第一节 微生物的耐热性 食品生产过程中，加热处理有多种好处： 使蛋白质变性，淀粉糊化，减轻消化系统压力 杀菌作用 为科学有效地运用加热杀菌技术，应注意两方面内容： 将有害微生物全部杀死 对食品不应有不利影响 加热杀菌理想效果： 对物料操作及其品质影响控制在最小限度内 迅速杀死存在于其中的有害微生物 选择最适合食品特性的热交换方式及装置，严格操作 确定加热杀菌条件需考虑： 食品物性，容器，污染食品的微生物种类，数量，习性，加热过程中食品传热特性等。 温度是微生物生存及繁殖最重要因素之一，微生物可能繁殖总体范围在-10℃~90℃之 间。不同种属微生物其生长和繁殖的温度范围不同。微生物的繁殖期，繁殖速度，最终细 胞量，营养要求，细胞中的酶及细胞的化学组成成分都受温度范围的制约。按微生物繁殖 所需最适温度可将微生物分为： 细菌繁殖的温度范围 细菌种类 最低（℃） 最适（℃） 最高（℃） 嗜热菌 30-45 5070 7090 嗜温菌 中温性菌 5-15 30-45 45-55 低温性菌 -5~5 25-30 30-35 嗜冷菌 -10--5 12-15 15-25 真菌在最低温度条件下，其繁殖能力与细菌相同，然而，真菌能够繁殖的最高温度却很 低，霉菌约为60℃，酵母菌繁殖的最高温度约为45℃。 微生物繁殖速度，随着偏离最短温度范围的程度增大而下降。特别在高温条件下，繁殖 速度急剧下降。加热杀菌对象确定可根据产芽孢细菌耐热确定，此外要考虑食品种类，加工 方法及所要求的贮藏性等因素来确定 微生物耐热性可用实际使用的温度和时间表示，常用加热致死时间来表示。 D值：一定温度条件下，杀死微生物所需时间，常用原数死亡90%所需时间来表示。 一、影响微生物耐热性因素 首先受遗传性影响，与所处环境有关。加热前，加热时，加热后对微生物耐热性均有影 响。 (一)菌种和菌株 微生物种类不同，其耐热程度也不同。即使是同一菌种，其耐热性也因菌株而异。 其中，产芽孢菌芽孢耐热性>营养体， 不同的细菌其芽孢的耐热性也不同。嗜热菌>厌氧菌>需氧菌芽孢 同一菌种芽孢的耐热性也会因热处理前菌龄、培养条件、贮存环境的不同而异 (二)加热前微生物所经历培养条件 内因：微生物细胞遗传性，细胞组成成分，细胞形态，细胞培养时间 外因：培养基组成成分，培养温度，代谢产物 1.菌龄与耐热性的关系 稳定期细胞耐热性>对数期，成熟芽孢耐热性>未成熟芽孢 2.培养温度与耐热性的关系
第一节 微生物的耐热性 食品生产过程中，加热处理有多种好处： 使蛋白质变性，淀粉糊化，减轻消化系统压力 杀菌作用 为科学有效地运用加热杀菌技术，应注意两方面内容： 将有害微生物全部杀死 对食品不应有不利影响 加热杀菌理想效果： 对物料操作及其品质影响控制在最小限度内 迅速杀死存在于其中的有害微生物 选择最适合食品特性的热交换方式及装置，严格操作 确定加热杀菌条件需考虑： 食品物性，容器，污染食品的微生物种类，数量，习性，加热过程中食品传热特性等。 温度是微生物生存及繁殖最重要因素之一，微生物可能繁殖总体范围在-10℃～90℃之 间。不同种属微生物其生长和繁殖的温度范围不同。微生物的繁殖期，繁殖速度，最终细 胞量，营养要求，细胞中的酶及细胞的化学组成成分都受温度范围的制约。按微生物繁殖 所需最适温度可将微生物分为： 细菌繁殖的温度范围 细菌种类 最低(℃) 最适(℃) 最高(℃) 嗜热菌 30～45 50～70 70～90 嗜温菌 中温性菌 5～15 30～45 45～55 低温性菌 -5～5 25～30 30～35 嗜冷菌 -10～-5 12～15 15～25 真菌在最低温度条件下，其繁殖能力与细菌相同，然而，真菌能够繁殖的最高温度却很 低，霉菌约为 60℃，酵母菌繁殖的最高温度约为 45℃。 