第一篇：新型殺菌技術

新型食品殺菌技術研究進展

沈子明 20110806144

（徐州工程學院 食品(生物)工程學院，江蘇 徐州221000）

摘要：隨著人們生活和消費水平的提高，對各種食品的總體質量要求越來越高，要求食品不破壞或少破壞營養成分，保持原有的風味。這就對食品的殺菌工藝及設備提出了新的要求。傳統的殺菌技術存在著種種弊端，隨著科學技術的發展，一些用于殺菌工藝的高新技術應運而生。本文主要介紹了一些新的殺菌技術的原理及其在食品工業中的應用。

關鍵詞：食品殺菌；新技術；發展應用

Research Progress of the New Food Sterilization Technology

SHEN Zi-ming20110806144

(College of Food(Biology)Engineering, Xuzhou Institute Of Technology, Xuzhou221000, China)

Abstract: With the improvement of people's living and consumption level, people's demond on all kinds of food is more and more high, who require that food is not damaged or less destruction of nutrients and keep the original flavor.This puts forward new requirements on the sterilization process and equipment for food.The traditional sterilization technology has many shortcomings, with the development of science and technology, some to emerge as the times require high-tech sterilization process.This paper mainly introduces the application of the principle of some new sterilizing technology and their applications in food industry.Key words:Food sterilization;New technology;Development and application

中圖文分類號：TS201.6文獻標志碼：A文章編號：

食品是人類賴以生存和發展的最基本物質條件，食品安全直接關系到國民的身體健康和生命安全。食品腐敗變質的主要原因是某些微生物的存在致使食品品質改變，因此，食品殺菌就成為食品加工中的重要操作單元，即通過殺滅腐敗菌和致病菌來延長產品的貯藏期，保證產品的安全[1]。傳統的殺菌都是采用高溫干燥、燙漂、巴氏殺菌、冷凍及防腐劑等常規技術，但這些技術大都處理時間長，殺菌不徹底或不易實驗自動化生產，同時影響食品原有的風味和營養成份[2]。為了更大限度的保持食品天然的色、香、味和一些生理活性成分，滿足現代人生活要求，近年來，國際食品領域涌現出一些高效、安全、能保持食品原有風味和營養的殺菌新技術。

各種殺菌技術發展的歷史長短不一，有著各自的特點和適用范圍。現將現代食品工程中應用的各種新殺菌方法的特點、研究現狀及其應用領域作以介紹。

1熱力殺菌技術

1.1超高溫瞬時殺菌技術

超高溫殺菌于1949年隨著斯托克（Stork）裝置的出現而問世，其后國際上出現了多種類型的超高溫殺菌裝置。超高溫處理可分為間接加熱和直接加熱兩大類型。它是使料液迅速升溫至130 ℃以上，然后保持幾秒鐘，再迅速冷卻到30~40 ℃從而實現對料液瞬間的殺菌。超高溫瞬時殺菌技術的殺菌效果特別好，幾乎可達到或接近滅菌的要求，而且殺菌時間短，物料中營養物質破壞少，營養成分保存率達92％以上，大大優越于傳統的熱力殺菌法。配合食品無菌包裝技術的超高溫式殺菌裝置在國內外發展很快，目前這種殺菌技術已廣泛用于殺菌乳、果汁及各種飲料、豆乳、酒等產品的生產中[3]。

1.2歐姆殺菌技術

電阻加熱殺菌也叫歐姆殺菌，是一種新型熱殺菌方法，它借通入的電流使食品內部產生熱量而達到殺菌的目的，是酸性和低酸性食品和帶顆粒(粒徑小于25 mm)食品進行連續殺菌的一種新技術。電阻加熱殺菌使用交流電的頻率為50-60 Hz, 它利用電極將電流直接導入食品，由食品自身的介電性質產生熱量，以達到殺菌的目的。電阻加熱的適用性由食品物料的電導率來決定，大多數能用泵輸送的、溶解有鹽類離子且含水量在30％以上的食品都可用電阻加熱來殺菌，且效果很好，而一些脂肪、糖、油、未添加鹽的處理水等非離子化的食品則不適用該技術。英國APV食品加工中心的試驗表明，電阻加熱已成功地用于各種包含大顆粒的食品和片狀食品的殺菌，如馬鈴薯、胡蘿卜、蘑菇、牛肉、雞肉、片狀蘋果、菠蘿、桃等[4]。在國內這一技術已試用于大豆食品的加工，且得到良好的效果。

1.3高壓低溫殺菌技術

高壓低溫殺菌是將食品在60 ℃條件下，使用608 MPa壓對食品進行殺菌處理，可將霉菌和芽孢菌的數量減少到原先的十萬分之一。在25 ℃的條件下，使用608 MPa，處理20 min，可將土豆色拉、豬肉等食品的芽孢菌全部殺死。美國用高壓低溫對天然果汁進行殺菌處理，也取得滿意的結果[5]。該技術對肉食、果蔬或果汁，可在不破壞食品原有的成分結構和風味的情況下達到殺菌效果。

1.4微波殺菌技術

微波殺菌是指波長在1 mm~1 m(頻率為300~3×105 MHz)之間的電磁波以光速向前直進，遇到食品類介質損失較大的物質則吸收，吸收后產生分子間的磨擦，從而把電波能轉為熱能。由于食品中的微生物吸收電能而使溫度升高，破壞菌體中的蛋白質，從而起到殺死微生物服務體作用。微波加熱殺菌，具有穿透能力強，節約能源，加熱效率高等特點[6]。目前可用于肉、魚、豆制品、牛乳、水果及啤酒等的殺菌。錢建亞[7]啤酒采用中高功率殺菌后，菌落總數小于14 cfu/mL，大腸菌群未檢出，都符合國標GB4927-1985。

2冷殺菌技術

2.1超高壓殺菌技術

所謂高壓殺菌是指將食品放人液體介質中，加100 MPa-1000 MPa的壓力作用一段時間后，如同加熱一樣，殺滅食品中的微生物的過程。高壓殺菌對微生物的致死作用主要是通過破壞其細胞膜和細胞壁，使蛋白質凝固(蛋白質高級結構改變)，抑制酶的活性和遺傳物質的復制等實現的。高壓的殺菌效果，一般而言，壓力越高，效果越好。在相同壓力下延長受壓時間并不一定能提高滅菌效果。高壓殺菌避免了熱處理而出現的影響食品品質的各種弊端，保持了食品的原有風味、色澤和營養價值。由于是液體介質的瞬間壓縮過程，滅菌均勻，無污染，操作安全，且較加熱法耗能低，減少環境污染。經研究高壓處理后的果汁和蔬菜汁達到了殺菌效果，而且Vc損失很少，殘存酶活性只有4％，色香味等感官指標不變，其綜合效果優于熱力殺。同時超高壓殺菌還可能因其機械壓力引起果蔬在極限壓力下變形或狀態明顯改變，因此它主要運用于沒有固定形狀的果蔬制品中[8]，產生不可逆變化。黃亞東等

[9]利用超高壓處理技術對純天然、熱敏性的胡蘿卜-花生奶茶進行殺菌處理，能使蛋白質變性、微生物失去活性。還可達到保持營養、改善風味、提高品質、延長貨架期等目的。

2.2輻射殺菌技術

自從原子能和平利用以來，經過40多年的研究開發，人們成功地利用原子輻射技術進行食品殺菌保鮮。輻照就是利用X射線、C射線或加速電子射線（最為常見的是60Co和137Cs的C射線）對食品的穿透力以達到殺死食品中微生物和蟲害的一種冷滅菌消毒方法。受輻照的食品或生物體會形成離子、激發態分子或分子碎片，進而這些產物間又相互作用，生成與原始物質不同的化合物，在化學效應的基礎上，受輻照物料或生物體還會發生一系列生物學效應，從而導致害蟲、蟲卵、微生物體內的蛋白質、核酸及促進生化反應的酶受到破壞、失去活力，進而終止農產品、食品被侵蝕和生長老化的過程, 維持品質穩定[10]。輻照殺菌幾乎不產生熱量，可保持食品在感官和品質方面特性，并適合對冷凍狀態食品進行殺菌處理[11]。1980年聯合國糧農組織（FAO）、國際原子能機構（IAEA）和世界衛生組織

