微生物与杀菌原理.pptx

微生物与杀菌原理品保中心 黄仁皇2007/11/22微生物简介微生物的分类原生动物:不会存在于食物中，主要存在于经由动物所传染霉菌(mold):主要存在于酸性食物、墙与环境中酵母菌(yeast):主要存在酸性食物与蔗糖中细菌(bacteria)：存在于食物与环境中藻类(algae):真核生物病毒(virus):存在于活体各种食品微生物的大小真菌霉菌:2-10 um酵母菌:5-10 um细菌球菌:0.1-0.2 um杆菌:0.5-1.5 um原生动物:2.0-200 um藻类:1.0 um-几公尺 微生物大小的对照比较光学显微镜可观光学显微镜可观察到的范围察到的范围100m100nm10nm1nm0.1nm10m1m电子显微镜观察到的范围上皮细胞上皮细胞红细胞代表性细菌代表性细菌藻类藻类(1.0um-meters)真菌原生动物(2-200um)酵母菌类菌质体类菌质体病毒病毒病毒病毒0.45um 过滤器蛋白质蛋白质氨基酸氨基酸原子原子生长曲线生长速率延迟期(Lag phase)对数期(Exponential phase)静止期(Stationary phase)死亡期(Death phase)不同培养条件速率不同可由测定OD值得知可由显微镜直接测测数器)对数期静止期死亡期延迟期微生物的生长水活性(Aw,water activity)Aw=相对湿度/100Aw=同温下食物蒸汽压与纯水蒸汽压之比OrganismsAw min大部分变败细菌大部分变败细菌0.91大部分变败酵母菌大部分变败酵母菌0.88大部分变败霉菌大部分变败霉菌0.80Halophilic molds0.75Xerophilic molds0.65Osmophilic yeasts0.60Achromobacter0.96产气杆菌产气杆菌/好气杆菌好气杆菌0.95枯草芽孢杆菌枯草芽孢杆菌0.95肉毒杆菌肉毒杆菌0.95大肠埃希氏菌大肠埃希氏菌0.96假单胞菌属假单胞菌属0.97金黄色葡萄球菌金黄色葡萄球菌0.86Saccharomyces rouxii0.62微生物温度需求204060嗜低温菌（030)嗜中温菌(2050)嗜高温菌(45)35353737微生物生长温度统计微生物/生长温度010203040506070Pseudomonas alboprecipitansNeisseria gonorrhoeae大肠埃希氏菌大肠埃希氏菌Lactobacillus lactisFusobacterium polymorphum枯草芽孢杆菌枯草芽孢杆菌凝结芽孢杆菌凝结芽孢杆菌嗜热脂肪芽孢杆菌嗜热脂肪芽孢杆菌食品微生物的危害食品中毒指针菌病原性大肠杆菌EPEC,ETEC,EHEC,EIEC,EAEC沙门氏杆菌Salmonalla enteritidis金黄色葡萄球菌Staphylcoccus aureus肠炎弧菌Vibrio paraheamolytius仙人掌杆菌Bacillus cereus产气夹膜杆菌Clostridium perfringens肉毒杆菌Clostridium botulinum亚辛尼亚菌Yersinia enterorocolitica李斯特菌Listeria monocytogenes弯曲杆菌Campylobacter jejuniAeromonas气单胞菌属A.Hydrophia嗜水气单胞菌,A.sobria,A.caviae豚鼠气单胞菌Plesiomonas假单胞菌属铜绿假单胞菌产品杀菌原理杀菌定义灭菌(sterilization)与商业杀菌(commercial sterilization)商业杀菌利用加热杀菌的方式使食品达到无任何显着的对公共卫生危害之活细菌及其孢子存在以及在通常非冷藏之贮藏及运销条件下，使无任何微生物能在食品中繁殖灭菌将容器内所有的微生物及其孢子杀死，不会因为贮藏与运销条件而繁殖杀菌的种类热杀菌湿热杀菌：大部分的食品杀菌乾热杀菌：大部用在器具化学性杀菌氯类：次氯酸钠NaOCl、二氧化氯ClO2过醋酸/过乙酸(PAA,Peracetic acid)臭氧(O3)过氧化氢(H2O2)物理性杀菌UV产品商业杀菌方式应用于可连续输送的流体食品，让产品可达到常温保存与流通的目的通常使用热交换器(heat exchanger)来进行连续式之管流中杀菌程序(continuous in-flow sterilization process)低酸性食品(中性食品)(pH4.6)：目标的微生物为具有公共危险性的肉毒杆菌(Clostridium botulinum)使用135150温度范围之UHT进行杀菌酸性食品(pH4.6)：目标微生物为较不耐热之霉菌(mold)或酵母菌(yeast)等食品腐败菌；杀菌使用90110温度范围之HTST热交换杀菌机造型管式热交换机/管式杀菌机(tubular heat