超高温杀菌技术以及其在食品中加工中的应用

超高温杀菌技术以及其在食品中加工中的应用

摘要：超高温杀菌技术是目前研究开发的高新技术之一，它具有节能高效、安全、经济以及更大限度保持食品天然的色、香、味的特点。文中概述了超高温杀菌技术的原理以及其分类，简述了其在食品中的应用。

关键词：超高温杀菌；分类；食品应用

Ultra High Temperature sterilization technology and its

application in food

Abstract: Ultra-high temperature sterilization technology is at present in high-tech research and development. It has advantages economically as well as in energy efficiency, safety and maintaining a more natural food color and flavor. This article summarizes the principle of ultra-high temperature sterilization technology and its classification, outlining its application in food.

Key word:Ultra High Temperature; classification;food applicantions

UHT杀菌法是英国于1956年首创，在1957～1965年间，通过大量的基础理论研究和细菌学研究后，才用于生产。超高温杀菌最早用于乳品工业牛奶的杀菌作业。1965年英国Burton 提出了详细的理论技术报告。UHT杀菌装置的开发是由荷兰的斯托克公司在20世纪50年代初率研制，随后国际上又出现了许多类型的超高温处理装置。20世纪60年代初，无菌装罐技术获得成功，促进了超高温杀菌与无菌装罐技术相结合，从而发展了灭菌乳生产工艺。20世纪80年代后，UHT技术得到了更大的发展，其应用范围不仅仅限于液体产品，目前已可应用于固液混合产品和固体粉状产品等。杀菌装置也有很大的发展，如欧姆加热装置、气流式杀菌装置、塔式杀菌装置等的开发，进一步促进了超高温杀菌技术的发展。

1.超高温杀菌的原理

超高温杀菌是把加热温度为135-150、加热时间为2-8s、加热后产品达到商业无菌要求的杀菌过程叫做超高温杀菌或者UHT杀菌。其基本原理包括微生物热致死原理和如何最大限度地保持食品的原有风味及品质原理。按照微生物的一般热致死原理，当微生物在高于其耐受温度的热环境中，必然受到致命的伤害，

且这种伤害随着时间的延长而加剧，直到死亡。大量实验证明，微生物的热致死率是加热温度和受热时间的函数

[1]

。

2.超高温杀菌技术的分类

按照物料与加热介质直接接触与否UHT杀菌过程可分为 间接式加热法和直接混合式加热法两类：

直接混合式加热可按两种方式进行。一是注射式，即将高压蒸汽注射到待杀菌物料中，二是喷射式，即将待杀菌的物料喷射到蒸汽中。

间接加热UHT瞬时杀菌是通过采用高压蒸汽和加热介质，热量经过壁面传递给物料。间接式加热超高温杀菌的换热器的传热率至关重要。通常的间壁式换热器有板式、管式、和搅拌式等。

直接式加热和间接式加热超高温杀菌有着不同的温度变化规律，直接式加热超高温杀菌实现了瞬间加热和冷却，食品品质的热破坏更小，但也存在加热蒸气成为食品成分的问题

[2]

。

表1 超高温杀菌技术的分类与特点

分类

方式

适应粘度／ 固体 cPa * s

直输注式 接式

喷射式

1～100万 1～5000

﹤15mm 不可

高粘度，固体也可以。因直接加热，加工制品会变薄。

时间短，品质高；因局部加热会产生变性；同时因直接加热，加工制品会变薄。

间管式 接式

板式 搅拌式

1～1万 1～500 1～100万

﹤5mm 不可 可

以中粘度，小制品为对象；适用性广。

效率高，运转费低，降低物料粘度。 高粘度，固体也可以；有时会产生滞留；设备投资大，运转费用高。 优点以及缺点

3.UHT在食品中的应用

3.1 超高温杀菌在牛奶加工中的应用

超高温灭菌牛奶是杀死所有能导致产品变质的微生物，并采用无菌灌装，因而产品具有卫生、安全、保质期长又无需冷藏等优点。但是超高温牛奶佑质期一般长达6个月，从营养的角度，超高温牛奶采用高温瞬时杀菌、无菌灌装工艺，虽然热处理温度高，但灭菌时间只有2-4秒，因而牛奶中的营养成分损失不大；又因为超高温产品采用阻光、阻氧化和阻水的包装，因而产品在储存期内，营养成分基本上也可以保证稳定。从风味方面，超高温产品在刚加工好后的1-2周里，会有比较明显的蒸煮味，这主要是由于牛奶中的部分蛋白加热后生成少量的含硫化合物造成。但是这种蒸煮味在生产后2-3周后逐渐消失，此后进入饮用的最佳时期

[3-4]

。

3.2超高温杀菌在果酒加工中的应用

果酒酒精度低,糖度较高,营养丰富,微生物容易生长、繁殖,预防果酒生物危害是保证产品质量的重要环节。果酒加热时间过长感官指标变差,通常果酒不采用瓶装后巴氏灭菌,而通过灌装前高温瞬时灭菌,适当添加防腐剂控制生物危害。

3.3超高温杀菌在饮料加工中的应用

在饮料中的杀菌，需要快速有效的热传导，通常采用刮板式或管式热交换器。在饮料杀菌采用超高温杀菌有：①温度控制准确②设备精密温度高，杀菌时间极短，杀菌效果显著，③引起的化学变化少，适于连续自动化生产

[5]

