HACCP体系中热加工杀菌关键工序的确认和验证

 

 

朱华平1，成十周2

（1．天津市“食品营养和安全”重点实验室，天津科技大学，300457；

2．国家危害分析与关键控制点应用研究中心，北京，100029）

 

 

 

摘要： 食品热加工工艺是HACCP体系中重要的关键控制点之一。本文着重对食品热杀菌工艺的确认及验证过程进行了分析，研究了杀菌设备热分布和产品热穿透测试的方法。

 

关键词：热杀菌，热分布，热穿透，HACCP

 

1．前言

HACCP（Hazard Analysis and Critical Control Points）即危害分析关键控制点，是目前世界上最有权威的食品安全质量保护体系[1]。它是对在食品加工环节中可能存在的生物危害、化学危害和物理危害这三种安全危害进行评估，而后根据评估进行控制的一种预防性食品安全控制体系。由食品的危害分析(Hazard Analysis，HA)和关键控制点(Critical control Points，CCPs)两部分组成[2]。简单地说就是在生产环节中对可能产生危害的关键点进行质量控制，从而提高产品质量。其宗旨是将这些可能发生的食品安全危害消除在生产过程中，而不是靠事后检验来保证产品的可靠性[3]。

同时，HACCP体系又是建立在良好操作规范(GMP)和卫生标准操作规程(SSOP)基础之上的控制危害的预防性体系，它的主要控制目标是食品的安全性，因此它与其他的质量管理体系相比，可以将主要精力放在影响产品安全的关键加工点上，而不是将每一步骤都放上很多精力，这样的预防显得更为有效[4,5]。因此，被国际权威机构认可为控制由食品引起的疾病最有效的方法，被世界上越来越多的国家认为是确保食品安全的有效措施。

在食品工业中，杀菌技术作为在短时间内杀死有害微生物的技术，是控制微生物技术中最重要的手段，也是HACCP体系中最重要的关键控制点（CCP点）[6,7]。近年来，随着HACCP的引入，国家对食品产品质量标准的不断改进，以及消费者对产品色、香、味、组织及营养价值的要求，食品生产厂家必须保证在生产中杀菌前后，食品的成分、质构等变化尽可能小。另外，对杀菌技术而言，必须考虑杀菌后的食品对人体的影响及安全性。因而，对杀菌技术的要求也越来越严格[8]。

1作者简介：朱华平（1980—）男，在读博士研究生，研究方向：食品安全

食品杀菌的方法很多，加热杀菌以其有效、便捷和经济等优点，成为目前食品工业中杀菌的最常用方法。加热杀菌，不仅要迅速有效地杀死存在于食品中的有害微生物，还必须将杀菌热力对食品品质的影响和组织成分的损伤控制在最小限度内。因此，加热杀菌条件的选择，不但要考虑有害微生物的耐热性，而且还必须充分研究加热温度、时间等条件对食品品质的影响程度。

2．食品热杀菌条件的确认

2.1 食品热杀菌的作用

食品的热杀菌是食品企业HACCP体系中最重要的关键控制点，是改善食品品质、延长食品贮藏期的最重要的处理方法之一，热杀菌的作用效果包括正面作用(期望的)和负面作用(不期望的)。其正面作用主要是杀死微生物、钝化酶；改善食品的品质和特性，提高食品中营养成分的可消化性和可利用率；破坏食品中不符合需要或有害的成分。而热杀菌的负面作用主要指在热杀菌中食品的营养和风味成分，特别是热敏性成分有一定的损失，故而，对食品的品质和特性有一定的影响[9]。

热杀菌的形式有：按杀菌温度的高低，可将热杀菌分为常温杀菌(≤100℃)、高温杀菌(＞100℃)、超高温杀菌(＞l30℃)；按杀灭微生物的种类的不同可分为巴氏杀菌(Pasteurization)和商业杀菌(Sterilization)；按杀菌压力又可将热杀菌分为常压杀菌和加压杀菌。

2.2 食品热杀菌的反应动力学

要寻找到食品最佳的热杀菌条件，必须先了解热处理时食品中各成分（微生物、酶、营养成分和质量因素等）的变化规律，主要包括：（1）在某一热处理条件下食品成分的热处理破坏速率；（2）温度对这些反应的影响。

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”。这一关系意味着，在某一热处理温度(足以达到热灭活或热杀菌温度)下，单位时间内，微生物(食品成分)被杀灭或被破坏的比例是恒定的。

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，便于比较不同温度下的热处理效果。反映热破坏反应速率常数和温度关系的方法主要有3种：一种是热力致死曲线；另一种是阿累尼乌斯（Arrhenius）方程；还有一种是温度系数（Q值）。

2.3食品热杀菌条件的确定

当确定食品热杀菌条件时，还应考虑影响热杀菌的各种因素。食品的热杀菌以杀菌和抑酶为主要目的，应基于微生物和酶的耐热性，并根据实际热处理时的传热情况，确定达到杀菌和抑酶的最小热处理程度。具体过程见图1。

