CN1317939A - 超高压、高温食品保藏方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及实现食品(特别有利的是对于pH大于或等于4.5的食品)的商业灭菌的方法，该方法包括，伴随处理食品两次或多次高热高压循环(在各次循环之间短暂停顿)。加压方案依赖于每次循环绝热加压引起的另外瞬时的、均匀的热度以及随后在减压过程中瞬时的、均匀的绝热冷却。

Description

超高压、高温食品保藏方法
本申请要求享有美国临时专利申请系列No.60/100,680(1998年9月17日提出申请的)的申请日的权利。
本发明涉及实现对pH大于或等于4.5的食品商业灭菌的方法，该方法涉及同时用热和高压处理食品。应用了至少两个加压循环(在循环之间有一个暂停)。预热的食品在每个循环经历另外瞬时的、均匀的加热(加压下的绝热加热)，然后瞬时的、均匀的减压绝热冷却。
常规的食品商业灭菌方法是采取缓慢加热灭菌接着在罐内缓慢冷却的热处理。该方法对于灭活微生物、酶和微生物孢子(它们引起耐贮存食品的食物腐败)高度有效。然而，由于缓慢热渗透到罐中央和随后的缓慢冷却引起的漫长热处理，长时间热处理显著软化蔬菜和肉中的组织并且引起风味的不希望有的变化。面食制品和大米失去它们的咀嚼性而变成糊状；肉也失去它的咀嚼性而组织变软；蔬菜也失去它们的脆性而变软。乳制品的颜色呈焦化的棕色，而蔬菜颜色褪去。美味制品(例如含有干酪的那些)和乳制品(例如通心面和干酪)不能应用常规加压蒸煮制作，因为它们焦糖化，呈很讨厌的风味而变得不能吃。即使更迅速的加热体系(例如无菌加热)也具有这一严重缺点，即，长的加热时间和保温时间(为了达到商业无菌)，这样引起焦化的、讨厌的风味，伴随长时间冷却。
最近开发的一种常规热处理的备选方法是应用超高压消灭引起腐败的微生物和与腐败相关的内源性酶。最近在装置的工程技术方面的进展(即，能将所需的压力传递到商业有用量的食品)使超高压在食品加工中的应用成为可能。能将食品工业高压灭菌的器械例如可得自Flow International Corp.(Kent,WA)、Mitsubishi HeavyIndustries(Tokyo,Japan)、Kobe Steel(Kobe,Japan)、ABBAutoclave Systems,Inc.(Vasteras,Sweden)和EngineeredPressure Systems,Inc.(Andover,MA)。
有人建议，低酸性食品可应用超高压和高温的组合灭菌。国际PCT申请No.WO97/21361公开了一种方法，即，将低酸罐头食品加热到80～99℃的温度，然后将它们加压到50,000～150,000psi的压力，接着减压而转移到冷却和面槽。该方法利用了这一特性，即，加压时引起食品绝热温升(加压100,000psi使温度升高大约20℃)，以及相应的减压时引起食品绝热温度降低，从而减少预热时间和后冷却时间。但是，所述文献中公开的方法实际上不能在工业上实用的加压时间实现灭菌。例如，公开的加压循环(在85℃下90,000psi达30分钟)提供不足的死亡率，即，在肉毒中毒孢子群中不足以达到1012的减少(12D减少)。所述文献中公开的备选压力程序是在98℃下90,000psi达5分钟。这样提供的死亡率估算超过标准的12D要求，但本发明人发现不足以杀灭蜡状芽孢杆菌(B.cereus)，它倾向于在加压的一周内繁殖到不可接受的水平。所述文献中公开的将实现真正灭菌的唯一程序是在98℃下90,000psi达30分钟，它太长而无工业实用性，并且，它将导致高度蒸煮过度的食品。
其他研究人员建议了将食品暴露于有效减少微生物的超高加压的脉冲中，从而增大冷藏微生物稳定性。Torres,J.A.和Aleman,G.,“加压脉冲：改善UHP效果”(Pressure Pulsing:Improving UHPEffectiveness),OSU Food Process Engineering and FlowInternational Corp。但是，这些研究人员未建议超高压脉冲在实现商业灭菌中的应用。
还有其他研究人员发现了，加热和超高加压的组合在实现商业灭菌方面无效(因为细菌孢子的存活)。Mallidis,C.G.和Drizou,D.,“同时采取加热和加压对细菌孢子存活的效果”，应用细菌学杂志(Journal of Applied Bacteriology),71,p.285～88(1991)。该文献启示了，孢子在它们对热和压力的敏感性方面是极其复杂的，而且得出这一结论：压力和热的组合在液体食品的保藏中是无效的。
所以，尚未开发出一种工业上可行的方法来将低酸食品商业灭菌，同时保持短时间暴露于超高加压的风味和组织益处。
本发明提供了一种方法，该方法结合这样的两次或多次循环：超高压，高初始温度和瞬时的均匀绝热加热(它通常在高压下发生)和绝热温度降低(在释放压力时)，在每次循环之间有一个暂停，从而实现食品的商业灭菌。达到了该目的但没有不利地影响食品的美味而且组织和颜色的微小变化。该方法对于pH大于或等于4.5的食品特别有利，因为所有菌株的全部肉毒梭菌(Clostridium botulinum)孢子都被完全消灭了。意外地，在高压和加热之间似乎存在协同效果，它是加热的效果两倍以上(与单独的相同加热相比，杀灭两倍以上的孢子)。对于热食品的绝热加压循环(在循环之间有一个暂停)消灭了在初始加压时存活的孢子。
