食品機(jī)械與設(shè)備(第十章)_第1頁
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1、食品食品殺菌殺菌機(jī)械與設(shè)備機(jī)械與設(shè)備(第十章)(第十章)概述概述殺菌的幾個(gè)概念殺菌的幾個(gè)概念殺菌方法的分類殺菌方法的分類殺菌設(shè)備的分類殺菌設(shè)備的分類殺菌的幾個(gè)概念殺菌的幾個(gè)概念1.1.食品殺菌食品殺菌食品殺菌是利用理化因素殺滅食品中因污染而存在的食品殺菌是利用理化因素殺滅食品中因污染而存在的致病菌、腐敗菌及其他病原微生物,同時(shí)要求殺菌過程中致病菌、腐敗菌及其他病原微生物,同時(shí)要求殺菌過程中盡可能地保留食品的營(yíng)養(yǎng)成分和風(fēng)味,以便加工后的相關(guān)盡可能地保留食品的營(yíng)養(yǎng)成分和風(fēng)味,以便加工后的相關(guān)產(chǎn)品在密封的包裝容器內(nèi),有一定的保存期。產(chǎn)品在密封的包裝容器內(nèi),有一定的保存期。殺菌的幾個(gè)概念殺菌的幾個(gè)概念

2、2.2.商業(yè)殺菌商業(yè)殺菌商業(yè)殺菌是從商品角度對(duì)食品所提出的殺菌要求。是指商業(yè)殺菌是從商品角度對(duì)食品所提出的殺菌要求。是指食品經(jīng)過殺菌處理后,按照所規(guī)定的微生物檢驗(yàn)方法,在所食品經(jīng)過殺菌處理后,按照所規(guī)定的微生物檢驗(yàn)方法,在所檢食品中無活的微生物檢出,或者僅能檢出極少數(shù)的非病原,檢食品中無活的微生物檢出,或者僅能檢出極少數(shù)的非病原,但它們?cè)谑称繁2剡^程中,是不可能進(jìn)行生長(zhǎng)繁殖的,這種但它們?cè)谑称繁2剡^程中,是不可能進(jìn)行生長(zhǎng)繁殖的,這種殺菌要求稱商業(yè)殺菌或滅菌。顯然,食品殺菌屬于商業(yè)殺菌,殺菌要求稱商業(yè)殺菌或滅菌。顯然,食品殺菌屬于商業(yè)殺菌, 經(jīng)殺菌后的食品屬于商業(yè)無菌。經(jīng)殺菌后的食品屬于商業(yè)無菌

3、。殺菌的幾個(gè)概念殺菌的幾個(gè)概念3.3.生物學(xué)殺菌生物學(xué)殺菌生物殺菌是殺滅物品中一切致病性和非致病性微生物生物殺菌是殺滅物品中一切致病性和非致病性微生物 (包括病毒、細(xì)菌及芽孢等),一般又稱滅菌。在生物學(xué)殺(包括病毒、細(xì)菌及芽孢等),一般又稱滅菌。在生物學(xué)殺菌中不考慮保留殺菌對(duì)象的營(yíng)養(yǎng)及其他因素。菌中不考慮保留殺菌對(duì)象的營(yíng)養(yǎng)及其他因素。殺菌方法的分類殺菌方法的分類 食品殺菌的方法有物理殺菌和化學(xué)殺菌兩大類?;瘜W(xué)食品殺菌的方法有物理殺菌和化學(xué)殺菌兩大類。化學(xué)殺菌法是使用過氧化氫、環(huán)氧乙烷、次氯酸鈉等殺菌劑。殺菌法是使用過氧化氫、環(huán)氧乙烷、次氯酸鈉等殺菌劑。由于化學(xué)殺菌存在的化學(xué)殘留物對(duì)人體健康及環(huán)

