食品热杀菌技术及其基本原理（2）

（一）热破坏反应的反应速率

食品中各成分的热破坏反应一般均遵循一级反应动力学，也就是说各成分的热破坏反应速率与反应物的浓度呈正比关系。这一关系通常被称为"热灭活或热破坏的对数规律（logarithmic order of inactivation or destruction）"。这一关系意味着，在某一热处理温度（足以达到热灭活或热破坏的温度）下，单位时间内，食品成分被灭活或被破坏的比例是恒定的。

　　由于上述致死速率曲线是在一定的热处理（致死）温度下得出的，为了区分不同温度下微生物的D值，一般热处理的温度T作为下标，标注在D值上，即为DT。很显然，D值的大小可以反映微生物的耐热性。在同一温度下比较不同微生物的D值时，D值愈大，表示在该温度下杀死90％微生物所需的时间愈长，即该微生物愈耐热。

　　必须指出，DT值是不受原始菌数影响的，但随热处理温度不同而变化，温度愈高，微生物的死亡速率愈大，DT值则愈小。

TDT值

　　即热力致死时间（Thermal death time）。在一定时间内（通常指1～10分钟）对细菌进行热处理时，从细菌死亡的最低热处理温度开始的各个加热期的温度称为热力致死温度。

　　在某一恒定温度（热力致死温度）条件下，将食品中的一定浓度的某种微生物活菌（细菌和芽孢）全部杀死所需要的时间（min），一般用TDT值表示，同样在右下角标上杀菌温度。

F值

　　F值又称杀菌值，是指在一定的致死温度下将一定数量的某种微生物全部杀死所需的时间（min）。由于微生物的种类和温度均为特指，通常F值要采用上下标标注，以便于区分，即 。一般将标准杀菌条件下的记为F0在121.1℃热力致死温度下的腐败菌的热力致死时间，通常用F值表示。F值可用于比较相同Z值时腐败菌的耐热性，它与菌的热死试验时的原始菌数有关，随所指定的温度、菌种、菌株及所处环境不同而变化。

 

Z值

　　当热力致死时间减少1/10或增加10倍时所需提高或降低的温度值，一般用Z值表示。Z值是衡量温度变化时微生物死灭速率变化的一个尺度。

　　即热力指数递减时间。在某特定的热死温度下，将细菌或芽孢数减少到10－n时所需的热处理时间，。它是指在一定的致死温度下将微生物的活菌数减少到某一程度如10-n或1/10n（即原来活菌数的1/10n）所需的时间（min），记为TRTn，单位为分钟，n就是递减指数。

　　TRT值不受原始微生物活菌数影响，可以将它用作确定杀菌工艺条件的依据，这比用前述的受原始微生物活菌数影响的TDT值要更方便有利。TRTn值象D值一样将随温度而异，当n=1，TRT1=D。若以D的对数值为纵坐标，加热温度T为横坐标，根据D和T的关系可以得到一与拟热力致死时间曲线相同的曲线，也称为TRT1曲线。

（二）热破坏反应和温度的关系

　　要了解在一变化温度的热处理过程中食品成分的破坏情况，必须了解不同（致死）温度下食品的热破坏规律，同时掌握这一规律，也便于人们比较不同温度下的热处理效果。

描述热处理过程中食品成分破坏反应的方法主要有下表中列出的三种参数：

 

方法	反应速率	温度相关因子
热力致死时间	D（或F）	Z
阿累尼乌斯方程	k	Ea
温度系数	k	Q10

 

　　热力致死时间曲线是采用类似热力致死速率曲线的方法而制得的，它将TDT值与对应的温度T在半对数坐标中作图，则可以得到类似于致死速率曲线的热力致死时间曲线（Thermal death time curve），见图2-2。采用类似于前面对致死速率曲线的处理方法

　　由于TDT值中包含着D值，而TDT值与初始活菌数有关，应用起来不方便，人们采用D值代替TDT值作热力致死时间曲线，结果可以得到与以TDT值作的热力致死时间曲线很相似的曲线。为了区别，人们将其称为拟热力致死时间曲线（Phantom thermal death time curve）。

　　反应速率常数的对数与温度呈正比，较高温度的热处理所取得的杀菌效果要高于低温度热处理的杀菌效果。不同微生物对温度的敏感程度可以从Z值反映，Z值小的对温度的敏感程度高。要取得同样的热处理效果，在较高温度下所需的时间比在较低温度下的短。这也是高温短时（HTST）或超高温瞬时杀菌（UHT）的理论依据。不同的微生物对温度的敏感程度不同，提高温度所增加的破坏效果不一样。

上述的D值Z值不仅能表示微生物的热力致死情况，也可用于反映食品中的酶、营养成分和食品感官指标的热破坏情况。

 

　　反映热破坏反应和温度关系的另一方法是阿累尼乌斯法，即反应动力学理论。

　　反应活化能是指反应分子活化状态的能量与平均能量的差值，即使反应分子由一般分子变成活化分子所需的能量，对2-4式取对数，则得：　　　　　　　　　　　设温度T1时反应速率常数为k1，则可通过下式求得频率因子常数：

　　式2-7 表明，对于某一活化能一定的反应，随着反应温度T（K）的升高，反应速率常数k增大。

　　Ea和Z的关系可根据2-4式和2-7式给出，将2-4式中的温度由℃转换成K：

　　值得注意的是尽管Z和Ea与T1无关，但式2-9取决于参比温度T1。这是由于绝对温度的倒数（K-1）和温度（℃）的关系是定义在一个小的参比温度范围内。下图反映了参比温度在98.9℃到121.1℃时Ea和Z的关系，其中的温度T选择为较T1 小Z℃。  

　　还有一种描述温度对反应体系影响的是温度系数Q值，Q值表示反应在温度T2下进行的速率比在较低温度T1下快多少，若Q值表示温度增加10℃时反应速率的增加情况，则一般称之为Q10。