因此，本发明一个优选的实施方案包括如下步骤：(1)将食品预热到预定的初始温度；(2)使预热的食品经历第一次升高的压力(即，超高压)达第一次预定的加压时间，伴随有绝热温度升高；(3)释放升高的压力使食品返回低压(优选为常压)，伴随有温度大致降低到初始温度；(4)使食品处于第二次预定升高的压力达第二次预定的时间；然后(5)释放压力并冷却食品而导致商业无菌的食品。选定初始预热温度、超高加压水平、加压时间和循环之间的时间而生产出商业无菌的食品，尤其是已杀灭了肉毒梭菌孢子和蜡状芽孢杆菌孢子的产品，同时基本保持预灭菌的食品的风味和组织特征。
虽然按本发明的方法第一次和第二次加压循环足以灭菌，不认为另外的循环是必要的或特别有利的，本发明应被理解为还包括多于两次加压循环，只要总的温度和加压方案导致具有良好的风味和组织特征的商业无菌产品即可。
在第一次和第二次循环之间，采取短暂的暂停，暂停时间范围从即刻到5分钟或更久，优选从至少一秒到少于5分钟，更优选从至少5秒到1分钟。在本文如下实施例中，对第一次和第二次循环应用相同的超高加压水平(即最大升高的压力)。但是，本领域技术人员基于本文的公开内容显而易见的是，可对第一次和第二次循环应用不同的压力，只要达到商业灭菌，同时保持风味和组织。此外，在下文列出的实施例中，第一次和第二次循环中的加压时间不同，第一次加压循环通常比第二次加压循环具有更长的预定时间。但是，应懂得，本发明包括在第一次和第二次循环中加压相等的时间，或者第二次循环中比第一次循环中加压更长的时间。
在本发明的一方面，将需要灭菌的食品预热，优选至高于70℃(158°F)的温度，更优选预热到至少85℃，进一步优选至90℃(194°F)至100℃(212°F)或更高。第一次和第二次(或多次)加压循环优选从大约少于一秒到200分钟，需要暴露于约50,000～140,000psi或更大的压力，更优选60,000psi～120,000psi的最大压力。预热的食品的加压优选在压力箱中进行，压力箱本身已被预热到和预热的食品相同的或更高的温度(优选处于和食品所暴露的相同最高温度，即，初始温度加绝热加热温度升高之和)。初始温度和绝热加热循环的这种组合被设定在足以消灭肉毒梭菌，安全因子是美国食品和药物管理局推荐的两倍。“FDA标准”被称为“6.0处理的Fo”，或者在250°F受六分钟的相等热处理的食品。该两倍安全因子标准也被称为“两次12D处理”或“2次肤蝇等幼虫杀伤过程”，它是FDA推荐的罐装非酸性食品两次最小处理。“罐头制造中的全部过程”(A Complete Course inCanning),p.46,48(1996)。
表1提供了加压时发生的绝热热度升高一览表。
             表1．热和压力之间的预测的相互关系
基本温度(C)   绝热热(C)     最终温度(C)    Fo为6.0的时间*
在60,000psi
    71.1
    76.7
    82.2     20.3
    87.8     21.7  109.5(229.1F)     87分钟
    90.0     22.25  112.25(234.05)     56分钟
    90.55     22.388  112.938(235.28F)     39min.35sec.
    93.3     23.075  116.375(241.475F)     17min.52sec.
    98.9     24.475  123.375(254.075F)     3min.34sec.
在80,000psi
    71.1
    76.7
    82.2     23.85  106.05(222.89F)     193分钟
    87.8     25.25  113.05(235.45F)      38min.36sec.
    90.0     25.80  115.8(240.44F)      20min.23sec.
    90.55     25.938  116.488(241.68F)      17min.21sec.
基本温度(C)     绝热热(C)    最终温度(C)   Fo为6.0的时间*6.0*
    93.3     26.625  119.925(247.865F)     7min.53sec.
    98.9     28.025  126.925(260.465F)     1min.35sec.
在100,000psi
    71.1
    76.7
    82.2     27.25  109.48(229.01F)     88分钟
    87.8     28.65  116.45(241.61F)     17min.33sec.
    90.0     29.20  119.2(246.56F)     9min.19sec.
    90.55     29.338  119.89(247.80F)     7min.57sec.
    93.3     30.025  123.325(253.985F)     3min.37sec.
    98.9     31.425  130.325(266.58F)     44秒
在120,000psi
    71.1     27.775  98.875(209.975F)
    76.7     29.725  106.425(223.5F)
    82.2     30.55  112.75(234.95F)     41min.8sec.
    87.8     31.95  119.75(247.55F)     8min.13sec.
    90.55     32.64  123.19(253.74F)     3min.45sec.
    93.3     33.325  126.6(259.9F)     1min.41sec.
