食品熱殺菌技術(shù)及其基本原理（2）

（一）熱破壞反應的反應速率

食品中各成分的熱破壞反應一般均遵循一級反應動(dòng)力學(xué)，也就是說(shuō)各成分的熱破壞反應速率與反應物的濃度呈正比關(guān)系。這一關(guān)系通常被稱(chēng)為"熱滅活或熱破壞的對數規律（logarithmic order of inactivation or destruction）"。這一關(guān)系意味著(zhù)，在某一熱處理溫度（足以達到熱滅活或熱破壞的溫度）下，單位時(shí)間內，食品成分被滅活或被破壞的比例是恒定的。

　　由于上述致死速率曲線(xiàn)是在一定的熱處理（致死）溫度下得出的，為了區分不同溫度下微生物的D值，一般熱處理的溫度T作為下標，標注在D值上，即為DT。很顯然，D值的大小可以反映微生物的耐熱性。在同一溫度下比較不同微生物的D值時(shí)，D值愈大，表示在該溫度下殺死90％微生物所需的時(shí)間愈長(cháng)，即該微生物愈耐熱。

　　必須指出，DT值是不受原始菌數影響的，但隨熱處理溫度不同而變化，溫度愈高，微生物的死亡速率愈大，DT值則愈小。

TDT值

　　即熱力致死時(shí)間（Thermal death time）。在一定時(shí)間內（通常指1～10分鐘）對細菌進(jìn)行熱處理時(shí)，從細菌死亡的最低熱處理溫度開(kāi)始的各個(gè)加熱期的溫度稱(chēng)為熱力致死溫度。

　　在某一恒定溫度（熱力致死溫度）條件下，將食品中的一定濃度的某種微生物活菌（細菌和芽孢）全部殺死所需要的時(shí)間（min），一般用TDT值表示，同樣在右下角標上殺菌溫度。

F值

　　F值又稱(chēng)殺菌值，是指在一定的致死溫度下將一定數量的某種微生物全部殺死所需的時(shí)間（min）。由于微生物的種類(lèi)和溫度均為特指，通常F值要采用上下標標注，以便于區分，即 。一般將標準殺菌條件下的記為F0在121.1℃熱力致死溫度下的腐敗菌的熱力致死時(shí)間，通常用F值表示。F值可用于比較相同Z值時(shí)腐敗菌的耐熱性，它與菌的熱死試驗時(shí)的原始菌數有關(guān)，隨所指定的溫度、菌種、菌株及所處環(huán)境不同而變化。

 

Z值

　　當熱力致死時(shí)間減少1/10或增加10倍時(shí)所需提高或降低的溫度值，一般用Z值表示。Z值是衡量溫度變化時(shí)微生物死滅速率變化的一個(gè)尺度。

　　即熱力指數遞減時(shí)間。在某特定的熱死溫度下，將細菌或芽孢數減少到10－n時(shí)所需的熱處理時(shí)間，。它是指在一定的致死溫度下將微生物的活菌數減少到某一程度如10-n或1/10n（即原來(lái)活菌數的1/10n）所需的時(shí)間（min），記為T(mén)RTn，單位為分鐘，n就是遞減指數。

　　TRT值不受原始微生物活菌數影響，可以將它用作確定殺菌工藝條件的依據，這比用前述的受原始微生物活菌數影響的TDT值要更方便有利。TRTn值象D值一樣將隨溫度而異，當n=1，TRT1=D。若以D的對數值為縱坐標，加熱溫度T為橫坐標，根據D和T的關(guān)系可以得到一與擬熱力致死時(shí)間曲線(xiàn)相同的曲線(xiàn)，也稱(chēng)為T(mén)RT1曲線(xiàn)。

（二）熱破壞反應和溫度的關(guān)系

　　要了解在一變化溫度的熱處理過(guò)程中食品成分的破壞情況，必須了解不同（致死）溫度下食品的熱破壞規律，同時(shí)掌握這一規律，也便于人們比較不同溫度下的熱處理效果。

描述熱處理過(guò)程中食品成分破壞反應的方法主要有下表中列出的三種參數：

 

方法	反應速率	溫度相關(guān)因子
熱力致死時(shí)間	D（或F）	Z
阿累尼烏斯方程	k	Ea
溫度系數	k	Q10

 

　　熱力致死時(shí)間曲線(xiàn)是采用類(lèi)似熱力致死速率曲線(xiàn)的方法而制得的，它將TDT值與對應的溫度T在半對數坐標中作圖，則可以得到類(lèi)似于致死速率曲線(xiàn)的熱力致死時(shí)間曲線(xiàn)（Thermal death time curve），見(jiàn)圖2-2。采用類(lèi)似于前面對致死速率曲線(xiàn)的處理方法

　　由于TDT值中包含著(zhù)D值，而TDT值與初始活菌數有關(guān)，應用起來(lái)不方便，人們采用D值代替TDT值作熱力致死時(shí)間曲線(xiàn)，結果可以得到與以TDT值作的熱力致死時(shí)間曲線(xiàn)很相似的曲線(xiàn)。為了區別，人們將其稱(chēng)為擬熱力致死時(shí)間曲線(xiàn)（Phantom thermal death time curve）。

　　反應速率常數的對數與溫度呈正比，較高溫度的熱處理所取得的殺菌效果要高于低溫度熱處理的殺菌效果。不同微生物對溫度的敏感程度可以從Z值反映，Z值小的對溫度的敏感程度高。要取得同樣的熱處理效果，在較高溫度下所需的時(shí)間比在較低溫度下的短。這也是高溫短時(shí)（HTST）或超高溫瞬時(shí)殺菌（UHT）的理論依據。不同的微生物對溫度的敏感程度不同，提高溫度所增加的破壞效果不一樣。

上述的D值Z值不僅能表示微生物的熱力致死情況，也可用于反映食品中的酶、營(yíng)養成分和食品感官指標的熱破壞情況。

 

　　反映熱破壞反應和溫度關(guān)系的另一方法是阿累尼烏斯法，即反應動(dòng)力學(xué)理論。

　　反應活化能是指反應分子活化狀態(tài)的能量與平均能量的差值，即使反應分子由一般分子變成活化分子所需的能量，對2-4式取對數，則得：　　　　　　　　　　　設溫度T1時(shí)反應速率常數為k1，則可通過(guò)下式求得頻率因子常數：

　　式2-7 表明，對于某一活化能一定的反應，隨著(zhù)反應溫度T（K）的升高，反應速率常數k增大。

　　Ea和Z的關(guān)系可根據2-4式和2-7式給出，將2-4式中的溫度由℃轉換成K：

　　值得注意的是盡管Z和Ea與T1無(wú)關(guān)，但式2-9取決于參比溫度T1。這是由于絕對溫度的倒數（K-1）和溫度（℃）的關(guān)系是定義在一個(gè)小的參比溫度范圍內。下圖反映了參比溫度在98.9℃到121.1℃時(shí)Ea和Z的關(guān)系，其中的溫度T選擇為較T1 小Z℃。  

　　還有一種描述溫度對反應體系影響的是溫度系數Q值，Q值表示反應在溫度T2下進(jìn)行的速率比在較低溫度T1下快多少，若Q值表示溫度增加10℃時(shí)反應速率的增加情況，則一般稱(chēng)之為Q10。