HACCP體系中熱加工殺菌關鍵工序的確認和驗證

 

 

朱華平1，成十周2

（1．天津市“食品營養(yǎng)和安全”重點實驗室，天津科技大學，300457；

2．國家危害分析與關鍵控制點應用研究中心，北京，100029）

 

 

 

摘要： 食品熱加工工藝是HACCP體系中重要的關鍵控制點之一。本文著重對食品熱殺菌工藝的確認及驗證過程進行了分析，研究了殺菌設備熱分布和產(chǎn)品熱穿透測試的方法。

 

關鍵詞：熱殺菌，熱分布，熱穿透，HACCP

 

1．前言

HACCP（Hazard Analysis and Critical Control Points）即危害分析關鍵控制點，是目前世界上最有權威的食品安全質量保護體系[1]。它是對在食品加工環(huán)節(jié)中可能存在的生物危害、化學危害和物理危害這三種安全危害進行評估，而后根據(jù)評估進行控制的一種預防性食品安全控制體系。由食品的危害分析(Hazard Analysis，HA)和關鍵控制點(Critical control Points，CCPs)兩部分組成[2]。簡單地說就是在生產(chǎn)環(huán)節(jié)中對可能產(chǎn)生危害的關鍵點進行質量控制，從而提高產(chǎn)品質量。其宗旨是將這些可能發(fā)生的食品安全危害消除在生產(chǎn)過程中，而不是靠事后檢驗來保證產(chǎn)品的可靠性[3]。

同時，HACCP體系又是建立在良好操作規(guī)范(GMP)和衛(wèi)生標準操作規(guī)程(SSOP)基礎之上的控制危害的預防性體系，它的主要控制目標是食品的安全性，因此它與其他的質量管理體系相比，可以將主要精力放在影響產(chǎn)品安全的關鍵加工點上，而不是將每一步驟都放上很多精力，這樣的預防顯得更為有效[4,5]。因此，被國際權威機構認可為控制由食品引起的疾病最有效的方法，被世界上越來越多的國家認為是確保食品安全的有效措施。

在食品工業(yè)中，殺菌技術作為在短時間內殺死有害微生物的技術，是控制微生物技術中最重要的手段，也是HACCP體系中最重要的關鍵控制點（CCP點）[6,7]。近年來，隨著HACCP的引入，國家對食品產(chǎn)品質量標準的不斷改進，以及消費者對產(chǎn)品色、香、味、組織及營養(yǎng)價值的要求，食品生產(chǎn)廠家必須保證在生產(chǎn)中殺菌前后，食品的成分、質構等變化盡可能小。另外，對殺菌技術而言，必須考慮殺菌后的食品對人體的影響及安全性。因而，對殺菌技術的要求也越來越嚴格[8]。

1作者簡介：朱華平（1980—）男，在讀博士研究生，研究方向：食品安全

食品殺菌的方法很多，加熱殺菌以其有效、便捷和經(jīng)濟等優(yōu)點，成為目前食品工業(yè)中殺菌的最常用方法。加熱殺菌，不僅要迅速有效地殺死存在于食品中的有害微生物，還必須將殺菌熱力對食品品質的影響和組織成分的損傷控制在最小限度內。因此，加熱殺菌條件的選擇，不但要考慮有害微生物的耐熱性，而且還必須充分研究加熱溫度、時間等條件對食品品質的影響程度。

2．食品熱殺菌條件的確認

2.1 食品熱殺菌的作用

食品的熱殺菌是食品企業(yè)HACCP體系中最重要的關鍵控制點，是改善食品品質、延長食品貯藏期的最重要的處理方法之一，熱殺菌的作用效果包括正面作用(期望的)和負面作用(不期望的)。其正面作用主要是殺死微生物、鈍化酶；改善食品的品質和特性，提高食品中營養(yǎng)成分的可消化性和可利用率；破壞食品中不符合需要或有害的成分。而熱殺菌的負面作用主要指在熱殺菌中食品的營養(yǎng)和風味成分，特別是熱敏性成分有一定的損失，故而，對食品的品質和特性有一定的影響[9]。

熱殺菌的形式有：按殺菌溫度的高低，可將熱殺菌分為常溫殺菌(≤100℃)、高溫殺菌(＞100℃)、超高溫殺菌(＞l30℃)；按殺滅微生物的種類的不同可分為巴氏殺菌(Pasteurization)和商業(yè)殺菌(Sterilization)；按殺菌壓力又可將熱殺菌分為常壓殺菌和加壓殺菌。