exchanger)板式热交换机/板式杀菌机(plate type heat exchanger)杀菌程序的重要管制点产品之实际杀菌值(杀菌处理之有效性)F0值是否达到产品杀菌目的已杀菌产品再次污染的可能性开机灭菌阶段与无菌维持杀菌设备内（含防护/防呆措施）杀菌后之输送管路无菌桶（罐）洗瓶/充填机充填环境无菌水充填包材包材输送环境流体性质流体分成层流(laminar flow)紊流(turbulent flow)雷诺系数(Reynolds number)vDNRE=:流体密度v:流体流速(L/H)D:管径(m):流体黏度(cps)NRE 10,000为紊流Turbulent flow(紊流)Laminar flow(層流)vmax=2 x vavgvmax=1.25x vavg产品杀菌条件评估方式产品为了达到商业杀菌要求肉毒杆菌、嗜中温菌、嗜高温菌三种产孢腐败菌作为杀菌的指针菌低酸性食品的杀菌值(F0)至少须大于3.0(US FDA)，较务实的方式会再加上一些安全系数，通常以F0值 4.0为原则连续流体之杀菌，产品在保持管中已达设置之温度，其杀菌程序为一恒温状态下温度与时间之乘积，故杀菌值的计算比较简单，如下：(T-Tr)/zF0=10 x tT:杀菌实际温度()Tr:杀菌标准参考温度(121.11/250 )z:10 肉毒杆菌为指针菌t:杀菌保持时间(sec)计算杀菌值注意事项注意各个项目的单位问题流速需要以最大流速来计算（管控生产时的最大流速是非常重要的）保持管丈量自杀菌机加热段出口至保持管末端温度计位置保持管应有1/48的往上倾斜角度（美国联邦法规21CFR113)以避免空气袋（air pocket)而影响热交换平行或往上的保持管才算，往下的不能计算长度杀菌温度以温度设定的下限温度设定的下限为杀菌温度，不能以中心温度计算下限135,16秒 F0=6.53下限133,16秒 F0=4.12管径是指管的内径（不含管材厚度）防止已杀菌产品再污染1开机前的灭菌动作UHT（杀菌条件的建立）（杀菌条件的建立）与管路（空杀最冷点概念）（空杀最冷点概念）125135,30分钟(当时实际温度低於设定温度实需重新计时）无菌段以後的管路的密闭性无菌段以後的气动阀保护（蒸气障121/无菌薄膜）无菌桶（罐）灭菌动作蒸气灭菌（温度/时间）（121/30分钟）无菌空气取得（蒸气121/30分钟;0.2m过滤器）开机前的灭菌动作充填机与充填环境洗瓶机(视系统状况）（121）充填机灭菌（121/30分钟）TP充填室(H2O2 360,40min)充填环境灭菌（视系统而定）（PAA,15002000ppm）（0.2 m过滤空气层流）无菌水杀菌（130 30min）物料的杀菌输送设备（PAA/H2O2/无菌空气）物料本身杀菌（PET:PAA/TP:H2O2)人操作间/缓冲间(HEPA 100等级/正压）防止已杀菌产品再污染2防止已杀菌产品再污染3无菌状态的维持UHT确保杀菌值温度设定（T保护与T临界设定)、已杀菌段内压未杀菌段内压、保持管末端温度掌控无菌段管路的无菌维持管路正压、管路末端保护、充填机机台本身充填环境/正压房正压报警功能空气洁净度/落菌/浮游菌物料管路示意图原料平衡桶P预热段热交换器均质机脱气槽P加热段热交换器保持管产品分流阀冷却段热交换器备压阀备压阀无菌桶无菌包装系统成品产品阀产品阀0.2超过滤空气空气蒸气蒸气设备灭菌阶段管路示意图原料平衡桶P预热段热交换器均质机脱气槽P加热段热交换器保持管产品分流阀冷却段热交换器备压阀备压阀无菌桶无菌包装系统成品产品阀产品阀0.2超过滤空气空气蒸气蒸气灭菌温度感测灭菌温度感测生产阶段管路示意图原料平衡桶P预热段热交换器均质机脱气槽P加热段热交换器保持管产品分流阀冷却段热交换器备压阀备压阀无菌桶无菌包装系统成品产品阀产品阀0.2超过滤空气空气蒸气蒸气正压保持正压保持生产阶段温度T保护保护不足时管路图原料平衡桶P预热段热交换器均质机脱气槽P加热段热交换器保持管产品分流阀冷却段热交换器备压阀备压阀无菌桶无菌包装系统成品产品阀产品阀0.2超过滤空气空气蒸气蒸气温度低於T保护正压保持正压保持温度低於T临界临界管路示意图原料平衡桶P预热段热交换器均质机脱气槽P加热段热交换器保持管产品分流阀冷却段热交换器备压阀备压阀无菌桶无菌包装系统成品产品阀产品阀0.2超过滤空气空气蒸气蒸气水温度低於T临界正压保持正压保持管路末端蒸气障温度不足警报示意图原料平衡桶P预热段热交换器均质机脱气槽P加热段热交换器保持管产品分流阀冷却段热交换器备压阀备压阀无菌桶无菌包装系统成品产品阀产品阀0.2超过滤空气空气蒸气蒸气蒸气障温度不足警报化学性杀菌-氯特性可杀死格兰氏阳性菌(G(+)及阴性菌(G(-)、病毒及孢子优点反应快速对营养细胞之杀菌没有选择性价格便宜缺点对热与有机物不稳定会腐蚀不锈钢及其他金属水中含铁则会导致铁化物的沉淀杀菌影响因子pH(pH 