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    浅谈用水分活度、pH、化学物质及包装控制2015.08.06

    用水分活度、pH、化学物质及包装控制

      食品加工可以利用水分活度、pH、化学物质及包装来控制病原体生长。而对食品加工来讲,通过控制病原体所需的营养成分,则难以达到目的,因为除特别情形之外,大多数食品为病原体生长产提供了充足的营养。我们还是集中精力通过水分活度、pH、化学物质及包装控制病原体生长。

      通过分别控制食品中水分活度和pH值,或加入化学添加剂如盐类物质,或通过特定的包装技术调节气体来控制病原体的生长。但是,加工者一般将这些控制技术结合使用,而不是只依赖于一种。因为单一控制系统如完全达到目的,可能是苛刻的,而且使产品不为消费者接受。

      本节将叙述使用pH、水分活度、抑制剂和气体的微生物学控制。

    一、控制pH 

      每种微生物生长都有最低、最佳、最高pH值,酵母菌和霉菌可在低pH下生长,当pH值为 4.6或以下时可抑制致病菌生长和产生毒素的,这是我们关心的主要问题。但有些病原体,特别是艾希氏大肠杆菌0157:H7,虽然在酸性条件下生长被抑制,仍可存活较长时间。pH 是一种抑制病菌生长的方法,而不能破坏现存的致病菌。但是,在低pH值保持时间较长时,很多微生物将被破坏。

      pH 4.6 是酸性食品和低酸食品的分界限。有些食品开始是低酸食品,加工后成为酸性食品。这将在后面讨论。

      天然酸性食品是那些自然含酸的食品。常见的天然酸性的食品有:pH为4.0的桃;pH为3.5的橙汁和pH为3.5的苹果。通常而言,大部分水果属天然酸性的食品。但有些热带水果如菠萝,根据生长条件pH可能大于4.6。

      低酸食品(pH 4.6 以上)如有:pH为6.3的生鱼;pH为5.0的青刀豆罐头;pH为5.5 的面包和pH为6.2的鲜火腿。如上所述,低酸食品包括含蛋白质食品、各种蔬菜、淀粉质食品及其它多种食品。

      食品经加工变酸的产品包括如使用醋(醋酸)降低pH的腌渍鱼和腌渍椒,和通过发酵产生乳酸来降低pH的橄榄和甜泡菜。

      酸化是直接向低酸食品加酸的过程。目标通常为 pH 4.6或更低。这些食品称为酸化食品,要符合相应的法规如FDA 21CFR PART 114。 有些情况食品虽然经过加酸,但最终pH仍高于4.6,这就需要其他方法来加以控制,如冷藏。

      发酵是使用某些无害微生物来促进食品化学变化的过程。这些微生物作用的结果是产生酸或乙醇。细菌一般产生醋酸或乳酸,酵母菌一般产生乙醇。

      通过发酵产生酸或乙醇有两个目的。一是赋予食品特定的品质以产生预期的味道或均匀结构。酸奶就是通过发酵加工具有独特的香味和结构。另一个目的是食品防腐,如腌渍产品,但这类发酵食品的pH一般达不到4.6或以下,所以在冷藏温度下贮存才是安全的。

    (一)、酸化

      酸化是直接向低酸食品加酸的过程。添加的酸有很多种----醋酸、乳酸和柠檬酸----根据预期成品的特性而选用。另外一些酸化产品包括:腌渍洋葱,腌渍芦笋和生装酸黄瓜。

      除用酸酸化食品外,可用天然酸性食品如蕃茄作为添加配料,来酸化低酸食品。使用蕃茄的产品包括装有整形芹菜、洋葱或辣椒意大利面条酱。罐装蕃茄通常pH为约4.2,而其它蔬菜为低酸性。

      如制成食品的pH不同于酸性原料的pH,则认为该食品是酸化的,并适用于法规。例如,蕃茄原料pH是4.2,如制成品pH是4.5则食品已经酸化了,因为蕃茄中的部分酸被用来酸化蔬菜。或者,如制成品pH仍为4.2,则用来酸化蔬菜的蕃茄中的酸量没有明显变化,在这种情况下该产品不适用于酸化食品法规,并且认为不是配制成的酸性食物。这样的食品包括有芥木、蕃茄酱、沙拉调料和其它调味品,都是货架稳定的食品。

      酸化食品加工者需科学地设定加工过程以保证最终pH肯定低于4.6。加工者需对每批制成品测试平衡后的pH 。意思是指所有配料达到自然pH平衡,这对较大颗粒食品可能需长达10天长的时间。需经几天达到平衡pH的产品在这段时间里可能需要冷藏,以防止肉毒梭菌或其它病原体的生长。为加速测试过程,可将产品混成均匀糊状。均质含油的食品时,均质前应将油除去。另一种方法是在产品加油前测试pH,因为油不影响最终pH。

    (二)、测量pH值

      如加工者要进行酸化处理,必须有某种测量pH的方法。加工者多数选用pH计,但也可使用指示溶液、试纸、或进行滴定确保最终pH低于4.0。如用pH计,需进行适当地校正。

      pH计可有双电极,或两个功能结合在一个电极上的单个复合电极。一个是参比电极,一个是测量电极。不用时,电极应浸没在蒸馏水或制造商推荐的其它溶液中。每天使用时应用两种缓冲溶液校正仪器,其中一中pH接近所测的平衡pH。校正后,电极应用蒸馏水冲洗,然后用于测试。pH计的操作和校正应遵照制造商的说明进行。

    (三)、直接酸化和批酸化

      向产品中加酸有几种不同方法。一种方法称为直接酸化,即在生产低酸食品过程中,在单个制成品容器中加入预先确定数量的酸。用此方法,重要的是加工者控制酸与食品比例,酸化蔬菜最常用的方法。另一种方法是批酸化,顾名思义,酸和食品大批混合后让其平衡。然后包装酸化食品。

      对经批酸化的制成品监测pH所需频率要比经直接酸化的低。这是因为直接酸化缸与缸之间有变化,而批酸化则不然。

      最后一点,按配方配制的酸化食品和酸性食品的,必须进行充分地热处理以灭活腐败微生物和病原体的繁殖体。两个原因,一个是防止腐败导致经济损失,另外是腐败生物的繁殖可使pH升高,危及产品的安全。

      关于酸化食品的加工工程,可查找美国FDA《酸化食品生产者检验指南》或其他资料。

    (四)、发酵

      对于发酵食品,判定一个特定食品是否安全时常常令人困惑。发酵食品如发酵泡菜和酸奶等。

      葡萄酒和啤酒,是用酵母菌使产品发酵产生乙醇,乙醇使产品防腐。在酸泡菜、发酵香肠、奶酪、甜酸泡菜、橄榄和酪乳的生产中,发酵时细菌产生了乳酸。霉菌也用于某些食品的发酵,主要是为了味道和其它特性,如酱油和其它中国特色食品,。

      实际上,发酵实在是一种艺术。一方面需要促进好的微生物生长同时一方面阻止会引起腐败的不良微生物生长。通常的作法是向食品中加盐或发酵剂,或在某些情形中将其轻微地酸化。发酵剂可以是酵母菌或细菌。

      在很多发酵产品中,一个普遍现象就是没有消除产酸细菌的加工过程。所以大部分发酵产品必须保持冷藏,以保证发酵细菌不会使产品腐败。

    二、控制水分活度

    (一)、常见食品的水分活度

      如同pH,每种微生物体有其生长的最低、最佳、最高水分活度。酵母菌和霉菌可在低水分下生长,但是0.85是病原体生长的安全界限。0.85是根据金黄色葡萄球菌产生毒素的最低水分活度得来的。

      0.85以上水分活度食品需要冷藏或其它措施来控制病原体生长。水分活度0.60至0.85的食品为中等水分食品,这些食品不需要冷藏控制病原体,但由于主要酵母菌和霉菌引起的腐败,要有一个限定货架期。对大部分水分活度在0.6以下食品,有较长的货架期,也不需冷藏,这些食品称为低水分食品。

    常见食品的水分活度

    水分活度

    分 类

    控 制 要 求

    0.85以上

    水份较大的食品

    要求冷藏或其他措施控制病原体生长

    0.6—0.85

    中等水份食品

    不需要冷藏控制病原体

    由于因酵母和霉菌引起的腐败而限制货架期

    0.6以下

    低水份食品

    较长货架期,也不需要冷藏

      水份较高的食品(水分活度高于0.85 )的一些例子:

    水份较高的食品

    水分活度

    生鱼

    0.99

    苹果

    0.99

    牛奶

    0.98

    熏火腿

    0.87

    面包

    0.95

      大部分生肉、水果和蔬菜属于水份较高的食品(水分活度高于0.85 )。值得注意的是面包,多数人认为它是干燥,货架稳定的产品。实际上,它有相当高的水分活度,它只是因pH、水分活度的多重屏障,而使之安全,并且霉菌比病原体更容易生长,换言之,它变危险之前就长霉变绿了。

      有些独特风味的产品如酱油外表像是高水分产品,但因盐、糖或其它成分结合了水分,它们的水分活度很低,其水分活度在0.80左右。因果酱和果冻的水分活度可满足酵母菌和霉菌生长,它们需在将包装前轻微加热将酵母菌霉菌杀灭以防止腐败。

     中等水分食品(水分活度在0.60至0.85之间)的一些例子:

     

    中等水分食品

    水分活度

    糖蜜

    0.76

    重盐渍鱼如鳗鱼

    0.70

    面粉

    0.70

    果酱

    0.80

    果脯

    0.70

    酱油

    0.80

      货架完全稳定产品,或低水分食品(水分活度 0.60以下)的产品如:

    低水分食品

    水分活度

    干面条

    0.50

    饼干

    0.10

      所以食品按其水分活度可划分为三类。有些中等和低水分活度食品为天然低水分活度,例如,糖蜜和面粉。因为加工时不必控制水分活度,将不讨论这些食品。

      其它中等和低水分活度食品,如果脯、腌鱼、草莓酱、饼干、酱油和面条,开始是高水分活度食品,加工后,水分活度降低了。

    (二)、控制水分活度

      有些产品需仔细控制水分活度,其它则不必。例如,果酱如果不用糖降低已有水分活度,将不成酱----或者说不成冻胶----也不能投放市场。这类产品不需为安全而控制水分活度。

      降低食品中水分有两种传统方法,即干燥和加盐或糖结合水分子。

    干燥是食品防腐最古老的方法之一。除防腐之外,干燥产生了食品的自身特性,如同发酵。世界上很多地方还在用开放式空气干燥,一般而言有四种基本干燥方法。

      热空气干燥----用于固体食品如蔬菜、水果和鱼

      喷雾干燥----用于流体和半流体如牛奶

      真空干燥----用于流体如果汁

      冷冻干燥----用于多种产品

      另一种降低食品水分活度的方法是加盐或糖。这种类型食品的例子有----酱油、果酱和腌鱼,这不需要非常特殊的设备。对流体或半流体产品,如酱油或果酱,用配方加工控制。对固体食品如鱼或熏火腿,可用盐干燥,即放入盐溶液或浸入盐水中。

      控制水分活度分两步。第一,科学地设定可保证水分活度为0.85或更低的干燥、盐渍或加工配方,然后严格地执行。第二,可取制成品样品测试其水分活度。

    三、化学抑制剂

      有时所选定的食品控制方法不能防止所有的微生物生长。这种情况下,可添加化学物质以进一步确保产品的安全。化学防腐剂包括苯甲酸盐、山梨酸、亚硫酸盐、亚硝酸盐和抗生素。

      化学防腐剂通过使微生物蛋白质变性,抑制酶和改变或破坏细胞壁或细胞膜而达到控制效果。

    (一)、常用的化学试剂:

      苯甲酸盐,包括苯甲酸、苯甲酸钠或钾和对羟苯甲酸。它们主要用于抑制酵母菌和霉菌。

      山梨酸盐,包括山梨酸、山梨酸钠和钾。山梨酸盐用于抑制霉菌。

      丙酸用于抑制面包、蛋糕和奶酪中霉菌。

      亚硫酸盐,包括二氧化硫用于多种产品如柠檬汁、水产品、蔬菜、糖蜜、葡萄酒、果脯和果。亚硫酸盐主要作为抗氧化剂,但也有抗微生物特性。

      亚硝酸盐,用于熏肉和熏鱼,通常与盐和糖混合使用。亚硝酸盐抑制肉毒梭菌的生长。

      盐也用于阻止病原体生长,特别是肉毒梭菌。

      乳酸链球素和游霉素(NISIN,NATAMYCIN)是两种被批准可直接用于食品的抗生素。它们用于奶酪中作为抗微生物剂。

      使用的化学防腐剂,必须经过有关部门批准,使用的浓度也应在规定的范围内。另外在食品的标签上应注明使用成分。

    (二)、使用化学防腐剂控制

      化学防腐剂使用的控制很简单----配方。意思是,加工者需对每批产品严格控制食品添加剂的剂量。

    四.控制包装

      包装不同于其它控制方法,虽然包装有时用于控制微生物生长,但对腐败生物体的控制是有限的,不能作为可控制致病菌生长的单一方法。但通过改变包装有助于产品安全性,所以在这里加以讨论。

      从食品安全角度看,包装有两个功能,可防止食品污染,也可增加食品控制的有效性。

    (一)、包装类型

      很多产品是真空包装。真空包装是在将封口前用机械抽出包装中空气。产品放在低透氧性袋中,再放在真空机内用机械抽出袋中空气然后进行热封口。薄膜紧贴在产品上。袋中不残留空气或气体。

      充气包装

      产品可包装于充气包装中。充气包装包括一次充气和封口处理。所充的气体有三种,可单独或混合使用,包括氮气、二氧化碳和氧气。这些气体都有各自不同功能。

      氮气取代氧气,因而减弱了需氧腐败生物的生长。

      二氧化碳能使很多微生物致死,破坏腐败生物以延长货架期。

      氧气是需氧腐败生物体生命线。但含有一定氧气可增加抑制肉毒梭菌的安全性。通常为浓度约2至4%的氧。然而,包装中存在的氧可使腐败微生物生长,并消耗氧气以至降低至2 %安全浓度之下,这样产品的保质期受到限制。

    (二)、控制气体包装

      控制气体包装是一个动态过程,包装中使用氧清除剂,在整个货架期内保持包装中的气体。吸收氧气有利于较长货架期产品,因为大部分包装对氧气都有某种程度的通透性。

      不同的包装膜具有不同的透氧性。这些包装用于货架期较长产品的贮存。这类包装用于蔬菜如生菜。当植物体呼吸时,它们吸入氧气排出二氧化碳。如果薄膜限制了现有氧气的含量,则可降低呼吸的速度并延长货架期。

      包装于油中的产品,不必用特殊包装来减少氧的存在以制造成一个厌氧环境,如油泡大蒜,可产生同样的厌氧环境。

      减氧包装

      所有这些不同包装形式归为一类称为减氧包装。使用减氧包装可防止腐败生物的生长,因而延长产品的货架期。同时还对产品品质有些其它益处,如减轻酸败和褪色。

      使用这种包装还应注意,货架期较长的产品为病原体生长和产生毒素提供了更多的时间。氧浓度低时,比需氧腐败生物而言,更有利于有利于厌氧和兼性厌氧病原体的生长。因此,有可能在腐败前就已产生毒素。

    (三)、肉毒梭菌的控制

      虽然一般关注其它其它病原体,但主要关注的是肉毒梭菌。从这点考虑,除非有其它对肉毒梭菌的控制措施,否则不能使用这些包装技术。这些控制措施包括:水分活度低于0.93并且充分冷藏以控制其它病原体;pH低于4.6;盐分高于10%,数量较多的竞争微生物;在最终容器中热处理;在冷冻条件下贮存和销售。每种控制措施自身都能有效地控制肉毒梭菌生长。

      真空包装生肉和禽肉,如同发酵奶酪,是利用竞争微生物抑制肉毒梭菌产生毒素的例子。像发酵产品如奶酪,发酵剂增殖产酸可防止肉毒梭菌生长

      一般产品的热处理是在金属罐里,但也可在玻璃缸或软蒸煮袋中。这些是货架稳定产品。

      零售和家庭冰箱的温度常常不能控制在能充分阻止肉毒梭菌生长的温度。单独通过真空包装、部分蒸煮、冷藏保存不能作为唯一的屏障。因此为产品的安全,在加工、贮存和销售过程中必须严格控制冷藏。

    通过冷藏和冷冻控制

      本部分主要论述了运用温度控制微生物生长的方法。温度为5到46℃是致病菌生长的危险范围。当食品处于温度危险范围时,为使致病菌尽可能不生长,限制食品在这个温度范围存放的时间是非常关键的。

    一、各类微生物生长温度范围:

    某些微生物生长温度范围如下表

    微 生 物

    生 长 范 围(℃) 