（WHO）聯合專家委員會，提出了“用10 KGY 以下劑量輻照的任何食品,都沒有毒理學方面問題, 沒有必要進行毒理學試驗”的建議，從而在世界范圍內推進了輻照在食品生產中的商業化應用[12]。

3其他殺菌技術

3.1脈沖電場殺菌技術

高壓電場脈沖殺菌是將食品置于兩個電極間產生的瞬間高壓電場中，由于高壓電脈沖（HEEP）能破壞細菌的細胞膜，改變其通透性，從而殺死細胞。高壓脈沖電場的獲得有2種方法。一種是利用LC振蕩電路原理，先用高壓電源對一組電容器進行充電，將電容器與一個電感線圈及處理室的電極相連，電容器放電時產生的高頻指數脈沖衰減波即加在兩個電極上形成高壓脈沖電場。由于LC 電路放電極快，在幾十至幾百個微秒內即可以將電場能量釋放完畢，利用自動控制裝置，對LC振蕩器電路進行連續的充電與放電，可以在幾十毫秒內完成殺菌過程。另一種是利用特定的高頻高壓變壓器來得到持續的高壓脈沖電場[13-15]。殺菌用的高壓脈沖電場強度一般為15～100 kV/ cm，脈沖頻率為1～100 kHz，放電頻率為1～20 kHz[16]。高壓電場脈沖殺菌一般在常溫下進行，處理時間為幾十毫秒，這種方法有2個特點：一是由于殺菌時間短，處理過程中的能量消耗遠小于熱處理法。二是由于在常溫、常壓下進行，處理后的食品與新鮮食品相比在物理性質、化學性質、營養成分上改變很小，風味、滋味無感覺出來的差異。而且殺菌效果明顯(N/No<10-9)，可達到商業無菌的要求，特別適用于熱敏性食品，具有廣闊的應用前景。

3.2脈沖強光殺菌

脈沖強光殺菌技術是采用強烈白光閃照的方法進行滅菌，它由一個動力單元和一個惰性氣體燈單元組成。動力單元是一個能提供高電壓高電流脈沖的部件，它為惰性氣體燈提供能量，惰性氣體燈能發出由紫外線至近紅外區域的光線，其光譜與太陽光十分相近，但強度卻強數千倍至數萬倍，光脈沖寬度小于800 Ls。該技術由于只處理食品的表面，從而對食品的風味和營養成分影響很小，可用于延長以透明材料包裝的食品及新鮮食品的貨架期。周萬龍等[17]研究表明，脈沖強光對枯草芽孢桿菌、酵母菌都有較強的致死效果，30余次閃照后，可使這些菌由105個減少到0個；脈沖強光起殺菌作用的波段可能為紫外線，但其他波段可能有協同作用。

3.3急速冷凍殺菌技術

英國科學家最近發現，使用干冰丸可以凍死有毒細菌。與其他廣泛使用的化學消毒劑不同，干冰丸可迅速揮發，而沒有殘留物質。目前，英國一研究小組希望將該技術轉化應用于飯店和食品加工廠里的設備表面凈化。噴槍是由俄亥俄州拉夫蘭的冷風機公司制造的。它每分鐘噴出10 m3的壓縮氣體，其中混有谷粒大小的固體二氧化碳[18]。因為二氧化碳的溫度是-78.4 ℃，與細菌接觸后立即將細菌冷凍。

3.4高壓靜電場殺菌技術

高壓靜電場具有較好的殺菌作用，而且隨著電場強度的增大和處理時間的延長，殺菌效果更好。但它也受包裝的影響。蔣耀庭等[19]研究了高壓靜電場在生醬油滅菌處理的研究。黃煒等[20]利用高壓靜電場對水、果汁、牛奶等6種食品進行處理，結果顯示，靜電場能殺滅這些食品中的細菌，而且對食品的色、香、味不會產生影響。雖然高壓靜電場對食品有較好殺菌作用，但也會產生一定的負面影響，要廣泛用于目前的食品工業，還存在一定的距離。

4展望

除上述殺菌新技術外，食品殺菌還有臭氧殺菌技術、CO2殺菌技術、遠紅外殺菌技術等傳統殺菌技術，它們都在食品工業的不同領域顯示出較好的應用價值。在我國食品工業中，由于生產技術的落后，大多數產品是利用傳統的熱力殺菌，致使一些產品的質量、檔次不高。

今后在發展殺菌技術方面，應提高科技含量，拓寬殺菌技術的研究與應用，生產高附加值的食品，從而提高產品的檔次及在國際市場的競爭力；其次積極引進國外現有的先進設備，在吸收消化的基礎上加以改進，加快在食品工業中的應用工藝研究，從而與國際市場接軌。

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第二篇：殺菌新技術

交流電殺菌技術

交流電殺菌一般指在果蔬汁之類的液體物料類通以數百赫以下的低頻率交流電（一般用50Hz或60Hz）以殺死其中微生物的方法。交流電殺菌一般指在果蔬汁之類的液體物料類通以數百赫以下的低頻率交流電（一般用50Hz或60Hz）以殺死其中微生物的方法。可分為冷殺菌和熱殺菌兩類。

交流電冷殺菌技術是通以交流電，一方面影響生物的高分子排列，另一方面在陰極對氧作用產生過氧化氫而能殺滅細菌，同時把菌體內的核酸關聯物質及蛋白質關聯物質排出菌體以外的作用，從而使菌體細胞膜的機能產生變化。可在自然通氣和強制通氣兩種狀態下交流電殺菌。

交流電熱殺菌技術是借助連續通入電流，使食品內部產生熱量而達到殺菌的目的，即利用電流的熱效應殺菌。是酸性和低酸性及帶顆粒（粒徑小于25mm）食品進行連續殺菌的一種新技術。

交流電冷殺菌技術應用較少，熱殺菌技術在一些領域得到了很好的應用。通過介紹牛奶的殺菌實驗，很好的證明交流電熱殺菌技術在牛奶殺菌方面的優勢。該技術在殺菌方面方便，簡單而有效。

第三篇：典型食品分類殺菌溫度時間技術

食品殺菌技術

巴氏殺菌

巴氏殺菌(Pasteurization)即低溫保持式殺菌法。亦稱低溫長時間殺菌法。是利用低于100攝氏度的熱力殺滅微生物的消毒方法，由德國微生物學家巴斯德于1863年發明，至今國內外仍廣泛應用于牛奶、人乳及嬰兒合成食物的消毒。

新鮮原奶中的生物活性物質十分怕熱，如果用攝氏100度的消毒方法，則原奶中的生物活性物質將被破壞，而且原奶中的維生素、蛋白質等也有損失。

巴斯德通過大量科學實驗證明，如果原奶加工時溫度超過85℃，則其中的營養物質和生物活性物質會被大量破壞，但如果低于85℃時，則其營養物質和生物活性物質被保留，并且有害菌大部分被殺滅，有些有益菌卻被存留。所以，將低于85℃的消毒法稱作巴氏消毒法，可以說，這是新鮮牛奶最科學、最好的加工工藝。采用巴氏滅菌法生產的鮮奶，其營養價值和保健功能與新鮮原奶基本相同。

現用的巴氏殺菌方法一般有兩種：一是加熱到61.1～65.6攝氏度之間，30分鐘；二是加熱到71.7攝氏度，至少保持15秒鐘。

由于巴氏消毒法所達到的溫度低，故達不到滅菌的程度。但是它可使布氏桿菌、結核桿菌、痢疾桿菌、傷寒桿菌等致病微生物死亡，可以使細菌總數減少90％－95％，故能起到減少疾病傳播，延長物品的使用時間的作用。另外，這種消毒法不會破壞消毒食品的有效成份，且方法簡單。

食品殺菌技術主要有熱殺菌和非熱殺菌，其中熱殺菌主要有：濕熱殺菌、干熱殺菌、微波殺菌、電熱殺菌和電場殺菌等；非熱殺菌主要有：化學與生物殺菌、輻照殺菌、紫外線殺菌、脈沖殺菌、超高靜壓殺菌、脈沖電場（PEF）殺菌以及振動磁場殺菌等。下面就針對這些殺菌技術作一下詳細的介紹：

