CN101808540B - 用于食品块的表面巴氏杀菌和消毒的方法 - Google Patents

用于食品块的表面巴氏杀菌和消毒的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于颗粒食品的表面巴氏杀菌或表面消毒的方法。食品的水分吸收和质量变化被最小化，且优化了巴氏杀菌或消毒条件，预热了使用的食品，其中食品温度选定为低于巴氏杀菌或消毒系统的蒸发温度几度，食品的预热温度选定为低于饱和蒸汽温度，优选为低于预设压力下的饱和蒸汽温度几度，该处理是在无空气的潮湿气氛中进行的，其中在低巴氏杀菌压力下在55-99℃的温度之间进行巴氏杀菌，或者在较高的消毒压力下在100-140℃的温度之间进行消毒，热处理进行1-30分钟，且其中在进一步降低的压力下借助后续的真空干燥除去食品表面的凝结水。

Description

用于食品块的表面巴氏杀菌和消毒的方法
本发明涉及食品(特别是含油种籽例如杏仁、榛子、山核桃、胡桃以及花生、麸皮、谷类、咖啡豆、可可豆等)颗粒的表面巴氏杀菌或表面消毒的方法。 
农产品和食品天然地带有无害的和潜在病原性的微生物。在大多数情况下，农产品是在新鲜时加工，或是借助适当的技术手段使其耐放。在工业上应用的储藏方法中，其中有通过加热、用电离辐射照射或用有致死作用的气体处理来消毒或杀菌。后两种提到的方法仅能以有限的方式使用，因为这些方法的使用受到法律的严格监管。 
近来已经报导了数起感染了沙门氏菌的生杏仁案例。为了增强杏仁产品的安全性，美国官方已经命令从2007年秋季起，全部杏仁收获物都必须进行巴氏灭菌或加热处理到足够的程度。杏仁和其它含油种籽的巴氏杀菌对所使用的方法有特殊的要求。由于杏仁的存储能力和完整性会因水分而受损，杏仁的水含量不允许由于处理或在处理过程中增加到可感知的程度。此外，生杏仁容易失去包裹在种籽上的果皮，这一定会被认为是严重的质量损失。 
为此，这里提出了加热灭活的方法，其适合于显著地减少杏仁、含油种籽和其它具有中度或低水分含量的食品块的微生物表面污染，而不改变产品的质量特性(水分含量、外观、香气和口味、纹理)。按照美国当局的规定，对于生杏仁，减少5个对数单位的微生物菌群才可以说是巴氏杀菌。 
有效的微生物加热灭活是在增加水活性的气氛中获得的。与之相反，通过干燥加热仅能将微生物减少到小的程度。因此，工业规模应用的加热巴氏杀菌和消毒方法要求产品的水分含量大。这特别涉及到在保藏食品和饮料工业中应用的或用于保藏乳和乳制品的消毒和巴氏杀菌方法。 
首先，巴氏杀菌或消毒在小于0.8的低水活性的食品块上是有问题的，且在热处理时不能经受更大的水分。这特别体现在杏仁、坚果和其它含油种籽上，还体现在香料和其它食品颗粒上。对未漂白的生杏仁的处理是特别困难的，因为一方面在潮湿的气氛中，在热处理过程中香味和颜色的变 化很快，另一方面必须绝对地避免例如由于水分的作用引发的包裹种籽的果皮脱落。因此可以认为生杏仁的巴氏杀菌是对巴氏杀菌法要求苛刻的实例。 
例如，应用了加热灭活干香料(spices)的方法，其中在压力室内短时间装填香料，压力室内具有饱和或过饱和的蒸汽，随后释放压力(Gysel，1990)。突然的压力释放导致微生物从表面分离和细菌细胞的爆裂。湿热和机械作用压力释放过程的联合作用导致微生物的受控的快速灭活。 
然而，按照此原则操作的方法不适合杏仁和其它含油种籽的表面巴氏杀菌。一方面，由于发生了凝结，在＞1bar的压力下(温度超过100℃)使用饱和或过热蒸汽极大地增加了水分。例如由这样的处理产生的这么大的水分引入量使得后续必须进行干燥，且导致了食品质量和保存期限的下降。另一方面，特别是由于保持了大量的表面水分和压力松弛过程中产生的机械力，产品的完整性被破坏。对于生杏仁或其它未漂白的特别是含油种籽，其果皮脱落，这损害了食品的质量。 
