不同、保留方式（储藏条件）不同、水分活性不同、内容物的PH值不同、杀菌对象菌不同样等，所以杀菌要求、杀菌所用的设备、杀菌工艺等等也都是不同的。

所以在这里只能就杀菌的一些大体原则和同志们作一次交流沟通，希望能给同志们此后的工作有所启发。

罐头食物的原料不免会被各类微生物污染，这些微生物能使食物腐败变质或令人体中毒致病，所以必需对食物进行杀菌，以确保食物的安全性，国际上有关食物安全性的报导不足为奇，即便在去年还有食物肉毒杆菌中毒事件的刑事案件发生。

所以食物生产企业必然要把产品安全性放在头等位置，绝不能掉以轻心。

超高压

脉冲电场

高压二氧化碳

脉冲磁场

紫外杀菌

辐照杀菌

生物防腐

其他

微波杀菌

欧姆杀菌

巴氏杀菌

高温杀菌

超高温杀菌

传统热力杀菌

新型热力杀菌

热力杀菌

非热杀菌

杀菌技术

一、杀菌技术：

有热力杀菌和非热力杀菌（冷杀菌）之分

传统的杀菌方式-热力杀菌在杀菌进程中，热能通过对流、传导等不同的传热方式对食物进行加热，使食物中心温度达到细菌致死温度，达到食物中微生物死亡和酶纯化的目的，从而有效地保证了食物的安全性，这个进程必然致使食物表面层具有较高的温度和较多的热量积聚，若是受热部位超过了食物忍受限度，食物品质就会急剧下降，特别是热敏性较强的产品，其色、香、味、功能性及营养成份等会受到不同程度的破坏，通过热力杀菌后新鲜产品失去了原有的新鲜度，乃至还会产生异味，影响产品质量。

非热杀菌技术是与热力杀菌对应的概念，它是通过非加热的方式杀灭食物中，包括物料、制品或环境中有害的和致病的微生物，使杀菌的食物达到特定的无菌程度要求。

非热力杀菌技术核心是杀菌进程中不加热，食物温度低于60℃或食物温度升高的幅度很小，且能保证食物的安全性。

它至所以日趋受到人们的重视，这是因为非热力杀菌是在常温或小幅度升温条件下进行杀菌，它克服了一般热杀菌的传热相对较慢和对被杀菌的食物产生热损伤等弱点，它不仅能保证食物在微生物方面的安全性，并能较好地维持食物原有的营养成份、组织结构、色泽和新鲜程度以及食品功能成份的生理活性，而且杀菌时间短，既节约能源又无三废产生。

非热杀菌技术特别适合于热敏性强的物料、制品和环境的杀菌，目前国内外研发的新型非热杀菌技术有超高压杀菌、脉冲电场杀菌、高压二氧化碳杀菌、脉冲强光杀菌、超声波杀菌、臭氧杀菌、放射线杀菌、紫外线杀菌等，在发达国家有些技术已开始利用，部份取代惯用的食物热杀菌技术。

这是目前国内外食物杀菌技术发展的新趋势。

我国食物生产企业目前仍是采用热力杀菌方式。

第一章　热力杀菌的大体概念

热力杀菌：

就是把密封后的罐头食物放入杀菌锅内，加热到必然温度并维持一段时间，其目的是杀死食物中所污染的致病菌、产毒菌及腐败菌，并破坏食物中的酶，尽可能地维持食物内容物原有的风味、色泽、组织形态及营养成份等，即达到商业无菌的要求。

杀菌后的罐头并非是绝对无菌，故称作罐头“杀菌”而不称作罐头“灭菌”，罐头杀菌仅是在罐头内不含有致病的微生物，但允许罐内残余某些微生物和芽孢，它在罐头的真空、密封等条件下处于休眠状态，产品在正常室温条件下，贮藏和销售进程中，这些非致病性微生物不活动（不生长不繁衍），不会引发食物腐败变质，不会影响人体健康，这就是商业无菌的概念。

由于杀菌后的罐头处于密闭条件下，可以有效避免外界微生物的侵入，罐内又有真空，少量残留的微生物在罐内不活动，这就使罐头能夠长期保留而不变质，罐薉原理决定了罐头在生产进程是不需要加任何防腐剂的。

