食品熱殺菌技術及其基本原理（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力學，也就是說各成分的熱破壞反應速率與反應物的濃度呈正比關係。這一關係通常被稱為"熱滅活或熱破壞的對數規律（logarithmic order of inactivation or destruction）"。這一關係意味著，在某一熱處理溫度（足以達到熱滅活或熱破壞的溫度）下，單位時間內，食品成分被滅活或被破壞的比例是恒定的。

　　由於上述致死速率曲線是在一定的熱處理（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，D值愈大，表示在該溫度下殺死90％微生物所需的時間愈長，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

　　即熱力致死時間（Thermal death time）。在一定時間內（通常指1～10分鍾）對細菌進行熱處理時，從細菌死亡的最低熱處理溫度開始的各個加熱期的溫度稱為熱力致死溫度。

　　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間（min）。由於微生物的種類和溫度均為特指，通常F值要采用上下標標注，以便於區分，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間，通常用F值表示。F值可用於比較相同Z值時腐敗菌的耐熱性，它與菌的熱死試驗時的原始菌數有關，隨所指定的溫度、菌種、菌株及所處環境不同而變化。

 

Z值

　　當熱力致死時間減少1/10或增加10倍時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微生物死滅速率變化的一個尺度。

　　即熱力指數遞減時間。在某特定的熱死溫度下，將細菌或芽孢數減少到10－n時所需的熱處理時間，。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（即原來活菌數的1/10n）所需的時間（min），記為TRTn，單位為分鍾，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的關係可以得到一與擬熱力致死時間曲線相同的曲線，也稱為TRT1曲線。

（二）熱破壞反應和溫度的關係

　　要了解在一變化溫度的熱處理過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，同時掌握這一規律，也便於人們比較不同溫度下的熱處理效果。

描述熱處理過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	溫度相關因子
熱力致死時間	D（或F）	Z
阿累尼烏斯方程	k	Ea
溫度係數	k	Q10

 

　　熱力致死時間曲線是采用類似熱力致死速率曲線的方法而製得的，它將TDT值與對應的溫度T在半對數坐標中作圖，則可以得到類似於致死速率曲線的熱力致死時間曲線（Thermal death time curve），見圖2-2。采用類似於前麵對致死速率曲線的處理方法

　　由於TDT值中包含著D值，而TDT值與初始活菌數有關，應用起來不方便，人們采用D值代替TDT值作熱力致死時間曲線，結果可以得到與以TDT值作的熱力致死時間曲線很相似的曲線。為了區別，人們將其稱為擬熱力致死時間曲線（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於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間比在較低溫度下的短。這也是高溫短時（HTST）或超高溫瞬時殺菌（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，也可用於反映食品中的酶、營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係的另一方法是阿累尼烏斯法，即反應動力學理論。

　　反應活化能是指反應分子活化狀態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時反應速率常數為k1，則可通過下式求得頻率因子常數：

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

　　Ea和Z的關係可根據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無關，但式2-9取決於參比溫度T1。這是由於絕對溫度的倒數（K-1）和溫度（℃）的關係是定義在一個小的參比溫度範圍內。下圖反映了參比溫度在98.9℃到121.1℃時Ea和Z的關係，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係影響的是溫度係數Q值，Q值表示反應在溫度T2下進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℃時反應速率的增加情況，則一般稱之為Q10。