4、境會(huì)造成由于化學(xué)殺菌存在的化學(xué)殘留物對(duì)人體健康及環(huán)境會(huì)造成影響,當(dāng)代食品的殺菌方法趨向于物理殺菌法。物理殺菌影響,當(dāng)代食品的殺菌方法趨向于物理殺菌法。物理殺菌包括熱殺菌和冷殺菌類。包括熱殺菌和冷殺菌類。殺菌方法的分類殺菌方法的分類 在殺熱菌方法中,有巴氏殺菌法、高溫短時(shí)殺菌法和超在殺熱菌方法中,有巴氏殺菌法、高溫短時(shí)殺菌法和超高溫瞬時(shí)殺菌法之分。所謂巴氏殺菌高溫瞬時(shí)殺菌法之分。所謂巴氏殺菌(Pasteurization)(Pasteurization)是低是低溫長(zhǎng)時(shí)間保留的殺菌法,殺菌溫度低于溫長(zhǎng)時(shí)間保留的殺菌法,殺菌溫度低于100(62-65100(62-65) ),保,保持時(shí)間為持時(shí)間為3

5、0min30min。高溫短時(shí)殺菌法。高溫短時(shí)殺菌法(HTST),(HTST),殺菌溫度一般在殺菌溫度一般在100100以下以下, ,如牛奶的如牛奶的HTSTHTST殺菌溫度為殺菌溫度為8585, ,保持保持l5sl5s以上。超以上。超高溫瞬時(shí)殺菌法高溫瞬時(shí)殺菌法(UHT)(UHT),殺菌溫度在,殺菌溫度在120120以上,僅保持幾秒以上,僅保持幾秒鐘。鐘。HTSTHTST和和UHTUHT殺菌法,不但效率高,而且食品的組織和外殺菌法,不但效率高,而且食品的組織和外觀以及營(yíng)養(yǎng)和風(fēng)味的保存都較其他殺菌方法為優(yōu)良。觀以及營(yíng)養(yǎng)和風(fēng)味的保存都較其他殺菌方法為優(yōu)良。殺菌設(shè)備的分類殺菌設(shè)備的分類以被處理物料的

6、形態(tài)分別有以下幾種以被處理物料的形態(tài)分別有以下幾種(1)(1)流體食品的殺菌設(shè)備流體食品指未經(jīng)包裝的乳品、果汁流體食品的殺菌設(shè)備流體食品指未經(jīng)包裝的乳品、果汁等物料。等物料。(2)(2)罐裝食品的殺菌設(shè)備罐裝食品是指罐頭、軟罐頭及瓶裝罐裝食品的殺菌設(shè)備罐裝食品是指罐頭、軟罐頭及瓶裝飲料等有包裝容器的食品。飲料等有包裝容器的食品。(3)(3)利用電流進(jìn)行殺菌的設(shè)備如歐姆殺菌裝置。利用電流進(jìn)行殺菌的設(shè)備如歐姆殺菌裝置。(4)(4)利用電磁波的物理殺菌設(shè)備該類殺菌設(shè)備是使用微波、利用電磁波的物理殺菌設(shè)備該類殺菌設(shè)備是使用微波、高壓脈沖電場(chǎng)、電磁場(chǎng)等物理輻射進(jìn)行加熱殺菌的。高壓脈沖電場(chǎng)、電磁場(chǎng)等物理輻

7、射進(jìn)行加熱殺菌的。直接加熱殺菌機(jī)械與設(shè)備直接加熱殺菌機(jī)械與設(shè)備 直接加熱殺菌是采用高熱純凈的蒸汽直接與待殺菌物料直接加熱殺菌是采用高熱純凈的蒸汽直接與待殺菌物料混合接觸進(jìn)行熱交換,使物料瞬間被加熱到混合接觸進(jìn)行熱交換,使物料瞬間被加熱到135135一一160160。其。其優(yōu)點(diǎn)為:加熱速度快、熱處理時(shí)間短,食品色澤、風(fēng)味及營(yíng)優(yōu)點(diǎn)為:加熱速度快、熱處理時(shí)間短,食品色澤、風(fēng)味及營(yíng)養(yǎng)成分損失少。由于在熱交換過程中部分蒸汽冷凝進(jìn)人物料,養(yǎng)成分損失少。由于在熱交換過程中部分蒸汽冷凝進(jìn)人物料,同時(shí)又有部分物料中水分因蒸發(fā)而逸出,使易揮發(fā)的風(fēng)味物同時(shí)又有部分物料中水分因蒸發(fā)而逸出,使易揮發(fā)的風(fēng)味物質(zhì)亦隨之逸出