第一节　　食物微生物学

食物中的微生物是致使食物不耐贮藏的主要原因。

一般说来，食物原料都带有微生物。

在食物的采收、运输、加工和保藏进程中，都有可能污染微生物。

在必然的条件下，这些微生物会在食物中生长、繁衍，使食物失去原有的或应有的营养价值和感官品质，乃至产生有害和有毒的物质。

细菌、霉菌和酵母都可能引发食物的变质，它们普遍存在于自然界，其中细菌是引发食物腐败变质并在繁衍进程中产生毒素的主要微生物。

细菌中有芽孢菌和非芽孢菌之分，非芽孢菌（球菌和杆菌）在自然界存在的种类最多，污染食物的可能性也最大，但其耐热性较差，在100℃均能将其杀死；而芽孢菌耐热性较强，要用100℃以上的进行杀菌。

一、微生物的生长条件

1、温度

不同微生物的最适生长温度不同，当温度高于微生物的最适生长温度时，微生物的生长就会受到抑制，而当温度高到足以使微生物体内的蛋白质发生变性时，微生物即会出现死亡现象。

表1：

微生物的最适生长温度与热致死温度（℃）

最低生长温度

最适生长温度

最高生长温度

嗜热菌

30～45

50～70

70～90

嗜温菌

5～15

30～45

45～55

低温菌

-5～5

25～30

30～55

嗜冷菌

-10～-5

12～15

15～25

2、水分

食物中的有效水分含量是微生物生长的必要条件，而食物中的水以自由水和结合水二种形式存在。

自由水（游离水）：

借助毛细管作使劲存在于细胞间隙、细胞液中和制成食物的结构组织中。

它具有普通水的性质，可被微生物利用、是微生物生长的必要条件。

结合水（束缚水）：

是指与食物中一些化合物的活性基团以氢键等形式结合的水。

是组成蛋白质、淀粉、果胶物质、纤维素等的成份之一。

1）最大水分活度（aw）：

水分活度是食物中游离水分的估量，即食物中未结合水分的含量。

水分活度可用AW表示，其概念为：

食物中水的蒸气压P与同温下纯水的饱和蒸气压P0之比。

含水量与水分活度的关系。

aw=

当食物与空气平衡时，食物的水分活度与空气的相对湿度相等。

2）食物中的水分含量

低水分区，AW=0～，相当于含水量在0～0.07g/g干物质，单分子层结合水。

中水分区AW=～之间，相当于含水量在～0.33g/g干物质,这部份水为多分子层结合水或称准结合水。

为高湿度区,AW=～之间，含水量在～0.33g/g干物质,这一区间游离水分含量较高。

3）.水分活度与微生物生命活动的关系

食物中微生物生长必需要有水分，即食物中的游离水含量越高。

微生物越容易生长，许多微生物的生长会直接引发食物的腐败变质，其生长时有可能产生毒素。

不同微生物的生长时对水分活度的要求是不同的。

若是食物的水分活度值低于这一数值，微生物的生长繁衍就会受到抑制。

表2　部份微生物所需水分活度表

微生物

霉菌

酵母

肉毒杆菌

白色葡萄球菌

沙门氏菌

生长所需aw

4）．水分活度与食物中化学转变的关系

微生物生长是致使食物腐败变质的一个重要方面，而食物中发生的化学反映和酶促反映也是引发食物品质转变的重要原因。

降低水分活度，也可以控制在食物中发生的化学转变，从而稳定食物的质量。

水作为介质及反映物，其活度会影响生化反映的速度，在酶促反映中，水分活度还可影响酶的活性。

降低食物的水分活度，可以延缓酶促褐变和非酶褐变的进行，减少食物中营养成份的破坏，避免水溶性色素的分解。

但水分活度太低，则会加速脂肪的氧化酸败降低水分活度。