    98.9     34.725  133.6(272.9F)     19秒
注释：*Fo为6等于250°F达六分钟，并且被FDA看作足以单独应用热处理产生商业无菌的产品。
从上表可见，绝热加热引起的温度升高既是食品的初始温度的函数，也是应用的压力大小的函数。绝热加热的一方面在于，对于给定的压力来说，绝热热度升高随着初始预加压温度升高而增大。
本文提供了实现食品的商业灭菌的方法，该方法结合高温和超高压力。这些方法对pH为4.6或更高的食品特别有利，它们平衡肉毒梭菌或蜡状芽孢杆菌的潜在问题。按本方法商业灭菌的食品具有在室温下两年以上的储藏期限。
本方法包括：使食品在压力箱中50,000～140,000psi或更大、更优选大约60,000～120,000psi的升高压力下经历从大约少于一秒到200分钟、优选10秒～10分钟、更优选1～5分钟的第一次循环之前，将食品加热到高于70℃(158°F)的初始温度，优选加热到至少85℃，更优选至90℃(194°F)至100℃(212°F)或更高，所述压力箱本身已被预热到和预热的食品相同的或更高的温度(优选处于初始温度加绝热加热之和的温度)。这种初始温度和压力的组合，瞬时而均匀地将食品温度升高到灭菌所需的温度；食品在这些条件下被保持第一段预定的时间。然后，释放压力至小于所述升高的压力的低压(优选至常压)，此时，食品立即而均匀地冷却到大致预加热的温度。在这种常压暂停(可能暂停片刻至五分钟或更久，优选5秒～1分钟)后，在大约50,000～140,000psi、更优选在60,000～120,000psi的压力下将食品加压从大约少于一秒到200分钟、优选10秒～10分钟、更优选1～5分钟的第二次循环。再次释放压力，将产品骤冷回到室温。第一次加压循环、暂停和第二次加压循环(包括约2分钟加压猛升和猛降)的总持续时间适当地少于30分钟，优选少于5分钟，更优选少于或等于1分钟。当进行加压至少两次循环(其间有一次常压暂停)时，加压时出现的瞬时“绝热加热和冷却”使暴露于食品的热量减到最小(正是长时间暴露于热中而引起对风味、组织和颜色的破坏)，但足以达到商业灭菌。在放入压力容器中之前，可将食品预热(例如在水浴中)，可在工业板式换热器或刮面式热交换器中预热，或者可在本身装有加热器的压力容器中加热。压力容器既具有加热能力又具有冷却能力的加压装置例如可得自ABB Autoclave Systems和得自Engineered Pressure Systems。
在每次加压循环过程中，绝热加热(和随着压力的释放而冷却)的原理导致食品的温度升高(或降低)约60～90°F(或随着压力超过120,000psi而更高)，实际增量既是初始温度的函数，又是应用的压力大小的函数。例如，如果应用60,000psi将预热到210°F的食品加压，绝热热度就升高约77°F；但如果应用100,000psi，温度的升高就更高(约88.6°F)。所以，对预热的食品应用超高压导致实际灭菌温度比初始预热食品的温度高约60～85°F。通过考虑绝热温度，可将食品的高温暴露时间减到最短并控制在1秒以内。所以，可避免损坏性的、长时间和过分暴露于高温和灭菌温度，因而可保护风味、组织和颜色(引起最小的改变或未改变)。可以按本发明选择预热温度和压力而达到这样的时间和温度的组合，即，使食品在最短的总时间内(例如在210°F和100,000psi时为22秒或更短)成为商业无菌的食品。
在应用高压之前，从食品样品容器和压力容器中抽出空气。如果在处理过程中存在空气，赋予食品风味的化合物就可能被氧化，此外，由于在高压下空气压缩，它在容器中的存在会导致效率的损失。还有，空气可与塑料包装材料反应而引起象柴油发动机中那样的燃烧。
在第一次循环的加压步骤中，应用的压力最适宜在50,000～140,000psi之间，优选在60,000～120,000psi之间，更优选在80,000～100,000psi之间。每次循环中将压力保持一段时间，该时间足以在应用的温度下、在两次循环结束时实现商业无菌。
如本文定义的那样，术语“商业无菌”是按它的通常定义应用的，它适用于这样的食品：其中，通过应用热达到的条件使这种食品中没有存活形式的具有公共卫生意义的微生物，以及非健康意义的能在正常的非冷冻储藏和分销条件下繁殖的微生物。应懂得，按本方法处理的食品是在清洁的条件下被处理和加工的，而且通常不含过多的污染性微生物。商业无菌的一个重要方面在于，少量活的微生物可能存在于商业无菌食品的包装中，但当食品被储藏适当长的时间时，微生物不会生长，所以，食品将保持安全且可口。因此，商业无菌的食品被定义为这样的食品：它不含致病性微生物，但可能含这样低含量的食品腐败物和其它微生物，以致在正常室温下长期储藏适当长的时间(例如，当储藏13～24个月时)而不会发生发酵或微生物生长。
对本发明方法来说，加压可应用任何能提供所需的高压和高温的、可商购的设备来实现。在加压前，通常将食品密封在合适的容器(例如塑料袋、罐或其它容器)中，或者可被泵送通过热交换器再成批进入压力容器，在加压步骤后无菌包装于灭过菌的容器中。
本发明的方法特别适合保藏要求美味和组织优良的食品。这样的食品实例包括：通心面和干酪，蔬菜，汤，焖肉，嫩牛肉和鱼，猪肉，以及其它的肉，乳制品，盘装面食制品，米饭冷盘(rice entrees)，马铃薯制品，主食冷盘，甜食，非酸化饮料，巧克力奶，以及酪农干酪。适合应用本发明的方法灭菌的其它食品包括：所有的非酸化罐装物品、所有的非酸化冷冻产品、所有的非酸化冷藏产品和所有的非酸化饮料(即，pH等于或高于pH4.5的所有食品)。虽然本发明应当也适合低pH食品(即，pH小于4.5的食品)的灭菌，但由于这样的低pH食品更不易腐败，所以，高温、高压方案(这是本发明的主题)将成为不必要的过度行为。