濕熱殺菌：

熱殺菌是以殺滅微生物為主要目的的熱處理形式，而濕熱殺菌是其中最主要的方式之一。它是以蒸氣、熱水為熱介質，或直接用蒸汽噴射式加熱的殺菌法。

利用熱能轉換器（如鍋爐）將燃燒的熱能轉變為熱水或蒸汽作為加熱介質，再以換熱器將熱水或蒸汽的熱能傳給食品，或將蒸汽直接噴入待加熱的食品。食品熱處理中常用的加熱介質及其特點

加熱劑種類

加熱劑特點

蒸汽

易于用管道輸送，加熱均勻，溫度易控制，凝結潛熱大，但溫度不能太高

熱水

易于用管道輸送，加熱均勻，加熱溫度不高

空氣

加熱溫度可達很高，但其密度小、傳熱系數低

煙道氣

加熱溫度可達很高，但其密度小、傳熱系數低，可能污染食品

煤氣

加熱溫度可達很高，成本較低，但可能污染食品

電

加熱溫度可達很高，溫度易于控制，但成本高

一、加熱對微生物的影響

（一）微生物和食品的腐敗變質

食品中的微生物是導致食品不耐貯藏的主要原因。細菌、霉菌和酵母都可能引起食品的變質。細菌、霉菌和酵母

食品中的微生物是導致食品不耐貯藏的主要原因。一般說來，食品原料都帶有微生物。在食品的采收、運輸、加工和保藏過程中，食品也有可能污染微生物。在一定的條件下，這些微生物會在食品中生長、繁殖，使食品失去原有的或應有的營養價值和感官品質，甚至產生有害和有毒的物質。

細菌、霉菌和酵母圖譜

細菌、霉菌和酵母都可能引起食品的變質，其中細菌是引起食品腐敗變質的主要微生物。細菌中非芽孢細菌在自然界存在的種類最多，污染食品的可能性也最大，但這些菌的耐熱性并不強，巴氏殺菌即可將其殺死。細菌中耐熱性強的是芽孢菌。芽孢菌中還分需氧性、厭氧性的和兼性厭氧的。需氧和兼性厭氧的芽孢菌是導致罐頭食品發生平蓋酸敗的原因菌，厭氧芽孢菌中的肉毒梭狀芽孢桿菌常作為罐頭殺菌的對象菌。酵母菌和霉菌引起的變質多發生在酸性較高的食品中，一些酵母菌和霉菌對滲透壓的耐性也較高。

（二）微生物的生長溫度

不同微生物的最適生長溫度不同，當溫度高于微生物的最適生長溫度時，微生物的生長就會受到抑制，而當溫度高到足以使微生物體內的蛋白質發生變性時，微生物即會出現死亡現象。

最低生長溫度 最適生長溫度 最高生長溫度

嗜熱菌

30～45 50～70 70～90 嗜溫菌

5～15 30～45 45～55 低溫菌

-5～5 25～30 30～55 嗜冷菌

-10～-5 12～15 15～25

微生物的最適生長溫度與熱致死溫度（℃）

（三）濕熱條件下腐敗菌的耐熱性 一般認為，微生物細胞內蛋白質受熱凝固而失去新陳代謝的能力是加熱導致微生物死亡的原因。因此，細胞內蛋白質受熱凝固的難易程度直接關系到微生物的耐熱性。蛋白質的熱凝固條件受其它一些條件，如：酸、堿、鹽和水分等的影響。

（四）影響腐敗菌耐熱性的因素

1、加熱前--腐敗菌的培育和經歷對其耐熱性的影響

影響因素主要包括：細胞本身的遺傳性、組成、形態，培養基的成分，培育時的環境因子，發育時的溫度以及代謝產物等。

成熟細胞要比未成熟的細胞耐熱。培養溫度愈高，孢子的耐熱性愈強，而且在最適溫度下培育的細菌孢子具有最強的耐熱性。營養豐富的培養基中發育的孢子耐熱性強，營養缺乏時則弱。

2、加熱時--加熱溫度、加熱致死時間、細胞濃度、細胞團塊存在與否、介質性狀和pH值等方面的因素對腐敗菌耐熱性的影響。

（1）加熱條件：在一定熱致死溫度下，細菌（芽孢）隨時間變化呈對數性規律死亡；溫度愈高，殺滅它所需的時間愈短。

（2）細菌狀態：在一定熱致死溫度下，菌數愈多，殺滅它所需時間愈長。細胞團塊的存在降低熱殺菌的效果

（3）介質性狀：包括水分（水分活度）、pH值、碳水化合物、脂質、蛋白質、無機鹽等，是影響殺菌效果的最重要的因素。

（4）各種添加物、防腐劑和殺菌劑的影響

3、加熱后--熱死效果的檢驗

腐敗菌受熱損傷后有如下表現：發育時的誘導期延長，營養需求增加；發育時最適pH范圍縮小；增殖時最適溫度范圍縮小；對抑制劑的敏感性增強；細胞內的物質產生泄漏；對放射線的敏感性增加；細胞中酶的活力降低；核酸體的RNA分解等。

判斷腐敗菌是否被殺滅，需測定其熱死效果，常通過對經過熱處理后的細菌芽孢進行再培養，以檢查是否仍有存活。選擇適當的培養基，如果腐敗菌沒有再生長，說明殺菌工藝適用。

（一）熱破壞反應的反應速率

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規律（logarithmic order of inactivation or destruction）”。這一關系意味著，在某一熱處理溫度（足以達到熱滅活或熱破壞的溫度）下，單位時間內，食品成分被滅活或被破壞的比例是恒定的。

DT值

即指數遞減時間（Decimal reduction time），是熱力致死速率曲線斜率的負倒數，可以認為是在某一溫度下，每減少90％活菌（或芽孢）所需的時間，通常以分鐘為單位。

由于上述致死速率曲線是在一定的熱處理（致死）溫度下得出的，為了區分不同溫度下微生物的D值，一般熱處理的溫度T作為下標，標注在D值上，即為DT。很顯然，D值的大小可以反映微生物的耐熱性。在同一溫度下比較不同微生物的D值時，D值愈大，表示在該溫度下殺死90％微生物所需的時間愈長，即該微生物愈耐熱。

必須指出，DT值是不受原始菌數影響的，但隨熱處理溫度不同而變化，溫度愈高，微生物的死亡速率愈大，DT值則愈小。

TDT值

即熱力致死時間（Thermal death time）。在一定時間內（通常指1～10分鐘）對細菌進行熱處理時，從細菌死亡的最低熱處理溫度開始的各個加熱期的溫度稱為熱力致死溫度。

在某一恒定溫度（熱力致死溫度）條件下，將食品中的一定濃度的某種微生物活菌（細菌和芽孢）全部殺死所需要的時間（min），一般用TDT值表示，同樣在右下角標上殺菌溫度。

F值

F值又稱殺菌值，是指在一定的致死溫度下將一定數量的某種微生物全部殺死所需的時間（min）。由于微生物的種類和溫度均為特指，通常F值要采用上下標標注，以便于區分，即。一般將標準殺菌條件下的記為F0在121.1℃熱力致死溫度下的腐敗菌的熱力致死時間，通常用F值表示。F值可用于比較相同Z值時腐敗菌的耐熱性，它與菌的熱死試驗時的原始菌數有關，隨所指定的溫度、菌種、菌株及所處環境不同而變化。

Z值

當熱力致死時間減少1/10或增加10倍時所需提高或降低的溫度值，一般用Z值表示。Z值是衡量溫度變化時微生物死滅速率變化的一個尺度。

TRT值

即熱力指數遞減時間。在某特定的熱死溫度下，將細菌或芽孢數減少到10－n時所需的熱處理時間。它是指在一定的致死溫度下將微生物的活菌數減少到某一程度如10-n或1/10n（即原來活菌數的1/10n）所需的時間（min），記為TRTn，單位為分鐘，n就是遞減指數。

很顯然：。可以看出，TRT值不受原始微生物活菌數影響，可以將它用作確定殺菌工藝條件的依據，這比用前述的受原始微生物活菌數影響的TDT值要更方便有利。TRTn值象D值一樣將隨溫度而異，當n=1，TRT1=D。若以D的對數值為縱坐標，加熱溫度T為橫坐標，根據D和T的關系可以得到一與擬熱力致死時間曲線相同的曲線，也稱為TRT1曲線。