57最有效)有效氯厚度温度(不可高于50以上；每增加10杀菌效果增加6065%)有机物(降低效果)化学性杀菌-氯应用用于水处理抽出后可帮助水中的铁形成铁化物而沉淀(降低水中铁含量)处理后加入(约0.20.5ppm有效氯),降低水中的菌数用于设备于清洁后使用约200ppm有效氯约510分钟，然后以清水冲乾净地板1,0002,000ppm冷却水约510ppm有效氯，出口应测得高于0.2ppm有效氯泡鞋池200ppm有效氯化学性杀菌-过乙酸(PAA)特性无色，具有臭味与灼伤性的液体强氧化剂加热至110以上会爆炸15%过乙酸加上消毒剂(如H2O2)，水与醋酸可在运送过程中无爆炸之虞，且具有消毒效果最适pH：57稳定性在醋酸与氧存在时候会快速分解在水中的稳定性可保持约14小时浓度越高消耗率越慢，使用时需新鲜配制化学性杀菌-过乙酸(PAA)应用对于一些不耐热的东西是很好的消毒剂(如PE,铁氟龙(Teflon),聚苯乙烯(PS,polystyrene)没洗乾净的设备不具杀菌/消毒效果相对湿度高时，气态状的过乙酸具有极佳的消毒效果(冷杀菌)(无菌室/无菌充填机表面)会使设备腐蚀，使用厚度不可过高(市售产品有些会添加防腐剂)化学性杀菌-臭氧原理O3(g)O3(aq)O3(aq)氧化剂(包括OH-+O2)氧化剂+微生物 杀菌杀菌关键因素臭氧厚度(C)接触时间(t)目标菌种类绿脓杆菌(Pseudomonas aeuginosa)(水中致病菌)杀菌值计算(Chick-Watson law,1901)-ln(N/N0)C.t值=:特定的致死系数C：臭氧厚度(mg/L,ppm)t：微生物暴露在臭氧的时间(min)N：最终菌数0：最初菌数化学性杀菌-过氧化氢特性氧化剂过氧化氢易放出初生态氧，可用来杀菌、消毒、漂白应用产品的包材/充填机内充填杀菌浓度/温度/时间不同厚度与温度降低不同厚度与温度降低4D B.subtilisB.subtilis所需要的时间所需要的时间温度10%15%20%251,6407805705019212866609653457060392680362315杀菌效果杀菌效果菌种71.187.8+-+-Cl.botulinum0523B.subtilis A51024B.globigii1416B.stearothermophilus1014+:表示存活;-:表示不存活物理性杀菌-紫外线紫外线UV(180380nm)短波长紫外线(远紫外线/杀菌紫外线)(germicidal UV/UV-C)波长180280nm，其中以波长260nm的杀菌力最强穿透力最弱中波长紫外线(中紫外线/红斑紫外线)(erythemal UV/UV-B)波长280320nm具高穿透力且能严重灼伤眼睛与皮肤高波长紫外线(近紫外线)(UV-A)波长320380nm紫外线(UV)杀菌原理原理对非孢子形成菌或繁殖体(营养细胞)之影响(Watson et al.,1987)DNA上胸嘧啶(thymine)结合成双体(thymine dimer)而在细胞复制时造成错误而死亡对细菌孢子之影响(依藤 均,1992)DNA上胸嘧啶(thymine)产生自由基(free radical)，两个自由基结合产生5-thyminyl-5,6-dihydrothymine(TDHT)破坏孢子的萌芽而死亡影响杀菌的因子波长，菌种，修复系统，温度，湿度，包材，灯种与使用时间影响因子说明1波长（如右图）不同的UV波长杀菌力不同以253.7nm杀菌力最强菌的修复系统光活化系统暗修复系统温度537不明显冻结温度效果较好包材表面因素影响因子说明2湿度自6070%RH起，湿度越大效果越差UV灯种类中压水银弧光灯管(UV波长范围较大)低压水银灯管(254nm波长占95%左右)使用时间灯管效力逐渐降低影响因子说明3各种微生物杀菌所需要的紫外线照射量(W sec/cm2)90%100%细菌Bacillus megaterium(营养细胞)1,1302,500Bacillus megaterium(孢子)2,7305,200Bacillus subtilis(营养细胞与孢子混合体)7,10011,000Bacillus subtilis(孢子)12,00022,000Escherichia coli3,0005,0006,60016,200Salmonella typhi2,1004,100Shigetla flexneri1,7003,400Staphylococcus aureus2,6006,600Vibrio cholerac6,50013,300酵母菌Saccharomyces cerevisiae7,30013,200霉菌Aspergillus flavus54,00090,000Penicillium chrysogenum50,000150,000(From:依藤 均,1992)