为了容易确定对于选定的温度和压力的组合来说最适灭菌时间长度，可用微生物(该微生物被规定为肉毒梭菌的替代性试验微生物)掺加样品[Fennema,1975,第Ⅱ部分，p.36；“罐头制造中的全部过程：第13版，BookⅡ,p.44]。这种微生物是生孢梭菌(Clostridiumsporogenes)PA3679；它是一种象肉毒梭菌那样的专性厌氧菌，产生象肉毒梭菌那样的孢子，并且容易分析，还具有合适的耐热性。导致适当的商业灭菌产品的最短时间(在压力小于120,000psi和最高温度下)是最恰当的，因为将处理时间减到最短最适合保持风味、组织和颜色，还可以加速生产，同时将设备磨耗减到最小。
在本发明的另一方面，将压力容器预热，于是避免温度的损失(当装填了预热的食品时)，并且将加压过程中热量的损失减到最小或避免热量的损失(当通过绝热加热将食品温度升高到靶操作温度时)。
实施例Ⅰ-单一的高温、高压循环
该试验设计旨在利用加压和减压步骤中出现的瞬时、均匀的加热和冷却(被称为绝热加热和冷却)。应用“罐头制造中的全部过程”，第13版，BookⅡ,62～102页中讲述的方程式计算了靶时间和温度。选择了另外的时间、温度和压力(认为它们不会给出完全无菌，也不会给出更大灭菌力)。具体试验的初始温度为90℃、95℃和98.9℃，压力为60,000psi、80,000psi和100,000psi，以及不同的时间间隔。
该试验中应用的示范性食品是Stouffer′sTM冷冻通心面和干酪，从商场采购的薄纽约牛排片以及短粒精白米(它掺有水，比率为两份水比一份米)。测得通心面和干酪的pH为5.87，米为7.06，牛排为5.97。为此试验，将100克各样品密封于一些单独的塑料袋(密封前抽出了其中的空气)中。每个试验参数应用三袋，使这些袋经历下述条件。加压前，通过放入沸水浴中达大约五分钟将密封的袋预热至试验温度。
应用Engineered Pressure Systems,Andover,MA,unit#3制造的超高压力容器进行加压和通过Washington State University FoodScience Pilot Plant管理进行操作。每一轮装填了10～12袋密封的产品(装满压力容器)。在将这些袋放入加压室之前，通过环绕室壁的导电线圈将室壁预热到靶温(室的外壁包裹一英寸厚的玻璃纤维绝热层)。由于压力室壁有数英寸厚，所以，室壁一旦被加热就起有效的受热器的作用，于是保持相当恒定的室温达处理这些袋所需的时间。在用预热的密封袋装填预热的压力池之后，在池中注入一种特别的水/甘醇溶液(被预热到初始试验温度以便除去容器中的空气)。然后，在试验计划规定的时间将压力升高到60,000psi、80,000psi或100,000psi(根据试验要求而定)。绝热加热和冷却温度变化在20℃～32℃范围内变化(根据初始温度和最终压力而定)。正是这种瞬时、均匀的加热和冷却使食品绝对最短时间地接触破坏性的高温。作为一些对比物，某些袋是既没有加热又没有加压的食品。接种的通心面和干酪样品中以每克样品3.1×100,000个孢子的含量添加了生孢梭菌孢子，牛肉和大米样品则以每克样品1.4×100,000个孢子的含量添加了生孢梭菌孢子。在加压处理后，将全部样品袋置于冰水中骤冷并冷冻贮存直至微生物试验[但测试味道(与未处理的对比物相比)的样品除外]。冷却后，打开每个处理的两袋，测试风味和组织。意外地，与未处理的对比物味道相比，任何通心面和干酪样品的风味、颜色或组织都没有改变，于是说明了：在加压步骤中达到的很高温度下的很短时间确实没有引起产品中的任何损坏或变化。应用高压蒸煮的常规热处理导致通心面和干酪变得很暗，焦化而产生很令人讨厌的风味。牛肉片肉嫩，具有浓的烤肉味。大米味道正常，分布在表层的米饭具有相同的咬嚼性组织，但粘成一团的例外。
处理两天或三天后以及再次在一周后，按下列方法分析样品中活微生物的存在和随后测试损伤的微生物的恢复。该实施例和后面的实施例的微生物测试方法利用了以无菌0.1％蛋白胨水溶液配制的稀释液。将稀释液在APC皿膜上涂板。表中给出了乳酸菌结果(应用MRS琼脂通过浇注板方法测定含量)，在28℃下厌氧保温48小时。给出了生孢梭菌PA3679(Cl.Spore)结果，通过在新鲜制备的肝和融合琼脂(liver and fusion agar)(补加了0.3％牛肉浸膏和0.1％酵母浸膏)上铺稀释液而测定营养细胞。将平板在37℃下厌氧保温48小时。就孢子来说，在80℃的水浴中将1∶10的稀释液热震10分钟。当空白管中的温度达到80℃时开始计时。就孢子来说，铺板和保温与营养细胞是一样的。
这些微生物分析的结果如表2和3中所示，其中，微生物生长由0(指“未生长”)或者由试验计数的实际数目表示。
                     表2．初始微生物测试的第一次试验
                    (7/6/98进行的试验。初始微生物测试)
 温度 压力 时间(2bot.Kill*) 试验时间 未接种的 接种的
对比物
 90C  60,000psi   56分钟*     C     I
 H  80,000psi  20min.23sec.*1  10min.10sec     0     0
    2  20min.23sec.     0     10
    3  40min.46sec.     skip     skip
 G  100,000psi  9min.19sec.* 1  4min.40sec.     0     0
    2  9min.19sec.     0     0
    3  18min.40sec.     0     0
 95CF  60,000psi  8min.*       1     8min.     0     0
    2     16min.     0     0
    3     4min.     0     0
 E  80,000psi  3min.30sec.* 1  3min.30sec.     0     0