3、氧气

按照细菌生长对氧气的需求，通常可将细菌分成需氧菌，厌氧菌和兼性厌氧菌，但细菌生长对氧的要求按照其种类而定。

二、食物中的腐败菌

一、低酸食物内的腐败菌有：

低酸食物的腐败菌大多数属于专性厌氧嗜热芽孢杆菌和厌氧嗜温芽孢菌一类。

厌氧嗜热芽孢菌常见的有嗜热解糖梭状芽孢杆菌、嗜热脂肪芽孢杆菌，它最适宜的生长温度55℃，温度低于32℃时生长缓慢。

厌氧嗜温芽孢杆菌有肉毒杆菌、生芽梭状芽孢杆菌等其耐热性较强。

2、酸性食物的腐败菌：

有专性厌氧嗜温芽孢杆菌，如凝结芽孢杆菌、巴氏固氮梭状芽孢杆菌、酪酸梭状芽孢杆菌等解糖菌。

3、高酸性食物中常见有腐败菌：

有酵母、霉菌、乳杆菌明串球菌等非芽孢菌。

三、杀菌对象菌的耐热性。

表2按PH值分类的罐头食物中常见的腐败菌

食品PH范围

腐败菌温度习性

腐败菌类型

罐头食品腐败类型

腐败特性

抗热性能　

常见腐败对象

低酸和中性食品（以上）

嗜热菌

嗜热脂肪芽孢杆菌

平盖酸败

产酸（乳酸、甲酸、醋酸）不产气或产微量气体，不胀罐，食品有酸味

D121.1℃＝～

青豆、青刀豆、芦笋、蘑菇、红烧肉、猪肝酱、卤猪舌

嗜热解糖梭状芽孢杆菌

高温缺氧发酵

产气（co2+H2）不产H2S，胀罐；产酸（酪酸）食品有酪酸

D121.1℃＝～

芦笋、蘑菇、蛤

致黑梭状芽孢杆菌

致黑（或硫臭）腐败

致黑（或硫臭）腐败

D121.1℃＝～

青豆、玉米

嗜温菌

肉毒杆菌A型和B型

缺氧腐败

产毒素、产酸（酪酸）、产气和H2S，胀罐、食品有酪酸味

D121.1℃＝～

肉类、肠制品、油浸鱼、青刀豆、青豆、芦笋、蘑菇

肉类、肠制品、油浸鱼、青刀豆、青豆、芦笋、蘑菇

不产毒素、产酸、产气和H2S，明显胀罐、有臭味

D121.1℃＝～

肉类、鱼类（不常见）

酸性食品至

嗜温菌

耐酸热芽孢杆菌（或凝结芽孢杆菌）

平盖酸坏

产酸（乳酸）、不产气、不胀罐、变味

D121.1℃＝～

番茄及番茄制品（番茄汁）

巴氏固氮芽孢杆菌

缺氧发酵

产酸（酪酸）、产气co2+H2胀罐、有酪酸味

D100℃＝～

菠萝、番茄

酪酸梭状芽孢杆菌

整番茄

多粘芽孢杆菌

发酵变质

产酸、产气、也产丙酮和酒精胀罐

水果及其制品（桃、番茄）

软化芽孢杆菌

高酸性食品以下

非芽孢嗜温菌

乳酸菌明串珠菌

发酵变质

产酸（乳酸）、产气co2胀罐

D65.5℃＝～1min

水果、梨、果汁（粘质）

酵母

产酒精、产气co2膜状酵母、有的食品表面形成膜状物

果汁、酸渍食品

霉菌（一般）

食品表面上长霉菌

D40℃＝1～2min

果酱、糖浆水果

纯黄丝衣霉雪白丝衣霉

分解果胶、至果实瓦解，发酵产生co2胀罐

水果

D值是微生物的耐热能力。

是指在必然的环境中和必然的热力致死温度下，每杀死90%的对象菌数（芽孢数）所需要的时间（min）。

低酸食物中，对公共卫生安全组成危害的主如果肉毒杆菌，这是食物致病菌中耐热性最强的细菌，其产生的外毒素误食后可以造成食物中毒而死亡，所以对低酸食物罐头必需最大限度地杀死肉毒杆菌的营养体及芽孢，使其失去繁衍能力和变异能力，确保食用者的安全性。

三、微生物的耐热性

（一）、芽孢的耐热性

腐败菌是罐头食物杀菌的对象，其耐热性与罐头食物的杀菌条件的直接的关系，而微生物芽孢较其营养体有很高的耐热性，一般以为芽孢有外皮和皮膜，其原生质的生理特性可能与其耐热性有关。