8、而造成損失。因此該方式不適用于果汁殺菌,質(zhì)亦隨之逸出而造成損失。因此該方式不適用于果汁殺菌,生產(chǎn)中多用于牛乳等的殺菌。生產(chǎn)中多用于牛乳等的殺菌。自由降落薄膜式殺菌器自由降落薄膜式殺菌器 自由降落薄膜式殺菌器簡(jiǎn)稱降膜式殺菌器。該裝置采用自由降落薄膜式殺菌器簡(jiǎn)稱降膜式殺菌器。該裝置采用一種較新的超高溫殺菌工藝,也稱戴西法。主要優(yōu)點(diǎn)是所加一種較新的超高溫殺菌工藝,也稱戴西法。主要優(yōu)點(diǎn)是所加工的牛乳優(yōu)于前兩種設(shè)備生產(chǎn)的產(chǎn)品,尤其在口感和乳色方工的牛乳優(yōu)于前兩種設(shè)備生產(chǎn)的產(chǎn)品,尤其在口感和乳色方面與經(jīng)過巴氏殺菌的牛乳沒有什么差別。目前所用的直接加面與經(jīng)過巴氏殺菌的牛乳沒有什么差別。目前所用的直接加熱法,

9、是將高壓蒸汽流通過原料乳,引起超高溫情況下的突熱法,是將高壓蒸汽流通過原料乳,引起超高溫情況下的突然沖擊,或在經(jīng)過間接加熱法的金屬換熱器時(shí),牛乳與超過然沖擊,或在經(jīng)過間接加熱法的金屬換熱器時(shí),牛乳與超過處理溫度的金屬表面接觸,無論何種情況,都會(huì)使牛乳變味,處理溫度的金屬表面接觸,無論何種情況,都會(huì)使牛乳變味,多多少少帶點(diǎn)焦糊味。這正是目前的超高溫滅菌牛乳品質(zhì)最多多少少帶點(diǎn)焦糊味。這正是目前的超高溫滅菌牛乳品質(zhì)最大的不足之處,但是戴西法沒有這種缺點(diǎn)。大的不足之處,但是戴西法沒有這種缺點(diǎn)。結(jié)構(gòu)與應(yīng)用結(jié)構(gòu)與應(yīng)用殺菌器內(nèi)部充滿了一定溫度的高壓清殺菌器內(nèi)部充滿了一定溫度的高壓清潔蒸汽,牛乳及其他熱敏感性

10、強(qiáng)的液潔蒸汽,牛乳及其他熱敏感性強(qiáng)的液體食品物料從進(jìn)料管體食品物料從進(jìn)料管1 1通過流量調(diào)節(jié)通過流量調(diào)節(jié)閥閥2 2供給篩網(wǎng)供給篩網(wǎng)5 5,在重力作用下形成連,在重力作用下形成連續(xù)性層流(續(xù)性層流(5mm5mm厚)沿著篩網(wǎng)自由下厚)沿著篩網(wǎng)自由下降,同時(shí)與來自降,同時(shí)與來自4 4的過熱蒸汽的過熱蒸汽( (最高壓最高壓力為力為446.2kPa)446.2kPa)相接觸,液體物料薄相接觸,液體物料薄膜降落的時(shí)間僅為膜降落的時(shí)間僅為1/3s1/3s,溫度可從,溫度可從57-6057-60升高至出口溫度升高至出口溫度135-166135-166。在殺菌器內(nèi)牛乳不經(jīng)高溫沖擊,也不在殺菌器內(nèi)牛乳不經(jīng)高溫沖擊

11、,也不與超過牛乳處處理溫度的金屬面直接與超過牛乳處處理溫度的金屬面直接接觸,故沒有通常超高溫加工牛乳的接觸,故沒有通常超高溫加工牛乳的淡淡的焦糊味淡淡的焦糊味, ,產(chǎn)品乳味鮮色美。產(chǎn)品乳味鮮色美。微波殺菌設(shè)備微波殺菌設(shè)備微波殺菌的原理微波殺菌的原理微波是指頻率比高頻還要高的電波微波是指頻率比高頻還要高的電波, ,能以光速向前直進(jìn)能以光速向前直進(jìn), ,當(dāng)遇到物體阻擋就引起反射、穿透、吸收等現(xiàn)象。微波在金當(dāng)遇到物體阻擋就引起反射、穿透、吸收等現(xiàn)象。微波在金屬表面引起反射屬表面引起反射; ;在介質(zhì)損失較小的物質(zhì)在介質(zhì)損失較小的物質(zhì)( (塑料、玻璃、陶瓷塑料、玻璃、陶瓷等等) )中能穿透;碰到食品之類

