罐头杀菌技术与设备

罐头的杀菌技术 罐头的杀菌技术与设备 [摘要] 杀菌是食品生产加工过程中一个非常重要的环节，许多微生物能够导致罐头食品的败坏，罐头食品如杀菌不够，残存在罐头内的微生物当条件转变到适于其生长活动时，或由于密封不严而造成微生物重新侵入时，就能造成罐头食品的败坏。通过杀菌，可以有效地防止食品不受病虫害及霉菌和细菌等微生物的危害，并破坏食品中的酶，使食品贮藏两年以上而不变质。传统的食品杀菌工艺，是采用蒸、煮、加热的方法，利用传导和对流换热，热源从食品的外 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 向内部传递进行加热，在一定的温度作用下，使食品中的微生物达到热力致死。随着科技的进步和人们生活及消费水平的提高，对各种食品的总体质量要求越来越高，要求食品不破坏或少破坏营养成分，保持原有的风味。这就对罐头的杀菌工艺及设备提出了新的要求。近年来，国内外研制开发出了一系列食品杀菌的新技术。这些技术与传统的巴斯德食品杀菌方法相比，不仅避免使用高温而使食品质量受损害，而且还增强了杀菌效果，提高了食品的质量。我国目前常用的杀菌技术分为热杀菌和冷杀菌。 [关键词] 罐头杀菌 热杀菌技术 冷杀菌技术 杀菌设备 1．热杀菌技术 1.1超高温瞬时杀菌 众所周知，杀菌时间过长，必然导致食品的品质下降，特别是对食品的颜色及风味影响较大，而缩短杀菌时间的措施之一是提高杀菌温度。据介绍，杀菌温度增加10℃，取得同样杀菌效果的时间仅为原杀菌时间的1/10。还有研究表明，在杀菌条件相同的情况下，超高温瞬时杀菌与低温长时间杀菌相比，不仅细菌致死时间显著缩短，而且食品成分的保存率也显著提高。如在120℃以下杀菌，细菌芽孢致死时间是4分钟以上，食品成分的保存率为73%以下，当杀菌温度上升到130℃，细菌芽孢的致死时间下降到30秒，成分保存率上升到92%，温度到达150℃，芽孢的致死时间为0.6秒，成分保存率上升到99%，证明了超高温瞬时杀菌的优越性。 超高温瞬时杀菌技术于1949年随着斯托克装置的出现问世，其后国际上出现了多种类型的超高温杀菌装置。超高温处理可分为间接加热和直接加热两大类型。它是使料液迅速升温至130℃以上，然后保持几秒种，从而实现对料液瞬间的杀菌。 超高温瞬时杀菌技术的杀菌效果特别好，几乎可达到或接近灭菌的要求，而且杀菌时间短，物料中营养物质破坏少，营养成分保存率达92%以上。 1.2微波杀菌 传统的热力杀菌是通过传导、对流等传热方法将热量传递给食品，使之温度升高，达到预定杀菌温度并保持一定的杀菌时间，从而达到杀菌目的。热量是由表层逐步往中心传递，由于食品的传热性能较差，食品的中心达到杀菌温度所需时间较长。另外，由于加热装置本身的热容量引起能量损失而能耗高，同时高温也会影响食品品质。微波技术是一种理想的杀菌途径，相对热力杀菌来说，微波杀菌具有加热时间短、升温速度快、杀菌均匀、食品营养成分和风味物质破坏和损失少等特点。与化学方法杀菌相比，微波杀菌无化学物质残留而使安全性提高。因此，食品的微波杀菌保鲜技术已被食品厂家所采用。 1.2.1食品微波杀菌机理 在相同条件下，微波杀菌致死温度比传统加热杀菌低，它不仅具有因生物体吸收微波能量而转换的热效应，而且还存在一种非热效应。 1.2.1.1热效应 热效应是指生物体吸收电磁波的能量后，体温升高，从而发生各种生物功能变化。微波作用于食品，食品表面和中心同时吸收微波能，温度升高。