【正文】 第十五章 超高溫（UHT）滅菌殺菌是食品加工中極為重要的一道工序，在原始社會里，人類就不知不覺地對食品進行了殺菌處理。在科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的今天，人們對食品殺菌意義的認識和應(yīng)用也得到了不斷地完善和提高。第一節(jié) 超高溫滅菌的基本原理關(guān)于超高溫（UHT）滅菌，尚沒有十分明確的定義。習(xí)慣上，把加熱溫度為135~150℃，加熱時間為2~8s，加熱后產(chǎn)品達到商業(yè)無菌要求的殺菌過程稱為UHT滅菌。UHT滅菌的理論基礎(chǔ)涉及兩個方面。一是微生物熱致死的基本原理；二是如何最大限度保持食品的原有風(fēng)味及品質(zhì)。一、UHT滅菌的微生物致死理論依據(jù)按照微生物的一般熱致死原理，當(dāng)微生物在高于其耐受溫度的熱環(huán)境中時，必然受到致命的傷害。加熱促使微生物死亡的原因是由于高溫導(dǎo)致蛋白質(zhì)的不可逆變化，隨后一些球蛋白變得不溶解，酶失去活力，從而造成新陳代謝能力的喪失，因此，細胞內(nèi)蛋白質(zhì)凝固變性的難易程度直接關(guān)系到微生物的耐熱性，而且這與殺菌條件的選擇密切相關(guān)。大量實驗證明，微生物的熱致死率是加熱溫度和受熱時間的函數(shù)。（—）微生物的耐熱性腐敗菌是食品殺菌的對象，其耐熱性與食品的殺菌條件有直接關(guān)系。影響微生物耐熱性的因素有如下幾方面：（1）菌種和菌株（2）熱處理前菌齡、培育條件、貯存環(huán)境（3）熱處理時介質(zhì)或食品成分，如酸度或PH值（4）原始活菌數(shù)（5）熱處理溫度和時間，作為熱殺菌，這是主導(dǎo)的操作因素。（二）微生物的致死速率與D值在一定的環(huán)境條件和一定溫度下，微生物隨時間而死亡時的活菌殘存數(shù)是按指數(shù)遞減或按對數(shù)周期下降的。這一規(guī)律為通常大量的試驗結(jié)果所證實。若以縱坐標表示單位物料內(nèi)隨時間而殘存的活細胞或芽孢數(shù)的對數(shù)值，橫坐標表示熱處理時間，則可獲得如圖151所示的微生物致死速率曲線。圖151 微生物致死速率曲線如圖所示，設(shè)A為加熱開始時活菌數(shù)所代表的點，B為加熱后菌數(shù)下降1個對數(shù)周期時的點，C為加熱后菌數(shù)下降2個對數(shù)周期時的點。顯然，細菌任意時刻的致死速率可以用它殘存活菌數(shù)下降1個對數(shù)周期所需的時間來表示，這便是圖中所示D值的概念。D值是這一直線斜率絕對值的倒數(shù)，即∣斜率∣==D值反映了細菌死亡的快慢。D值愈大，細菌死亡速度愈慢，即細菌的耐熱性愈強，反之則死亡速度愈快，耐熱性愈弱。由于致死速率曲線是在一定的加熱溫度下做出的，所以D值是溫度T的函數(shù)（常寫成DT），上述比較只能以同一加熱溫度為前提，例如以D110℃來作比較。必須指出，D值不受原始菌數(shù)的影響，換言之，原始菌數(shù)不影響其個別細菌按指數(shù)死亡的規(guī)律。因此，如果將不同原始菌數(shù)的曲線畫在同一的圖151上，便得到一組平行的直線族。另外，D值要隨其他各種影響微生物耐熱性的因素而異，只能在這些因素固定不變的條件下才能穩(wěn)定不變。（三）微生物的熱力致死時間與Z值微生物的熱力致死時間（Thermal Death Time）就是在熱力致死溫度保持不變條件下，完全殺滅某菌種的細胞或芽孢所必需的最短熱處理時間。微生物熱力致死時間隨致死溫度而異，兩者的關(guān)系曲線稱為熱力致死時間曲線，如圖152，它表達了不同熱力致死溫度下細菌芽孢的相對耐熱性。圖152 熱力致死時間曲線如同對致死速率曲線的處理一樣，若以橫坐標為熱處理溫度，縱坐標為熱致死時間（TDT）的對數(shù)值，就可以在對數(shù)坐標圖上得到一條形為直線的熱力致死時間曲線。同樣，如圖 152 所示，此直線斜率絕對值的倒數(shù)Z值表明了熱致死時間縮短一個對數(shù)周期所要求的熱處理溫度升高的度數(shù)。