网站www.nutpasteurization.net上解释了Ventilex公司(West Chester，OH)的CFP Power Pasteurization System，该系统特别为杏仁的巴氏杀菌而研发。该方法由连续输送流体腔室组成，杏仁置入所述腔室中并在过压的条件下用过热蒸汽处理。随后将坚果在另一个连续输送的腔室内用温热空气干燥，然后冷却。由于处理过程中的大量凝结，Ventilex法使杏仁中的水分含量从约5％显著增加到10％，这严重降低了巴氏杀菌的杏仁的质量并导致了后续热空气干燥过程中果皮部分的脱落。而且，高处理温度导致不希望的杏仁颜色和香味的改变。 
按照FMC Technologies公司(Sandusky，OH)的JSP-I Jet Stream AlmondSurface Pasteurization System，通过蒸汽将杏仁加热到预设的温度；然后在潮湿的空气中对杏仁进行巴氏杀菌。巴氏杀菌在连续的腔室内在潮湿的空气中发生，其中空气的露点温度明显高于放入的杏仁的温度(Gunawarena和Weng，2006)。潮湿空气凝结在杏仁表面上，其与加热的共同作用导致了所期望的微生物灭活。该方法也产生了大量的凝结水，这样在巴氏杀菌后必须用热空气烘干水分。结果，杏仁的质量由于在蒸汽加热和在潮湿空气中进行巴氏杀菌以及后续的干燥过程中大量吸收水分而严重降低。 
Clark(2007)曾经描述过蒸汽加热方法的进一步改进。ETIA公司， F-Compiègne(Antonini，1993)的Safesteril法是用蒸汽处理食品块和粉末的连续方法。此处，产品流通过加热螺杆输送通过封闭的腔室，并用蒸汽充满所述腔室。由于该处理是在常压下发生的，蒸汽一直到材料温度达到100℃才凝结。此处，通过螺杆加热产品是为了防止蒸汽在产品上过度凝结，其最终与通过加热螺杆引入的热量有关。由于螺杆传送的机械作用，主要是由于独特的水分引入方式，该方法不适合用于生杏仁和含油种籽的热处理。 
另一方法采用了减压条件下的饱和蒸汽气氛。Kozempel等(2003)描述了用于食品颗粒表面巴氏杀菌的真空-蒸汽-真空法。在该方法中，材料交替经过真空和蒸汽。由于交替施加真空和蒸汽，确保了凝结物到达所有气孔的开口和表面中的凹陷处。 
Steam Lab Systems(CH-Bottmingen)(Blaha，2003)代表了来源于此的方法。用此方法，产品经过所述真空和蒸汽处理的循环。真空步骤后发生水蒸汽的引入，直到达到大气压。在压力条件变化的基础上，必须假定水蒸气凝结直至达到常压条件，这再次导致了相关的水分吸收。此外，在处理过程中，如表面主要的温度条件没有明确限定，这也将有损该方法的安全性。 
因此，所有已知的本文所描述的用于杏仁和其它块状大小的食品的巴氏杀菌方法具有如下共同问题： 
-处理是在常压或过压条件下在潮湿的气氛中进行的，或在真空方法中实施直到出现常压条件；因此可以推断在完全平衡的条件下，表面温度为100℃或更高；在此情况下，负面影响产品质量的反应非常快速地进行。 
-由于凝结而有意引入的热量导致水分含量明显增加超过2％；由于产生烹调香味以及表面结构(例如杏仁果皮)碎裂和被破坏，水分含量的(临时)增加对巴氏杀菌的产品的质量非常不利。 
-由于大量吸收水分，必须进行热空气干燥；在热空气中进行干燥的过程中会发生变质，例如褐变反应，由此导致了相应的质量损失和产品纯正性的显著损失。 
-由于表面温度仅能在达到平衡温度(常压下为100℃)之后才保持恒定，巴氏杀菌条件不能充分地再现；恒定条件的缺失导致了在产品表面上不能准确限定巴氏杀菌条件。 
因此本发明的目的在于创建一种本申请开头部分所述类型的方法，使用该方法，食品的水分吸收和质量变化被最小化，且巴氏杀菌或消毒的条件最优化。 
按照本发明的该方法，其中采用的食品经过预热，其中食品温度选定为低于巴氏杀菌或消毒系统的蒸发温度几度，即食品的预热温度选定为低于饱和温度，优选为低于预设压力下饱和蒸汽温度几度，该处理在无空气的潮湿气氛中进行，其中在低巴氏杀菌压力下在55-99℃的温度下进行巴氏杀菌，或者在较高的消毒压力下在100℃和140℃之间的温度下进行消毒，热处理进行1-30分钟，且在进一步降低的压力下通过后续的真空干燥除去产品表面的凝结水。 