食品中的微生物在微波场作用下，温度也升高，温度的快速升高，使其蛋白质结构发生变化，从而失去生物活性，使菌体死亡严重干扰而无法繁殖。 1.2.1.2非热效应 非热效应是在电磁波的作用下，生物体内不产生明显的升温，却可以产生强烈的生物响应，使生物体内发生各种生理、生化和功能的变化。微波的作用会使微生物在其生命化学过程中所产生的大量电子、离子和其它带电粒子的生物性排列组合状态和运动规律发生变化。同时，电场也会使细胞膜附近的电荷分布改变，导致膜功能障碍，使细胞的正常代谢功能受到干扰破坏，使微生物细胞的生长受到抑制，甚至停止生长或使之死亡。微波还能使微生物细胞赖以生存的水分活度降低，破坏微生物的生存环境。Desell等在食品中接种细菌，然后用2450MHZ微波杀菌，结果表明所需时间仅为传统加热方法的1/9至1/12。 1.2.2应用 微波混合室系统由附有相应电源设备的微波发生器、波导管连接器及处理室三部分组成。该杀菌处理系统能够以食品内极其微小的温度差异，对在连续流动的食品进行快速的加热处理，在处理室内，微波的能量可以均匀地分布于被处理的食品上，加热到72~85℃菌温度时间保持1~8分钟，而后送入隧道至冷却室，在贮藏之前将温度降至15℃以下。 采用微波杀菌可以在包装前进行，也可以在包蝶好边料锡膜或复合薄膜以后进行。 1.3电阻加热杀菌 它是利用连续流动的导电液体的电阻热效应来进行加热，以达到杀菌目的。是酸性和低酸性的粘性食品和颗粒食品进行连续杀菌的一种新技术。 电阻加热杀菌要求交流电的频率在50~60HZ之间，因为此时它的电化学稳定，交流电的转换率最高，并且操作安全，电阻加热的适用根据食品物料的导电率来决定。大多数能用泵输送的、含有溶解离子盐类且含水量在30%以上的食品都可用电阻加热来杀菌，且效果很好，而一些像脂肪、糖、油来添加盐的自来水等非离子化的食品则不适于用该技术。英国APV食品加工中心的试验表明，电阻加热已成功地用于各种包含大颗粒的食品和片状食品的杀菌，如马铃薯、胡萝卜、蘑菇、牛肉、鸡肉、片状苹果、菠萝、桃等。 电阻加热受电压的控制，电压不会因为温度的增高而减小，相反，加热效率随温度升高而增加，因为温度升高，导电率增加，电流加大，加热效率必然提高。 电阻加热与微波加热相比，更具有优越性。因为它是在连续流动的液体中加热，所以不需要高温热交换，各种营养成分损失很少，而且能量转化率也高于微波加热，达90%以上；还因为它是对物料进行整体加热，所以热渗透性也远远高于微波加热，是带颗粒食品实现瞬时无菌加工的首选工艺。 1.4低温高压灭菌 日本科技人员经过数年的时间，研究出一种不需要加热而杀灭大肠杆菌和醋酸的低温高压灭菌技术，这种技术过去只是一种引人注目的设想。日本日冷公司利用其冷冻食品的技术与神户制钢公司的高压技术相结合，终于解决了冷冻品灭菌的技术难题，研制出了实用的低成本冷冻灭菌技术。 经研究表明，在低温下加高压比在常温下更容易杀灭细菌。在20℃肠杆菌和沙门氏菌要加3000个以上的大气压才能被杀灭，而在​​​—20℃时只需2000个大气压就可达到目的。在常温下需4000个大气压才能灭的醋酸菌，在低温下只需2000量个大气压就可基本杀灭，其原因是在低温下细菌的细胞膜容易被破坏。 这种新技术可用于多种肉食和水产品的灭菌，不会破坏食品原有的成分结构和风味。研究表明，在水产品中，贝类等无脊椎动物比脊椎动物的灭菌效果好。不适于加热的各种食品，例如生鱼片等也可采用这种技术灭菌。特别方便的是，可以食品冷冻和冷藏的过程中，将其放入高压仓内加以灭菌。