    沙 门 氏 菌 各 型

    5-46

    肉 毒 梭 菌

    A和B型

    非蛋白水解B型

    E型

    F型

    10--- -7

    3.3--45

    3.3--45

    3.3---45

    金黄色葡萄球菌

    7—50

    耶尔森氏肠球菌

    1---42

    单增李斯特菌增

    0.3—45

    01型霍乱弧菌

    10—42

    副溶血性弧菌

    5—44

    产气荚膜梭菌

    10---52

    蜡样芽胞杆菌

    4—55

    大肠杆菌(致病型)

    7---49

    志贺氏菌

    6—47

    资料来来源于FDA《鱼和鱼制品危害及控制指南》第二版

    (一)、冷藏库

      冷藏温度对控制致病菌的生长确实起到了很好的作用,但是一些病菌比如:李斯特菌和耶尔森氏菌在接近冻结点时仍可以生长。冷藏在减慢食品变质、氧化酸败和导致其它质量缺陷的生物的、化学的变化过程方面具有显著作用。

      贮藏中控制温度有几种途径:冰、化学冷却剂和机械风冷。如果采用冰和化学冷却剂来控制温度,通过简单地检查产品周围的冷却剂足够多就能保证控制。冷却剂足够多意味是产品温度正在维持在所需温度,或者是将产品在规定的时间内降到正确温度。

      如采用风冷,通过检查产品的温度可以确保温度得以控制。如果冷藏间的温度与产品的温度相关,监测冷藏区域的温度就保证产品的温度得以控制。一般需要使用连续温度监测设备,如温度记录仪,最大温度显示温度计,高温警报器。

    (二)、时间/温度

      食品一旦不再冷藏,它要经过细菌生长对数期,即食品的温度升到致病性微生物生长范围。开始时,微生物很少生长或不生长,它们只是在适应新的环境。根据冷藏间的温度不同,食品能在非冷藏条件下至少安全存放数小时,而没有致病菌显著生长的危险。然后,产品的温度上升到冷藏以上,致病菌生长加快,代时间变短,进入对数期。 

      按照通常的计算方法,食品在微生物繁殖的危险温度范围不得超过4小时,这是正常合理的时间安排。但是,不同的致病菌在不同的食品上、不同的温度下生长繁殖的速度不同。所以,产品能够在危险范围安全停留的最长时间取决于两种条件:存在的致病菌种类和食品适合致病菌生长繁殖的能力。食品加工商必须依据这些参数而设定极限,不能按照4小时来进行计算。食品验收员判定严重时间/温度失控时,也可以应用这些参数。

      在加工过程中对时间和温度的控制比冷藏复杂,需要掌握产品对时间和温度的要求。这可以通过许多方式做到,如:批量标记产品,确定在非冷藏条件下存在的时间,监测冷却间的温度,或监测不同生产环节的产品温度。随后将讨论这些控制设备。

    (三)、冷冻

      有些微生物在冷冻贮藏过程中很长时间内仍能保持活力。大部分病毒、细菌的芽胞和部分细菌的繁殖体在冷冻温度下都能存活。其它一些生物体则对与有关冷冻过程的一个或多个步骤如冷冻、冷藏或解冻是敏感的。由于一些多细胞生物通常比细菌对低温更敏感,因此冷冻、冷藏是破坏多种食品中生物体如寄生性原虫、线虫、蠕虫的有效方法。对于直接食用或不经过烹调就食用的食品,这一点尤为重要。

    (四)、烹调后冷却

      烹调后的冷却也是一个很关键的环节。请记住:烹调过的食品可能依然有病原体,尤其是一些耐热的繁殖体细胞,比如:单核细胞增生性李斯特菌在烹调过程中依然存活。另外,芽胞在烹调过程中存活,当产品温度下降到46℃以下时开始生长。同时食品在冷却过程中可能会因为手的接触和冷凝水滴漏或与其它食品接触而受到二次污染。如果存在以上情况,烹调后的冷却将非常关键。

      如果能确保在烹调过程能够完全破坏可能在冷却过程中生长的芽胞,并确保在冷却过程中食品不会受到二次污染,冷却过程就不是特别关键。具备这种条件的情况可能仅局限于一些特定的高压加热过程。

      有时人们有一些错误的认识,认为将食品冷藏起来就可以阻止微生物生长。当冷却大量热的食品时,就可能需要很长的时间,有时甚至长达 36 个小时,才能将食品冷却到能抑制病原体生长的温度。

      为了安全地对食品进行冷却,必须采取两步标准冷却:

      60℃----21℃ 2 小时内 

      21℃----5℃ 4 小时内

      首先,在2小时内将温度从60℃降至21℃。在这段时间里,温度必须迅速地降下来,因为在这个温度范围内繁殖非常迅速。这个温度目标达到以后,需要再花费 4 小时将产品的温度降到 5℃以下,这种冷却方法可以使微生物生长处于停滞期。

    (五)、迅速冷却

      普通商业冰箱或移动冷藏室通常是为了按设定的冷藏温度来保存食品而不能将食品迅速地降至保存温度。因此,冰箱需要一些辅助措施来冷却食品,采取什么样的辅助措施将视要冷却的食品的种类而定。举例如下:

    · 2-4 英寸深的浅盒容器可以用来冷却热的食品。容器应该分开放置以便冷空气可以在每排容器之间进行循环。这种方法不适用于带汤汁的食品,因为汤汁有可能溢出。冷藏空间有限的情况下,这种方法也不适用。 

    · 在食品容器表面迅速冷却最为有效。冷却装有热食品的容器时,通常做法是用一层塑料薄膜覆盖容器,然后再覆盖一层铝箔,这样做的目的是防止食品串味或风干。这种方法的不足之处隔热物阻止冷却。较好一点的办法是在覆盖容器时留一个小口,或者将铝箔象帐蓬一样支起一点,以便蒸气能够出来,加速冷却过程,同时还能防止上面掉东西。 

    · 对于冷色拉,所有成分在混合前都应进行冷藏。比如你做的金枪鱼色拉,如果所用的原料蛋黄酱、罐装金枪鱼洋葱丁、芹菜没有提前经过冷藏处理,那么金枪鱼色拉如要满足4小时规则将要花费很多时间。 

    · 大火鸡肉、烤肉、火腿或其它肉块,可以先进行剔骨或切片,以便提高冷藏的接触面积,切好的肉片最多只能码一两英寸高。 

    · 有些情况下,比如在餐馆里,减少食物的烹调量是一个好办法。 

    · 对于大多数食品来说,在将产品放入冰箱前就必须快速冷却。有很多快速降温的办法,比如:冰套、冰浴、给产品加冰、使用冰棒搅拌器。 

    (六)、预冷方法

      冰浴

      冰棒搅拌

      加冰

      对装有热食品的容器进行冷藏之前用冰浴预冷。这样有助于迅速降低温度,并防止热食品在冷藏室升高温度,这种方法最适用于液体。

      另一种快速降低温度的办法是搅拌食品。一个较好的办法是使用“冰浆(棒)”,这种中空的搅棒中装入水并进行冷冻,融化了的冰将留在棒内而不会混入食品中。同样这种办法也最适用于液体食品。

      往热食品里加冰也是一种好办法。这一办法适用于汤、浆汁。唯一的问题是一定要弄清楚配方中规定需要加水。

      在室温下对装在大容器内的食品进行预冷不是一个很安全的做法,在这种情况下,食品的温度将有很长一段时间停留于微生物生长的范围。食品应当立即被放入冷藏室,甚至要将其分成几部分,以利于更快地冷却。

      如果食品是在一个大的双层蒸气锅里加工的,就可以在夹层锅里装上冷水进行循环来预冷食品,然后再进行冷藏。

    (七)、大型公用机构或加工工厂

      大型公用机构或加工工厂和饮食服务在操作上同样面临着食品冷却问题,所不同的是数量更大。他们使用的冷却设备可能是很多餐馆或零售商没有的。

      烹调——冷却操作经常用于一些大型公用设施如监狱、医院、学校或食品加工厂。在这些地方,食品加工通常在高强尼龙塑料袋内进行或烹调好后装入这类袋内,通过将这些袋子放进滚动式冷却器内将其在冰水中滚动而达到冷却的目的,这种方法使大批量的食品迅速冷却下来。

      最好的冷却办法之一是风冷机。高速的冷风可以使大批量的热食品在不到1小时冷却下来,然后盛食品的容器就可以放入冷藏间内。通常情况下,这种设备适用于食品加工厂而不适用于食品服务机构。

      隧道式冷却和螺旋式冷却设备和风冷机很相似,但更适用于流动的生产线。他们使用高效率的冷风或液体二氧化碳或氮来达到迅速冷却的目的。产品可以根据自身的大小及包装的大小在包装前或包装后进行冷却。