该新方法由下面三个步骤组成： 
1)预热食品， 
2)在纯蒸汽气氛下巴氏杀菌或消毒，其中表面温度与系统设置压力下的蒸发温度一致。 
3)在真空下干燥表面凝结水。 
这样，所有其它食品颗粒，例如坚果、含油种籽、谷物、香料等可以最优化地巴氏杀菌或消毒，应遵守如下基本规则： 
1、为了减少质量损失，必须最优化地选择和调节表面巴氏杀菌或消毒的温度。通过匹配系统压力，以可控和可再现的方式设定蒸发温度并由此设定凝结温度。系统压力可以在0.15-4.0bar的范围内维持恒定，由此可以实现55-99℃的巴氏杀菌温度和100-140℃的消毒温度。 
2、由于水分吸收和后续干燥明显导致了食品质量的下降，因此要避免不必要的或过度的水分吸收。可以通过在低于蒸发温度0-8℃下有意地预热食品而实现这一点。通过该措施可以将加热所需的吸收水分限制到小于0.5％，这使得后续的热空气干燥变得多余。 
3、表面上存在的少量残余水分可以通过减小系统压力而在短时间内除去。此外，通过蒸发表面水分而立即冷却食品，这样热量的作用可以快速地终止。 
在这些基本规则之后，从属权利要求中详细描述了特征，具体包括以下三个步骤： 
1、预热 
食品的预热优选地在设备中进行，在所述设备中，食品快速加热到预期温度，以防止水分的过早去除。例如该预热可通过热空气或微波在连续的红外线筒(infrared drum)中进行。该方法还可以通过其它可能的能量传输方式来进行预热。预热步骤是用于调理食品并最好对材料表面微生物的灭活的作用可忽略。该预热温度选定为使得在后续的蒸汽处理过程中的蒸发温度为高于预热温度0-8℃。由此可以避免水蒸汽在产品表面的过度凝结和食品在后续蒸汽处理过程中对水分的过度吸收。因此，预热温度可以在50-144℃的范围内。可以优选55-99℃的巴氏杀菌温度范围，和100-140℃的消毒温度范围。对于杏仁的巴氏杀菌，预热温度优选在70-90℃之间。 
2、蒸汽气氛中的巴氏杀菌 
加热灭活(巴氏杀菌或消毒)在50-140℃的温度下进行。通常采用低于100℃的处理才能获得巴氏杀菌，而消毒(甚至完全灭活耐热的孢子内壁)必须达到高至144℃的温度。在此情况下，处理温度由系统中主要的或设置的蒸汽压力决定。在低于100℃的处理温度下，系统压力小于大气压，在超过100℃的处理温度下，系统压力超过大气压。 
低于大气压的系统压力是借助真空泵减小处理室中的压力而实现的。一旦设置的系统压力下降到设定值之下，蒸汽供应阀打开并开始供应蒸汽。蒸汽供应通过调节阀进行，其维持处理室内的系统压力恒定。例如对杏仁的处理在0.1-0.95bar，优选0.2-0.8bar的绝对压力下进行。 
在填充之后，食品温度低于系统的蒸发温度0-8℃。材料温度由于少量水分的凝结而迅速升高到蒸发温度。然后水分不能再在产品表面上凝结；系统处于平衡状态。作为蒸汽饱和温度的函数，必须选择加热处理的时间量(1-30分钟)，使得能够达到充分灭活微生物。 
3、表面水分的去除 
在处理结束时关闭蒸汽供应，而真空泵继续运转。通过进一步地减小系统压力到0.15-0.01bar(绝对压力)之间，由于温度平衡而拾取的水分量能够在2-20分钟的短时间内再次干燥掉。这样巴氏杀菌消毒的食品将不会显示水分含量的增加。 
现在将通过具体实施方案更详细地解释本发明，其中： 
图1，按照本发明的CCP法的用于食品块的表面巴氏杀菌的装置，和 
图2，用CCP法在81.4℃下(系统压力0.5bar)巴氏杀菌的杏仁上的屎肠球菌的存活曲线和对数减量记录。 