2.2 食品熱殺菌的反應動力學

要尋找到食品最佳的熱殺菌條件，必須先了解熱處理時食品中各成分（微生物、酶、營養(yǎng)成分和質量因素等）的變化規(guī)律，主要包括：（1）在某一熱處理條件下食品成分的熱處理破壞速率；（2）溫度對這些反應的影響。

食品中各成分的熱破壞反應一般均遵循一級反應動力學，也就是說各成分的熱破壞反應速率與反應物的濃度呈正比關系。這一關系通常被稱為“熱滅活或熱破壞的對數(shù)規(guī)律”。這一關系意味著，在某一熱處理溫度(足以達到熱滅活或熱殺菌溫度)下，單位時間內，微生物(食品成分)被殺滅或被破壞的比例是恒定的。

要了解在一變化溫度的熱處理過程中食品成分的破壞情況，必須了解不同（致死）溫度下食品的熱破壞規(guī)律，便于比較不同溫度下的熱處理效果。反映熱破壞反應速率常數(shù)和溫度關系的方法主要有3種：一種是熱力致死曲線；另一種是阿累尼烏斯（Arrhenius）方程；還有一種是溫度系數(shù)（Q值）。

2.3食品熱殺菌條件的確定

當確定食品熱殺菌條件時，還應考慮影響熱殺菌的各種因素。食品的熱殺菌以殺菌和抑酶為主要目的，應基于微生物和酶的耐熱性，并根據(jù)實際熱處理時的傳熱情況，確定達到殺菌和抑酶的最小熱處理程度。具體過程見圖1。

 

圖1 確定食品熱殺菌條件的過程

目前，熱殺菌技術的主要研究方向是熱殺菌條件的優(yōu)化和熱殺菌設備的選擇。熱殺菌條件的是優(yōu)化就是協(xié)調熱殺菌的溫度－時間條件，使熱殺菌的效果達到期望的作用，而盡量減少不期望的作用。對于熱殺菌設備其最常用的便是蒸汽殺菌設備，其次是微波加熱殺菌設備和水浴加熱殺菌設備。

3．食品熱殺菌工序的驗證

食品熱殺菌工序的驗證，包含殺菌設備和殺菌工藝兩部分的綜合驗證，是HACCP體系認證中一個重要的驗證環(huán)節(jié)。

3.1 檢測設備

   對于殺菌設備和殺菌工藝的驗證需要使用系統(tǒng)溫度檢測設備。目前普遍采用丹麥ELLAB熱檢測設備，它分為無線設備和有線設備兩種。對于使用殺菌釜（殺菌鍋）對食品進行高溫殺菌的，一般采用ELLAB有限設備對熱殺菌工序進行驗證；對于使用蒸柜、蒸煮機等其他殺菌設備的食品企業(yè)，一般采用ELLAB無線設備對熱殺菌工序進行驗證。ELLAB溫度檢測設備每年需要對溫度傳感器進行一次校準，一般在使用前用已校準的水銀溫度計再次校準。

3.2殺菌設備的驗證

對于殺菌設備的驗證，一般采用熱分布進行檢測。熱分布檢測是食品熱殺菌工序驗證的基礎，主要考察殺菌設備在食品殺菌過程中產(chǎn)品受熱是否均勻。所以，在進行熱分布檢測時，殺菌設備一定要按照正常的生產(chǎn)規(guī)程填裝產(chǎn)品，單一對空載的殺菌設備進行熱分布檢測是沒有意義的。同時，在進行熱分布檢測時，還要對殺菌設備的各種性能指標進行考察和限定。目前，我國對出口罐頭食品生產(chǎn)已頒布出臺了《進出口罐頭食品檢驗規(guī)程》（SN/T 0400.1~0400.9-2005）。

在進行熱分布檢測時，溫度傳感器應均勻分布在殺菌設備內，常見殺菌設備所對應的溫度傳感器數(shù)量見表1。為確保熱分布測試的準確性，重復測試3～5次，每次應詳細記錄殺菌設備及產(chǎn)品各項參數(shù)指標，例如：蒸汽壓力、供汽方式、產(chǎn)品擺放形式、放置的產(chǎn)品數(shù)量等等。現(xiàn)以A、B兩個食品廠使用的側噴式殺菌鍋熱分布檢測進行舉例說明。食品A廠殺菌鍋的熱分布檢測圖見圖2，恒溫階段放大圖見圖3；食品B廠殺菌鍋的熱分布檢測圖見圖4，恒溫階段放大圖見圖5。