      热交换器用来冷却液体,如在巴氏消毒后冷却牛奶和果汁。这一过程是将未加工产品生产线紧连着放置于巴氏消毒生产线旁边,并不发生真正的交换或混合,而是靠冷的果汁,举例来说,将热的巴氏消毒后的热果汁的热量带走。这样有利于将未加工的产品预热而使巴氏消毒后的产品预冷,我们将在下一章热加工中讨论这一问题。

    (八)、温度计

      本部分阐述了食品温度的重要性。现在我们来讨论一下监控温度的设施。最常用的是双金属带金属柄的温度计,也就是通常说的温度盘,它一般有5英寸长用来监测很厚的食品或装在很深的容器内的食品。为了得到精确的数据,至少应将金属柄上的微凹点放入水中达二十秒以上,温度较低的食品需要更长的时间。这类温度计精确度一般为±0.5℃ 。一些双金属温度计的刻盘后面有校准螺母,没有校准螺母的温度计不能校正。

      温度计应校准到被测量的温度范围。使用下面的方法可测量低温。将碎冰和水装入容器,把温度计放进去使水没过凹点,但温度计不能接触到容器的底,保持大约十分钟,此时刻度盘应指向0℃ ,如果不是,调整校准螺母使其指向0℃。

      如果温度计用来监测高温,应进行沸点检测。检测时沸点的沸水将代替上述的冰水。

      数字温度计可以当做刻盘温度计来使用,优点是读取结果更快捷。这类温度计不能校准。

      食品加工者多用数字和刻盘温度计监控温度,也有人仍然使用水银玻璃温度计。

      显示最高温度的温度计用来记录一个产品或地方所能达到的最高温度,它将保持所测量到的最高温度直至被消除,就象我们使用的体温计。这种温度计最常用于洗碗机的最终消毒温度。它也可以用于监控冷藏和运输过程中的温度,但它不能提供该温度持续的时间。

      有一种温度计叫温差电偶,它们通过电池控制,能够提供瞬间数据,这种温度计有数个槽,所以可以将探针插入几个产品中。有时温度计有记录功能使用者能够保存数据记录。

      最新型的温度计之一是红外温度计,此温度计可以在不接触食品的情况下而测量食品表面的温度,其精确度为 ±0.5 ℃。当测量冷藏食品时应该先将温度计放入冷藏室内至少二十分钟,以便其调整到相关的温度范围。这种温度计有几个优点:数据直观,不会发生交叉感染,用完后不用清洗。但它只能用来测量表面温度,而不能用来测量内部温度。

      还有一种时间温度显示器。这类显示器依据蜡在特定温度下融化,从而导致颜色变化这一原理,精确度很好,通常在± 0.5℃之内。主要用途就是检测热水洗碗机的最终杀菌温度,另一用途是是在加工过程中确认未加工的产品和已加工的产品没有混合。但是,这种温度计不能显示记录的温度所持续的时间,

      机械或电子记录仪,用来监控食品贮藏和运输过程中的温度,也可以在记录温度数据的同时来控制加工和贮藏温度

    通过热处理控制

      前面讨论了冷藏和冷冻可以阻止微生物繁殖,而要杀死或灭活微生物通常是采用加热。通常食品加工企业用于杀灭和控制微生物生长的热处理有几种形式;预煮 (热烫)、巴氏消毒法、加热杀菌或灭菌,还有热的保持。

      本部分将概述每种热处理过程。首先介绍有关热向食物传递热的两种主要形式。第一种是传导传热,热是缓慢地由一个粒子向下一个传递,首先是容器被加热,然后将热传递给食物,食物受热最慢的点通常是离热源最远的点,当在炉中烤肉或干的包装的情形就是这样,中心受热最慢。另一种热传递较快的形式叫对流传热,热传导方式通过容器壁,当食物受热时,延着容器壁食物温度升高,远离容器壁的食物下沉,产生循环,帮助热在容器内传递,当然,对流传热只能在食物能够流动时才能进行,如液体或固液混合体类的食物,如汤罐头或青豆罐头。对流传热的冷点一般在液体上下流动的交叉点,对流加快了热处理,使得内容物受热更快,更均匀。

      为了更快地加热和使得食物受热更均匀,我们还可以使用强制对流。通过外力促使食物摇动,摇动或晃动加快了自然的对流过程,更快地将热从容器的表面传递给食物本身,这就是为什么某些加工者使用旋转装式杀菌锅来对罐头食品进行热处理。

      知道热是如何传递进食物是容易的,但要科学地计算需要多少热量才能杀灭致病菌这并不容易,你不能期望经过一定的热处理微生物就肯定都能被杀死。

      影响微生物死亡速度的因素很多,主要包括:食物的导热性,食物的特性,微生物的种类,和微生物的耐热性,下面我们将分别讨论。

      影响致死率的因素

      ·食物的导热性

      ·食物的特性

      ·微生物的种类(芽胞或营养细胞)

      ·微生物细胞的耐热性

      导热性:不同的食物导热方式不同,传热速率也不同。如前面介绍的热传导导热和对流导热,它们的冷点也不同。在食物冷点的致病菌将比那些在食物表面的灭活更慢,因为它们受热更少。

      食物的特性:食物一定的特性使得热处理更易或更难破坏其中存在的致病菌。这里有三个例子:在酸性环境下食物中的致病菌更易破坏;糖和油的存在降低了热对致病菌的作用;湿度的大小,包括食物的湿度和环境湿度,使得致病菌灭活更容易。

      微生物的种类(芽胞或繁殖体):同一致病菌的芽胞比其繁殖体耐热性高得多,同时不同的致病菌具有不同的热耐受性。例如,单核李斯特菌,非常耐热,而创伤弧菌具有很强的热敏感性。然而,无论那一种的耐热性,都无法和肉毒梭菌或腊样芽胞杆菌相比,除了高压杀菌,在许多种热处理的情况下这两种菌都能存活。

      这就是一些为什么各种不同的致病性微生物不会同时死亡的原因。而且,一种致病菌的数千个细胞放在一个食品罐中,它们受到相同的热处理,仍然不会同时死亡,这是因为相同种的致病菌个体的差异。如同每一种生物,一些强壮,一些较弱,知道对食物的加热量来灭活其中的致病菌和一些方法来预测致病菌的灭活是很重要的。

    一、预煮

      预煮是一种比较温和的热处理形式,用来改善食品的质量。预煮可去除产品中的气体,软化产品,固定产品的色泽以及灭活酶的活性等。

      它同样具有杀灭或减少热敏感致病菌和腐败微生物数量的作用。

      水和蒸汽型的预煮机在食品加工业中最为常用,它们的构造和操作相似,产品由传送带或螺旋结构进入水浴或一蒸汽仓内,水可以通过通入蒸汽直接加热或分布在水浴中的管道进行加热。

      控制预煮的时间和温度通常并不作为控制食品安全的关键点,只有在预煮作为后道热杀菌的准备才是例外。对预煮设备如果不控制预煮的温度和时间,杀菌可能导致偏差,预煮应放在82℃或更高温度下进行,并须频繁腾空清理并清洁来防止耐热菌的生长。

      控制仪器,通常是在水浴中或在流动蒸汽中安放指针式温度计。如果微小的温度变化是重要的,指针式温度计需替换成/或增加温度控制记录仪。

      因为大量用于商业化的预煮机从进料到出料都是连续式的,预煮时间通过设备传动的速度来控制,这可以通过某一产品从进到出的时间来进行核查,同样可以通过计算设备的转速来进行检查。

    二、巴氏消毒法

      巴氏消毒法通常用来杀灭那些在正常储藏条件下可以生长的致病菌的营养细胞,它同样用于降低腐败微生物的数量以保障有效的货架期,但在另一些场合应用,有别的含意,这点将在后面进行讨论。巴氏杀菌通常是用沸点以下的温度进行热处理,一些例子如下。

      巴氏灭菌奶,这个过程是用来灭活对热较稳定的病原菌如立克次氏体,同样它能有效地杀灭单核李斯特氏菌(最耐热的非芽胞致病菌)。巴氏灭菌奶是通过冷藏的方式进行销售,非真空包装。因此,那些生长温度要求10℃或更高的厌氧芽胞致病菌,如肉毒梭菌,产气夹膜梭菌,并不是巴氏消毒的对象菌。

      巴氏灭菌蟹肉:这里采用的杀菌是将E型肉毒梭菌作为对象菌,杀菌过程杀灭所有致病菌的营养细胞,但对A型的肉毒梭菌无效,因为它更耐热,但可以通过冷藏控制A型肉毒梭菌,因为它无法在10℃以下繁殖。