芽孢外皮很厚，约占芽孢直径的1/10，网状构造的聚合物形成，在外孢萌生初期会分解收缩。

其耐热性与罐头食物的杀菌条件有直接关系，影响芽孢耐热性的因素很多，这些因素归纳起来可分为三类：

1芽孢本身（即与遗传。

组成、形态有关）如微生物的种类；

2芽孢形成的条件和环境如芽孢中水分的含量；

3芽孢受热处置条件及加热的生长条件。

芽孢耐热性不但因种类不同而有很大的不同，同时在同一菌种不同菌株之间也有不同。

虽属同一株，但由于芽孢形成的条件不同时，其耐热性又会有很大的不同。

不同培育基形成的芽孢对耐热性影响也很大。

（二）、影响微生物耐热性的因素有：

一、食物中所污染的微生物的种类和数量；食物从原料到装罐密封，存在着污染各类微生物可能性，食物中污染微生物的种类不同，其耐热性是不同的，而且即便同一菌种，但菌株不同，耐热性也有很大不同，主要微生物耐热性详见下表

表3细菌芽孢耐热性（106芽孢/5ml肉羹培育基中）

细菌种类

致死时间

100℃

125℃

枯草杆菌

120

30

马铃薯杆菌

110

25

肉毒杆菌A

300

12

肉毒杆菌B

150

12

污染微生物的数量越多，细菌芽孢的耐热性就越强，所需的致死时间越长。

2、加热处置的温度和时间：

加热处置的温度越高，细菌的致死时间就越短。

3、食物的化学成份；一般以为加热杀菌促使微生物死亡的原因是由于微生物细胞内的蛋白质受热凝固，而失去新陈代谢的能力。

所以蛋白质凝固的难易程度，直接关系到微生物的耐热性，这又与食物的化学成份有关：

（1）PH—　通常PH值越低，芽孢耐热性降低。

（2）糖—　糖液对芽孢在加热时有保护作用，这是因为糖吸收了细胞中的水分，致使细胞原生持脱水，影响了蛋白质的凝固速度，糖的浓度越高杀灭芽孢所需的时间越长。

（3）食盐—　低浓度的食盐溶液（2%～4%）对芽孢的耐热性有必然的保护作用，但随浓度的增加微生物的耐热性减弱。

（4）脂肪—　脂肪含量的提高会增加芽孢的耐热性，这是因为脂肪包围了细菌的芽孢，妨碍了水分的渗入，同时脂肪又是不良导热体，也妨碍了热量的传导，因此增加了细菌的抗热性。

（5）蛋白质—　蛋白质含量在必然范围内（5%）对微生物芽孢有保护作用。

四、　热力杀菌的分类　

一、巴氏杀菌――也称低温长时杀菌法。

巴氏杀菌是一种较温和的热杀菌形式，巴氏杀菌的处置温度通常在100℃以下，典型的巴氏杀菌的条件是62.8℃/30min，达到一样的巴氏杀菌效果，可以有不同的温度、时间组合。

巴氏杀菌可使食物中的酶失活，并破坏食物中热敏性的微生物和致病菌。

巴氏杀菌的目的及其产品的贮藏期主要取决于杀菌条件、食物成份（如pH值）和包装情况，此方式主要适用于PH<酸性或高酸性食物、低温贮藏的肉制品和以酵母、霉菌为杀菌对象菌的食物。

二、高温杀菌法

是指食物经100℃~121℃杀菌处置。

主要应用于pH>的低酸性食物的杀菌。

3、高温短时杀菌法。

目前国际上对高温短时杀菌尚未明确的概念，但在无菌包装中一般都以为对于pH大于4．6的低酸性食物，温度138～145℃、时间为1～30s的杀菌方式，是高温短时杀菌，这也是大多数无菌包装低酸食物杀菌常常利用的工艺规程。

杀菌温度在150～166℃，时间在0．1～0．01s，称之为超高温瞬时杀菌；而在罐头杀菌中将温度大于121℃的杀菌方式称为高温短时杀菌。

目前罐头食物常常利用的热力杀菌方式有高压蒸汽杀菌、加压水杀菌、常压水杀菌等几种。

它又有持续式和间隙式之分。

影响杀菌效果的因素很多，如食物的种类，内容物的多少、初菌数及其微生物的种类、杀菌锅的结构、杀菌操作、杀菌强度等等，任何一个环节轻忽了，就会致使杀菌不足，胖听率增加或发生平酸变质，给消费者的健康带来危害或潜在的安全危害，产品达不到商业无菌的要求；也有可能使产品造成产品的色、香、味不佳。