 

图1 确定食品热杀菌条件的过程

目前，热杀菌技术的主要研究方向是热杀菌条件的优化和热杀菌设备的选择。热杀菌条件的是优化就是协调热杀菌的温度－时间条件，使热杀菌的效果达到期望的作用，而尽量减少不期望的作用。对于热杀菌设备其最常用的便是蒸汽杀菌设备，其次是微波加热杀菌设备和水浴加热杀菌设备。

3．食品热杀菌工序的验证

食品热杀菌工序的验证，包含杀菌设备和杀菌工艺两部分的综合验证，是HACCP体系认证中一个重要的验证环节。

3.1 检测设备

   对于杀菌设备和杀菌工艺的验证需要使用系统温度检测设备。目前普遍采用丹麦ELLAB热检测设备，它分为无线设备和有线设备两种。对于使用杀菌釜（杀菌锅）对食品进行高温杀菌的，一般采用ELLAB有限设备对热杀菌工序进行验证；对于使用蒸柜、蒸煮机等其他杀菌设备的食品企业，一般采用ELLAB无线设备对热杀菌工序进行验证。ELLAB温度检测设备每年需要对温度传感器进行一次校准，一般在使用前用已校准的水银温度计再次校准。

3.2杀菌设备的验证

对于杀菌设备的验证，一般采用热分布进行检测。热分布检测是食品热杀菌工序验证的基础，主要考察杀菌设备在食品杀菌过程中产品受热是否均匀。所以，在进行热分布检测时，杀菌设备一定要按照正常的生产规程填装产品，单一对空载的杀菌设备进行热分布检测是没有意义的。同时，在进行热分布检测时，还要对杀菌设备的各种性能指标进行考察和限定。目前，我国对出口罐头食品生产已颁布出台了《进出口罐头食品检验规程》（SN/T 0400.1~0400.9-2005）。

在进行热分布检测时，温度传感器应均匀分布在杀菌设备内，常见杀菌设备所对应的温度传感器数量见表1。为确保热分布测试的准确性，重复测试3～5次，每次应详细记录杀菌设备及产品各项参数指标，例如：蒸汽压力、供汽方式、产品摆放形式、放置的产品数量等等。现以A、B两个食品厂使用的侧喷式杀菌锅热分布检测进行举例说明。食品A厂杀菌锅的热分布检测图见图2，恒温阶段放大图见图3；食品B厂杀菌锅的热分布检测图见图4，恒温阶段放大图见图5。

表1 杀菌设备对应的温度传感器数量

食品A厂杀菌锅的杀菌规程是108℃杀菌20min，从图2可以明显发现在恒温阶段杀菌锅内压力不是很稳定，导致在39min左右有一明显降温过程；从图3可以看出各传感器检测点位的温度始终没有聚合，恒温阶段最低温度大约在105℃，不能满足杀菌规程的要求。通过计算在恒温阶段，该杀菌锅内各检测点位最大温差为 。说明A厂的杀菌锅热分布不是很均匀，需进一步改进设备条件。

 

图2   食品A厂杀菌锅热分布检测图

 

图3 食品A厂杀菌锅热分布检测恒温阶段放大图

 

图4   食品B厂杀菌锅热分布检测图

 

图5   食品B厂杀菌锅热分布检测恒温阶段放大图

食品B厂杀菌锅是采用梯度杀菌规程，从图4、图5可以看出杀菌锅内各传感器检测点位的温度在恒温阶段聚合的较好，放大后未发现温度曲线有明显波动，说明热量分布很均匀、稳定。而且通过计算在恒温阶段，该杀菌锅内各检测点位最大温差仅有 。该厂杀菌锅的温差仅为食品A厂的1/7。

3.3 杀菌工艺的验证

食品杀菌工艺的验证是HACCP体系中最关键的控制点之一，杀菌工艺的好坏直接关系到产品的质量。如果杀菌不足则不能完全消除产品中的有害微生物和致病菌，导致产品在保质期内有可能腐败，该食品在消费过程中就会存在较大的风险。但如果过度杀菌则会影响产品的风味和口感，同时营养物质也会大量的流失。所以，如何能够找到一个合理、安全的杀菌工艺是产品R&D人员最重要也是最困难的事情。

食品杀菌工艺的验证必须在杀菌设备热分布检测合格的基础上进行的。对于杀菌工艺的验证，一般采用产品热穿透进行检测。热穿透检测的目的主要是考察在杀菌过程中产品内部所受传热能量是否可以满足产品的安全性要求。

对于热杀菌而言，具体的热加工过程可以通过两种方法完成。一种是先用热交换器将食品杀菌并达到商业无菌的要求，然后装入经过杀菌的容器并密封；另一种是先将食品装入容器，然后再进行密封和杀菌。前一种方法多用于流态食品，由于热处理是在热交换器中进行，传热过程可以通过一定的方法进行强化，传热也呈稳态传热；后一种方法是传统的罐头食品加工方法。