      酸化产品:如水果汁和高糖产品,水果保藏常常用巴氏灭菌来杀灭霉菌和酵母,这些微生物都有可能生长并产生腐败。对加工者而言这并不是出于安全考虑,但在经济上是必须的。这些产品的货架期通常是稳定的,致病菌的生长由于食品中酸或糖的存在而受到抑制。

      部分这类产品并不采用巴氏消毒来杀灭霉菌和酵母,而是在冷藏条件下销售。当前,未经巴氏消毒的苹果汁中的有些与致病性大肠杆菌有关的问题已经改变了我们通常对这类或相似产品的显著危害的观点。不再仅仅考虑在贮藏和销售中可能繁殖的致病菌,同样考虑那些可能简单地隐藏在产品中的致病菌,因此,这些产品应该采用目标菌为大肠杆菌的巴氏杀菌。

      巴氏灭菌牡蛎是一种特殊产品,它容易导致有健康问题的人群患食源性疾病,特别是创伤弧菌,常常导致死亡。巴氏杀菌的对象为创伤弧菌,它对热非常敏感,这意味着绝大部分其他致病菌,和腐败性微生物在加工中并未受到损害。包装不是密封的,因此肉毒梭菌不是一个危害,去壳的牡蛎通过冷藏销售,具有相对较短的货架期,因为产品是生的,腐败微生物和大量存在成为病原菌的竞争菌,结果导致产品在它变得不安全以前,已经腐败变质,巴氏灭菌过程是非常温和的,导致产品还是生的,带有大量完整的腐败微生物。腐败微生物和冷藏条件对致病菌的生长形成了障碍。

      有些巴氏灭菌系统用来处理液体产品,如奶和果汁,另一些是用来处理固体产品。有些是采用逐批处理,而有些是采用连续处理。

      巴氏杀菌锅:

      巴氏杀菌锅用于流体,特别是乳制品巴氏杀菌。是通过一个蒸汽通在夹层内壁之间的夹层锅对牛乳进行杀菌。牛乳上面液面上层必须加热以,确保一些牛乳的气泡得到充分杀菌。杀菌锅必须有搅拌装置,强制进行热的对流,这样可以确保全部牛乳的杀菌按规程进行。应采取各种特殊装置来确保夹层内不存在死角,比如出品阀,在这个区域里牛乳与空气分离而没有受到足够的热处理。

    乳制品的巴氏杀菌

    产 品

    低温长时间

    高温短时间

    脱脂或全脂牛乳、干酪乳清

    63℃/30分钟

    72℃/15秒

    浓缩脱脂牛乳、加甜味剂和冰淇淋混合物的牛乳

    68℃/30分钟

    79℃/25秒

    奶油

    74℃/30分钟

    85℃/15秒

      

      乳制品的巴氏杀菌过程被称做低温长时间过程,时间为30分钟,杀菌温度根据脂肪含量不同而从63℃到74℃。为了确保得到这个最低的杀菌过程,杀菌锅必须在液体牛乳中装有既能指示又能记录数值的温度计,而且在牛乳上面的空间要装指示式的温度计。这种杀菌锅盛放产品的容积有限,而且能耗较高。因此,多数制造液体产品的杀菌器都采用片式热交换器的连续式巴氏杀菌器。

      牛乳是从原料贮存罐进入到杀菌工艺系统的,原料贮存罐的乳能保持液位平衡。平衡罐的位置必须低于整个系统,目的是为了一旦发生停电,所有原料乳能返回到平衡罐里,当这个系统恢复供电时重新进行杀菌。原料乳被一个小的提升泵从平衡罐里抽出,通常使用不会产生很大压力的离心泵。原料乳被送到片式热交换器的热回收段,在这个热回收段里原料乳从已经被杀菌过的牛乳中吸收热量。原料乳与已经消毒过的牛乳被一个薄薄的不锈钢片隔开。热的原料乳通过定时泵来传递,它是一个已经校准和密封的,以设定的流速来传送牛乳的泵。定时泵必须是一正排量泵,而且它可以当作均质器。定时泵使原料乳通过片式热交换器的热交换段,原料乳从不锈钢隔层另一侧的蒸汽或热水获得的热量。当原料就达到预设巴氏杀菌温度略高些时,原料乳就离开热交换段,进入到一个收集管里,这是一个连续不断朝上倾斜的管子。以预设的定时泵速度,让牛乳流过收集管管长,获得设定杀菌时间。在管子的末端牛乳的温度能自动测量。假如管子末端的温度计显示温度在巴氏杀菌温度之上时,就可以确定牛乳在规定的时间内已经经过巴氏杀菌了。收集管必须向上倾斜,目的是不让气泡形成。否则气泡就会限制管的直径,使流速加快,缩短杀菌过程。

      除了指示温度计外,温度控制记录仪也能测量温度和记录温度,而且控制导流阀。假如温度维持在预先设定的最低温度或之上,这个阀门就一直打开。如果没达到最低温度,阀门就关上,迫使杀菌不彻底的牛乳返回到平衡罐里。导流阀的位置(开或关)自动记录在的温度记录纸上。

      从定时泵出来的消毒乳仍然有压力,然后通过片式热交换器的热回收段,在这里消毒乳可以把一些热量传递给被不锈钢片隔开的原料乳,这些板式很薄且附着一些小乳。因此消毒乳通常必须处在比原料乳大的压力下,这样一些渗出物就以消毒乳一端流向原料乳的一端,通过在热交换器回收段原料乳段安置定时泵,这种压力差就有保证了。保证经过巴氏灭菌的消毒奶不会被原料乳污染。

      位于热回收段的原料乳段调压泵必须相对比较小,而且当有足够的反压时泵就会打滑,象离心泵,这种方法不会产生更大的压力。如果使用调压泵,则必需在热回收部位原料乳侧的进口端和热回收部位消毒乳侧的出口端安置压力传感器和压力表,而且必须是消毒乳侧压力大于原料乳侧,假如不是这样的话,传感器必须促使调压泵关闭,定时泵失灵或导流阀关阀也必须同样迫使调压泵关闭。因为在这种情况下,在消毒乳侧就没有压力产生。

      当牛乳离开片式热回收段,它就进入片式热交换器的冷却段,这里冷却水在板片的另一侧,它使牛乳冷却到贮存所需的温度。最后,牛乳流到消毒乳贮存罐里,这个系统的最高点必须存在空气敞开点,来保证消毒乳中有正压力。

      还有其它几种适用于液体或半流体产品的巴氏杀菌器,管式热交换器、刮板式热交换器和喷射加热器,每种热交换器都有它们各自优点和缺点。管式热交换器,刮板式热交器和片式热交换器可以用作加热或冷却产品之用。

      管式热交换器

      在管式热交换器里,产品在夹层管子里流动,夹层内热水或蒸汽与产品逆流着。流速、管长、加热介质的温度和产品本身的特性是影响热传递的因素。这种热交换器通常用在调味乳制品、高粘度果汁等食品的巴氏杀菌,这些食品会污染片式热交换器。

      刮板式热交换器

      干酪酱、布丁、人造黄油和花生脂等高粘度的食品不用管式热交换器,而用刮板式热交换器。刮板式热交换也是由内管和外管组成。但内管中旋转刮板不停地扫刮管内壁,这种扫刮推进很快,均匀加热,使食品焦结程度减少到最低。除了刮板运动速度也能影响热传递效率外,其它控制因素与管式热交换器相似。

      蒸汽直接喷射式巴氏杀菌器

      这种杀菌方式是蒸汽直接喷射到产品上而提高它的温度,这种类型的加热方式必须根据由蒸汽带来的水量,不断调整,或用其它方法来除去所加入的水。

      许多产品是在包装到容器内在水浴、水喷射或蒸汽环境中进行巴氏杀菌。例如,特选蟹肉罐头使用间歇式巴氏杀菌,它通常使用两个大的水槽,一个为了加热蟹肉罐头,另一个用于冷却蟹肉罐头用。

      因为这种杀菌过程对杀灭A型肉毒梭菌和其它类型的腐败菌无效,而以食品在完成巴氏杀菌后要尽快地冷却到某一个温度之下,抑制A型肉毒梭菌和其它残存微生物的活动,盛冰水或冷却水的第二个罐就是为了达到这个目的。成品通常贮存在3℃下或更低,目的是为了阻止E型肉毒梭菌芽胞再生长。

      为正确地控制这个杀菌过程,需要在热水浴锅里安装有温度指示记录仪和一个计时器。这个系统与其它已经讨论过的系统不同的是控制水温而不是产品的温度。

      重要一点是在每次杀菌结束时,至少应检查一至两个经过热水杀菌的罐头的中心温度。

      连续巴氏杀菌系统:

      连续式巴氏杀菌多用于许多最终包装容器产品的巴氏杀菌,例如醋、啤酒、果汁和酸化食品。在这个系统中,容器在一个连续的皮带上输送通过蒸汽和热水喷射逐渐加热,然后用水喷射冷却。其加工过程由传送带的速度来决定。这种控制主要是对水喷射或蒸汽环境的温度进行控制,而不是产品温度。因此,很重要的一点就是确保水喷射器正常地工作,使容器得到足够的杀菌。

    三、热保持

      热保持一般是使食品温度在5℃以下或60℃以上保存。

      热保持可用一个可以加热的盛水容器,使它产生蒸汽,来加热锅中的食物。当足够的蒸汽使食物的温度保持在60℃以上时,致病菌的生长就得到了抑制。低于这个温度,致病菌就有可能繁殖,控制这个工序最好的办法是定时检测食品内部的温度。

      虽然热常用于调味料在未与其他配料混合前的处理。温度的控制预煮一样。在某些情形下,对产品的安全性而言,保持合适的温度并不是一个关键控制点,例如调味料中的pH值或水活度并不在适合致病菌生长条件的范围内。

    四、高压热力杀菌

      最后一种热处理形式称之为高压杀菌或罐头杀菌。高压杀菌是一种相当厉害的加热过程,它的温度必须控制在沸点之上,一般121℃左右,为了达到这个温度蒸汽或水应处在很高的大气压下面。因为每平方英寸15磅的压力下才能达到121℃这个温度。

      高压杀菌是在一个可以耐受很高压力的容器内进行,它的实质是一只压力锅或者高压锅。

      高压杀菌的目的是生产商业无菌食品。这就是说成品中所有在正常非冷藏条件下贮藏能够生长的病原菌和非病原菌都已经被杀死。虽然高压杀菌的目的是使食品达到商业无菌,但是耐热的腐败性生微生物有可能存活下来。对加工者而言,与其说这是一个公共健康的问题,不如称其为一个经济问题。我们更关心用于控制致病菌在非冷藏条件下存活繁殖的最低热力杀菌。这种杀菌通常将肉毒梭菌A型的芽胞作为对象菌,因为它们是所有致病菌中最耐热的。

      热处理只是整个过程的一半,另一半是包装。产品包装必须保证经过热处理的食品不再被污染。这种包装叫密封,在金属罐中称为卷封,在玻璃罐中称为盖,在塑料蒸煮袋中称为热熔封是密封的几个例子。

      当产品装入容器并密封,下道工序就是高压杀菌,容器放入杀菌锅中,热介质就进入杀菌锅中,围绕在容器周围。

      高压蒸汽是最常用的热介质,但同样可使用高压过热水,蒸汽和空气的混合气体,因为蒸汽是最常用的,在此就以它为例。

      热能是由蒸汽传向容器,然后向产品传递。容器在蒸汽环境中保持预定的一段时间。然后,用水冷却。冷却可以是在杀菌锅中水淋,也可以把罐头从杀菌锅中移至冷却槽中,或者也可以通过空气冷却。

      在杀菌中需要考虑的最重要的因素是;需要多少热量才能灭活在加工食品中的肉毒梭菌,这就需要进行耐热性试验;确定容器中冷点的加热速率──这被称为热穿透试验;同时,确定每一个罐头都与加热介质(蒸汽、水或蒸汽/空气)接触并在设计的温度之上──这称为热分布试验。

      所有这些步骤都是杀菌公式制定中的组成部分。杀菌公式制定的第一步就是确定对象致病菌的耐热性。多年来科研人员对肉毒梭菌等致病菌已经进行了许多的研究。但是,食品本身可能影响致病菌的致死率,所以,对新的,或未经研究的产品进行额外的研究是有必要的。

      热穿透试验研究仅适用在试验中已研究的条件。一些因素可以显著影响杀菌的致死率,影响热穿透的因素包括:初温,热介质,装入量,产品粘度,固、液比,产品准备的方式,块形、大小和摆放形式 ,罐头在杀菌锅中的位置,真空包装产品的真空度和顶隙,容器的大小和形状,旋转式热处理产品中的顶隙。

      初温或称IT:初温越低,罐头的加热越慢。

      加热介质:蒸汽、水和蒸汽/空气以不同的速率向容器放热。

      装入量:罐头中装入的产品多,可能会导致加热减慢,在某些情况(如加工火腿,整鸡等)产品必须与罐壁接触来进行良好的加热。

      产品的粘度:产品的粘度越大,加热越慢,这是因为它降低产品对流的速度。固液比:同样原因,固体含量越高,产品加热速度越慢。

      产品预处理的方法:经过预煮以后有些产品组织更紧密,降低了传热,经过预煮,另一些产品可以导致严重水解,同样降低了加热速度。块形,大小和摆放:块形越大,加热越慢,如果块的摆放、影响了对流,加热同样降低。容器在杀菌锅中的位置:对某些产品这同样会影响对流。真空和顶隙:在真空包装产品中,顶隙是在罐头顶部食品上方的空隙一降低无论是顶隙还是真空度,都将降低加热的速度。

      罐头的形状和大小:罐头越大,加热越慢,特别对传导型的产品。罐头的形状同样可以影响对流。

      旋转式热处理中的顶隙:顶隙越小,传热越慢,因为导致通过产品运动而旋转的顶隙球较小。

      热穿透试验经常通过接种试验来确认。在这些研究中,一种比肉毒梭菌耐热性更强的非致病菌接种进罐头产品中,然后进行热处理。经保温试验观察其腐败的情况。

      热力杀菌公式同样可以采用其他的科学方法来建立。有些产品需要特殊的方法来制定杀菌公式

    微生物控制的新技术

      食品工业界在继续发展现有控制微生物控制方法的同时,正研究新技术以保证食品的微生物安全,同时也为消费者提供稍需加工或不需加工的高质量食品。这些年,辐照、高强度电子场、脉冲光、紫外线、高压加工和臭氧已作为消灭微生物的非加热方法。然而,在商业上运用这些技术仅在最近几年。尽管这些新技术以及其它方法看起来能达到预期结果,但通常也受到限制而不能应用于实际生产。因此在现有食品加工中采用上述新技术时,必须理解每个方法的优点、缺点和由那些要求。

    一、辐照

    · 伽玛射线

    · 加速电子

    · 辐射消毒(灭菌)

    · 针对性的辐射杀菌

    · 有选择的辐射杀菌

      辐照是消灭微生物的一种方法,通常是用来描述一个产品暴露在离子射线下的常用术语。

    1.伽玛射线和加速电子射线

      我们可能熟悉的一些普通形式的离子射线有X-射线,微波和紫外线,这些射线都已在食品中应用,但这部分我们将集中讨论两种其它形式的射线,伽玛射线和加速电子射线。这两种射线在消灭和减少食品中的微生物方面有着实际应用实例。

      美国FDA已批准对猪肉、牛肉、禽肉、羊肉、香料、调味品进行辐照,也可以用于水果、蔬菜和谷物。有关食品辐照的要求在21CFR PART179可以查到。

      每种技术都有自已的术语,辐照也不例外。KILOGRAY是个用于食品加工业中描述辐照量值的术语。

      影响微生物抵抗辐照的一些因素包括:

    · 细菌的数量

    · 细菌的类型

    · 细菌的年龄

    · 氧气的存在与否

    · 食品的特征

      数量是主要的,存在的微生物越多,就需越多的射线消灭它们。

      一般而言:

    · 芽胞比繁殖体对辐照更有抵抗性。

    · 革兰氏阳性菌比革兰氏阴性菌对辐照更有抵抗性。

    · 酵母比霉菌对辐照更有抵抗性。

    · 微生物在生长期时对辐照更敏感。

    · 生物体对辐照的敏感性在无氧时更大。

    · 高蛋白食物和干燥食品能对微生物抵抗辐照提供更多的保护作用。

      辐照过程必须科学地设计以保证用最少量的射线最理想的减少微生物。

    2.辐射消毒(灭菌)

      辐射消毒(灭菌)类似商业无菌。食品暴露在30~40千戈瑞之间的射线水平下被认为是商业无菌消毒。

      暴露在2.5~10千戈瑞辐照水平将消除大部分食物的所有病原菌的繁殖体。这种辐照水平称为针对性辐射杀菌,类似于巴氏杀菌。

      暴露在0.75~2.5千戈瑞辐照水平将消灭大部分食物中的腐败性微生物。这个过程称为有选择的辐射杀菌。

      钴60或铯137

      食品的商业辐射通常取决于伽玛射线和加速电子。伽玛射线辐照是用钴60或铯137作为射线源来进行的。

      用钴60为辐照源的设备适合大批量产品的辐照,提供伽玛射线的钴棒,约有一支铅笔大,贮存在深约30英尺的去离子水的防护池的中心。钴辐照用10英尺厚的混凝土墙,且用一个系统复杂的锁和其他安全措施以保护员工们及防止其他外界射线进来。自外运来的食品,送到周围暴露放射源料的固定位置。对暴露的食品射击线量值由对伽玛射线源暴露的单位部分的存放时间而定。 