这种方式成本低廉且效率高。日本制成的高压低温灭菌装置，在—20℃的低温条件下可稳定地保持高压状态，其压力可调至4000个大气压。 2.冷杀菌技术 2.1超高压杀菌 超高压处理食品保鲜技术具有诸如保持食品原有的风味、色泽、营养成分、低能耗、对环境污染以及少用或不用化学添加剂等很多优点。超高压杀菌的机理是由于静水压的作用而使蛋白质产生压力凝固，导致微生物的形态结构、基因、生理生化特性等多方面的变化，使其原有的功能发生不可逆变化从而导致死亡。超高压处理不仅能杀灭食品中的微生物，还可以抑制酶的活性。研究表明，升高温度和降低食品的pH值有利于加强高压的效果；糖和盐的浓度提高会降低杀菌效果；微生物的营养体较易被杀灭。利用100MPa以上压力加压食品时，温度基本不升高，也不会有共价结合的生成和断裂。高压处理使食品有新鲜的风味，不会发生不利的共价结合变化，这些特点说明食品高压加工和热加工一样都有广阔的前途。 2.2高压脉冲电场技术 崇尚新鲜安全而又高营养食品的潮流使得研究者们不断探寻新型的食品非热灭技术，其中高压脉冲电场杀菌因其处理时间短，杀菌后温升小，副产物小，无污染，无辐射，耗能低等优点，最具有工业化前景。 高压脉冲电场用于罐头杀菌也显露出潜在的研究价值，能在5~10S的极短时间内即可完在杀菌过程。 高压脉冲电场的技术用于罐头杀菌的主要原理是基于细胞结构和液态食品体系间的电学特性的差异。细胞壁特别是细胞内丰富的膜系统的电阻和电容量很大，且随交流电荷频率的不同发生显著的变化。在低频情况下，细胞壁，尤其是生物膜系统的电容量显著增大，细胞内液中也有电流通过，此时电阻则明显减少，加之类脂膜中其结构物质几乎均为偶极子或带电分子，其分子运动主要以侧向流动为主，而穿膜转动极难实现，在伴随电场的转动而取向的阻力和速率的差异，这种差异导致二者在松弛频率上的显著不同，使得高压脉冲电能在一定条件下蓄积于细胞壁（膜）系统而极少损耗于液态食品体系。生物膜结构的不均匀性，特别是膜蛋白的类似半导体特性，使生物膜存在动态的“导通”，在高压脉冲电场中，这种“导通”可使膜上蓄积的能量以瞬时高强度方式释放，而击穿膜系统。在这种高压脉冲放电时，由于气态等离子体剧烈膨胀、爆炸而产生强烈的冲击波可摧毁各种亚细胞结构。这些反应都发生在细胞内，因而对非细胞结构的液态食品体系中的营养成分和风味物质基本无影响，可高质量地保存食品的天然特性。邓元修直接尝试了脉冲高压对酵母和大肠杆菌的杀灭作用，结果表明了所需能耗低,即每吨液态食品灭菌能耗电大约为(0.5~2.0)kw/h，对试液的温升小于2℃，有效保存了食品的营养成分和天然成分。因此高压脉冲杀菌是较理想的灭菌方式，可望取代热灭菌方法成为21世纪加工方法。 2.3辐射杀菌 辐射杀菌是运用χ射线、γ射线或电子高速射线照射食品，引起食品中的生物体产生物理或化学反应，抑制或破坏其新陈代谢和生长发育，甚至使细胞组织死亡，从而达到灭菌消毒，延长食品贮存销售时间的目的。辐射杀菌几乎不产生热量，可保持食品在感官和品质方面的特性，并适合对冷冻状态的食品进行杀菌处理。与传统的加热法相比更易于准确控制，且耗能低。世界卫生组织已将辐射法纳为安全有效的食品处理方法并制定了相应的标准。部分技术项目已达到商业化推广应用的标模。 2.3.1紫外线 紫外线是德国物理学家Rittle在1802年发现的，但其应用一直未能得到开发。直到本世纪60年代到70年代才开始对它进行应用开发研究。目前研究应用范围日益扩大，其中在罐头食品杀菌中得到广泛应用，且效果良好。 