表1 殺菌設備對應的溫度傳感器數(shù)量

食品A廠殺菌鍋的殺菌規(guī)程是108℃殺菌20min，從圖2可以明顯發(fā)現(xiàn)在恒溫階段殺菌鍋內壓力不是很穩(wěn)定，導致在39min左右有一明顯降溫過程；從圖3可以看出各傳感器檢測點位的溫度始終沒有聚合，恒溫階段最低溫度大約在105℃，不能滿足殺菌規(guī)程的要求。通過計算在恒溫階段，該殺菌鍋內各檢測點位最大溫差為 。說明A廠的殺菌鍋熱分布不是很均勻，需進一步改進設備條件。

 

圖2   食品A廠殺菌鍋熱分布檢測圖

 

圖3 食品A廠殺菌鍋熱分布檢測恒溫階段放大圖

 

圖4   食品B廠殺菌鍋熱分布檢測圖

 

圖5   食品B廠殺菌鍋熱分布檢測恒溫階段放大圖

食品B廠殺菌鍋是采用梯度殺菌規(guī)程，從圖4、圖5可以看出殺菌鍋內各傳感器檢測點位的溫度在恒溫階段聚合的較好，放大后未發(fā)現(xiàn)溫度曲線有明顯波動，說明熱量分布很均勻、穩(wěn)定。而且通過計算在恒溫階段，該殺菌鍋內各檢測點位最大溫差僅有 。該廠殺菌鍋的溫差僅為食品A廠的1/7。

3.3 殺菌工藝的驗證

食品殺菌工藝的驗證是HACCP體系中最關鍵的控制點之一，殺菌工藝的好壞直接關系到產(chǎn)品的質量。如果殺菌不足則不能完全消除產(chǎn)品中的有害微生物和致病菌，導致產(chǎn)品在保質期內有可能腐敗，該食品在消費過程中就會存在較大的風險。但如果過度殺菌則會影響產(chǎn)品的風味和口感，同時營養(yǎng)物質也會大量的流失。所以，如何能夠找到一個合理、安全的殺菌工藝是產(chǎn)品R&D人員最重要也是最困難的事情。

食品殺菌工藝的驗證必須在殺菌設備熱分布檢測合格的基礎上進行的。對于殺菌工藝的驗證，一般采用產(chǎn)品熱穿透進行檢測。熱穿透檢測的目的主要是考察在殺菌過程中產(chǎn)品內部所受傳熱能量是否可以滿足產(chǎn)品的安全性要求。

對于熱殺菌而言，具體的熱加工過程可以通過兩種方法完成。一種是先用熱交換器將食品殺菌并達到商業(yè)無菌的要求，然后裝入經(jīng)過殺菌的容器并密封；另一種是先將食品裝入容器，然后再進行密封和殺菌。前一種方法多用于流態(tài)食品，由于熱處理是在熱交換器中進行，傳熱過程可以通過一定的方法進行強化，傳熱也呈穩(wěn)態(tài)傳熱；后一種方法是傳統(tǒng)的罐頭食品加工方法。

影響容器內食品傳熱的因素包括：表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)；食品和容器的物理性質；加熱介質（蒸汽）的溫度和食品初始溫度之間的溫度差；容器的大小。對于蒸汽加熱的情況，通常認為其表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)很大（相對于食品的導熱性而言），此時傳熱的阻力主要來自包裝及食品。對金屬包裝食品來說，傳熱時熱穿透的速率取決于容器內食品的傳熱機制。對于粘度不很高的液體或湯汁中含有小顆粒固體的食品，傳熱時食品會發(fā)生自然對流，熱穿透的速率較快，而且此時的對流傳熱還可以通過旋轉或攪拌罐頭來加強，如旋轉式殺菌設備。容器內裝的是特別黏稠的液態(tài)食品或固態(tài)食品時，食品中的傳熱主要以傳導的方式進行，其熱穿透的速率較慢。還有一些食品的傳熱可能是混合形式的，當食品的溫度較低時，傳熱為熱傳導，而食品的溫度升高后，傳熱可能以對流為主。這類食品的熱穿透速率隨傳熱形式的變化而發(fā)生變化。