    2     7min.     0     0
    3  10min.30sec.     0     0
温度 压力 时间(2bot.Kill*)  试验时间 未接种的 接种的
    4  1min.45sec.     0     0
    D  100,000psi  2min.14sec.*1  2min.14sec.     30     0
    2  4min.28sec.     0     0
    3  6min.42sec.     0     0
    4  1min.7sec.     0     0
    98.9CC  60,000psi  3min.34sec.*1  1min.47sec.     0     0
    2  3min.34sec.     0     0
    3  7min.10sec.     0     0
    B  80,000psi  1min.35sec.*1     50sec.     0     0
    2  1min.35sec.     0     0
    3  3min.10sec.     0     0
    A  100,000psi  44sec.*     1     22sec.     0     0
    2     44sec.     2100     0
    3     66sec.     0     0
    4     88sec.     0     0
    5     180sec.     0     0
生孢梭菌PA3679；通心面和干酪中的孢子含量：3.1×100,000生孢梭菌PA3679；牛肉、大米和酱油中的孢子含量：1.4×100,000牛肉：pH5.97酱油：pH7.06通心面和干酪：pH5.87*=在2bot.kill所需的注释的温度和压力时的时间
                            表3．储藏一周后微生物测试的第一个试验
                     (第二个微生物测试，测定损伤的微生物从HP测试的恢复)
温度  压力 时间(2bot.Kill*) 试验时间 APC 乳酸菌 Cl.Spor. 容器壳
温度
   90C  60,000psi  56分钟*     (C)
    H  80,000psi  20min.23sec.*1  10min.10sec 420    0  0     90.1
    2  20min.23sec. 60,000    60  440     90.5
    G  100,000psi  9min.19sec.* 1  4min.40sec. 1900    0  10     90.9
    2  9min.19sec. 72,000    0  30     91.1
    3  18min.40sec. 30    0  0     90.2
    95CF  60,000psi  8min.* 1  8min. 1300    6840  130     95.6
    2  16min. 330    0  0     95.5
    3  4min. 1300    0  0     95.7
    E  80,000psi  3min.30sec.* 1  3min.30sec. 36,000    0  550     95
    2  7min. 130,000    20  1150     95.4
    3  10min.30sec. 24,000    300  330     97.1
    4  1min.45sec. 59,000    0  130     95.1
    D  100,000psi  2min.14sec.* 1  2min.14sec. 20,000    0  40     95
    2  4min.28sec. 40,000    60  7200     95.3
    3  6min.42sec. 51,000    0  50     95
    4  1min.7sec. 40,000    940  7980     95
    98.9CC  60,000psi  3min.34sec.* 1  1min.47sec. 30    0  0     98.9
温度 压力 时间(2bot.Kill*)  试验时间 APC 乳酸菌 Cl.Spor.   容器壳
    温度
    2  3min.34sec. 21,000     0  40     98.9
    3  7min.10sec. 73,600     0  14,250     98.9
    B  80,000psi  1min.35sec.*1     50sec. 21,000     0   10     98.6
    2  1min.35sec. 2400     0   0     99.1
    3  3min.10sec. 8900     560   5700     98.5
    A  100,000psi  44sec.*    1     22sec. 1300     0   10     98.9
    2     44sec. 2100     70   10     98.9
    3     66sec. 30     0   0     98.9
    4     88sec. 1300     0   0     98.9
    5     180sec. 640     0   0     98.5
    **与原来的冷冻通心面和干酪相比