紫外线的波长范围是200~390nm。由于微生物细胞中的核酸、碱基（嘌呤、嘧啶）及蛋白质对紫外线有特别强的吸引力，DNA和RNA的吸收峰在260nm处，蛋白质的吸收峰在280nm处。紫外线杀死微生物主要对DNA作用，引起DNA链上两个邻近的胸腺嘧啶分子形成胸腺嘧啶二聚体，致使DNA不可能复制，导致微生物死亡。 2.3.2电离辐射 电离辐射食品通常是利用χ射线、γ射线、电子射线照射食品，这些辐射食品通过射线引起食品上微生物发生一系列物理化学反应，使微生物的新陈代谢、生长受到抑制和破坏，致使微生物被杀死，以达到延长食品的货架期，减少腐败损失，大大降低了成本。同时辐射处理发生的分解、聚合反应等引起食品的物理、化学性质变化以达到改善食品品质的作用。事实上，食品经过辐射后，其营养成分不但不会流失，反而有利于消化吸收。 最常用的辐射源为Co60和Cs137，利用辐射源放出的穿透性很强的γ射线辐射食品，不仅节省能源，保持食品的营养成分，还可深入食品内部进行杀菌。 2.4磁力杀菌 磁力杀菌是把需消毒杀菌的食品放于磁场中，在一定的磁场强度作用下，使食品中常温下起到杀菌作用。日本三井公司将食品放在0.6T磁密度的磁场中，在常温48h，达到100%杀菌效果。日本三井公司与秋田大学联合进行了利用磁线杀菌的研究，已取得了一定的效果。该设备是把一个N级、S级的电磁铁安置在一个放了酶菌与磁线体的试验管上，然后摇动该试验管，菌体就会死亡。在试验中，通入的是6000高斯的磁线，连续摇动48小时，菌体就会百分之百的死亡。该方法可以不加热就达到杀菌的目的，从而不影响酒类等食品的固有风味，确保了食品的质量。该技术也可用于其它食品及医疗器械的杀菌等广泛领域。 2.5臭氧杀菌技术 臭氧在水中极不稳定，时刻发生还原反应，产生具有强烈氧化作用的单原子氧，在其产生瞬时，与细菌细胞壁中的脂蛋白或细胞膜中的磷脂质、蛋白质发生化学反应，从而使细胞壁和细胞膜受到破坏，细胞膜的通透性增加，细胞内物质外流，使细菌失去活性。同时臭氧能迅速扩散进入细胞内，氧化细胞内的酶或RNA、DNA，从而致死菌原体。 臭氧杀菌具有高效、快速、安全、便宜等优点，自1785年发现以来，广泛应用于食品加工、运输与贮存及自来水、纯净水生产等领域。 此外，还有蒸汽杀菌、容器杀菌、强光脉冲、超临界法等许多新兴的罐头食品杀菌技术。而且还有更多未知的技术有待我们去开发。 3.杀菌设备 罐头加热杀菌的方法很多，根据其原料品种的不同，包装容器的不同等采用不同的杀菌方法。罐头的杀菌可以在装罐前进行，也可以在装罐密封后进行。装罐前进行杀菌，即所谓的无菌装罐，需先将待装罐的食品和容器均进行杀菌处理，然后在无菌的环境下装罐，密封。 我国各罐头厂普遍采用的是装罐密封后杀菌。罐头的杀菌根据各种食品对温度的要求分为常压杀菌(杀菌温度不超过100℃)、高温高压杀菌(杀菌温度高于100℃而低于125℃)和超高温杀菌(杀菌温度在125℃以上)三大类，依具体条件确定杀菌工艺，选用杀菌设备。 3.1静止间歇式杀菌 静止批量式杀菌技术与设备因杀菌压力的不同而分为静止高压杀菌和静止常压杀菌两种。 3.1.1静止高压杀菌 静止高压杀菌是肉禽、水产及部分蔬菜等低酸性罐头食品所采用的杀菌方法，根据其热源的不同又分为高压蒸汽杀菌和高压水浴杀菌。 (1)高压蒸汽杀菌  大多数低酸性金属罐头常采用高压蒸汽杀菌。其主要杀菌设备为静止高压杀菌锅，通常是批量式操作，并以不搅动的立式或卧式密闭高压容器进行。