一、加熱方法的原理

    在食品貯藏與保鮮時，加熱殺菌法是最為廣泛應用的方法之一。我們知道，食品腐敗大部分是由微生物細菌、酵母和絲狀菌或霉菌引起的。因此，通過加熱，在溫度達到變性溫度值后，微生物細胞內的生理活性物質，例如酶蛋白質、核蛋白質、脫氧核糖核酸等，就會發生變性和鈍化，從而失去細胞膜的滲透機能、代謝活性和增殖能力，而導致死亡，最終達到防止食品腐敗的目的。

    1、酶的失活

    動植物體內的各種酶，大多數在70～80℃失活。然而，某些細菌的α—淀粉酶和水果蔬菜中的過氧化物酶等，則需要在90℃以上，比較長的時間才能失活。

    2、微生物的死亡

    微生物細胞對加熱的忍耐性依微生物的種類有顯著的差異。一般來說，屬于同一分類學族的微生物大體顯示類似的耐熱性。   

    對于酵母，其大部分營養細胞在50～58℃、10～15min的加熱處理下死亡。若加熱到 100℃，所有的酵母均在數分鐘內死亡。因此，用酵母制作的釀造物可用簡單的低溫加熱方式殺菌，如清酒、啤酒、醬油等的保藏。牛乳等也可用63℃、30min處理來進行滅菌。這種采用 100℃以下的溫度和比較短時間的加熱處理，通常稱為巴氏殺菌法。

    對于絲狀菌，其大多數菌絲和孢子在溫熱下，60℃、5～l0min死亡。與食品有關的紅霉、青霉和毛霉等比其他霉的耐熱性強。而且，干熱下比濕熱下更具耐熱性。在120～130℃、約 30min時，仍不死亡的絲狀菌孢子也不少。

    細菌比酵母和絲狀菌具有更強的耐熱性。細菌是最原始的生物，其分布廣、種類多、可生存的環境也寬。多數酵母和絲狀菌的繁殖在30℃附近最適宜，而細菌不僅在37℃，而且以 40～50℃為最適溫度的高溫種類也非常多。除了中溫和高溫繁殖細菌外，細菌芽孢也比酵母、絲狀菌或霉菌孢子更耐熱，即使在100℃、數小時的加熱下也不容易死亡。肉毒桿菌即為此屬菌，它是重要的食品中毒菌，一般將其孢子作為判斷食品滅菌或殺菌程度的指示菌。對于這樣的細菌芽孢，必須進行強熱處理，才能完全殺死。

    與食品行關的細菌和芽孢的耐熱性如表14-1、14-2所示。

表14—1  細菌的加熱死亡時間

表14—2 細菌孢子加熱死亡時間

二、加熱殺菌的影響因素

l、加熱溫度

    由于細菌芽孢具有非常強的耐熱性，所以在100℃以下的溫度完全殺死微生物，以達到防腐敗的目的，幾乎是不可能的。只有在高壓殺菌過程中，以100℃以上的溫度和適當時間才能使殺菌徹底進行。加熱溫度死亡的關系如表14—3所示。

    但是，在實際操作時，提高加熱溫度必須與食品質量相關聯，否則可能得不償失。例如，罐頭等用高溫加熱殺菌，雖然殺菌是完全的，但卻降低了內容物的風味、色澤、組織、狀態、營養價值等，因此就不可取了。

    2、活菌濃度

    在某一特定的溫度下，對微生物細胞群進行加熱殺菌時，細胞群的活菌濃度越高則達到一定的殺菌效果所需的時間越長，從表14—3就可以很明顯地看出。在數學上，這就表現為活菌數與一定溫度下的加熱時間成對數關系。一般把活菌數減少90％所需要的加熱時間用符號D表示。罐頭工業等為了安全起見，對耐熱性最強的肉毒桿菌的芽孢進行相當于12D的加熱處理，即lml中存在10¹²個孢子，則希望把此細菌產生的芽孢減少到1個所必要的最低熱處理時間。

表14—3  加熱溫度對芽孢死亡時間的影響

(玉米汁，pH6.0，耐熱性酸敗菌：A.200 000個／ml，B. 2 000個／ml)

 3、加熱環境

    加熱時環境的水分含量是影響微生物死亡的最大因素。一般，環境的水分含量越低，細胞的耐熱性越強。加熱時環境溶液的氫離子濃度是影響微生物死亡的重要因素。營養細胞和芽孢在中性或近干中性的環境溶液中顯示最強的耐熱性。環境溶液由中性向酸性變化或向堿性變化均降低細胞的耐熱性，其中酸性方向的降低更為顯著。因此pH低的食品容易殺菌，即耐熱性低，pH高的食品則相對困難。如表14—4所示，橘子之類的強酸性原料，輕微殺菌就可以了，而卷心菜之類的中性原料要高溫長時間。

表14—4  pH不同的各種罐頭所需的殺菌溫度和時間

除了以上各種因素外，存在于環境溶液中的各種低分子物質和高分子物質也影響微生物細胞的耐熱性。例如，大部分食品中的氧化鈉，在0.5％～3.0％的低濃度時，對某些細菌芽孢有阻止加熱致死的效果，但高濃度則與此相反，能促進加熱死亡。糖類對某種微生物的營養細胞和芽孢與低濃度氯化鈉的情況一樣，有保護的作用。但能起最大保護作用的濃度依微生物的種類不同而異。一般來說，生長在糖濃度高的環境下的高滲透壓的微生物，高糖濃度有最大的保護作用。然而，氯化鈉和糖類等的低分子溶質對微生物的保護效果并不普遍。有些微生物不受這些物質的保護。與此相反，蛋白質和淀粉等高分子物質的保護效果是相當普遍的，大部分微生物的營養細胞和芽孢的耐熱性隨這些物質濃度增加而增強。

    另外，具有殺菌作用和抑菌作用的大多數化合物與加熱并用，則可以提高加熱殺菌的效果。

三、超高溫殺菌

    一般在高溫(120～130℃)下短時間加熱比低溫(115℃以下)長時間加熱可保留更好的風味、色澤、組織和狀態，而且對細菌芽孢的死亡也更有效果。根據食品的種類已創造出各種方法，隨著技術和裝置的進步，在更高溫度下，從數分鐘以至數秒鐘加熱時間的“高溫短時殺菌法”(筒稱HTST法)正在研究和試用中。目前已應用的瞬間高溫方法有HCF法、馬奇法和史密斯博羅法。

    馬奇法是美國普遍應用的方法，為HCF改良法。適用于用泵輸送的液體、半流動體的食品殺菌。即是在加壓狀態下加熱殺菌、急速冷卻，在過熱蒸汽或無菌惰性氣體中連續裝罐、卷邊密封。   

    史密斯—博羅法是全部在鐵制密封室內進行。用新鮮蒸汽急速地在150～170℃的超高溫瞬間殺菌后，急劇冷卻至121～125℃，在121～124℃下裝入已殺過菌的罐里，卷邊密封后急劇冷卻。這些均稱為無菌裝罐法。    .

對于全是液體而易腐敗的牛乳的大規模連續殺菌，可以采用70～75℃、15～16s(HTST法)處理。另一種較為先進的方法是，預先在2～6min內，將牛乳預熱到80～88℃，然后用加熱到130～150℃的數個熱交換器，加熱0.5～2s。這種超高溫瞬間殺菌法已在許多國家應用。