生孢梭菌PA3679；通心面和干酪中的孢子含量：3.1×100,000生孢梭菌PA3679；牛肉、大米和酱油中的孢子含量：1.4×100,000牛肉：pH5.97通心面和干酪：pH5.87
表2阐明了，在所有样品中，存在的微生物或者被杀灭或者被杀伤到它们不能立即生长的程度。然而，储藏一周后，表3阐明了很多蜡状芽孢杆菌孢子只是被杀伤而在处理中保持存活。表3中的APC数得自蜡状芽孢杆菌。表3还说明了，更高的温度有效地杀灭了生孢梭菌(PA3679)孢子。意外地，最长的时间本应杀灭了所有的孢子(数倍于按常规热处理技术杀灭的孢子)。这表明，高压引起孢子(特别是蜡状芽孢杆菌孢子)变得更抗高热。
实施例Ⅱ-伴随有暂停的高温高压循环
               表4．应用加热、加压和添加剂消灭微生物和孢子的试验设计(操
                    作中伴随暂停)
温度 压力 时间(2bot.Kill*) 试验时间 保持时间 试验时间 容器壳
全压 未加压 全压 温度
 130C+ 100C 130C+ (C)
90C 100,000psi  9分19秒* 1  4分40秒 5分钟 4分40秒 95
 J        2  9分19秒 5分钟 4分40秒 90
          3  18分40秒 5分钟 4分40秒 91
          4 90
在100C将样品预热5分钟 K        1 4分40秒 5分钟 4分40秒 90
95
在表4概述的第二个试验中，一批通心面和干酪的样品中未加添加剂，而第二批则添加了苯甲酸钠(0.1％)和乳酸链球菌肽(0.02％)。
在第二个高压试验中，应用了最低温度(90℃)。在压力循环之间利用了五分钟的暂停时间，其间释放压力但保持初始温度(90℃)。所述暂停时间的选择基于这一理论，即，它应当活化残余的孢子(引起孢子萌发或转化为正常的、脆弱的细胞结构)而使它们更易感受第二个加压和加热步骤。它还能起这一作用，即，随着压力的释放和再加压(这样会使孢子更易受热作用)而破坏孢子的韧性、保护性细胞壁。但是，本发明不想受该理论的限制。
如表5和6所反映的结果那样，一种加压加热、接着加热不加压、然后加压加热的方案确实提供了完全灭菌。对每个处理的三个样品进行了微生物学试验，得出表5和6中报导的多个值。微生物数为30或更少也应被看作是无菌的，因为发现这些低数值的微生物不生长。看来防腐剂在该系列处理中具有很小的效果；然而，通过更多极小的处理，防腐剂有望帮助防止微生物生长。当在全压(100,000psi)下完成绝热加热时，优选将壳体温度保持在90℃或更高而减小冷却效果。预计会有一定程度的冷却，但不是所希望的。可通过将压力容器壳的内部绝热而将这种冷却作用减到最小。
预计如果在更低温度(90℃)下实现完全灭菌，那么，更高温度(95℃和98.9℃)将更有效(重复操作，在第一次操作和重复的第一次操作之间暂停)。例如，在第一次试验中，应用100,000psi在98.9℃处理22秒，然后暂停5分钟或者甚至5秒暂停(不加压)，接着在100,000psi下又处理22秒，这样有望有效，因为这样处理比有效的90℃处理苛刻得多(壳体温度也更凉)。在前面公开的全部压力循环中，第一次和第二次循环中的加压下的时间指最大压力下的时间，不包括升压时间(大约90秒)或释放压力的时间(大约10秒)。预计，第一次试验中的全部操作将生产无菌的产品(如果不加压暂停后而重复该操作)，因为那些操作都比生产无菌产品的第二次试验中测试的重复操作更苛刻。
表7指示了第二次试验中高压处理之前的微生物数目。按第一次试验中描述的相同方法将通心面和干酪装在塑料袋中(也得自未处理的Stouffer′s冷冻通心面和干酪)。在成对比较试验中测试了处理过的产品与Stouffer′s冷冻通心面和干酪产品的风味，未测出风味、组织或颜色的差异。
                    表5．应用添加剂的第二次试验的结果
温度     压力 时间(2bot.Kill*)     APC    乳酸菌 风味、颜色、组织
90C  100,000psi     9分19秒*1  0,20,20     0,0,30     未变化
    J       2  0,0,20     0,0,0     未变化
            3  0,0,10     0,0,0     未变化
            4  0,20     0,0     未变化
在100C将样品预热5分钟 K       1 0,30 0,0 未变化
                          表6．没有添加剂的第二次试验的结果
温度     压力 时间(2bot.Kill*)     APC    乳酸菌   风味、颜色、组织
90C     100,000psi  9分19秒*    1  0,0,0,0     0,0,0,0     未变化
J            2  0,0,10     0,0,0     未变化
             3  0,0,0     0,0,0     未变化
             4  0,0,20     0,0,0     未变化
在100C将样品预热5分钟 K            1  0,0,30     0,0,0     未变化
                 表7．未处理的对比物中初始微生物数和一周微生物数
    初始微生物数
样品 添加剂    初始的     初始的     1周     1周
    APC     乳酸菌     APC     乳酸菌
    1 加了     1,200     24,000     970,000     1,000,000+
    2 加了     1,800     37,000     1,850,000     1,000,000+
    3 加了     1,400     19,000     870,000     1,000,000+