低溫長時殺菌法

（一）概念

低溫長時殺菌法也稱為巴氏殺菌。相對于商業殺菌而言，巴氏殺菌是一種較溫和的熱殺菌形式，巴氏殺菌的處理溫度通常在100℃以下，典型的巴氏殺菌的條件是62.8℃/30min，達到同樣的巴氏殺菌效果，可以有不同的溫度、時間組合。巴氏殺菌可使食品中的酶失活，并破壞食品中熱敏性的微生物和致病菌。巴氏殺菌的目的及其產品的貯藏期主要取決于殺菌條件、食品成分（如pH值）和包裝情況。對低酸性食品（pH＞4.6），其主要目的是殺滅致病菌，而對于酸性食品，還包括殺滅腐敗菌和鈍化酶。

（二）特點

①簡單、方便，殺菌效果達99％，致病菌完全被殺死；

②不能殺死嗜熱、耐熱性細菌、孢子，以及一些殘存的酶類； ③設備較龐大，殺菌時間較長； 高溫短時殺菌法

（一）概念

高溫短時殺菌法主要是指食品經100℃以上，130℃以下的殺菌處理。主要應用于pH>4.5的低酸性食品的殺菌。

（二）特點

①占地少，緊湊（僅為單缸法的占地面積的20％）②處理量大，連續化生產，節省熱源，成本低； ③可于密閉條件下進行操作，減少污染的機會。但殺菌后的細菌殘存數會比低溫長時殺菌法高；

④加熱時間短，營養成分損失少，乳質量高，無燜煮味；

⑤可與CIP（原地無拆卸循環清洗系統）清洗配套，省勞力，提高效率； ⑥溫度控制檢測系統要求嚴格（儀表要準確）

（三）設備適用范圍

需要快速有效的熱傳導，通常采用刮板式或管式熱交換器。這種方式適用于液體或小顆粒混合體。但如果是很粘稠的液體或顆粒直徑大于3cm時，加熱就會受到熱傳導的控制，此時產品就需要受熱數分鐘才能達到殺菌要求，這樣產品的質量、營養成分和口感會受到影響。

通常采用熱水或蒸汽加熱的管式或刮板式熱交換器。超高溫瞬時殺菌 特點

①溫度控制準確，設備精密；

②溫度高，殺菌時間極短，殺菌效果顯著，引起的化學變化少； ③適于連續自動化生產；

④蒸汽和冷源的消耗比高溫短時殺菌法HTST高。

蒸汽噴射式加熱滅菌法

（一）概念 是指采用蒸汽噴射的UHT滅菌法，通常叫做直接蒸汽噴射或DSI。在最后的滅菌階段將產品與蒸汽在一定的壓力下混合，蒸汽釋放出潛熱將產品快速加熱至滅菌溫度。這種直接加熱系統加熱產品的速度比其它任何間接系統都要快。

（二）特點

1、加熱和冷卻速度較快，UHT瞬時加熱更容易通過直接加熱系統來實現。

2、能加工粘度高的產品，尤其對那些不能通過板式熱交換器進行良好加工的產品來說，它不容易形成結垢。但蒸汽壓力將限制設備長時間運轉。

3、產品滅菌后需要進行無菌均質，由此設備本身的成本和運轉成本大大增加。

4、結構復雜，裝置大多是非標準型，系統成本是同等處理能力的板式或管式加熱系統的兩倍。

5、運轉成本高，能量回收的限制性使加熱成本增加。但從某種程度上說，該系統連續運轉較長時間可適當彌補其高成本的缺陷。尤其對于牛乳來說，間接系統會產生嚴重的結垢現象，直接加熱體系更符合產品的特性和質量要求。

二次滅菌法

（一）概念 二次滅菌法按設備運行方式可分為間歇式和連續式。間歇式是指產品第一次滅菌采用管式超高溫滅菌機，然后經灌裝、封蓋后放入間歇式滅菌器內進行第二次滅菌。連續式是指產品第一次滅菌采用管式或板式超高溫滅菌機，第二次滅菌采用連續式滅菌機。該法滅菌處理的產品保存期長，有利于長途儲運。

（二）特點

1、間歇式二次滅菌法設備簡單，投資較低，但產品質量不穩定。

2、連續式二次滅菌線的特點是投資大，產量高，產品質量穩定。

3、二次滅菌機是二次滅菌生產線的核心設備，要求其升溫、降溫快，傳熱均勻，盡量減小熱沖擊和熱慣性，性能良好，嚴格執行滅菌規程。

殺菌方法的選擇

選擇熱殺菌方法和條件時應遵循下列基本原則：

（一）應達到相應的熱處理目的

1、以加工為主：

熱處理后食品應滿足熱加工的要求。

2、以保藏為主要目的：

熱處理后的食品應達到相應的殺菌、鈍化酶等目的。

（二）應盡量減少熱處理造成的食品營養成分的破壞和損失 熱處理過程要重視熱能在食品中的傳遞特征與實際效果，滿足食品衛生的要求，不應產生有害物質。應根據產品熱處理的目的選擇優化方法。

熱處理的一些優化方法

熱處理的種類 優化方法

熱 燙

考慮非熱損失所造成的營養成分的損失（如瀝濾、氧化降解等）。巴氏殺菌 若食品中無耐熱性的酶存在時，盡量采用高溫短時工藝。

商業殺菌

對對流傳熱和無菌包裝的產品，在耐熱性酶不成為影響工藝的主要因素時，盡量采用高溫短時工藝。對傳導傳熱的產品，一般難于采用高溫短時工藝。

熱能在食品中的傳遞

在計算熱處理的效果時必需知道兩方面的信息，一是微生物等食品成分的耐熱性參數，另一是食品在熱處理中的溫度變化過程。

（一）罐頭容器內食品的傳熱

影響容器內食品傳熱的因素包括：表面傳熱系數；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。要能準確地評價罐頭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。熱處理時，若處于冷點的食品達到熱處理的要求，則罐內其它各處的食品也肯定達到或超過要求的熱處理程度。

罐頭冷點的位置與罐內食品的傳熱情況有關。

1、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。

2、對流傳熱的罐頭： 由于罐內食品發生對流，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。

3、傳導和對流混合傳熱的罐頭： 其冷點在上述兩者之間。

（二）評價熱穿透的數據

測定熱處理時傳熱的情況，應以冷點的溫度變化為依據，通常測溫儀是用銅?康銅為熱電偶利用其兩點上出現溫度差時測定其電位差，再換算成溫度的原理。

在評價熱處理的效果（如采用一般法計算殺菌強度F值）時，需要應用熱穿透的有關數據，這時應首先畫出罐頭內部的傳熱曲線，求出其有關的特性值。

傳熱曲線

傳熱曲線是將測得罐內冷點溫度（Tp）隨時間的變化畫在半對數坐標上所得的曲線。作圖時以冷點溫度與殺菌鍋內加熱溫度（Th）或冷卻溫度（Tc）之差（Th－Tp或Tp－Tc）的對數值為縱坐標，以時間為橫坐標，得到相應的加熱曲線或冷卻曲線。為了避免在坐標軸上用溫差表示，可將用于標出傳熱曲線的坐標紙上下倒轉180度，縱坐標標出相應的冷點溫度值（Tp）。以加熱曲線為例，縱坐標的起點為Th－Tp ＝1（理論上認為在加熱結束時，Tp 可能非常接近Th，但Th－Tp ≠0），相應的Tp 值為Th－1，即縱坐標上最高線標出的溫度應比殺菌溫度低一度（℃），第一個對數周期坐標的坐標值間隔為1℃，第二個對數周期坐標的坐標值間隔為10℃，這樣依次標出其余的溫度值。

殺菌條件的計算

食品熱殺菌的條件主要是殺菌值和殺菌時間，目前廣泛應用的計算方法有三種：改良基本法、公式法和列線圖解法。

（一）改良基本法

1920年比奇洛（Bigelow）首先創立了罐頭殺菌理論，提出推算殺菌時間的基本法（The general mathod），又稱基本推算法。該方法提出了部分殺菌率的概念，它通過計算包括升溫和冷卻階段在內的整個熱殺菌過程中的不同溫度－時間組合時的致死率，累積求得整個熱殺菌過程的致死效果。1923年鮑爾（Ball）根據加熱殺菌過程中罐頭中心所受的加熱效果用積分計算殺菌效果的方法，形成了改良基本法（Improved general method）。該法提高了計算的準確性，成為一種廣泛使用的方法。