。

3.4超高温杀菌在豆奶加工的应用

近年来, 随着研究的不断深入, 大豆对人体健康的良好作用不断被发现和证实, 豆制品受到了前所未有的重视, 很多国家正在出现豆制品消费热潮。豆浆作为传统豆制品中一个重要品种， 其营养丰富， 蛋白质消化率高； 不含乳糖, 弥补了牛奶会引起乳糖不耐症的不足； 不含胆固醇， 具有多种生理活性物质, 特别适合于受“富贵病”困扰的现代人。因此，越来越受到重视,销售量快速增长。但是豆浆属于高蛋白产品，各种氨基酸组成齐全， 微生物极易生长繁殖。刚生产的豆浆在常温下保质时间不超过4 h，此后其pH 值开始下降， 豆浆开始变质，逐步变得黏稠，最后呈现豆花状。豆浆的保鲜问题一直是业内的技术难题。产品保质期短，不利于远距离销售，并且安全性较低，容易腐败变质， 抑制了豆浆

企业的发展和壮大， 成为制约豆浆大规模产业化的瓶颈之一。为了延长豆浆的保质期， 一是添加防腐剂， 二是高温杀菌。

经超高温瞬间灭菌后, 豆奶中的细菌在瞬间高温下全部被杀死, 并且最大限度地保存了豆奶中的营养成分。无菌包装控制了产品的微生物数量, 所得到的产品可在室温下保存3 个月, 在4 ℃条件下保存4 个月到6个月。产品由于不需要添加任何防腐剂, 流通过程中不需要冷藏环境, 因此降低了成本, 更为重要的是避免了因为冷链发生意外导致的产品变质问题, 极大地提高了企业的经济效益

[6-7]

。

3.5 超高温杀菌在茶饮料加工中的应用

由于微生物对高温的敏感性远大于大多数食品成分对高温的敏感性，故UHT杀菌能在很短的时间内有效地杀死微生物，能保持食品应有的品质。采用UHT杀菌可避免茶饮料杀菌后色泽加深和风腐剂也可增强杀菌效果或减少杀菌时间。杀菌罐装时充人氮气或二氧化碳、排除氧气，可稳定茶汤中的儿茶素物质。在热灌装过程中采用UHT杀菌，没有密封后的二次杀菌，故可以减少产品的受热时间，降低对风味和营养成分的热破坏，同时降低了本道味劣变，加人维生素C 可加强杀菌效果，加人防腐剂也可增强杀菌效果或减少杀菌时间。杀菌后罐装时充人氮气或二氧化碳、排除氧气，可稳定茶汤中的儿茶素物质。在热灌装过程中采用UHT杀菌，没有密封后的二次杀菌，故可以减少产品的受热时间，降低对风味和营养成分的热破坏，同时降低了本道工序中易发生的瓶破和跳盖等。

[8]

4.超高温杀菌工艺的最新研究

连续式液体-颗粒无菌工艺是在液体超高温杀菌工艺基础上试图扩展应用范围，用于处理固体食品。超高温杀菌原理应用与固体和高粘度食品存在困难，因为热传递会增加达到商业无菌的时间。

连续式液体-颗粒无菌工艺基本方法是将固体颗粒与液体混合后再管道内运动，通过热交换器、保温管和冷却器，完成超高温杀菌流程。加热器和冷却器通常是板式换热器或者套管式换热器。但是以下几个问题限制了它的应用：（1）由于运动颗粒中心温度是无法测定、载流使用非流体以及表面换热器系数的预测和分析计算困难，目前还没有可靠的杀菌参数计算方法；（2）即使使用高粘度液体，流动中的颗粒与液体、颗粒与颗粒之间的运动仍不能够完全同步，形成了

停留时间分布，使得不同位置和不同形状得颗粒的处理时间不同，大大增加了杀菌计算和控制的复杂性，目前还没有可靠的停留时间分布计算方法；（3）由于液体颗粒同时运动，相对运动速度较小，同时液体粘度较大，液体颗粒间的表面换热系数相对较小，使得颗粒升温速度受到限制，增加传热时间，降低了产品品质；（4）为了使液体-颗粒同时运动，需要较大的液体粘度，同时固液比和颗粒尺寸也受到限制，限制了可加工品种的范围：连续式液体-颗粒无菌工艺的杀菌效果验证方法一直不被DFA承认。作为一种关系到公众健康的生产技术，没有可靠验证方法是一种致命缺陷，致使该技术长时期处于试用阶段，没有获得进一步的发展。所知被FDA承认的液体-颗粒无菌工艺仅有一种。

[9]

5.结论：

随着食品无菌包装的发展，世界各国更注重开发可长时间、连续杀菌的新装置。日本开发了可直接加热3～200Pa?s高黏性食品的UHT杀菌新装置（吴羽式UHT装置）。虽然我国在超高温杀菌技术方面有着不错的发展，但同其他国相比，我国仍处于初级阶段。大型的先进的高温杀菌设备仍需从国外进口。因此我国应加大对超高温技术的研究。 参考文献：

[1] 高福成等现代食品工程高新技术北京中国轻工业出版社,1997,282～287 [2] 李玉锋,马涛.食品杀菌新技术[J].农产品加工学刊,2007,1(1):89～91. [3] 夏震超高温灭菌乳加工系统及其灭菌原理中国乳品工业，1988,26（2）28～31

[4] 徐守渊乳品超高温杀菌和无菌包装北京轻工业出版社,1986,14～174 [5] 张华.食品杀菌高新技术及其应用[J].饮料,2007,4:20～22. [6] 芝崎勋许有成译新编食品杀菌工艺学北京农业出版社，1990,66～77 [7] 关秀丽.高新技术在食品杀菌工艺中的应用[J]. 食品与机械，1994,33～34. [8] 王志岚,李书魁,许勇泉,尹军峰. 茶饮料灭菌技术概述.蚕桑茶叶通讯.2009 [9] 王云阳,岳田利等. 食品杀菌新技术[J]. 西北农林科技大学学报（自然科学版),2002,9:99～102.