这种高压容器一般用厚度为6.5mm以上的钢板制成，其耐压程度至少能达到0.196MPa。 合理的杀菌装置是保证杀菌操作完善的必要条件。对于高压蒸汽杀菌来说，蒸汽供应量应足以使杀菌锅在—定的时间内加热到杀菌温度，并使锅内热分布均匀；空气的排放量应该保证在杀菌锅加热到杀菌温度时能将锅内的空气全部排放干净；在杀菌锅内冷却罐头时，冷却水的供应量应足以使罐头在一定时间内获得均匀而又充分的冷却。图2－6－4和图2－6－5分别为常用的立式和卧式高压蒸汽杀菌锅的装置图。 (2)高压水浴杀菌  高压水浴杀菌就是将罐头投入水中进行加压杀菌。一般低酸性大直径罐、扁形罐和玻璃罐常采用此法杀菌，因为用此法较易平衡罐内外压力。可防止罐头的变形、跳盖，从而保证产品质量。高压水浴杀菌的主要设备也是高压杀菌锅，其形式虽相似，但它们的装置、方法和操作却有所不同。 3.1.2静止常压杀菌 静止常压杀菌常用于水果等酸性罐头食品的杀菌。最简单最常用的是常压沸水浴杀菌。批量式沸水浴杀菌设备一般采用立式敞口杀菌锅或长方形杀菌车(槽)，杀菌操作较为简单，但必须注意实际的沸点温度，并保证在恒温杀菌过程中杀菌温度的恒定。 3.2连续杀菌 连续杀菌同样有高压和常压之分，必须配以相应的杀菌设备。常用的连续杀菌设备主要有： 3.2.1常压连续杀菌器 罐头一端进、另一端出。常压连续杀菌器常以水为加热介质，多采用沸水，在常压下进行连续杀菌。杀菌时，罐头由输送传送入连续作用的杀菌器内进行杀菌，杀菌时间通过调节输运带的速度来控制，按杀菌工艺要求达到时间后，罐头由输送带送入冷却水区进行冷却，整个杀菌过程连续进行。我国现有的常压连续沸水杀菌器有单层、三层和五层几种，特别适合于半成品要求不能久搁的罐头(如荔枝)杀菌。 3.2.2水封式连续杀菌器 水封式连续杀菌器是一种旋转杀菌和冷却联合进行的装置，可以用于各种罐型的铁罐、玻璃罐以及塑料袋的杀菌。杀菌时，罐头由链式输送带送入，经水封式转动阀门进入杀菌器上部的高压蒸汽杀菌室内，然后在该杀菌室内水平地往复运动，在保持稳定的压力和充满蒸汽的环境中杀菌。杀菌时间可根据要求调整输送带的速度进行控制。杀菌完毕，罐头经分隔板上的转移孔进入杀菌锅底部的冷却水内进行加压冷却，然后再次通过水封式转动阀门送往常压冷却，直至罐温达到40℃左右。 3.2.3静水压杀菌器 静水压杀菌器是利用水在不同的压力下有不同沸点而 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 的连续高压杀菌器。杀菌时，罐头由传送带携带经过预热水柱进入蒸汽加热室进行加热杀菌，经冷却水柱离开蒸汽室，再进入接受喷淋冷水进一步冷却。蒸汽加热室内的蒸汽压力和杀菌温度通过预热水柱和冷却水柱的高度来调节。如果水柱高度为15m，蒸汽加热室内的压力可高达0.147MPa，温度相当于126.7℃。杀菌时间根据工艺要求可通过调整传送带的传送速度来调节。静水压杀菌器具有加热温度调节简单、省汽、省水等优点，但存在外形尺寸大、设备投资费用高等不足，故对大量生产热处理条件相同的产品的工厂最为适用。 4其它热杀菌技术 4.1回转式杀菌器 回转式杀菌器是运动型杀菌设备，在杀菌过程中罐头不断地转动，转动的方式有两种，一种是作上下翻动旋转，另一种是作滚动式转动。罐内食品的转动加速了热的传递，缩短了杀菌时间，也改善了食品的品质，特别是以对流为主的罐头食品效果更显著。回转式杀菌器根据放入罐头的连续程度不同可分为批量式和连续式两种。批量式回转杀菌器的热源是处于高压下的蒸汽或水。