圖152中，設(shè)A，A′為熱致死時間相差1個對數(shù)周期的兩個點，其相應(yīng)的熱致死時間的對數(shù)值分別為logTDTA=log102，logTDTA/=log101相應(yīng)的熱力致死溫度分別為TA，TA′，則∣斜率∣=某微生物菌種的殺菌特性曲線——熱力致死時間曲線可由點、斜率兩個參數(shù)來確定。因此除了由斜率決定的Z值外，尚需尋求一個標準點。這個標準點通常選用121℃時的TDT值，并用符號“F”表之，單位為min，稱為F值。有了Z、F兩個參數(shù)，該菌種在任何殺菌溫度T下的TDT值可表為 （151）必須強調(diào)指出，熱力致死時間（TDT）這個概念的提出隱去了細菌死亡按指數(shù)規(guī)律的實質(zhì)，也避開具體運用概率說明細菌死亡的方法，而是模糊地以實際試管試驗法所確定的所謂“完全滅菌”為依據(jù)。因此采用TDT法不能清楚地說明諸如殺菌終點、原始菌數(shù)不同時出現(xiàn)的耐熱性差異及TDT試管試驗法中常見越級現(xiàn)象等實際問題。根據(jù)式（151）可知，決定細菌耐熱特性的是F和Z兩個參數(shù)。對于不同菌種，一般兩者都不相同；對于同一菌種，也只能在其一數(shù)值相等的條件下，由另一條來比較它們的耐熱性。故F值只能用于Z值相同時細菌耐熱性的比較。Z值相同時，F(xiàn)值大的細菌的耐熱性比F值小的強。同樣，F(xiàn)值相同時，Z值大的細菌的耐熱性比Z值小的強。為了比較，也可人為的規(guī)定Z的標準值，一般取Z=10℃。 （四）UHT殺菌的品質(zhì)保證大量實驗表明，采用UHT瞬時殺菌技術(shù)也可最大程度地保持食品的風(fēng)味及品質(zhì)。這主要是因為微生物對高溫的敏感程度遠遠大于食品成分的物理化學(xué)變化對高溫的敏感程度。例如，在乳品工業(yè)生產(chǎn)滅菌乳的過程中，如果牛乳在高溫下保持較長時間，則可能產(chǎn)生一些化學(xué)反應(yīng)。例如蛋白質(zhì)和乳糖發(fā)生美拉德反應(yīng)，使乳的顏色變褐；蛋白質(zhì)發(fā)生分解反應(yīng)，產(chǎn)生不良氣味；糖類焦糖化產(chǎn)生異味等。此外還可能發(fā)生某些蛋白質(zhì)變性而產(chǎn)生沉淀。這些都是生產(chǎn)滅菌乳所不允許的，應(yīng)力求避免。圖153表示牛乳滅菌和發(fā)生褐變時的溫時曲線。圖153 牛乳滅菌及褐變的時間溫度曲線1變褐的最低時間溫度條件 2滅菌的最低時間溫度曲線圖中實線為牛乳褐變的溫時下限，虛線為滅菌的溫時下限。從圖中可以看出，若選擇滅菌條件為110120℃,1520min，則兩線之間間距甚近，說明生產(chǎn)工藝條件要有十分嚴格的措施來維持，這在實際上很難辦到。而選擇UHT滅菌條件137145℃,25s時，兩線之間間距較遠，說明產(chǎn)生褐變及其他缺陷的危險性較小，生產(chǎn)工藝條件較易控制。在這種殺菌條件下，產(chǎn)品的顏色、風(fēng)味、質(zhì)構(gòu)及營養(yǎng)沒有受到很大的損害。所以，該技術(shù)比常規(guī)殺菌方法能更好地保存食品的品質(zhì)及風(fēng)味。二、超高溫滅菌時間和溫度意義從殺死微生物的觀點來看，熱處理強度是越強越好，時間是越長越好。但是，強烈的熱處理對食品的外觀、風(fēng)味和營養(yǎng)價值會產(chǎn)生不良后果。如牛乳中蛋白質(zhì)在高溫下變性；強烈的加熱使牛乳風(fēng)味改變，首先是出現(xiàn)“蒸煮味”，然后是焦味。因此，時間和溫度組合的選擇必須考慮到微生物和產(chǎn)品質(zhì)量兩方面，以達到最佳效果。食品加工中滅菌的目的并不是使每單個包裝的產(chǎn)品都不含殘留的微生物，因為采用加熱方法來致死微生物，要達到絕對無菌的理想狀態(tài)是不可能的。實際上，滅菌加工只要保證產(chǎn)品在消費者食用前不變質(zhì)就行。一個基本的要求就是致病菌的存活和生長的可能性必須小到可以忽略的程度。