在殺菌過程中，食品的溫度會隨著殺菌時間的變化而不斷發生變化，當溫度超過微生物的致死溫度時，微生物就會出現死亡。溫度不同，微生物死亡的速率不同。在致死溫度停留一段時間就有一定的殺菌效果。可以把整個殺菌過程看成是在不同殺菌溫度下停留一段時間所取得的殺菌效果的總和。

（二）公式計算法

此法是由鮑爾提出，后經美國制罐公司熱工學研究組簡化，用來計算簡單型和轉折型傳熱曲線上殺菌時間和F值。簡化雖然會引入一些誤差但影響不大。此法已經列入美國FDA的有關規定中，在美國得到普遍應用。

公式法是根據罐頭在殺菌過程中罐內容物溫度的變化在半對數坐標紙上所繪出的加熱曲線，以及殺菌結束冷卻水立即進入殺菌鍋進行冷卻的曲線才能進行推算并找出答案。它的優點是可以在殺菌溫度變更時算出殺菌時間，其缺點是計算繁瑣、費時，還容易在計算中發生錯誤，又要求加熱曲線必須呈有規則的簡單型加熱曲線或轉折型加熱曲線，才能求得較正確的結果。

近幾十年來許多學者對這種方法進行了研究，以達到既正確又簡單，且應用方便的目的。隨著計算機技術的應用，公式法和改良適用法一樣準確，但更為快速、簡潔。

（三）列線圖法

列線圖法是將有關參數制成列線計算圖，利用該圖計算出殺菌值和殺菌時間。該法適用于Z=10℃，m+g=76.66℃的任何簡單型加熱曲線，快捷方便，但不能用于轉折型加熱曲線的計算。當有關數據越出線外時，也不能用此法計算。

殺菌條件的確定

確定食品熱殺菌條件時，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，并根據實際熱處理時的傳熱情況，選擇食品熱殺菌條件，以確定達到殺菌和抑酶的最小熱處理程度。熱殺菌技術的研究動向集中在熱殺菌條件的最優化、新型熱殺菌方法和設備開發方面。熱殺菌條件的最優化就是協調熱殺菌的溫度時間條件，使熱殺菌達到期望的目標，而盡量減少不需要的作用。熱殺菌的方法和工藝與殺菌的設備密切相關，良好的殺菌設備是保證殺菌操作完善的必要條件。目前使用的殺菌設備種類較多，不同的殺菌設備所使用的加熱介質和加熱的方式、可達到的工藝條件以及自動化的程度不盡相同。殺菌設備除了具有加熱、冷卻裝置外，一般還具有進出料（罐）傳動裝置、安全裝置和自動控制裝置等。

相關設備與裝置

間歇式

連續式

立式殺菌鍋  

噴淋連續殺菌機 臥式殺菌鍋  

靜水壓式殺菌機 淋水式殺菌鍋 

水封式連續高壓殺菌鍋 全水回轉式殺菌鍋 

超高溫瞬時殺菌機

罐頭食品熱殺菌條件的確定

（一）實罐試驗

以滿足理論計算的殺菌值（F0）為目標，熱殺菌可以有各種不同殺菌溫度－時間的組合。實罐試驗的目的就是根據罐頭食品質量，生產能力等綜合因素選定殺菌條件，使熱殺菌既能達到殺菌安全的要求，又能維持其高質量，在經濟上也最合理。

（二）實罐接種的殺菌試驗 將常見導致罐頭腐敗的細菌或芽孢定量接種在罐頭內，在所選定的殺菌溫度中進行不同時間的殺菌，再保溫檢查其腐敗率。通常采用將耐熱性強的腐敗菌接種于數量較少的罐頭內進行殺菌試驗，藉以確證殺菌條件的安全程度。如實罐接種殺菌試驗結果與理論計算結果很接近，這對所訂殺菌條件的合理性和安全性有了更可靠的保證和高度的信心。

1、試驗用微生物

（1）低酸性食品：梭狀產芽孢桿菌（Clostridium sporogenses）PA3679芽孢（2）pH3.7以下酸性食品：巴氏固氮梭狀芽孢桿菌（Clostridium pasteurianum）

或凝結芽孢桿菌（Bacillus coagulans）芽孢（3）高酸性食品：乳酸菌，酵母

2、實罐接種方法

（1）對流傳熱的產品 可接種在罐內任何處。（2）傳導傳熱產品 盡可能接種在冷點位置。

4、試驗分組

根據殺菌條件的理論計算，按殺菌時間的長短至少分為5組，其中1組為殺菌時間最短，試樣腐敗率達到100%；1組為殺菌時間最長，預計可達0%的腐敗率；其余3組的殺菌時間將出現不同的腐敗率，通常殺菌時間在30～100之間，每隔5分鐘為1組，比較理想的是根據F值隨溫度提高時按對數規律遞減情況，F值可按0.5、1.0、2.0、4.0、6.0，確定不同加熱時間加以分組。每次試驗要控制為5組，否則罐數太多，封罐前后停留時間過長，將影響試驗結果。因此試驗要求在一天內完成，并用同一材料。對照組的罐頭也應有3～5組，以便核對自然污染微生物的耐熱性，同時用來檢查核對二重卷邊是否良好，罐內凈重、瀝干重和頂隙度等。還將用6～12罐供測定冷點溫度之用。

5、試驗記錄

試驗時必須對以下內容進行測定并做好記錄。

A．接種微生物菌名和編號；

B．接種菌液量、接種菌數和接種方法；

C．各操作時間（如預處理時間、裝罐時間、排氣、封罐前停留時間等）；

D．熱燙溫度與時間；

E．裝罐溫度；

F．裝罐重量；

G．內容物粘度（如果它為重要因子）；

H．頂隙度；

I．鹽水或湯汁的濃度；

J．熱排氣溫度與時間；

K．封罐和蒸汽噴射條件；

L．真空度（指真空封罐）；

M．封罐時內容物溫度；

N．殺菌前罐頭初溫；

O．殺菌升溫時間；

P．殺菌過程中各階段的溫度和時間；

Q．殺菌鍋上儀表（壓力表、水銀溫度計、溫度紀錄儀）指示值；

R．冷卻條件。

（三）保溫貯藏試驗 接種實罐試驗后的試樣要在恒溫下進行保溫試驗。培養溫度依據試驗菌的不同而不同： 霉菌：21.1～26.7℃

嗜溫菌和酵母：26.7～32.2℃

凝結芽孢桿菌：35.0～43.2℃

嗜熱菌：50.0～57.2℃

保溫試驗樣品應每天觀察其容器外觀有無變化，當罐頭脹罐后即取出，并存放在冰箱中。保溫試驗完成后，將罐頭在室溫下放置冷卻過夜，然后觀察其容器外觀、罐底蓋是否膨脹，是否低真空，然后對全部試驗罐進行開罐檢驗，觀察其形態、色澤、pH值和粘稠性等，并一一記錄其結果。接種肉毒桿菌試樣要做毒性試驗，也可能有的罐頭產毒而不產氣。當發現容器外觀和內容物性狀與原接種試驗菌所應出現的征狀有差異時，可能是漏罐污染或自然界污染了耐熱性更強的微生物造成，這就要進行腐敗原因菌的分離試驗。

（四）生產線上實罐試驗 接種實罐試驗和保溫試驗結果都正常的罐頭加熱殺菌條件，就可以進入生產線的實罐試驗作最后驗證。試樣量至少100罐以上，試驗時必須對以下內容進行測定并做好記錄： A． 熱燙溫度與時間； B． 裝罐溫度； C． 裝罐量（固形物、湯汁量）； D． 粘稠度（咖喱、濃湯類產品）； E． 頂隙度； F． 鹽水或湯汁的溫度； G． 鹽水或湯汁的濃度； H． 食品的pH值； ．I 食品的水分活性； ．J 封罐機蒸汽噴射條件； K． 真空度（指封罐機）； L． 封罐時食品的溫度； M． 加熱殺菌前食品每克（或每毫升）含微生物的平均數及其波動值，取樣次數為5~10次。pH3.7以下的高酸性食品檢驗乳酸菌和酵母； pH3.7~5.0的酸性食品檢驗嗜溫性需氧菌芽孢數（如果可能的話，嗜溫性厭氧菌芽孢數也要檢驗）；pH5.0以上的低酸性食品檢驗嗜溫性需氧菌芽孢數、嗜熱性需氧菌芽孢數（如果可能的話，嗜溫性厭氧菌芽孢數也要檢驗），這對于保證殺菌條件的最低極限十分必要。N． 殺菌前的罐頭初溫； O． 殺菌升溫時間； P． 殺菌溫度和時間； Q． 殺菌鍋上壓力表、水銀溫度計、溫度記錄儀的指示值； R． 殺菌鍋內溫度分布的均勻性； S． 罐頭殺菌時測點溫度（冷點溫度）的記錄及其F值； T． 罐頭密封性的檢查及其結果。