      用铯为伽玛源的设备可以是小型的,含自我保护装置,而不需要外部防护。伽玛源的防护用钢作单元部分而组成的,这个单元被用来设计以处理一盘食品。当食品放在地上封闭的辐照源的房间里,带有铯的板会从地下室移上来在要处理食品的周围。

      伽玛射线的优点在于伽玛射线事实上可以穿透所有材料并且能完成对厚的食品的辐照。

      认可的辐照机构必须建立科学的伽玛射线辐照程序。 这是FDA法规的要求,21CFR PART139----食品生产、加工和处理的辐照。应严格按照确定的程序进行,且应仔细监控。关键控制点包括辐照暴露的时间,辐照源的定位和产品装运方式,钴60随时间衰变,要确定产品暴露时间必须计算这种辐照源衰变期。最后,必须正确处理对射线敏感的可见指示器具和剂量仪器,并作为公司质量保证计划的一部分。

      伽玛射线系统也有不足之处。辐照不能直接用于存放在特定区域的已包装好的食品。这些系统设计用作连续操作且无法关掉辐照源。伽玛射线系统很贵且有辐照源的处理,安全和有关环境的问题。

    3.电子束设备

      用于电子束的设备通常不如伽玛射线设备应用广泛,他们适合处理单个的或小批量产品的辐照。电子束的优点是辐照能直接射向食品的具体区域----象种X射线仪-----以具体部位为目标。这种方法暴露在射线敏感区域的射线最少。当不用时,可以关掉电子束,且不存在处理有关危害废物的问题。

      然而,象伽玛辐照过程一样,认可的辐照机构也必须确定电子束处理程序。必须确定关键处理参数并加以控制。这包括发射速度,电子束特征和产品装运方式。对关键控制的要求与伽玛辐照相似。

      用电子束也有一些不足之处,穿透厚的产品受限,使该过程对许多类型的食品不适合。

      一些食品由于会改变风味、结构或其他质量特征,既不能暴露在伽玛射线,也不能在电子束下。所需的营养成分的丢失也是个问题,尤其是维生素B1对射线非常敏感。辐照能导致射线副产品的产生,称为射线性化合物。这些副产品被认为是食品添加剂,必须评估其是否安全。

      最后,食品使用辐照要求被辐照的食品通过标签或其它适当地标识说明经过辐照。

    辐照杀死微生物的优缺点

    优 点

    缺 点

    对所有类型微生物都有效

    可能比其他现有技术更昂贵

    可能对一些热敏感食品损坏较少

    可能引起食品的变化且必须被认可在产品上作食品添加剂

    将延长产品的货架期

    伽玛射线设备可能引起安全及环境问题

    伽玛射线能穿透厚的材料,能处理大包装的产品

    电子束不能穿透厚的产品

     

    必须克服公众对辐照的认识

    二、高强度脉冲光

    · 由惰性气体灯产生的快速强光

    · 百万分之一秒

    · 通过近红外光谱的紫外

    · 海平面日光强度的20000倍

      高强度脉冲光涉及应用光的快速、强烈、放大后的闪光。脉冲光是运用工程技术产生的,通过在能量储存器中相对长时间(几分之一秒)的贮存而在短时间内(百万分之一或千分之一秒)的释放而积累电子能量得到多级能量的光。贮存的能量脉动惰性气体灯以产生强烈的闪光只持续几百微秒。根据产品选择灯的数量,闪光的形状及闪光的周期。脉冲光包含从紫外的200nm到近红外的1nm的波长,是海平面日光强度的20000倍,大多数脉冲光属可见光范围。由于脉冲光的波长太长,不能发生小分子的离子化。

      其抗微生物的效果比非脉冲或连续波常规的紫外辐照明显要强。脉冲光用来消除细菌的繁殖体、细菌的芽胞、真菌分生孢子和其它生物,具有相同效果。这使脉冲光技术适用于细菌污染的食品和水的处理。脉冲光和穿透性紫外线一样,能穿透食品和包装材料。这使处理透明食品,例如水及通过透明包装材料的食品成为可能。另外,破坏微生物的脉冲光可使那些能导致食品变质的酶失活。

      脉冲光处理的强度是根据积分通量或单位面积的光能量,焦尔(J)/cm2来测量。1焦尔少于1/4卡路里,4焦尔的能量能使1克的水温度升高1℃。0.5J/cm2的一次闪光已经表明能消灭每平方厘米中105个细菌的繁殖体、细菌芽胞、真菌分生孢子。已证明每次1J/cm2闪光的多脉冲可使细菌减少107---109。

      由纯脉冲技术公司,如加里福尼亚州的SanDiego将他们的脉冲光技术(纯光)向FDA提供资料,将脉冲光为辐照源用于食品添加剂生产,加工和处理。脉冲光的使用在21CFR PART 179.14中有说明,并且在以下条件允许应用脉冲光:

      (a)射线源由设计好的氙灯组成发射多级射线,波长为200到1100nm,且脉冲周期不长于2毫秒(千分之一秒);

      (b)用来控制表面微生物; 

      (c)脉冲光处理的食品应在达到预期技术效果下经最低处理;

      (d)总的累积处理量应不超过12.0J/cm2 。

      根据提供给FDA食品添加剂申请资料,表明在具体条件下的应用脉冲光不会引起食品或被处理的微生物发生有害的化学变化。处理的食品不会导致营养价值的显著减少。

    高压脉冲光消灭微生物的优缺点

    优 点

    缺 点

    对所有类型微生物都有影响

    只能用于表面处理。光穿透才有效

    能通过透明包装材料处理产品

    必须在光源处保护员工

    在处理产品中不会升温

    设备最初投资可能高

    不仅能用于处理产品而且可以处理加工用水

    设备操作必须密切监控以确保应用正确的处理

    能用于表面处理大量种类产品

     

    抑制酶活力

     

      为了确保达到理想的杀菌效果,在生产期间必须监控灯光(FLUENCE)与灯束(CURRENT),用硅光电二极管以测量闪光灯打开时光的紫外线强度来监控灯光。输出减少表明灯已快结束它的使用寿命。每次闪光时监控灯束。如果比预先设置电流高或低的显著偏离可能意味着灯或电容的问题。正常设计的系统用来监控设备的操作,如检出异常,应中断操作。

    三、高强度脉冲电子场 

    · 应用于食品的高电压

    · 应用在短时电击中的电压

    · 在冰点或室温中处理食品

    · 最适合于灌注食品

    · 破坏微生物的细胞壁

      高强度脉冲电子场(PEF):包含应用将食品置于两个电极间高压的短时电击。高压要求过程通过建立一个蓄电器贮存电能,然后释放来实现。在入口周围或冷库存温度下进行处理,不超过1秒,且因为食物加热而失去的能量最少。这个过程更适合于灌制食品。决定微生物失活是因为电子场而不是产品的电解或欧姆、电阻加热。

      目前研究表明PEF技术能破坏微生物的细胞壁。整个过程不会导致食品中的化学或物理变化特征发生变化。加工过程条件由食品特性决定。对任何一种食品PEF条件由以下各可变参数决定,其包括电子场峰强度(KV/cm)(千伏每厘米),脉冲周期(微秒),脉冲数量,最初温度,最高处理温度,有关微生物种类和微生物接种。在处理中加工温度的增加看来能加大微生物的死亡。

      PEF对生长的致病菌和腐败的有机体最有效,但消灭孢子要求用高电压长时间处理。研究表明PEF有助于延长对罐制的货架寿命稳定的酸性巴氏杀菌食品和要求用巴氏杀菌的冰箱食品的货架期。

      在食品中杀灭微生物的高强度脉冲电子场已在世界许多国家开始研究。在美国领先的工业公司之一,纯脉冲技术公司,如加里弗尼亚的San Diego已提交资料给FDA以支持他们用PEF对液体及灌制食品进行微生物处理。FDA审查过这份资料以后,决定食品添加剂法规不需要PEF,只要遵守良好的操作规范的要求。用高强度脉冲电子场处理任何食品中未发现有品质的变化。