微生物繁殖速度，随着偏离最短温度范围的程度增大而下降。特别在高温条件下，繁殖 速度急剧下降。加热杀菌对象确定可根据产芽孢细菌耐热确定，此外要考虑食品种类，加工 方法及所要求的贮藏性等因素来确定 微生物耐热性可用实际使用的温度和时间表示，常用加热致死时间来表示。 D 值：一定温度条件下，杀死微生物所需时间，常用原数死亡 90%所需时间来表示。 一、影响微生物耐热性因素 首先受遗传性影响，与所处环境有关。加热前，加热时，加热后对微生物耐热性均有影 响。 (一)菌种和菌株 微生物种类不同，其耐热程度也不同。即使是同一菌种，其耐热性也因菌株而异。 其中，产芽孢菌芽孢耐热性＞营养体， 不同的细菌其芽孢的耐热性也不同。嗜热菌＞厌氧菌＞需氧菌芽孢 同一菌种芽孢的耐热性也会因热处理前菌龄、培养条件、贮存环境的不同而异 (二)加热前微生物所经历培养条件 内因：微生物细胞遗传性，细胞组成成分，细胞形态，细胞培养时间 外因：培养基组成成分，培养温度，代谢产物 1. 菌龄与耐热性的关系 稳定期细胞耐热性＞对数期，成熟芽孢耐热性＞未成熟芽孢 2. 培养温度与耐热性的关系
一般情况下，培养温度越高，所培养的细胞及芽孢耐热性越强。有的在最适温度下培养 时，表现最强耐热性，有的则不受培养温度影响。 3.培养基组成与耐热性关系 培养基成分的影响效果与菌种，菌株及其他多种因素相关： 1)在营养丰富的培养基上发育的芽孢，耐热性强 2)在高温下培养的在低温下培养形成的芽孢耐热性要强。 3)在发芽前，繁殖的温度范围与死亡温度范围之间，存在对芽孢产生影响的温度 条件。采用不使芽孢死亡的高温处理芽孢，可诱导芽孢发芽（热活化现象） 经热活化处理过的芽孢，其热敏感性增强 (三)加热时的相关因素 如加热温度，时间，细胞浓度，加热时环境情况（水分，食品成分，添加物等），氧气。 在一定条件下，将微生物细胞及孢子加热时，其死亡曲线一般按对数法则变化。达到预 计杀菌水平所需要的时间随温度上升而缩短。最初微生物数量越大，加热所需的时间也越长。 1.加热方式：湿热杀菌(100℃，几十分钟)>干热杀菌(140-180℃，数小时)。 外，芽孢，孢子的耐热性>营养体 2.热处理温度：热处理温度提高，杀死一定量腐败菌芽孢所需要的时间愈短。 3.原始活菌数：如原始活菌数大，则全部杀死所需时间愈长。 4.水分：Aw0.2~0.4,经调湿的芽孢具有的耐热性 Aw<0.2,耐热性减弱 Aw>0.4,耐热性显著降低 5.pH值：细菌一般在微酸至中性范围内耐热性最强，超过这一范围，耐热性下降。 6.营养物质 碳水化合物对细菌有保护作用，蔗糖>葡萄糖>山梨醇>果糖>甘油 脂类对细菌也有保护作用。长链脂肪酸保护效果>短链脂肪酸 蛋白质也有保护作用 无机盐对细菌的作用随无机盐种类、浓度及菌种等变化而异。出现这种现象的原因可能 是：盐类透过阻碍层的移动性因盐种类而变，对细胞内pH有影响 调节渗透压，防止重要成分在加热时漏出细胞外 盐具有水合作用，对酶及重要蛋白质稳定性有影响 二价离子可以和蛋白质形成稳定复合体，有助于细菌耐热性的增强 高浓度盐类使Aw降低，从而使细胞耐热性增强，其原理与干燥作用相同。 目前，食盐对微生物耐热性影响较多。一般情况下，低浓度食盐对细胞的芽孢有一定保 护作用，而高浓度(5%)则使其耐热性减弱。当浓度加大到10%左右时，其影响又反而减弱。 这种影响的程度常随微生物的种类而异。 7.其他 当环境中有防腐剂，杀菌剂共同存在时，杀菌效果会更好。真空时，微生物耐热性下降。 (四)加热后的条件 微生物受到某种强烈的外界刺激后，会遭受一定程度的损伤，与正常的群体相比，受伤 的群体会从各个方面表现出不同的反应。遭受加热损伤的细胞除营养要求扩大外，还受各种 条件影响，并易受抑制剂的影响。 二、微生物耐热机制 主要与微生物细胞组成成分，水分，无机盐等因素有关。 细菌芽孢耐热原因：芽孢膜构造，不具通透性，酶、DNA稳定，有皮质层存在，细胞核 处于脱水状态