连续式回转式杀菌器能连续地传递罐头，同时使罐头旋转，适合于多种液态食品的杀菌，属于较先进的杀菌装置。 4.2火焰杀菌器 火焰杀菌是使罐头在常压下直接通过煤气或丙烷火焰而杀菌，适用于以对流为主的罐头，如青豆、玉米、胡萝卜、蘑菇等。火焰杀菌器由三部分组成，即蒸汽预热区、火焰加热区和保温区。罐头在蒸汽预热区加热至l00℃后滚动进入火焰加热区，罐头滚动，传热很快，在直接火灼加热下罐头的温度每3秒约可升高1.5℃，一般2min左右就能升至规定的杀菌温度，进入保温区保温一定时间后进行冷却。目前这种杀菌器使用还不广泛。 4.3无菌装罐设备 无菌装罐是食品在装罐前先进行高温短时杀菌随即冷却，在无菌条件下装入无菌容器后密封。整个操作必须是在一个密闭的蒸汽加热室中于无菌条件下完成。它适用于对热较敏感，加热时间不宜过长的食品。目前在果汁、牛奶等均一性食品中使用非常广泛。 4.4“闪光18”杀菌法 “闪光18”杀菌法需用“闪光18”设备来完成，它也属于无菌灌装设备。这种设备有个圆柱形的加压室供装罐和封口用，两端有加压和减压气阀，食品和空罐的入口都有气闸装置。操作时将食品高温短时杀菌后直接送入加压室，加压室内的压力控制在液体不致沸腾的水平下，在此气压下装罐和密封，然后在装罐温度下维持4～15min，使食品在冷却前充分杀菌煮熟。加压室内可采用常规的装罐、密封和其他设备。此外，由于此法密封是在高温下完成的，因此空罐不必预先杀菌，装罐、密封也无需采用无菌条件。 此外，还有蒸汽杀菌、容器杀菌、强光脉冲、超临界法等许多新兴的罐头食品杀菌技术。而且还有更多未知的技术有待我们去开发。 综上所述，可以看出，当代罐头食品杀菌工艺正在逐步摆脱传统的加热杀菌方式，向着提向杀菌温度、缩短加热时间；或使加热温度低；或不对食品直接加热的方向发展，以求最大限度地减少食品中各种营养成分的损失，尽量保持食品的原风原味，完善食品的贮藏条件，延长食品的货架期，以满足广大消费者日益增长的物质生活的需要。罐头食品杀菌工艺中高新技术的应用，也必将带动杀菌设备摆脱传统模式，而向与新的杀菌方式配套的方向发展。 5.结论 当代罐头食品杀菌工艺正在逐步摆脱传统的加热杀菌方式，向着提向杀菌温度、缩短加热时间；或使加热温度低；或不对食品直接加热的方向发展，以求最大限度地减少食品中各种营养成分的损失，尽量保持食品的原风原味，完善食品的贮藏条件，延长食品的货架期，以满足广大消费者日益增长的物质生活的需要。罐头食品杀菌工艺中高新技术的应用，也必将带动杀菌设备摆脱传统模式，而向与新的杀菌方式配套的方向发展。 参考文献 [1].关秀丽.高新技术在食品杀菌工艺中的应用[J].食品与机械，1994，2：33~34 [2].王云阳，岳田利，张丽等.食品杀菌新技术[J].西北农林科技大学学报（自然科学版），2002，1：100~101 [3].李清明，谭兴和，何煜波等.微波杀菌技术在食品工业中的应用[J].食品研究与开发，2004，1：11~13 [4].关秀敏.日趋发展的现代食品杀菌新技术[J].福建轻纺，1996，11：30 [5].肖庆升.食品加压杀菌及相关技术[J].食品研究与开发，2004，4：43~49 [6].张鹰，曾新安.高强脉冲电场液体非热灭菌效果研究[J].食品工业，2004，1：2 [7].唐裕芳，张景强.新技术在杀菌中的应用[J].肉类工业，1999，4：32~34 [8].王晓，宋晓研，吴连军.高新食品杀菌技术种种[J].山西食品工业，2000，1：3