    选择的液体食品的PEF加工条件

    食 品

    浓缩苹果汁

    新鲜苹果汁

    生的脱脂牛奶

    搅碎的蛋

    绿豆汤

    电子场(KV/cm)

    50

    50

    40

    35

    35

    脉冲同期

    2

    2

    2

    2

    2

    脉冲数量

    10

    16

    20

    10

    32

    最初温度(℃)

    8.5

    8.5

    10.0

    8.5

    22.0

    最高处理温度(℃

    45

    45

    50

    45

    53

    贮存温度(℃)

    22--25

    4--6

    4—6

    4--6

    4--6

    货架寿命(天)

    28

    21

    14

    28

    10

      从1995年12月食品技术用高强度脉冲电子场进行巴氏杀菌。

      在食品中运用高强度电子场杀灭微生物,还需要经过对不同产品做进一步的研究。应考虑有关微生物种类、原料带菌情况、待处理产品的特性、产品的储存运输处理条件和最佳消费状态多方面因素。建立在科学研究基础上的具体实施条件将是整个过程的关键因素。

    高强度脉冲电子场杀灭微生物的优缺点

    优 点

    缺 点

    消灭大量致病菌和腐败有机体

    对孢子需要高剂量和长时间

    产品中有轻微的温度升高

    只能用于液体或灌制食品

    与热处理比较可能价格较低

    同时只能用于货架稳定酸性食品和冰箱食品

    产品没有变化,维生素和酶无损失

    必须对每一种具体的产品设计过程

     

    四、紫外线

    · 空气和表面消毒

    · 液体的巴氏消毒

      紫外线是一些食品在巴氏消毒水平上的另一种过程,许多年来把紫外线用作空气和表面消毒。

      根据波长可基本分为三种形式的紫外线:长波、中波和短波。所有紫外线波长都比可见光短且不能被人看见。紫外光是于253.7nm范围内的紫外灯产生的。

      为了使紫外线杀死细菌和其他微生物,他们必须接触到微生物体上,且每种微生物体必须吸收足够数量的能量以被杀死。使微生物失活必需的剂量是由时间和强度来决定。

      近来,用紫外线进行巴氏消毒透明液体的过程已经发展了。这个过程包括灌输液体薄膜在预定的速率下通过紫外光,在这个过程中发现显著地减少了液体的生物运载量。

      对天然的紫外光、流速、混浊度、产品性质和灯输出需要连续监控。

      对其他系统有一些要求:紫外光必须穿透进入产品。这就是为什么该过程被限制用于透明液体。

    紫外光杀菌的优缺点

    优 点

    缺 点

    系统价格比其他低

    只能用于透明液体薄膜的表面面统 _____________________________________________________________________________________________

     

    五、高压加工

    · 置于压力为65-80磅下的食品

    · 在软包装内食品

    · 无菌包装的灌制可能产生压力

    · 改变结构和细胞壁的通透性

      早在19世纪未和20世纪初美国人像Hitt(1899)和Bridgman(1914)就对保鲜食品的压力过程进行了研究,直到1985年前后才引起食品、制药和生物工业的关注。高压加工(HPP)近来在食品灌装和生物技术工业上引起人们极大的关注。在HHP技术的应用方面,日本处于领先地位,并生产出果酱、果冻、水果汁和酸乳酪。

      食物的高压加工要求65-80磅的压力。它要求非常特殊的设备。如果食物被包装软或半软包装内,放在装满水的容器内于高压下1-20分钟的时间。一些食品如桔子汁可能在压力室内批处理,然后无菌灌装预先消毒的包装内。

      高压过程可能引起食品的一些变化包括组织内部的变化,高压导致蛋白质凝胶化、由于细胞壁破裂,酶活动可能增强,高压加工本身对食品腐败有机体没有影响。整个水果或蔬菜可能通过机械压缩而变形,形成难以描述的水果和蔬菜,如果汁、果酱、果丁、果片和混合食品。

      微生物对高压敏感。高压加工必须考虑微生物的种类、产品特性、理想的过程(巴氏杀菌或商业消毒)和产品销售方式。杀灭微生物主要是由结构变化和细胞壁破裂而引起的。

      研究表明在65-80磅的高压加工对生长的细菌、酵母和霉菌是非常有效,且产品的水分活度接近于1。但芽胞对高压不会失活,而要另外加热或其他一些作用以达杀死的高水平。

    高压杀死微生物的优缺点

    优 点

    缺 点

    处理过程中不加热,食物保持新鲜

    酶活力可能增加

    过程能应用在最终包装的产品

    可引起蛋白质凝胶、注释及膨胀

    对液体食品过程能作为无菌过程的一部分被应用

    引起食物组织内变化

    酶活力可以停止

    设备的初装费高额

     

    细菌的孢子、霉菌和酵母可能要求不同高压须消灭时间长

    六、欧姆加热

    · 加热通过产品自我传导

    · 应用于产品的交流电

    · 穿透的深度无限制

    · 在产品中无大的热梯度

    · 由产品的传导性及加热的剩余时间控制的加热

    · 加热杀死微生物

      欧姆加热和无菌微粒处理继续使用测试热处理致死微生物体的方法的时间,同时用加热产品的新方法和过程决定以保证热处理传递给产品。

      通常用的微波加热,电能转化成热能。然而不象微波加热穿透的深度是完全无限制且加热的程度由通过产品的电传导的空间一致性及产品在加热皿中的抗热时间控制。由于大多数实际的目的产品在加热时没有经历大的温度梯度且液体与颗粒同时被加热。

      欧姆加热最适合无菌包装产品。用于处理和包装其它灭菌产品的设备能用作处理欧姆加热产品。欧姆无菌系统与其它任何一种无菌系统主要不同是加热的方法。

      由于欧姆加热运用食品的耐力及商业电流以加热食物有好于通常加热系统的优点,包括:加热表面不燃烧,加热期间产品不许搅动,液体载体不需过分加热以加热颗粒和颗粒受热均匀。

      欧姆加热依靠产品电传导。但欧姆加热将不能直接加热脂肪,油、酒精、骨或晶体结构如冰。

      欧姆加热用于热杀死微生物的控制与其他热处理过程相似。然而在设计欧姆加热过程时,许多方面必须引起重视,产品具体的耐电性及它随温度的变化必须在过程的商业应用期间被决定和控制。产品的流速对产品的加热是关键,在欧姆加热器中产的速成率和加热周期是主要的困素。如果产品在加热器中变化状态(从液体到固体或液体到气体)产品中可能产生弧光。由于这些原因对大多数应用必须数设计考虑具体产品成功的杀灭微生物的食品欧姆过程要求在欧姆过程上的严格控制。应该由有知识经验的人建立操作程序,应该保持严格的控制在:产品配方、流速、在试管中的产品温度和发现对过程是关键的其它任何因素。

      然而欧姆加热对那些希望生产高体积、高价值、低酸、货架稳定的包含颗粒的产品,及生产只要求巴氏杀菌过程的酸性和冷藏食品应提供承诺。

    欧姆加热的优缺点

    优 点

    缺 点

    消毒颗粒直径在1寸以上

    过程依靠产品的传导性对产品加热

    对颗粒机械损伤最小

    不能用于脂肪、油、酒精、骨或冰

    颗粒的统一加热

    产品配方必须仔细控制以控制电阻

    避免运载流的过分处理

    生产设备设计用于具体产品

    能处理80%以上的固体

    对颗粒低酸货架移是食品的处理难于设计和记录

    设备污染最小在产品加热中天热传移至表面

    一些食物可能要求热或化学的再处理过程以上开始或改变传导性

    减少营养色泽和风味的损失

    必须控制产品流速和温度以保证杀死微生物

     

    七、臭氧

    · 杀菌剂

    · 加工和处理

      臭氧作为杀菌剂的使用并不新鲜了。在加工水中用臭氧杀死微生物,例如蔬菜加工者。这种处理允许加工水重复使用而不是倒掉。在美国和其他国家这种方法处理饮用水也有多年。臭氧另一个优点,不象氯,在处理的水中无毒性残留。

      臭氧也用在封闭区域中的表面处理,如冰箱。它可以减少或消灭包括冰箱表面和内部存放产品表面的霉菌。臭氧作为氯的替代物有潜在的用途。这是更强的消毒剂,能杀死大量不同的微生物体,潜在用途之一是消毒新鲜的水果和蔬菜。臭氧用来消毒新鲜水果和蔬菜尚未被FDA认可。

    由臭氧杀死微生物

    优 点

    缺 点

    能用于杀灭水中致病菌

    未被FDA认可

    水中无毒性残留

     

    对大范围的生物体有效

     

    能用于冰箱和内存放产品的表面消毒剂

     

     

     

     

     

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