12、介質(zhì)損耗較大的物質(zhì)中能穿透;碰到食品之類介質(zhì)損耗較大的物質(zhì), ,則吸收后則吸收后使其分子引起摩擦使其分子引起摩擦, ,把電波能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮馨央姴苻D(zhuǎn)變?yōu)闊崮? ,電波強(qiáng)度則急劇下電波強(qiáng)度則急劇下降。因此降。因此, ,用塑料薄膜、紙張等包裝的食品用塑料薄膜、紙張等包裝的食品, ,由于微波能穿透由于微波能穿透過去被內(nèi)容物吸收過去被內(nèi)容物吸收, ,將電能轉(zhuǎn)化為熱能而得到加熱。這種加將電能轉(zhuǎn)化為熱能而得到加熱。這種加熱是迅速而均勻的。同時(shí)熱是迅速而均勻的。同時(shí), ,存在于食品中微生物菌體同樣也存在于食品中微生物菌體同樣也會(huì)吸收電能而使溫度上升會(huì)吸收電能而使溫度上升, ,這種熱效應(yīng)破壞了菌體中蛋白質(zhì)這種熱

13、效應(yīng)破壞了菌體中蛋白質(zhì)等成分等成分, ,從而殺死微生物。另外從而殺死微生物。另外, ,微波的非熱效果微波的非熱效果( (本身對(duì)生本身對(duì)生理的作用理的作用) )也能對(duì)發(fā)育的霉菌孢子進(jìn)行殺滅。也能對(duì)發(fā)育的霉菌孢子進(jìn)行殺滅。超高壓殺菌超高壓殺菌 食品超高壓技術(shù)食品超高壓技術(shù)(Ultra-hidlpressureprocessing, UHP)是當(dāng)前備受各國(guó)重視、廣泛研究的一項(xiàng)食品高新技術(shù),它可簡(jiǎn)是當(dāng)前備受各國(guó)重視、廣泛研究的一項(xiàng)食品高新技術(shù),它可簡(jiǎn)稱為高壓技術(shù)稱為高壓技術(shù)(Highpressure Processing, HPP)或高靜水壓或高靜水壓技術(shù)。日本、美國(guó)、歐洲等國(guó)在高壓食品的研究和開發(fā)方

14、面走技術(shù)。日本、美國(guó)、歐洲等國(guó)在高壓食品的研究和開發(fā)方面走在世界前例,在世界前例,1990年年4月月,高壓食品首先在日本誕生。目前,在高壓食品首先在日本誕生。目前,在全球范圍內(nèi),食品的安全性問題日益突出,消費(fèi)者要求營(yíng)養(yǎng)、全球范圍內(nèi),食品的安全性問題日益突出,消費(fèi)者要求營(yíng)養(yǎng)、原汁原味的食品的呼聲也很高,高壓技術(shù)則能順應(yīng)這一趨勢(shì),原汁原味的食品的呼聲也很高,高壓技術(shù)則能順應(yīng)這一趨勢(shì),它不僅能保證食品在微生物方面的安全,而且能較好地保持食它不僅能保證食品在微生物方面的安全,而且能較好地保持食品固有的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)、質(zhì)構(gòu)、風(fēng)味、色澤、新鮮程度。利用超高品固有的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)、質(zhì)構(gòu)、風(fēng)味、色澤、新鮮程度。利用超高壓