要準確地評價罐頭類食品在熱處理中的受熱程度，必須找出能代表罐頭容器內食品溫度變化的溫度點，通常人們選罐內溫度變化最慢的冷點（Cold point）溫度，加熱時該點的溫度最低（此時又稱最低加熱溫度點，Slowest heating point），冷卻時該點的溫度最高。

罐頭冷點的位置與罐內食品的傳熱情況有關。對于傳導傳熱方式的罐頭，由于傳熱的過程是從罐壁傳向罐頭的中心處，罐頭的冷點在罐內的幾何中心。對于對流傳熱的罐頭，由于罐內食品發(fā)生對流，熱的食品上升，冷的食品下降，罐頭的冷點將向下移，通常在罐內的中心軸上、罐頭幾何中心之下的某一位置。而傳導和對流混合傳熱的罐。其冷點在上述兩者之間。熱穿透檢測溫度傳感器安裝示意圖見圖6。

 

圖6   熱穿透檢測溫度傳感器安裝示意圖

在進行熱穿透檢測時，溫度傳感器應安放在產(chǎn)品內部或冷點附近。一般熱穿透檢測需要6～8支溫度傳感器，記錄產(chǎn)品在殺菌過程中溫度的變化情況。通過專業(yè)軟件，如ELLAB的ValsuiteBasic軟件，可以計算出產(chǎn)品的殺菌值又稱F值。F值是指在一定的致死溫度下將一定數(shù)量的某種微生物全部殺死所需的時間。一般將標準殺菌條件下的殺菌值記為F0。通過實際檢測的F值與產(chǎn)品安全理論計算的殺菌值F比較，可以驗證食品的殺菌工藝是否安全（見表2）。

表2 實際殺菌值與理論殺菌值對比表

	殺菌效果
實際F值＞＞理論F值	殺菌過度
實際F值≥理論F值	殺菌合理
實際F值＜理論F值	殺菌不足

4．小結

無論是殺菌設備的熱分布檢測，還是測試產(chǎn)品熱穿透驗證試驗，在工廠預定的殺菌工藝中，只有設備穩(wěn)定且經(jīng)校準良好，3次重復測試的結果有相當高的重現(xiàn)性時，其檢測結果才有可靠性。若重現(xiàn)性較差．說明操作有誤或設備不穩(wěn)定。特別是使用蒸汽作為能源供應的殺菌設備，蒸汽的不穩(wěn)定對測試結果的影響較大。若熱殺菌工序經(jīng)過評估驗證符合要求，則應當按照測試時設定的殺菌規(guī)程進行實際生產(chǎn)，才能有效的保證產(chǎn)品質量。所以當某個規(guī)格的產(chǎn)品其熱加工工藝等條件或參數(shù)有變動時，需要對殺菌設備熱分布和產(chǎn)品熱穿透情況進行重新檢測和驗證。

由于食品熱殺菌過程中對殺菌設備的要求比較高，一般食品企業(yè)殺菌設備常年使用對設備缺乏維護，易產(chǎn)生安全隱患，一般推薦食品企業(yè)每年對殺菌設備進行一次熱分布檢測。

食品熱加工殺菌工藝的驗證是HACCP體系中最重要的關鍵控制點之一，由于殺菌設備的熱分布和產(chǎn)品熱穿透檢測的特殊性、重要性。因此，推薦食品企業(yè)對于產(chǎn)品熱加工殺菌工藝的確認和驗證由具有資質的專業(yè)檢測機構來完成。

 

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DETERMINATION AND CONFIRMATION OF HEAT STERILIZATION CRITICAL PROCEDURE OF HACCP SYSTEM

ZHU Huaping1，CHENG Shizhou2，YANG Qian2

 (1.Tianjin Key Laboratory of Food Nutrition and Safety , Tianjin University of Science and Technology, 300457；2.

 

Abstract：Food heat process technology was one of the most critical control points of HACCP system. In this paper, determination and confirmation methods of food heat sterilization technology and the test methods of heat distribution of sterilization equipment and production heat penetration were studied.

 

Key words：Heat sterilization, Heat distribution, Heat penetration, HACCP

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