    4 加了     1,400     21,000     1,100,000     1,000,000+
    5 未加     15,000     38,000     950,000     1,000,000+
    6 未加     21,000     69,000     1,800,000     1,000,000+
    7 未加     800     29,000     760,000     1,000,000+
    8 未加     2,400     56,000     1,900,000     1,000,000+
实施例Ⅲ-伴随有不同暂停的高温高压循环
为了进一步确定温度和压力循环以及循环之间暂停期间合适的参数，利用上述实施例2中规定的相同方法对很多通心面和干酪进行了另外的试验，每组包括四个样品。表8列出了接种的通心面和干酪样品(已经历了各种加热和压力循环)与未处理的对比物相比较的初始试验值。然后对于从储藏一周后这些试验组的每一组的另外样品重复微生物计数，如表9列出的那样。
                          表8．初始微生物计数
组/样品  组中全部样品的压力/温度/时间程序 APC 酵母 霉菌 乳酸菌
A   1  100,000psi*/90°/9min.19sec ＜10 ＜10 ＜10 ＜10
    2  常压/90°/5分钟 ＜10 ＜10 ＜10 ＜10
    3  100,000psi/90°/4min.40sec ＜10 ＜10 ＜10 ＜10
4 ＜10 ＜10 ＜10 ＜10
B   1  100,000psi**/90°/18min.40sec ＜10 ＜10 ＜10 ＜10
    2  常压/90°/5分钟 ＜10 ＜10 ＜10 ＜10
    3  100,000psi/90°/4min.40sec ＜10 ＜10 ＜10 ＜10
4 ＜10 ＜10 ＜10 ＜10
C   1  100,000psi*/90°/9min.19sec ＜10 ＜10 ＜10 ＜10
    2  常压/90°/1min. ＜10 ＜10 ＜10 ＜10
    3  100,000psi/90°/4min.40sec ＜10 ＜10 ＜10 ＜10
4 ＜10 ＜10 ＜10 ＜10
D   1  100,000psi*/90°/9min.19sec ＜10 ＜10 ＜10 ＜10
    2  常压/90°/5sec. 10 ＜10 ＜10 ＜10
    3  100,000psi/90°/4min.40sec ＜10 ＜10 ＜10 ＜10
4 ＜10 ＜10 ＜10 ＜10
组/样品  组中全部样品的压力/温度/时间程序 APC 酵母 霉菌 乳酸菌
E   1  100,000psi*/90°/1min. ＜10 ＜10 ＜10 ＜10
    2  常压/90°/1min. ＜10 ＜10 ＜10 ＜10
    3  100,000psi/90°/1min. ＜10 ＜10 ＜10 ＜10
    4 ＜10 ＜10 ＜10 ＜10
F   1  100,000psi*/90°/1min. ＜10 ＜10 ＜10 ＜10
    2  常压/90°/5min. ＜10 ＜10 ＜10 ＜10
    3  100,000psi/90°/1min. ＜10 ＜10 ＜10 ＜10
    4 ＜10 ＜10 ＜10 ＜10
对比物-未处理的样1         ----  4,700  20 ＜10  23,200
    2         ----  6,700  30  10  19,800
    3         ----  5,900  30 ＜10  28,000
    4         ----  2,300  10 ＜10  24,000
*=1.5Fo,**=2.5Fo
                            表9．一周后的微生物计数
样品  压力/温度/时间程序 APC 酵母 霉菌 乳酸菌
A   1  100,000psi*/90°/9min.19sec 10 ＜10 ＜10 ＜10
    2  常压/90°/5min. ＜10 ＜10 ＜10 ＜10
    3  100,000psi/90°/4min.40sec ＜10 ＜10 ＜10 ＜10
    4 10 ＜10 ＜10 ＜10
B   1  100,000psi**/90°/18min.40sec ＜10 ＜10 ＜10 ＜10
    2  常压/90°/5min ＜10 ＜10 ＜10 ＜10
    3  100,000psi/90°/4min.40sec ＜10 ＜10 ＜10 ＜10
    4 ＜10 ＜10 ＜10 ＜10
C   1  100,000psi*/90°/9min.19sec ＜10 ＜10 ＜10 ＜10
    2  常压/90°/min. ＜10 ＜10 ＜10 ＜10
    3  100,000psi/90°/4min.40sec ＜10 ＜10 ＜10 ＜10
    4 ＜10 ＜10 ＜10 ＜10
样品  压力/温度/时间程序 APC 酵母 霉菌 乳酸菌
D   1  100,000psi*/90°/9min.19sec 10 ＜10 ＜10 ＜10
    2  常压/90°/5sec. ＜10  10 10 10
    3  100,000psi/90°/4min.40sec ＜10 ＜10 ＜10 ＜10
    4 ＜10 ＜10 ＜10 ＜10
E   1  100,000psi*/90°/1min. ＜10 ＜10 ＜10 ＜10
    2  常压/90°/1min. ＜10 ＜10 ＜10 ＜10