生產線實罐試樣也要經歷保溫試驗，希望保溫3～6個月，當保溫試樣開罐后檢驗結果顯示內容物全部正常，即可將此殺菌條件作為生產上使用，如果發現試樣中有腐敗菌，則要進行原因菌的分離試驗。

典型食品的濕熱殺菌條件

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不同食品巴氏殺菌的目的和條件

5.gif(7.63 KB)乳制品常見的熱殺菌方法

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我國常見的罐頭食品熱殺菌的條件1

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我國常見的罐頭食品熱殺菌的條件2

罐頭食品熱殺菌條件的確定

（一）實罐試驗

以滿足理論計算的殺菌值（F0）為目標，熱殺菌可以有各種不同殺菌溫度－時間的組

合。

??實罐試驗的目的就是根據罐頭食品質量，生產能力等綜合因素選定殺菌條件，使熱殺菌既能達到殺菌安全的要求，又能維持其高質量，在經濟上也最合理。

（二）實罐接種的殺菌試驗

??將常見導致罐頭腐敗的細菌或芽孢定量接種在罐頭內，在所選定的殺菌溫度中進行不同時

間的殺菌，再保溫檢查其腐敗率。

??通常采用將耐熱性強的腐敗菌接種于數量較少的罐頭內進行殺菌試驗，藉以確證殺菌條件的安全程度。如實罐接種殺菌試驗結果與理論計算結果很接近，這對所訂殺菌條件的合理性和安全性有了更可靠的保證和高度的信心。

1、試驗用微生物

（1）低酸性食品：梭狀產芽孢桿菌（Clostridium sporogenses）PA3679芽孢（2）pH3.7以下酸性食品：巴氏固氮梭狀芽孢桿菌（Clostridium pasteurianum）

或凝結芽孢桿菌（Bacillus coagulans）芽孢

（3）高酸性食品：乳酸菌，酵母

2、實罐接種方法（1）對流傳熱的產品 可接種在罐內任何處。（2）傳導傳熱產品 盡可能接種在冷點位置

3、試驗罐數

保溫試驗時必要試樣量和可能檢出變敗率的關系

4、試驗分組

根據殺菌條件的理論計算，按殺菌時間的長短至少分為5組，其中1組為殺菌時間最短，試樣腐敗率達到100%；1組為殺菌時間最長，預計可達0%的腐敗率；其余3組的殺菌時間將出現不同的腐敗率，通常殺菌時間在30～100之間，每隔5分鐘為1組，比較理想的是根據F值隨溫度提高時按對數規律遞減情況，F值可按0.5、1.0、2.0、4.0、6.0，確定不同加熱時間加以分組。每次試驗要控制為5組，否則罐數太多，封罐前后停留時間過長，將影響試驗結果。因此試驗要求在一天內完成，并用同一材料。

??對照組的罐頭也應有3～5組，以便核對自然污染微生物的耐熱性，同時用來檢查核對二重卷邊是否良好，罐內凈重、瀝干重和頂隙度等。還將用6～12罐供測定冷點溫度之用。

5、試驗記錄

試驗時必須對以下內容進行測定并做好記錄。

A．接種微生物菌名和編號；

B．接種菌液量、接種菌數和接種方法；

C．各操作時間（如預處理時間、裝罐時間、排氣、封罐前停留時間等）；

D．熱燙溫度與時間；

E．裝罐溫度；

F．裝罐重量；

G．內容物粘度（如果它為重要因子）；

H．頂隙度；

I．鹽水或湯汁的濃度；

J．熱排氣溫度與時間；

K．封罐和蒸汽噴射條件；

L．真空度（指真空封罐）；

M．封罐時內容物溫度；

N．殺菌前罐頭初溫；

O．殺菌升溫時間；

P．殺菌過程中各階段的溫度和時間；

Q．殺菌鍋上儀表（壓力表、水銀溫度計、溫度紀錄儀）指示值；

R．冷卻條件。

5、試驗記錄

試驗時必須對以下內容進行測定并做好記錄。

A．接種微生物菌名和編號；

B．接種菌液量、接種菌數和接種方法；

C．各操作時間（如預處理時間、裝罐時間、排氣、封罐前停留時間等）；

D．熱燙溫度與時間；

E．裝罐溫度；

F．裝罐重量；

G．內容物粘度（如果它為重要因子）；

H．頂隙度；

I．鹽水或湯汁的濃度；

J．熱排氣溫度與時間；

K．封罐和蒸汽噴射條件；

L．真空度（指真空封罐）；

M．封罐時內容物溫度；

N．殺菌前罐頭初溫；

O．殺菌升溫時間；

P．殺菌過程中各階段的溫度和時間；

Q．殺菌鍋上儀表（壓力表、水銀溫度計、溫度紀錄儀）指示值；

R．冷卻條件。

（四）生產線上實罐試驗

??接種實罐試驗和保溫試驗結果都正常的罐頭加熱殺菌條件，就可以進入生產線的實罐試驗作最后驗證。試樣量至少100罐以上，試驗時必須對以下內容進行測定并做好記錄：

??A． 熱燙溫度與時間；

??B． 裝罐溫度；

??C． 裝罐量（固形物、湯汁量）； ??D． 粘稠度（咖喱、濃湯類產品）；

??E． 頂隙度； ??F． 鹽水或湯汁的溫度； ??G． 鹽水或湯汁的濃度； ??H． 食品的pH值； ??I． 食品的水分活性； ??J． 封罐機蒸汽噴射條件； ??K． 真空度（指封罐機）； ??L． 封罐時食品的溫度；

??M． 加熱殺菌前食品每克（或每毫升）含微生物的平均數及其波動值，取樣次數為5~10次。pH3.7以下的高酸性食品檢驗乳酸菌和酵母； pH3.7~5.0的酸性食品檢驗嗜溫性需氧菌芽孢數（如果可能的話，嗜溫性厭氧菌芽孢數也要檢驗）；pH5.0以上的低酸性食品檢驗嗜溫性需氧菌芽孢數、嗜熱性需氧菌芽孢數（如果可能的話，嗜溫性厭氧菌芽孢數也要檢驗），這對于保證殺菌條件的最低極限十分必要。

??N． 殺菌前的罐頭初溫； ??O． 殺菌升溫時間；

??P． 殺菌溫度和時間；

??Q． 殺菌鍋上壓力表、水銀溫度計、溫度記錄儀的指示值；

??R． 殺菌鍋內溫度分布的均勻性；

??S． 罐頭殺菌時測點溫度（冷點溫度）的記錄及其F值；

??T． 罐頭密封性的檢查及其結果。??生產線實罐試樣也要經歷保溫試驗，希望保溫3～6個月，當保溫試樣開罐后檢驗結果顯示內容物全部正常，即可將此殺菌條件作為生產上使用，如果發現試樣中有腐敗菌，則要進行原因菌的分離試驗。