一般情况下，培养温度越高，所培养的细胞及芽孢耐热性越强。有的在最适温度下培养 时，表现最强耐热性，有的则不受培养温度影响。 3. 培养基组成与耐热性关系 培养基成分的影响效果与菌种，菌株及其他多种因素相关： 1) 在营养丰富的培养基上发育的芽孢，耐热性强 2) 在高温下培养的在低温下培养形成的芽孢耐热性要强。 3) 在发芽前，繁殖的温度范围与死亡温度范围之间，存在对芽孢产生影响的温度 条件。采用不使芽孢死亡的高温处理芽孢，可诱导芽孢发芽（热活化现象） 经热活化处理过的芽孢，其热敏感性增强 (三)加热时的相关因素 如加热温度，时间，细胞浓度，加热时环境情况（水分，食品成分，添加物等），氧气。 在一定条件下，将微生物细胞及孢子加热时，其死亡曲线一般按对数法则变化。达到预 计杀菌水平所需要的时间随温度上升而缩短。最初微生物数量越大，加热所需的时间也越长。 1. 加热方式：湿热杀菌（100℃，几十分钟）＞干热杀菌（140-180℃，数小时）。另 外，芽孢，孢子的耐热性＞营养体 2. 热处理温度：热处理温度提高，杀死一定量腐败菌芽孢所需要的时间愈短。 3. 原始活菌数：如原始活菌数大，则全部杀死所需时间愈长。 4. 水分：Aw 0.2～0.4 ,经调湿的芽孢具有的耐热性 Aw<0.2，耐热性减弱 Aw>0.4，耐热性显著降低 5. pH 值：细菌一般在微酸至中性范围内耐热性最强，超过这一范围，耐热性下降。 6. 营养物质 碳水化合物对细菌有保护作用，蔗糖＞葡萄糖>山梨醇＞果糖＞甘油 脂类对细菌也有保护作用。长链脂肪酸保护效果＞短链脂肪酸 蛋白质也有保护作用 无机盐对细菌的作用随无机盐种类、浓度及菌种等变化而异。出现这种现象的原因可能 是：盐类透过阻碍层的移动性因盐种类而变，对细胞内 pH 有影响 调节渗透压，防止重要成分在加热时漏出细胞外 盐具有水合作用，对酶及重要蛋白质稳定性有影响 二价离子可以和蛋白质形成稳定复合体，有助于细菌耐热性的增强 高浓度盐类使 Aw 降低，从而使细胞耐热性增强，其原理与干燥作用相同。 目前，食盐对微生物耐热性影响较多。一般情况下，低浓度食盐对细胞的芽孢有一定保 护作用，而高浓度（5%）则使其耐热性减弱。当浓度加大到 10%左右时，其影响又反而减弱。 这种影响的程度常随微生物的种类而异。 7. 其他 当环境中有防腐剂，杀菌剂共同存在时，杀菌效果会更好。真空时，微生物耐热性下降。 (四)加热后的条件 微生物受到某种强烈的外界刺激后，会遭受一定程度的损伤，与正常的群体相比，受伤 的群体会从各个方面表现出不同的反应。遭受加热损伤的细胞除营养要求扩大外，还受各种 条件影响，并易受抑制剂的影响。 二、微生物耐热机制 主要与微生物细胞组成成分，水分，无机盐等因素有关。 细菌芽孢耐热原因：芽孢膜构造，不具通透性，酶、DNA 稳定，有皮质层存在，细胞核 处于脱水状态
三、微生物耐热性试验方法 l、TDT(thermal death time)试管法 小型试管内径7-10mm,厚1mm,长80-150mm 预备试验2支/每个处理，求D值，2-4支，计算菌数 正式试验 4-6支/每个试验，求D值，≥6-10支，统计方法 优点：装置简单，便于操作 缺点：操作费时，费力 可直接观察 内容物移出试管可能有残留 无污染危险 适用于流动性试样，T≤115.6℃ 所需空间小 加热、冷却滞差大，且滞后时间无法充分校正 2、TDT罐法 后培养困难，不适于供试营长难以发育的食品 杀菌时间的杀菌温度选择：T.ax耐5-10min,Tin至多加热100min。 