3 100,000psi/90°/1min. ＜10 ＜10 ＜10 ＜10
    4 ＜10 ＜10 ＜10 ＜10
F   1  100,000psi*/90°/1min. ＜10 ＜10 ＜10 ＜10
    2  常压/90°/5min. 30 ＜10 ＜10 ＜10
    3  100,000psi/90°/1min. ＜10 ＜10 ＜10 20
    4 ＜10 ＜10 ＜10 ＜10
对比物-未处理的样品1 ----  580,000  35,000 ＜10  420,000
    2         ----  620,000  15,200 70  510,000
    3         ----  570,000  90 30  438,000
    4         ----  480,000  30 20  390,000
*=1.5Fo,**=2.5Fo
全部样品表现良好的风味和组织(通心面保持单独的组织)，不存在蒸煮过度的风味。发现压力循环程序(在第一次和第二次循环之间暂停5秒到5分钟)都是可接受的。尤其应注意的是，E组的程序(1分钟加压、1分钟暂停、1分钟加压)在活化灭菌力方面是有效的。三分钟的总程序时间提供商业上可行的、保持风味和组织的迅速灭菌方法。基于D组和E组的结合结果，认为1分钟加压、5秒暂停、1分钟加压的程序也可活化灭菌力。这些试验是在带有加热丝夹套的容器(保持容器壁在202°F)中操作的。通过在90℃预热温度下进行的这一系列试验，我们认为，达100℃的预热温度应当在实现无菌而不过度影响风味和组织方面更有效。
现在的商业高压容器能以每磅$0.002～$0.005的费用处理食品，它是常规加压蒸煮的费用的十分之一。总之，本高压灭菌方法最有效而且在实现储藏稳定的食品方面费用最少。此外，认为它是能在非酸化的储藏稳定的食品中实现冷冻食品质量的唯一方法。
应注意，压力容器壳应优选被绝热而将容器被加压和增加了绝热热量之后的热损耗减到最小。在一个未绝热的高压容器壳中，存在显著的从绝热加热的食品和更凉的容器壳产生的热量损耗。
虽然阐释和描述了本发明优选的实施方案，但应懂得，可在其中作各种改变而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (22)

1．一种将pH大于或等于4.5的低酸性食品灭菌的方法，它包括：
(a)将所述低酸性食品预热到至少70℃的初始温度；
(b)将预热的低酸性食品加压到至少50,000psi的第一次升高的压力达第一段预定的时间；
(c)然后释放第一次升高的压力达预定的一段暂停时间；
(d)接着将低酸性食品再加压到至少50,000psi的第二次升高的压力达第二段预定的时间；以及
(e)减压并冷却低酸性食品，其中，选定初始温度、第一次和第二次升高的压力以及时间段而生产无菌食品，它基本保持未蒸煮过的风味和组织。
2．权利要求1的方法，其中，第一次和第二次升高的压力各自是50,000～140,000psi。
3．权利要求2的方法，其中，第一次和第二次升高的压力各自是60,000～120,000psi。
4．权利要求3的方法，其中，第一次和第二次升高的压力基本相等。
5．权利要求1的方法，其中，释放第一次升高的压力达预定的一段暂停时间的步骤包括释放压力到大致常压。
6．权利要求1的方法，其中，所述暂停时间是大于0到5分钟。
7．权利要求6的方法，其中，预定的暂停时间是1秒～5分钟。
8．权利要求7的方法，其中，预定的暂停时间是5秒～1分钟。
9．权利要求1的方法，其中，所述初始温度是0℃～100℃。
10．权利要求9的方法，其中，所述初始温度是85℃～100℃。
11．权利要求10的方法，其中，所述初始温度是90℃～100℃。
12．权利要求1的方法，其中，在加压、释放和再加压的步骤中将低酸性食品保持至少初始温度。
13．权利要求12的方法，其中，在压力容器中将低酸性食品加压和再加压，对压力容器加热而保持至少初始温度。
14．权利要求13的方法，其中，对加压容器加热而将温度保持在大致等于初始温度加低酸性食品在加压时经受的绝热温升的总和。
15．权利要求1的方法，其中，第一段和第二段预定的时间各自是从大于0到200分钟。
16．权利要求15的方法，其中，第一段和第二段预定的时间各自是10秒～10分钟。
17．权利要求16的方法，其中，第一段和第二段预定的时间各自是1分钟～5分钟。
18．权利要求1的方法，其中，加压、释放和再加压的步骤总时间是少于或等于5分钟。
19．权利要求18的方法，其中，加压、释放和再加压的步骤总时间是少于或等于3分钟。
20．通过权利要求1的方法生产的无菌、低酸性食品。
21．一种将pH大于或等于4.5的低酸性食品灭菌的方法，它包括在如下步骤中将所述低酸性食品保持在至少70℃的温度：
(a)将低酸性食品加压到至少50,000psi的第一次升高的压力达第一段预定的时间；
(b)释放第一次升高的压力达预定的一段暂停时间；以及
(c)将低酸性食品再加压到至少50,000psi的第二次升高的压力达第二段预定的时间，接着减压并冷却低酸性食品，其中，选定温度、升高的压力以及时间段而生产无菌食品，它基本保持未蒸煮的风味和组织。
22．一种将食品灭菌的方法，它包括：
(a)将所述食品预热到至少70℃～100℃的初始温度；
(b)将预热的食品加压到至少50,000psi～140,000psi的第一次升高的压力达第一段预定的时间；
(c)然后将食品减压到大致常压达预定的一段暂停时间；
(d)接着将食品再加压到至少50,000psi～140,000psi的第二次升高的压力达第二段预定的时间；以及
(e)减压并冷却食品，其中，选定初始温度、第一次和第二次升高的压力以及时间段而生产无菌食品，它基本保持未蒸煮的风味和组织。
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