15、可以達(dá)到殺菌、滅酶和改善食品品質(zhì)的目的,在食品超高壓壓可以達(dá)到殺菌、滅酶和改善食品品質(zhì)的目的,在食品超高壓技術(shù)研究領(lǐng)域的一個(gè)重要方向即是超高壓殺菌。在一些發(fā)達(dá)國(guó)技術(shù)研究領(lǐng)域的一個(gè)重要方向即是超高壓殺菌。在一些發(fā)達(dá)國(guó)家,高壓技術(shù)已應(yīng)用于食品家,高壓技術(shù)已應(yīng)用于食品(鱷梨醬、肉類、牡蠣鱷梨醬、肉類、牡蠣)的低溫消毒,的低溫消毒,而且作為殺菌技術(shù)也日趨成熟。而且作為殺菌技術(shù)也日趨成熟。食品超高壓殺菌原理食品超高壓殺菌原理食品超高壓殺菌,即將食品物料以某種方式包裝完好后,食品超高壓殺菌,即將食品物料以某種方式包裝完好后,放人液體介質(zhì)放人液體介質(zhì)( (通常是食用油、甘油、油與水的乳液通常是食用油、甘油、

16、油與水的乳液) )中,在中,在100100一一lOOOMPalOOOMPa壓力下作用一段時(shí)間后,使之達(dá)到滅菌要求。壓力下作用一段時(shí)間后,使之達(dá)到滅菌要求。其基本原理就是壓力對(duì)微生物的致死作用,主要是通過破壞其基本原理就是壓力對(duì)微生物的致死作用,主要是通過破壞細(xì)胞膜、抑制酶的活性和影響細(xì)胞膜、抑制酶的活性和影響DNADNA等遺傳物質(zhì)的復(fù)制來實(shí)現(xiàn)等遺傳物質(zhì)的復(fù)制來實(shí)現(xiàn)的。的。高壓脈沖電場(chǎng)殺菌技術(shù)與應(yīng)用高壓脈沖電場(chǎng)殺菌技術(shù)與應(yīng)用殺菌機(jī)理殺菌機(jī)理關(guān)于高壓脈沖電場(chǎng)殺菌的機(jī)理,現(xiàn)有多種假說:主要有關(guān)于高壓脈沖電場(chǎng)殺菌的機(jī)理,現(xiàn)有多種假說:主要有細(xì)胞膜穿孔效應(yīng)、電磁機(jī)制模型、粘彈極性形成模型,電解細(xì)胞膜穿孔

17、效應(yīng)、電磁機(jī)制模型、粘彈極性形成模型,電解產(chǎn)物效應(yīng)、臭氧效應(yīng)等,大多數(shù)學(xué)者傾向于認(rèn)同電磁場(chǎng)對(duì)細(xì)產(chǎn)物效應(yīng)、臭氧效應(yīng)等,大多數(shù)學(xué)者傾向于認(rèn)同電磁場(chǎng)對(duì)細(xì)胞膜的影響,并以此為基礎(chǔ)對(duì)抑菌動(dòng)力學(xué)進(jìn)行探索。胞膜的影響,并以此為基礎(chǔ)對(duì)抑菌動(dòng)力學(xué)進(jìn)行探索。 細(xì)胞膜穿孔效應(yīng)假說認(rèn)為,細(xì)胞膜由鑲嵌蛋白質(zhì)的磷脂細(xì)胞膜穿孔效應(yīng)假說認(rèn)為,細(xì)胞膜由鑲嵌蛋白質(zhì)的磷脂雙分子層構(gòu)成,它帶有一定的電荷,具有一定的通透性和強(qiáng)雙分子層構(gòu)成,它帶有一定的電荷,具有一定的通透性和強(qiáng)度。膜的外表面與膜內(nèi)表面之間具有一定的電勢(shì)差。當(dāng)細(xì)胞度。膜的外表面與膜內(nèi)表面之間具有一定的電勢(shì)差。當(dāng)細(xì)胞上加一個(gè)外加電場(chǎng),這個(gè)電場(chǎng)將使膜內(nèi)外電勢(shì)差增大。此時(shí),上