第四篇：新型傳感器技術

前

言

傳感器工作原理的分類：

物理傳感器應用的是物理效應

化學傳感器包括那些以化學吸附、電化學反應等現象

以其輸出信號為標準可將傳感器分為：

模擬傳感器——將被測量的非電學量轉換成模擬電信號。

數字傳感器——將被測量的非電學量轉換成數字輸出信號(包括直接和間接轉換)。

開關傳感器——當一個被測量的信號達到某個特定的閾值時，傳感器相應地輸出一個設定的低電平或高電平信號。

應用的材料觀點出發可將傳感器分成下列幾類：

(1)按照其所用材料的類別分 金屬 聚合物 陶瓷 混合物

(2)按材料的物理性質分  導體 絕緣體 半導體 磁性材料

(3)按材料的晶體結構分 單晶 多晶 非晶材料

按照其制造工藝，可以將傳感器區分為：

集成傳感器薄膜傳感器厚膜傳感器陶瓷傳感器

集成傳感器是用標準的生產硅基半導體集成電路的工藝技術制造的。通常還將用于初步處理被測信號的部分電路也集成在同一芯片上。

薄膜傳感器則是通過沉積在介質襯底(基板)上的，相應敏感材料的薄膜形成的。使用混合工藝時，同樣可將部分電路制造在此基板上。

厚膜傳感器是利用相應材料的漿料，涂覆在陶瓷基片上制成的，基片通常是Al2O3制成的，然后進行熱處理，使厚膜成形。

第1章 傳感器敏感材料

1半導體硅材料

1.1 單晶硅：固態傳感器的材料，優點：

優良的機械、物理性質，材質純，內耗低、功耗小。機械品質因數高達106數量級，滯后和蠕變極小，機械穩定性好。

各向異性，具有很好的熱導性，應變靈敏系數高。

1.2 多晶硅：是許多單晶的聚合物。晶粒的排列是無序的，不同的晶粒有不同的單晶取向，而每一晶粒內部具有單晶的特征。晶粒與晶粒之間的部位稱為晶界，其對壓阻效應的影響可通過控制摻雜濃度來降低。晶粒越大，壓阻效應越大。

1.3 非晶體硅：在光電器件、傳感器中應用。與晶體材料相比，非晶體硅具有：

（1）在可見光范圍內具有高的光吸收系數。（2）淀積溫度低（200-300oC），可用多種材料作襯底，感受大面積淀積。（3）材料性能穩定，具有較高的機械強度。（4）具有高的塞貝克系數

（5）純非晶硅沒有壓阻效應，利用微晶相與非晶相混合可產生壓阻效應，靈敏系數高。（6）非晶硅的彈性模量和多晶硅一樣，取決于制備和熱處理，一般為（150—170）×103MPa。

可制成多種傳感器，如光傳感器，成象傳感器，高靈敏度溫度傳感器，微波功率傳感器，觸覺傳感器等。

1.4 硅藍寶石：是在藍寶石襯底上應用外延生長技術形成的硅薄膜。襯底是絕緣體，可實現元件之間的分離，且寄生電容小。

蠕變極小，優于單晶硅；耐輻射能力強；化學穩定性好，耐腐蝕性強。具有耐環境性強的優勢。

2化合物半導體材料

先進的成象傳感器材料。如碲鎘汞、銻化銦、砷化鎵等。開發長波段的應用。

無源探測的紅外光敏技術，廣泛應用。如紅外夜視、火控、跟蹤定位、精確制導

3石英敏感材料

3.1石英晶體 晶態sio2 特點：各向異性，具有壓電特性；絕緣體；和單晶硅一樣，具有優良的機械物理性質。

工作溫度為２００℃－２５０℃

3.2 石英玻璃：非晶態SIO2，物理特性與方向無關。機械物理性能和化學性能極優。在７００ ℃－８００ ℃以前，彈性模量隨溫度的增高而增大，以后隨溫度的升高而下降。

最高使用溫度為1100 ℃。適宜制造高精度傳感器

4精密陶瓷材料

以化學合成的物質為原料，控制其中的組分比，經過精密的成型燒結，可制成適合傳感器需要的多種精密陶瓷材料----功能陶瓷材料。

特點：耐熱性，耐腐蝕性，多孔性，光電性，壓電性等獨特的性能。新開發陶瓷溫度、氣體、溫度、光電、離子、加速度、陀螺等傳感器 ZnO薄膜

作為壓電體、光導體、光波導和半導體的多用途材料； 六角晶結構，各向異性體，有大的壓電常數，大的聲光、電光和非線性光學系數。淀積ZnO膜技術最廣泛的方法是磁控濺射方法，可獲得壓電性能、光學性能優良，表面平坦而透明的致密薄膜層。6 鐵電聚合物

是指含有鐵電晶體組織的特殊高分子聚合物，如聚氯乙烯、聚偏二佛乙烯（PVF2)。

PVF2優良，具有壓電、熱釋電特性。

應用在電-聲和機-電傳感器，如聲頻、超聲波等。非晶態磁性合金

結構為長程無序，短程有序；

在旋轉磁場中的各個方向的相對磁導率較高；

電阻率高，在交變磁場作用下，渦流損耗小，響應快，高頻特性好； 磁致伸縮效應大；

機械強度高，高達2000-3500MPa。

根據傳感器的具體特性要求確定這類材料的組分和形狀。

8形狀記憶合金

新的傳感器材料，具有熱彈性和超彈性；

過程：把某種記憶合金在高溫下定形后，若冷卻到低溫產生形變，只要溫度稍微升高就可以使形變迅速消失，并回到高溫下所具有的形狀。代表性材料有：NiTi ,CuZnAl,CuAlNi。復合材料

原子合成法通過控制材料的特性可以合成理想傳感器材料;晶體合成法:多層結構,材料的混合在原子級上進行控制,合成的材料也叫人造晶格或超晶格;超晶格結構具有全新的材料特性;超晶格結構可隨意控制物理常數,具有很大的發展前景。

硅材料的質量輕,密度為不銹鋼的1/3,而彎曲強度為不銹鋼得3.5倍,具有高強度比和高密度比;熱導性為不銹鋼7倍,而熱膨脹系數不到不銹鋼的1/7;

第2章 微機械加工技術

分為三類：硅微機械加工技術、超精密機械加工技術和X射線深層光刻電鑄成型（LIGA)技術。

2.1硅微機械加工技術 硅微機械加工技術是硅集成電路工藝的擴展技術。主要用于制造以硅材料為基底、層與層之間有很大差別的三維微結構，包括膜片、懸臂梁、探針等微結構與特殊薄膜和高性能的電路相結合，成功制造出固態傳感器 1.刻蝕技術

（１）體型結構腐蝕加工

腐蝕加工是形成微型傳感器結構的關鍵技術，分為化學腐蝕（濕法）和離子刻蝕（干法）兩種。

（2）表面腐蝕加工---犧牲層技術 利用硅表面微機械加工技術，開發、研制出尺寸小的懸式結構 工藝過程:

通過淀積法（濺射、蒸發）

在Si基片表面上生成SiO2犧牲層(微米級)

根據要求的形狀刻蝕一部分SiO2

再剩下的SiO2層上通過淀積生成Si層

用刻蝕法刻蝕淀積的Si層

溶解SiO2犧牲層,獲得與Si基片略連接或完全分離的懸臂式結構 2.薄膜技術

多晶硅膜、二氧化硅膜、金屬膜等作為微型傳感器結構的復合材料。制作方法：物理氣相淀積和化學氣相淀積。物理氣相淀積是利用蒸鍍和濺射。

化學氣相淀積是讓氣體與襯底材料在加熱的表面進行化學反應，使另一種物質在表面上形成膜。

(1)真空蒸鍍：用蒸發鋁和金的方法來獲得電極的歐姆接觸區，可直接制造敏感元件的薄膜。

(2)濺射成膜工藝,最流行工藝,設備較復雜,成膜速度慢,但形成的膜牢固,制出高熔點的金屬膜和化合物膜,且化學成分不變。濺射方式有射頻濺射、直流濺射和反應濺射等，射頻濺射應用廣泛。(3)化學氣相淀積(CVD)：是使含有待淀積物質的化合物升華成氣體，與另一種氣體化合物在一個反應室中進行反應，生成固態的淀積物質，使之淀積在基底上而生成薄膜。

(4)等離子化學氣相淀積(PECVD):在溫度３５０－４００ ℃利用等離子體的活性。

過程：在反應過程中，為了產生等離子體，可加上直流或射頻高電壓，反應室通入一定量氣體，使之發光放電，反應室內的氣體將被電離而等離子化。3.固相鍵合工藝

把兩個固態部件直接鍵合在一起的加工工藝，也就是把微機械部件裝配在一起的一種技術。

典型例子就是硅－玻璃或金屬－玻璃間的靜電鍵合。

過程：把表面拋光的硅和熱膨脹系數相近的玻璃緊密接觸，在４００℃高溫下，接上硅為正、玻璃為負的直流電壓（５００－１５００伏）；在靜電力作用下，使硅與玻璃在界面處接近到分子級的距離而形成牢固的、永久性的分子鍵合