此处描述的方法是例如在图1所示的装置中实施的。将已经通过适当的方法预热到预定温度的食品放入预备容器(pre-container)1中。通过打开活板4，食品被装填到压力室2中。该压力室2设有双层壳体，且该壳体内通过蒸汽维持相应于预选条件下的预选温度。以压力密闭的方式关闭填充后的压力容器后，通过真空泵7减压。一旦达到预选的压力，就打开蒸汽阀6。蒸汽的进入由调节阀调节，以使得室内的压力保持恒定并与预定条件相一致。根据选定的压力或分别选定的温度以及产品的作用，巴氏杀菌/消毒处理持续1-30分钟。在巴氏杀菌/消毒处理结束时，关闭蒸汽阀6且容器内的压力减小到0.15-0.01bar。又经过2-20分钟后，真空干燥结束。容器内压力通过调节压力平衡阀再次与大气压相当。打开排出口5，取出食品。如果需要，可以通过打开混合螺旋器3来协助取出食品。表1中给出了用于杏仁、坚果和含油种籽的常用工艺参数。 
在适当的环境下，采用此方法会得到最小的表面水分吸收量，取决于选定的巴氏杀菌/消毒条件，其可以总计为小于0.5％。然而，在处理过程中在食品周围形成了潮湿的气氛。由此可以确保该处理是在水活性接近1.0的足够潮湿的气氛中进行的，这样在适当的条件(图2)下，在食品表面上充分进行生长性微生物和孢子内壁的灭活。采用该方法，食品特别是在巴氏杀菌中的内在质量得到保持。在最优化的工艺参数(表1)下，既不会引起香味或颜色的改变，也不会看到杏仁皮的散落。 
这里所述的巴氏杀菌和消毒方法还适合于其它含油种籽的热处理，例如榛子、山核桃、胡桃还有花生、麸皮、谷类、咖啡豆、可可豆等。由于少量的湿润和水分吸收不会导致粉末颗粒的聚集，该方法还适合于处理粉末状材料。 
表1 
接种了屎肠球菌NRRL-B2354的生杏仁的表面巴氏杀菌工艺参数。 
初始的屎肠球菌污染量为2×107CFU/g。 
  预热温度   巴氏杀菌   绝对压力   蒸发温度/   凝结温度   作用时间   真空干燥   时间   所获得的   对数减量
  ℃   bar   ℃   分钟   分钟  
  80   0.5   81.5   2   5   5.5
  80   0.5   81.5   5   5   7.4
  80   0.5   81.5   10   5   6.6
  90   0.5   81.5   2   5   5.3
  70   0.5   81.5   10   5   7.9
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Claims (6)

1.食品颗粒的表面巴氏杀菌或表面消毒的方法，
其特征在于：
预热所采用的食品，食品温度为低于巴氏杀菌或消毒系统的蒸发温度，即食品的预热温度选定为低于饱和温度，该处理是在无空气的潮湿气氛中进行的，其中在低于大气压的巴氏杀菌压力下在55-99℃的温度之间进行巴氏杀菌，或者在高于大气压的消毒压力下在100-140℃的温度之间进行消毒，热处理进行1-30分钟，在进一步降低的压力下借助后续的真空干燥除去食品表面的凝结水。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述食品颗粒是含油种籽。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于所述含油种籽选自杏仁、榛子、山核桃、胡桃以及花生、麸皮、谷类、咖啡豆和可可豆。
4.如权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于食品的预热温度选定为低于预设压力下的饱和蒸汽温度。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述食品温度选定为低于巴氏杀菌或消毒系统的蒸发温度0-8℃。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述食品的预热温度与给定压力下的饱和蒸汽温度之间的温度差选定为0-8℃。
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