可致死温度有4-5个，温差为2.5-3.0℃ 可致死时间：为100min,致死点前后选择5-8个处理点时，最低间隔5min 为10min,致死点前后选择5-8个处理点时，最低间隔1-2min 优点：与罐头生产相同的操作条件下对多个产品做加热试验 发生产气酸败，易辨别 填充物料和密封都比试管法省事 缺点：有滞差 需特殊密封装置 杀菌锅需便于调节 不能用肉眼辨别平酸型败坏 后培养易受污染 如测产气菌，应注意破罐，防止假阳性 3、烧瓶法：可用于100℃以内的温度条件下进行耐热性试验，三颈烧杯 优点：对耐热性弱的微生物进行耐热性试验 装置结构简单，操作方便 如操作得当，滞差可忽略 缺点：待测温度低于100℃， 必须是液态样， 注意内容物避免粘附在容器内壁， 注意菌体凝集问题 4、开放型TDT管 优点：避免活菌残留 省去熔封，开口 缺点：要求温度高于100℃ 5、专用耐热性测定仪测定法>115.5℃，常用温度101.7-148.9℃ 适用于高温短时试验，物料少，加热、冷却快 优点：加热、冷却瞬时完成，在高温下，可进行高精确度耐热性测定 加热时间精确，重现性好 后培养自动进行，无污染危险， 节省人力， 操作简单，维护、保养费用低廉 缺点：装置价格昂贵
三、微生物耐热性试验方法 1、 TDT（thermal death time）试管法 小型试管 内径 7-10mm，厚 1 mm，长 80-150 mm 预备试验 2 支/每个处理，求 D 值，2-4 支，计算菌数 正式试验 4-6 支/每个试验，求 D 值，≥6-10 支，统计方法 优点：装置简单，便于操作 缺点：操作费时，费力 可直接观察 内容物移出试管可能有残留 无污染危险 适用于流动性试样，T≤115.6℃ 所需空间小 加热、冷却滞差大，且滞后时间无法充分校正 2、 TDT 罐法 后培养困难，不适于供试营长难以发育的食品 杀菌时间的杀菌温度选择：Tmax 耐 5-10min，Tmin 至多加热 100min。 可致死温度有 4-5 个，温差为 2.5-3.0℃ 可致死时间：为 100min，致死点前后选择 5-8 个处理点时，最低间隔 5 min 为 10min，致死点前后选择 5-8 个处理点时，最低间隔 1-2 min 优点：与罐头生产相同的操作条件下对多个产品做加热试验 发生产气酸败，易辨别 填充物料和密封都比试管法省事 缺点：有滞差 需特殊密封装置 杀菌锅需便于调节 不能用肉眼辨别平酸型败坏 后培养易受污染 如测产气菌，应注意破罐，防止假阳性 3、 烧瓶法 ：可用于 100℃以内的温度条件下进行耐热性试验，三颈烧杯 优点：对耐热性弱的微生物进行耐热性试验 装置结构简单，操作方便 如操作得当，滞差可忽略 缺点：待测温度低于 100℃， 必须是液态样， 注意内容物避免粘附在容器内壁， 注意菌体凝集问题 4、 开放型 TDT 管 优点：避免活菌残留 省去熔封，开口 缺点：要求温度高于 100℃ 5、 专用耐热性测定仪测定法 >115.5℃，常用温度 101.7-148.9℃ 适用于高温短时试验，物料少，加热、冷却快 优点：加热、冷却瞬时完成，在高温下，可进行高精确度耐热性测定 加热时间精确，重现性好 后培养自动进行，无污染危险， 节省人力， 操作简单，维护、保养费用低廉 缺点：装置价格昂贵