2.2 傳感器用石英、陶瓷、高分子聚合物和金屬材料為基底時，用到超精密機械加工技術，如激光精密加工等。

2.3X射線深層光刻電鑄成型技術

是深層同步輻射X射線光刻與電鑄工藝相結合的制造技術。與犧牲層技術結合可制造出微型懸式結構。

工藝過程如下：

在硅基片上濺射犧牲層

用紫外光通過掩膜照射犧牲層，制作平面圖形

在犧牲層上涂一層鈦、鎳組成的薄膜作為電鑄的金屬基底 在金屬基底上淀積光致抗蝕劑層，覆蓋掩膜

利用深層同步輻射X射線光刻技術對光致抗蝕劑層進行曝光 用化學蝕刻法蝕刻光致抗蝕劑層，制成電鑄用的初級模板

在金屬基底上，以初級模板為模型進行電鑄，形成了與模板形狀互為凹凸的三維結構

用化學溶劑溶解掉初級模板、金屬基底和犧牲層，獲得懸式結構

第3章 傳感器的建模

3.1原因和過程

建立傳感器的模型,在原理分析、結構設計、樣機研制中有重要作用。

建模過程：（1）根據本質特征建立傳感器的物理模型；（2）建立傳感器的數學模型；（3）求解數學模型。

建模的方法：主要有能量法、概率法、狀態法等

3.2受軸向力兩端固支梁

建模步驟：１）幾何方程；

２）物理方程；

３）彈性勢能、彈性方程（對體積）；

４）動能；

５）梁上的任一點橫截面處的初始應力；

６）由初始應力引起的初始彈性勢能；

７）建立總的彈性勢能；

８）建立泛函；

９）利用泛函原理；

１０）求解微分方程。

3.3改進懸臂梁

改進型懸臂梁的特征是：

在載荷F的作用下，梁的根部區域和端部區域的應力狀態是相反的； 梁的根部受力情況優于典型懸臂梁，測力范圍增大； 梁上布置測力元件優于典型懸臂梁。

第4章 硅電容式集成傳感器

靈敏度高，穩定性好，量程寬

平行板式

C=ε0εA/d 通過改變極板間距d ,極板相對面積A（或長度L）和介電常數ε，可以使電容器的電容發生變化。

基于阻抗測量技術的電容信號檢測，其測量線路有：（１）交流電橋式；（２）充放電式；（３）調頻式；（４）諧振式。

硅電容式集成壓力傳感器的接口電路

1.開關-電容接口電路：由差動積分器和循環運行的A/D變換器組成。電路的工作過程：復位、檢測、換算和轉換。2.電容—頻率變換電路

采用電容—頻率變換電路，可將電容輸出的電壓變換為頻率 信號輸出。可直接接入計算機。

第5章 諧振式傳感器

由ERD組成的電—機—電諧振子環節，是諧振式傳感器的核心。適當地選擇激勵和拾振手段，構成一個理想的ERD，對設計諧振式傳感器至關重要。由ERDA組成的閉環自激環節，是構成諧振式傳感器的條件。

由RDO(C)組成的信號檢測、輸出環節，是實現檢測被測量的手段。

每周平均儲存的能量Q?每周由阻尼損耗的能量值反映了諧振子振動中阻尼比的大小及消耗能量快慢的程度。同時也反映了幅頻特性曲線諧振峰的陡峭的程度，即諧振敏感元件選頻能力的強弱。

雙激單拾

單激雙拾

穩定的自激振蕩：

1、幅度平衡條件|AF|=1

2、相位平衡條件φA+φF=(2n+1)π（n=0,1,2,3···）

采用電磁方式作為激勵、拾振手段最突出的優點是與殼體無接觸，但也有一些不足。如電磁轉換效率低，激勵信號中需引入較大的直流分量，磁性材料的長期穩定性差，易于產生電磁耦合等。

第6章 聲表面波傳感器

特點：高精度；與微處理器連接，簡單；可批量生產等。縱波是質點的振動方向與傳播方向同軸的波

橫波 質點的振動方向與波的傳播方向垂直

聲表面波的衰減

波束偏離和衍射效應引起的． 原因：

材料固有的衰減；

材料表面粗糙引起散射； 向外輻射聲波．

叉指換能器

功能是激勵瑞利表面波（１）基本特性：

基本結構：叉指電極、叉指周期、換能器孔徑。物理過程：壓電效應和逆壓電效應。

基本性能：頻率高、對稱性、帶寬取決于指對數、互易性、內加權、制造簡單，重復性、一致性好。

第7章 薄膜傳感器

薄膜與傳感器特性的關系: 1)選擇性;2)可靠性;3)響應時間;4)分辨率;5)其它特性

厚膜與薄膜：區別不在于膜的厚度，而是制備工藝的不同。薄膜（真空蒸鍍，濺射，氣相淀積）

第8章 氣體傳感器

主要參數與特性

響應時間 選擇性 穩定性 溫度特性 濕度特性

電源電壓特性

應變效應：導體或半導體電阻隨其機械變形而變化的物理現象。

光纖數值孔徑：入射到光纖端面的光并不能全部被光纖所傳輸，只是在某個角度范圍內的入射光才可以。這個角度α的正弦值就稱為光纖的數值孔徑（NA = sinα）

SAW模式轉換：針對瑞利波，其質點作橢圓振動，有橫振動又有縱振動，遇到阻抗不連續時，入射波一部分以瑞利波形式反射回來，還有一部分能量在反射時轉換為體波

壓電效應：某些電介質在沿一定方向上受到外力的作用而變形時，其內部會產生極化現象，同時在它的兩個相對表面上出現正負相反的電荷。當外力去掉后，它又會恢復到不帶電的狀態，這種現象稱為正壓電效應。

逆壓電效應是指對晶體施加交變電場引起晶體機械變形的現象。

單模光纖芯徑小（10m m左右），僅允許一個模式傳輸，色散小，工作在長波長（1310nm和1550nm），與光器件的耦合相對困難

多模光纖芯徑大（62.5m m或50m m），允許上百個模式傳輸，色散大，工作在850nm或1310nm。與光器件的耦合相對容易

壓阻效應，是指當半導體受到應力作用時，由于載流子遷移率的變化，使其電阻率發生變化的現象

速度勁化：壓電晶體，由于壓電效應，在聲波傳播過程中，將有一個電勢隨同傳播，且使聲波速度變快。

與頻率無關--非色散波

金屬賽貝克效應：在兩種不同導電材料構成的閉合回路中，當兩個接點溫度不同時，回路中產生的電勢使熱能轉變為電能的一種現象。

波束偏離－－各向異性固體，波的相速度與群速度不一致；或相位傳播方向與能量傳播方向不一致．

第五篇：殺菌工崗位職責

殺菌工崗位職責

1、對自己負責的設備做到四懂（懂原理、懂結構、懂用途、懂性能），三會（會使用、會維護保養、會排除簡單故障和更換簡單零部件）；要做到一專多能。

2、生產前仔細檢查片式、管式熱交換系統、蒸汽及冰水壓力、電器控制箱、儀器儀表的完好性。

3、嚴格對設備進行清洗與消毒，并確保轉序正確．

4、生產每一產品前，先確認進料泵和換熱器到待裝罐之間的管路連接正確，做好消毒工作。

5、嚴格按工藝要求進行殺菌操作，殺菌溫度、冷卻溫度、均質壓力及換熱器連續運轉的最長使用時間應符合工藝要求。

6、及時采取樣品送化驗室檢測，并及時為灌裝工段打奶。

7，在消毒或清洗的過程中，負責監控有關的工藝參數及消毒設備的運轉狀態并及時做好原始記錄。

8、及時報修設備故障及電器故障，發現板片滲漏等緊急情況應及時上報。

9、遵守勞動紀律、工藝紀律及廠紀廠規。準時上班．不擅自離崗串崗，工作時不談與工作無關的話題。0、負責做好設備和包干區的5S工作，經檢查后方可離開。1 l、完成上級主管交代的臨時性任務。