所以食物的热力杀菌从来是食物生产企业的关键控制点。

五、热力杀菌四要素：

食物杀菌要保证产品的安全性，从来是食物生产进程中的关键控制点之一，究竟要控制那些因素呢才能达到食物杀菌预期的效果呢？

这就是热力杀菌的四要素：

1、杀菌工艺规程是保证杀菌效果的手腕（升温、排气、恒温的温度和时间）；

2、关键因子*是制定杀菌工艺规程的依据。

3、杀菌锅热散布的均匀性是保证杀菌效果的条件；

4、杀菌规范操作是保证杀菌效果的办法（升温、排气、恒温、冷却的操作）；

*关键因子:

凡是影响微生物耐热性（D值）和传热速度（fh值）的因子，都称作关键因子，因为它们稍有转变，就会直接影响产品的F值。

如

（1）、食物的种类　肯定杀菌对象菌及其污染程度（初菌数）；

（2）、食物的初温　　初温是指未杀菌前，整个杀菌锅中温度最低的罐头的平均温度。

（3）、最大水分活度（aw）；

（4）、罐头食物的物理特性：

主如果食物的形状、大小、调味汁配方、糖水浓度、物料粘稠度、密度、最大装罐量、净重和固形物重之比、装罐方式（手工、机械或其他方式）等；

（5）、罐内顶隙度、封口真空度（抑制罐内残留微生物生长的环境），从封口到杀菌的时间；

（6）、包装形式（容器）、装笼方式、分隔板、杀菌锅的形式及罐头在杀菌锅内的位置等等。

热力杀菌四要素是相彼此存不可分割的，任何一个要素或因素在性质、特征、条件、形态或参数发生转变时，就会影响杀菌效果，达不到商业无菌的要求。

所以罐头杀菌的四要素在罐头食物生产进程中都必需加以控制，它们一旦发生偏离，就必需作为杀菌误差处置。

六、杀菌规程的制订

杀菌规程的制订，首先要肯定杀菌对象菌，进行耐热性实验，画出微生物耐热性曲线、热力致死曲线、热力指数递减时间曲线，产品冷点的传热数据，再用图解法、公式法、列线图法、求和查表法等计算F值和对F安值的估算，再用不同杀菌温度－时间的组合进行实罐实验，样品经保温结合商业无菌的检测、感官查验等综合分析，最终才能肯定科学合理的杀菌式。

在这进程中杀死对象菌是目的，传热曲线是基础，肯定F安值是关键，杀菌设备的热散布均匀性是条件，杀菌操作是保证办法。

这个进程比较复杂，实验周期较长。

生产企业一般均采用以下方式肯定杀菌规程。

一、有条件的单位，可用中心温度测定仪直接测定该产品在预定的杀菌温度下的FO值，当产品的FO值≥F安值时，产品可以以为是安全的，该加热杀菌的时间、温度可初定为该产品的杀菌温度和时间，再按照保温后商业无菌的检测、内容物的感官品质、罐头的初温、最大装罐量、生产场地卫生状况和生产能力的平衡等因素综合考虑，最终肯定杀菌恒温时间。

二、如无条件直接测定F值的单位，可按照F安的估算值结合平时的工作经验，选定几个杀菌式进行实罐实验，采用分段保温的办法，产品经室温、37℃、55℃保温1～3个月，每十天对保温的样品检测一次，只要能肯定嗜温菌、嗜热菌均不生长，再结合感官（色、香、味、组织弹性等）检测情况，对查验结果进行综合分析后可选用其中一个杀菌式，进行生产线试生产一批产品，产品在销售进程中进行跟踪，一年内消费者没有任何有关质量问题的投诉，就可以充分证明该产品的杀菌式是安全的，对人体健康无妨碍，能充分保证产品的感官质量指标，则该杀菌公式可以正式用于该产品的杀菌规程。