温度>101.7℃以上： 仅限于液态食品， 不可直接培养 6、毛细管法 常与UHT连用，用小毛细管作加热容器 优点：加热、冷却迅速： 可保存试样，以备后培养或不开口进行培养，以便观察 缺点：费事，后培养易受污染 7、利用实验室小型蒸汽吹入式T装置 优点：与大规模成套设备相同条件进行操作， 易求得操作变量， 在不充分条件下获得准确数据， 装置体积小，可隔离进行试验，无污染 四、微生物耐热性参数 1、加热致死速率曲线/残存活菌曲线 根据试验结果：微生物死亡数是按指数递减或按对数循环下降。在一定环境和一定致死 温度热处理微生物，不同时间所得残存数对数值呈直线关系。 图1-2-3(P87)表明：直线横过一个对数周期时所需要的时间D值为直线斜率倒数， 即细菌死亡率的倒数。 2、D值定义 在一定环境中一定的温度条件下，将全部对象菌90%杀灭所需要的时间。 D值愈大，细菌死亡速率愈慢，该菌耐热性愈强。 D值不受原始菌数影响，其表示方法：D2.1cmin D值随热处理温度、菌种、细菌/悬浮液的性质及其他因素而异。 D值计算：D=1= m lg a-lgb 3、加热致死时间曲线 温度不变，将处于一定条件下的孢子悬浮液/食品中某一菌种的细胞/芽孢数全部杀死所 的最短热处理时间。 细菌加热致死时间随致死温度而异。它表示不同温度时细菌芽孢相对耐热性。加热致死 规律按指数递降进行。 g9=0-0 to Z g6=121.1-日 F Z 日不同热处理温度，t加热致死时间，乙g台=1时对应0’-0 值 4、加热减数时间(thermal reduction time) Z为直线斜率绝对值的倒数。 加热减数时间：任一规定温度，将对象菌减少到某一程度(10)时所需的加热时间。10 中n称为递减指数，表示TRT=nD TRT实为D值概念的扩大。所以受对D值有影响的因素支配，不受原始菌数影响。TRT 值可按从概率角度解释细菌死亡情况
温度 >101.7℃以上； 仅限于液态食品， 不可直接培养 6、 毛细管法 常与 UHT 连用，用小毛细管作加热容器 优点：加热、冷却迅速； 可保存试样，以备后培养或不开口进行培养，以便观察 缺点：费事，后培养易受污染 7、 利用实验室小型蒸汽吹入式 UHT 装置 优点：与大规模成套设备相同条件进行操作， 易求得操作变量， 在不充分条件下获得准确数据， 装置体积小，可隔离进行试验，无污染 四、微生物耐热性参数 1、 加热致死速率曲线/残存活菌曲线 根据试验结果：微生物死亡数是按指数递减或按对数循环下降。在一定环境和一定致死 温度热处理微生物，不同时间所得残存数对数值呈直线关系。 图 1-2-3（P87）表明：直线横过一个对数周期时所需要的时间 D 值为直线斜率倒数， 即细菌死亡率的倒数。 2、 D 值定义 在一定环境中一定的温度条件下，将全部对象菌 90%杀灭所需要的时间。 D 值愈大，细菌死亡速率愈慢，该菌耐热性愈强。 D 值不受原始菌数影响，其表示方法：D121.1℃ min D 值随热处理温度、菌种、细菌/悬浮液的性质及其他因素而异。 D 值计算： a b t m D lg lg 1 − = = 3、 加热致死时间曲线 温度不变，将处于一定条件下的孢子悬浮液/食品中某一菌种的细胞/芽孢数全部杀死所 的最短热处理时间。 细菌加热致死时间随致死温度而异。它表示不同温度时细菌芽孢相对耐热性。加热致死 规律按指数递降进行。 t Z t − = ' ' 0 0 lg F Z t − = 121.1 lg 0 θ不同热处理温度，t 加热致死时间，Z lg 1 ' 0 0 = t t 时对应θ’-θ 值 4、 加热减数时间（thermal reduction time） Z 为直线斜率绝对值的倒数。 加热减数时间：任一规定温度，将对象菌减少到某一程度（10-n）时所需的加热时间。10-n 中 n 称为递减指数，表示 TRTn=nD TRT 实为 D 值概念的扩大。所以受对 D 值有影响的因素支配，不受原始菌数影响。TRT 值可按从概率角度解释细菌死亡情况