18、加一個(gè)外加電場(chǎng),這個(gè)電場(chǎng)將使膜內(nèi)外電勢(shì)差增大。此時(shí),細(xì)胞膜的通透性也隨著增加,當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度增大到一個(gè)臨界值細(xì)胞膜的通透性也隨著增加,當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度增大到一個(gè)臨界值時(shí),細(xì)胞膜的通透性劇增,膜上出現(xiàn)許多小孔時(shí),細(xì)胞膜的通透性劇增,膜上出現(xiàn)許多小孔, ,使膜的強(qiáng)度使膜的強(qiáng)度降低。此外當(dāng)所加電場(chǎng)為一脈沖電場(chǎng)時(shí),電壓在瞬間劇烈波降低。此外當(dāng)所加電場(chǎng)為一脈沖電場(chǎng)時(shí),電壓在瞬間劇烈波動(dòng),在膜上產(chǎn)生振蕩效應(yīng)。孔的加大和振蕩效應(yīng)的共同作用動(dòng),在膜上產(chǎn)生振蕩效應(yīng)??椎募哟蠛驼袷幮?yīng)的共同作用使細(xì)胞發(fā)生崩潰,從而達(dá)到殺菌目的。穿孔效應(yīng)假說可以通使細(xì)胞發(fā)生崩潰,從而達(dá)到殺菌目的。穿孔效應(yīng)假說可以通過兩種方法來證實(shí),一是電子

19、顯微鏡下的照片顯示,酵母菌過兩種方法來證實(shí),一是電子顯微鏡下的照片顯示,酵母菌被處理后可以見到菌體上有明顯的裂痕。另一證據(jù)是檢測(cè)殺被處理后可以見到菌體上有明顯的裂痕。另一證據(jù)是檢測(cè)殺菌前后菌液中的離子濃度。對(duì)磷酸鹽緩沖液中的乳酸桿菌進(jìn)菌前后菌液中的離子濃度。對(duì)磷酸鹽緩沖液中的乳酸桿菌進(jìn)行高壓脈沖電場(chǎng)殺菌,乳酸桿菌被殺滅后行高壓脈沖電場(chǎng)殺菌,乳酸桿菌被殺滅后ClCl離子濃度高了很離子濃度高了很多。多。影響高壓脈沖電場(chǎng)殺菌的因素影響高壓脈沖電場(chǎng)殺菌的因素(1)(1)對(duì)象菌的種類對(duì)象菌的種類 不同菌種對(duì)電場(chǎng)的承受力有很大的不不同菌種對(duì)電場(chǎng)的承受力有很大的不同。無芽孢細(xì)菌較有芽孢細(xì)菌更易被殺滅,格蘭氏

20、陰性菌較同。無芽孢細(xì)菌較有芽孢細(xì)菌更易被殺滅,格蘭氏陰性菌較陽性菌易于被殺滅。在其他條件均相同的情況下用電場(chǎng)滅菌,陽性菌易于被殺滅。在其他條件均相同的情況下用電場(chǎng)滅菌,霉菌、乳酸菌、大腸桿菌、酵母菌等不同菌種的存活率由高霉菌、乳酸菌、大腸桿菌、酵母菌等不同菌種的存活率由高到低排列。特別需要指出的是,對(duì)象菌所處的生長(zhǎng)周期也對(duì)到低排列。特別需要指出的是,對(duì)象菌所處的生長(zhǎng)周期也對(duì)殺菌效果有一定的影響,處于對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的菌體比處于穩(wěn)定殺菌效果有一定的影響,處于對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的菌體比處于穩(wěn)定期的菌體對(duì)電場(chǎng)更為敏感。期的菌體對(duì)電場(chǎng)更為敏感。(2)(2)菌的數(shù)量菌的數(shù)量 研究中發(fā)現(xiàn),對(duì)菌數(shù)高的樣品與菌數(shù)低的研究中發(fā)現(xiàn),對(duì)菌數(shù)高的樣品與菌數(shù)低的樣品加以同樣強(qiáng)度、同樣時(shí)間的脈沖,前者菌數(shù)下降的對(duì)數(shù)樣品加以同樣強(qiáng)度、同樣時(shí)間的脈沖,前者菌數(shù)下降的對(duì)數(shù)值比后者要多得多。值比后者要多得多。(3)(3) 處理時(shí)間處理時(shí)間 殺菌時(shí)間是各次放電釋放的脈沖時(shí)間的總殺菌時(shí)間是各次放電釋放的脈沖時(shí)間的總和。隨著殺菌時(shí)間的延長(zhǎng),對(duì)象菌存活率開始急劇下降,然和。隨著殺菌時(shí)間的延長(zhǎng),對(duì)象菌存活率開始急劇下降,然后平緩,逐漸變平,最后增加殺菌時(shí)間亦無多大作用。后平緩,逐漸變平,最后增加殺菌時(shí)間亦無多大作用。 (4

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