肉毒梭狀芽孢桿菌通常被認為是對公共健康危害最大的微生物，大多數(shù)保持滅菌就是基于它的致死率而設(shè)計的。在滅菌乳制品中，肉毒梭狀芽孢桿菌存活繁殖及生長而產(chǎn)生能危害公共健康的毒素量的概率是很低的，實際上這種情況從未發(fā)生過。熱處理系統(tǒng)的設(shè)計可以完全排除由其他殘留致病菌所能導(dǎo)致的對公共健康的危害性。導(dǎo)致產(chǎn)品變質(zhì)的微生物包括加工過程中殘留的耐熱微生物或滅菌后再污染的微生物，再污染的微生物包括熱敏性和耐熱性微生物（如芽孢）。污染的芽孢一般來說比加工過程中殘留的耐熱性差。為了衡量超高溫工藝效果，現(xiàn)引入殺菌效率（SE）一詞。殺菌效率是以殺菌前后孢子數(shù)的對數(shù)比來表示的：SE=LG[原始孢子數(shù)/最終孢子數(shù)]把已知數(shù)量的枯草桿菌的孢子移植到原乳中，然后用超高溫設(shè)備處理，實驗結(jié)果如下：殺菌溫度不同、時間相同（4S）時，其殺菌效率接近，見表151表151殺菌溫度不同、時間相同（4s）的殺菌效率溫度原始孢子數(shù)/ml最終孢子數(shù)/ ml殺死效率SE140450 00079135450 000130450 000125450 0006超高溫滅菌處理牛乳必然使一部分微生物殘存，也就是說絕對無菌是不能保證的。在這種情況下，人們認識到加工原料中含有能存活于滅菌過程后的微生物數(shù)目的重要性，并且微生物的殘存與加工產(chǎn)品的量和包裝容積有關(guān)。假設(shè)我們要加工大量產(chǎn)品，如加工10000L的產(chǎn)品，其中含耐熱芽孢100cfu/ ml，若滅菌效率SE為8，則整批產(chǎn)品中的殘留芽孢數(shù)為：10000 1000 100/108=10（個）只要產(chǎn)品是從整體形式存在，那么這種計算是成立的。然而若將產(chǎn)品分裝于1L容器中，并進行相同的熱處理，那么每個容器中處理前含有1000100=105個芽孢，滅菌后，每個容器中含 105/108=103（1/1000）個芽孢。那么每個容器中含有1/1000個芽孢的實際意義就是每1000個容器中必然含有1個芽孢。一般滅菌乳成品的商業(yè)標準為：不得超過1/1000孢子數(shù)。這一點在產(chǎn)品以整體形式才采取相同的滅菌效率加工時同樣可以加以證實。例如通過超高溫加工，整批產(chǎn)品中將有10個芽孢殘存。如將產(chǎn)品在理想的無菌灌裝狀態(tài)下分裝與10000個1L容器中。這10個芽孢將被分散到10000個容器中去。理論上，一個以上的芽孢有可能進入同一個容器中，然而當(dāng)殘留芽孢數(shù)與容器數(shù)相比很小時，從統(tǒng)計學(xué)上講，一個容器中含有1個以上芽孢的可能性可忽略不計。因此我們可以假設(shè)10個芽孢代表著10個含有單個芽孢的容器，或者說10000個容器中含有10個芽孢。我們假設(shè)殘存的每個芽孢在條件適宜時足以使產(chǎn)品變質(zhì)，因此每個容器內(nèi)含1/1000個芽孢就等于1000個容器中含一個芽孢，因而就會導(dǎo)致1000個產(chǎn)品中有1個變質(zhì)。這一計算不論對于罐內(nèi)保持滅菌還是超高溫滅菌結(jié)合無菌灌裝都是同樣有效的。第二節(jié) 超高溫滅菌在乳制品中的應(yīng)用一．UHT乳的加工原理頁：5超高溫滅菌法（UHT）是英國于1956年首創(chuàng)，在1957~1965年間，通過大量的基礎(chǔ)理論研究和細菌學(xué)研究后，才用于生產(chǎn)超高溫滅菌乳，關(guān)于超高溫滅菌乳在滅菌過程中對于微生物學(xué)和物理化學(xué)方面的變化及基本加工原理等，1965年英國的Burton提出了詳細的研究報告，其基本點是細菌的熱致死率隨著溫度的升高大大超過此間牛乳化學(xué)變化的速率，例如維生素的破壞，蛋白質(zhì)變性及褐變速率等。研究認為在溫度有效范圍內(nèi)，