影响容器内食品传热的因素包括：表面传热系数；食品和容器的物理性质；加热介质（蒸汽）的温度和食品初始温度之间的温度差；容器的大小。对于蒸汽加热的情况，通常认为其表面传热系数很大（相对于食品的导热性而言），此时传热的阻力主要来自包装及食品。对金属包装食品来说，传热时热穿透的速率取决于容器内食品的传热机制。对于粘度不很高的液体或汤汁中含有小颗粒固体的食品，传热时食品会发生自然对流，热穿透的速率较快，而且此时的对流传热还可以通过旋转或搅拌罐头来加强，如旋转式杀菌设备。容器内装的是特别黏稠的液态食品或固态食品时，食品中的传热主要以传导的方式进行，其热穿透的速率较慢。还有一些食品的传热可能是混合形式的，当食品的温度较低时，传热为热传导，而食品的温度升高后，传热可能以对流为主。这类食品的热穿透速率随传热形式的变化而发生变化。

要准确地评价罐头类食品在热处理中的受热程度，必须找出能代表罐头容器内食品温度变化的温度点，通常人们选罐内温度变化最慢的冷点（Cold point）温度，加热时该点的温度最低（此时又称最低加热温度点，Slowest heating point），冷却时该点的温度最高。

罐头冷点的位置与罐内食品的传热情况有关。对于传导传热方式的罐头，由于传热的过程是从罐壁传向罐头的中心处，罐头的冷点在罐内的几何中心。对于对流传热的罐头，由于罐内食品发生对流，热的食品上升，冷的食品下降，罐头的冷点将向下移，通常在罐内的中心轴上、罐头几何中心之下的某一位置。而传导和对流混合传热的罐。其冷点在上述两者之间。热穿透检测温度传感器安装示意图见图6。

 

图6   热穿透检测温度传感器安装示意图

在进行热穿透检测时，温度传感器应安放在产品内部或冷点附近。一般热穿透检测需要6～8支温度传感器，记录产品在杀菌过程中温度的变化情况。通过专业软件，如ELLAB的ValsuiteBasic软件，可以计算出产品的杀菌值又称F值。F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。一般将标准杀菌条件下的杀菌值记为F0。通过实际检测的F值与产品安全理论计算的杀菌值F比较，可以验证食品的杀菌工艺是否安全（见表2）。

表2 实际杀菌值与理论杀菌值对比表

	杀菌效果
实际F值＞＞理论F值	杀菌过度
实际F值≥理论F值	杀菌合理
实际F值＜理论F值	杀菌不足

4．小结

无论是杀菌设备的热分布检测，还是测试产品热穿透验证试验，在工厂预定的杀菌工艺中，只有设备稳定且经校准良好，3次重复测试的结果有相当高的重现性时，其检测结果才有可靠性。若重现性较差．说明操作有误或设备不稳定。特别是使用蒸汽作为能源供应的杀菌设备，蒸汽的不稳定对测试结果的影响较大。若热杀菌工序经过评估验证符合要求，则应当按照测试时设定的杀菌规程进行实际生产，才能有效的保证产品质量。所以当某个规格的产品其热加工工艺等条件或参数有变动时，需要对杀菌设备热分布和产品热穿透情况进行重新检测和验证。

由于食品热杀菌过程中对杀菌设备的要求比较高，一般食品企业杀菌设备常年使用对设备缺乏维护，易产生安全隐患，一般推荐食品企业每年对杀菌设备进行一次热分布检测。

食品热加工杀菌工艺的验证是HACCP体系中最重要的关键控制点之一，由于杀菌设备的热分布和产品热穿透检测的特殊性、重要性。因此，推荐食品企业对于产品热加工杀菌工艺的确认和验证由具有资质的专业检测机构来完成。

 

参考文献：

[1] 马朝辉．HACCP体系在三类产品中的应用现状[J]．中国食品卫生杂志，2002，14(4)：45-49．

[2] 潘永．HACCP体系建设对我国食品出口的影响及对策[J]．生产力研究，2006，10:152-154．

[3] 曾庆孝．食品生产的危害分析与关键控制点(HACCP)原理与应用[J]．广州：华南理工大学出版社，2000:10-11．

[4] 杨永华编著．企业推行食品安全管理体系HACCP实用教程[M]．北京：中国标准出版社，2003．

[5] 杨洁彬等编．食品安全性[M]．北京：中国轻工业出版杜，1999．

[6] 桑雨周．危害性分析与关键控制点系统(HACCP)的建立与实施[J]．内品卫生，1999，4(6)：78~80．

[7] 许喜林．危害分析和关键控制点(HACCP)系统的建立[J]．山西食品工业，2000，(3)：18-20．

[8] 陈小娥，方旭波．杀菌技术在食品加工中的应用进展[J]．浙江海洋学院学报，2002，21(1)：62-65．

[9] 李汴生．热杀菌与非热杀菌特性与方法[J]．粮油加工与食品机械，2001，7：14-15．

 

 

 

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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