TRT.值随温度而异。如n=1,则TRT=D。横坐标为加热温度，纵坐标为TRT(实际为D)对 数值，在半对数坐标轴上画出拟致死时间曲线（为一直线）递减指数n不超过2时，则TDT.=D。 同样可做出各值时，T对t曲线，称为加热减数时间曲线。它们和拟加热致死时间曲线相 平行。 Z值实际上是某对象菌耐热性参数。 D值本身并不代表全部杀菌时间。在规定0’下，当D值中n接近无穷大，即F值。但 实际中不需要。只要根据实际污染情况的调查和安全性保证试验即可确定值，可将其视为 F值。由此建立加热减数时间曲线方程。 lg nD-lg F 1 0-0 Ig nD 0-0 Z 0=-2+(2+g月 因F相应0取121.1C,上式即gnD_121.1-0 F=- nD 如D值在121.1℃时测得，则F=nD。 10Z 5、12D概念（罐头工业杀菌） 最低加热过程应降低到最耐热的肉毒梭状芽孢杆菌芽孢存活概率仅为102适用于pH值 >4.6食品。 6、F值和Z值 F值：一定加热致死温度（一般为121.1℃）下，杀死一定浓度微生物所需加热时间。 用于比较Z值相同的细菌耐热性，但对于Z值不同的细菌不适用。 故F值表示：F,通常Z=10℃，如0=121.1℃，上下标可省略，否则不省略。 Z值：加热致死时间曲线或加热致死速率曲线中加热时间或D值按照1/10或10倍变化 时，相应的加热温度变化。Z值愈大，因温度上升而取得的杀菌效果就愈小。 0-121.1 因g4=1211-8,故F=,107 F 2 7、温度系数和Z值关系 两种不同温度时反应速率常数的比值。用B表示。 0六 K 。一般00=10℃，9。 K K2= Ch K t2
TRTn 值随温度而异。如 n=1,则 TRT=D。横坐标为加热温度，纵坐标为 TRT（实际为 D）对 数值，在半对数坐标轴上画出拟致死时间曲线（为一直线）递减指数n不超过2时，则TDTn=nD。 同样可做出各 n 值时，T 对 t 曲线，称为加热减数时间曲线。它们和拟加热致死时间曲线相 平行。 Z 值实际上是某对象菌耐热性参数。 D 值本身并不代表全部杀菌时间。在规定θ’下，当 nD 值中 n 接近无穷大，即 F 值。但 实际中不需要。只要根据实际污染情况的调查和安全性保证试验即可确定 n 值，可将其视为 F 值。由此建立加热减数时间曲线方程。 Z lg nD lg F 1 ' = − − − F Z nD ' ' lg − = lg ( lg ) ' F Z Z nD = − + + 因 F 相应 ' 取 121.1℃，上式即 F Z nD − = lg 121.1 Z nD F − = 121.1 10 ，如 D 值在 121.1℃时测得，则 F＝nD。 5、 12D 概念（罐头工业杀菌） 最低加热过程应降低到最耐热的肉毒梭状芽孢杆菌芽孢存活概率仅为 10-12 适用于 pH 值 ＞4.6 食品。 6、 F 值和 Z 值 F 值：一定加热致死温度（一般为 121.1℃）下，杀死一定浓度微生物所需加热时间。 用于比较 Z 值相同的细菌耐热性，但对于 Z 值不同的细菌不适用。 故 F 值表示: Z F ,通常 Z＝10℃，如θ＝121.1℃，上下标可省略，否则不省略。 Z 值：加热致死时间曲线或加热致死速率曲线中加热时间或 D 值按照 1/10 或 10 倍变化 时，相应的加热温度变化。Z 值愈大，因温度上升而取得的杀菌效果就愈小。 因 F Z t − = lg 0 121.1 ，故 Z F t 121.1 0 10 − = • 7、 温度系数和 Z 值关系 两种不同温度时反应速率常数的比值。用 表示。 1 2 K K = 一般 ＝10℃， 1 2 10 K K = b a c c t K lg 1 = ， 2 1 1 2 t t K K = =